第4章 膨胀土路基石灰桩处理方法.docx

第4章 膨胀土路基石灰桩处理方法4.1 石灰桩法在软弱地基中用机械成孔，填入固化剂的生石灰并加以压实形成桩体，利用生石灰的吸水膨胀放热作用和土与石灰的离子交换反应凝硬反应等作用，改善周围土体的物理力学性质，石灰桩和周围被改良的土体一起组成复合地基，达到地基加固的目的。适用：软弱粘性土地基。根据钻孔柱状图可知，本设计需要的土层数据如下表4-1：表 4-1 土的地质条件层数密度（g/cm3）每层的厚度（m）每层的承载力（kPa）土的性质第1层水位上第1层水位下第2层第3层第4层第5层第6层第7层第8层1.9231.9261.9371.9251.6891.8951.9271.8872.0352.700.501.322.583.401.501.802.503.80150150100140100150130110250亚粘土亚粘土亚粘土亚粘土淤泥粘质土亚粘土亚粘土亚粘土亚粘土注：第九层及其以下各层的数据本设计不需要4.2 设计基本要求填土高6m，顶面宽27.5m，底面宽36.5m，坡度为1：1.5，长度为30m，地基处理面积为1320m。路基下的软土地基采用石灰桩进行加固处理，形成复合地基，使之满足上部路基承载力和总体沉降的要求。设计要求为：复合地基承载力特征值：108kPa；软弱下卧层承载力满足要求；复合地基工后总沉降量：S108kPa，满足复合地基承载力要求。4.6.2 下卧层承载力验算将复合地基视为双层地基，通过一个应力扩散角简单的求得未加固区顶面附加压应力的数值，石灰桩复合地基下面存在未处理的软弱下卧层时，应验算软弱下卧层承载力。软弱下卧层的强度验算应按下式应力扩散角法进行计算： (416)式中，软弱下卧层顶面处的附加应力值(kPa)； 软弱下卧层顶面处土的自重压应力值(kPa)； 软弱下卧层顶面处经修正后地基承载力特征值(kPa)，此处取层底自重应力与该层的极限承载力之和。用式(4-3)计算，用式(4-1)计算，它们所得的结果如表4-7。表 4-7 下卧层承载力验算层数567826.19625.44324.41423.061112.63125.48141.47162.71138.83150.92165.88185.77262.63255.48251.47412.71 由表可知：，下卧层承载力满足要求。4.6.3 沉降计算的计算石灰桩复合地基的沉降量s包括两部分：复合土层的压缩变形量，桩端以下未处理下卧层的压缩变形量，即 (417)式中，s为复合地基最终竖向沉降量(cm)； 为复合土层的压缩沉降量(cm)； 桩端以下未处理下卧层的压缩变形量。复合土层的压缩本身包括石灰桩和桩间土的共同作用。采用复合土层的综合压缩模量和平均附加应力计算。综合模量法是也是最常用的方法 (418)式中，填土底面附加应力标准值(kPa)； 复合土层底面处的附加应力(kPa)； 加固桩体的实际桩长(cm)； 复合土层的综合压缩模量(kPa)。复合土层的综合压缩模量可采用置换率加权的方法进行计算，即： (419)式中，上面五层土的桩间土压缩模量平均值5.2MPa； n桩土应力比，由试验确定，此处无实测资料，取n=4； m桩的面积置换率，已算得m=0.1226。算得=7.114MPa，代入式(4-18)，得=1.168cm。的计算下卧土层的压缩变形量按一般的分层总和法计算。其中每一层的沉降量用公式(4-20)计算： (420)式中各符号的含义见第4.4节所示。由此可得每一层的沉降量。由前面的计算结果可知的值为第5、6、7、8层的加固前沉降的总和。得=7.8cm。3.s的计算复合地基的沉降s用综合模量法按式(3-21)计算： (421)式中，沉降计算经验修正系数，此处取。由前述二节的=1.168cm和=7.8cm即可得到s=8.968cm，满足s10cm，故沉降量满足工程要求。由以往的试验资料可知，加固后软弱地基的沉降量仅为未加固天然地基的1/41/5，差异沉降35mm，沉降速度快，大部分发生在施工期。大量的工程实践表明，当施工质量有保证，设计上又无原则错误时，加固层沉降约为35cm，为桩长的0.5%1%，沉降主要来源于软弱下卧层16。第5章 石灰桩施工工艺石灰桩法适用于处理地下水位以下的粘性土、粉土、松散粉细砂、淤泥、淤泥质土、杂填土或饱和黄土等地基及基础周围土体的加固。用于地下水位以上的土层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取土层浸水等措施。对重要工程或地质复杂而又缺乏经验的地区，施工前应通过现场试验确定其适用性。