深层搅拌石灰桩法在公路软地基加固处理中的应用.doc

深层搅拌石灰桩法在公路软地基加固处理中的应用摘要：从桩间土和桩身两个方面详细分析了石灰桩加固软地基的机理，并介绍了该方法适宜的地质条件，结合工程实际，对施工工艺及施工过程中的注意事项进行了具体论述。关键词：石灰桩；软地基；复合地基；加固；施工工艺；弱心点公路作为一种线性带状的特殊人工建筑，不可避免的要经过不同的地质地区。在我国沿江、沿海、沿湖等处广泛分布着软土，软地基含水量高、空隙比大、压缩性大、承载能力低，容易产生地基滑动和过大沉降或不均匀沉降等地基破坏事故。在软地基上修建公路，选择合理的软地基处理方案对施工进度、施工费用、以及以后的安全运行都起着十分重要的作用。1石灰桩的加固原理石灰搅拌桩是靠石灰与土之间发生一系列的物理化学反应而形成强度的，不同的土质会产生不同的加固效果。深层搅拌石灰桩施工时通过机械搅拌，钻进时喷射压缩空气，使准备加固的土在原位受到扰动。钻进到设计标高后，钻机钻头反向旋转，边提升边由压缩空气输送生石灰，向着由钻头搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷入被搅拌的土体中，使土体和石灰进行充分拌和，形成具有整体性、水稳性和一定强度的石灰土桩，加固深度可以达到20m。生石灰在土壤中与水结合的反应式如下：CaO+H2O→Ca(OH)2+热量Ca(OH)2＋CO2→CaCO3由分子式可知，石灰水化吸收了大量水分，并产生大量的热量，引起土中水分蒸发，使土壤含水量降低，有利于土壤的排水固结。生石灰水化过程中，体积膨胀约为原来的2倍，在这个过程中桩周土颗粒受到挤压而使土壤密实度增大，这就是所谓的膨胀挤密作用，这使得非饱和土挤实，饱和土排水固结。Ca(OH)2与土中的CO2反应生成强度较高的CaCO3，使桩体承载力大大增加。上述化学反应主要发生在生石灰与土壤强制搅拌混合后的数小时内，是石灰对软粘土的早期基本作用。熟石灰与粘土颗粒中的活性硅铝矿物进一步缓慢的发生化学作用，反应过程中又吸收熟石灰浆中的水分，形成一种复杂的不溶于水的、将土颗粒粘结在一起的硅酸盐及硅酸钙凝胶，改变了粘土的结构。硅酸钙凝胶起到包裹和联络的作用，形成网状结构，在土颗粒间相互穿插，使土颗粒联系得很牢固，大大改善了土的物理力学性质，进一步发挥石灰固化剂的强化作用。这一过程将持续数年，是石灰对软土的后期加固作用。通过对一些施工过程中的石灰搅拌桩观测发现，施工期间桩体含水量总是很高，直观上表现为桩顶的垫层上有明显的圆形湿痕，表明桩体含水量及渗透系数大于桩间土。由于桩身材料拌和不均匀，以及配合比、掺和料不同，桩体的渗透系数一般在在4.07×10-3～10-5cm/s之间，相当于粉砂、细砂的渗透系数，比粘土、亚粘土的渗透系数大10倍至100倍，因此桩身排水固结作用较好。生石灰加固软地基后，石灰搅拌桩与未加固部分地基形成复合地带。复合地基的强度包括搅拌桩桩体的强度和桩周上粘聚力增强后的强度，搅拌桩与周围地基相比具有更高的抗剪强度。与搅拌桩相邻的桩周上，由于拌和时产生的高温和凝聚反应形成厚度达数厘米的高度硬壳，此硬壳的存在会阻碍搅拌桩的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期内该硬壳尚未形成，排水作用可以发挥的。石灰搅拌桩加固后的地基，桩体强度高于桩间土。因此，在工程结构载荷和车辆载荷作用下，土体被压缩，承载力主要靠桩体承担。由于土相对于桩有向下滑动的趋势，桩面对桩周土产生一向上的摩擦阻力，故靠近桩周土的压力值为向下的施工载荷值与向上的摩擦力两部分之和。因此，靠近桩边的土承担的压力最小，桩间地基土应力下降，而搅拌桩桩体产生应力集中现象。2石灰桩适宜的地质条件软粘土的矿物成分中，主要为高岭土、伊利土和蒙脱土，而从结构、能量和成分三个方面又能说明蒙脱土最容易与石灰发生反应，例如对于淤泥质粘土土样用X射线衍射矿物分析，稳定性好的矿物石英含量在40％以上，高岭土和伊利土的含量为40％，把其中一段大气干燥的淤泥粘土石灰搅拌桩钻取试样放入水中，约一个小时就完全崩解为泥浆，速度和一般粘土十分接近，说明了这类粘土恰恰缺少蒙脱土类粘土矿物，石灰较难与土发生化学反应，不能大量生成碳酸钙等胶结物，致使石灰搅拌桩强度变低，这也揭示了石灰搅拌桩适宜于蒙脱土类矿物含量粘土地基。3施工工艺及注意事项由于石灰桩的膨胀挤密效应和排水固结作用，石灰桩在设计过程中应采用小桩径、密布桩的原则。石灰桩常用桩径为250~400mm，最常用的桩径为300mm，石灰桩的加固深度、桩间距应经稳定验算、沉降验算确定，并满足工后沉降要求。相邻桩的净距应≤4.0倍桩径。用石灰桩处理软地基时，应进行稳定验算和沉降计算。石灰桩施工