5.1 材料要求石灰应选用新鲜块灰，破碎过筛，粒径2050mm，含粉量不得超过总重量的10%；氧化钙含量不得低于80%。其中有机质含量不大于5%，不含石块和有机杂质。因生石灰吸水膨胀，对各个方向都将产生很大的膨胀力，为减少向上膨胀力的损失，约束石灰桩的上举力，夯填至距桩顶0.51.0，用3：7灰土或C7.5素混凝土捣实封顶，其顶部标高宜恰好为基础的底部。5.2 石灰桩的施工工艺先用机械或人工成孔后，再填料夯实、封顶。自上而下成孔、自下而上夯实成桩。施工顺序，一般是先外排后内排先周边后中单，单排桩应先施工两段后中间，并按每间隔12孔的施工顺序进行，不得有一边想另一边平行推进，以免把桩挤向一边。在软土中宜间隔成桩。5.2.1 施工规定石灰桩施工应符合下列规定：根据加固设计要求、土质条件、现场条件和机具供应情况，可选用振动成桩法（分管内填料成桩和管外填料成桩）、锤击成桩法、螺旋钻成桩法或洛阳铲成桩工艺等。桩位中心点的偏差不应超过桩距设计值的8%，桩的垂直度偏差不应大于1.5%。5.2.2 石灰桩成孔方法包括人工挖孔成桩、冲级法成桩、螺旋钻进法成桩、沉管法成桩、爆破法成桩5种施工工艺。人工挖孔成桩：一般采用人工洛阳铲成孔，适用于一般黏性土、淤泥、淤泥质土。冲击法成桩：适用于冲击钻机成孔。适用冲击钻机将0.63.2t锥形钻头提升0.52.0m高度后自由落下，反复冲击，使土层成孔。成孔孔径大，孔深不受机架高度限制。螺旋钻进法成桩：螺旋钻进法成桩是一种干式钻进方法，特点是用螺旋钻杆不断将土输送到地面，不适用冲洗液，钻进效率高。可分为长螺旋钻进法和套管式螺旋钻进法。长螺旋钻进法：可以深孔钻进，但是孔壁不能自立的土中不能使用。套管式螺旋钻进法：适用于不稳定的塌孔地层，最深可达到3m。螺旋钻正转时将部分土带出地面，部分土挤入桩孔壁而成孔。根据成孔时电流大小和土质情况，检验场地情况与原勘察报告和设计要否相符。钻杆达设计要求深度后，提钻检查成孔质量，清除钻杆上泥土。把整根桩所需之填料按比例分层堆在钻杆周围，再将钻杆沉入孔底，钻杆反转叶片将填料边搅拌边压入孔底。钻杆被压密的逐渐顶起，钻尖升至离地面11.5m或预定标高后停止填料，用3：7灰土或素土封顶。沉管法成桩：包括震动沉管法和冲击沉管法。优点，成孔孔壁光滑，挤密效果和施工工艺都便于控制和掌握；缺点，最大孔深受到桩架限制，一般不超过8m。爆破法成桩：包括药眼法（适用于含水量不大于22%的土层）和药管法（适用于含水量较大的土层）。5.2.3 石灰桩投料石灰桩的投料方法有：管外投料法，管内投料法和挖孔投料法。管外投料法：先拔管再投料。生石灰和掺合料中的水分发生反应，生石灰体积膨胀，极易发生堵管现象。优点：管外投料法避免了堵管。缺点：软土中成孔，拔管时易发生塌孔或缩孔现象。工艺流程：桩机定位沉管提管填料压实再提管再填料再压实成桩。管内投料法：适用于地下水位较高的软土地区。从管体投料口投料再拔管。挖孔投料法：洛阳铲成孔。对周围环境影响小。震动小、噪音低。经济可靠，使用范围广。5.2.4 施工前准备施工前应做好场地排水工作，防止场地积水。浸入场地的生石灰应有防水、防雨、防风、防火措施并做到随用随取。石灰桩施工时应采取防止冲孔伤人的有效措施，确保施工人员的安全。应建立完整的施工质量和施工安全管理制度，根据不同的施工工艺制定相应的技术保证措施。及时做好施工记录，监督成桩质量，进行施工阶段的质量监测等。5.2.5 施工注意质量问题颈缩或坍孔：石灰桩打应打一孔填一桩，若土质较差，夯填速度较慢，宜采用间隔打法，以免因震动，挤压，造成相邻桩孔出现颈缩或坍孔。控制拔管速度，一般为0.81.0m/min。生石灰失效影响挤密：石灰桩不宜雨期施工。现场存料不得超过2d，应随运随施工。桩位按梅花形布置。出现软心应重复灌注石灰或打砂桩。供应新鲜石灰，不得受潮，保证投料量150160kg/m。适当控制加荷时间，应使石灰桩达到一个月左右的硬化期。漏钻、漏填灰、漏夯、欠夯、桩体松施工中应加强质量监控，每次填灰厚度、落锤高度、锤击次数要符合规定，以防止出现漏钻、漏填灰、漏夯、欠夯、桩体松等质量事故。在石灰桩施工过程中，要控制每米填料量，以保证桩体质量。一般以1m桩孔体积的1.4倍作为每米填料灌入量的控制标准。在施工过程中，生石灰与其他掺合料不宜过早拌合，应边拌边灌，以免生石灰遇水胀发影响质量。5.2.6 质量检验内容：桩位布置、填料质量和桩体密室度的检验。桩体密实度可采用轻便触探检验，也可取样进行室内土工试验检验。整个复合地基的处理效果，可以采用荷载试验，也可采用十字板剪切试验、轻便触探检验，或静力触探试验来检验效果。石灰桩质量检验应符合下列规定：施工时应及时检查施工记录，当