注册岩土工程师考试专业知识教材知识点：石灰桩法

　　6.2.1 基本概念

　　石灰桩是以生石灰为主要固化剂与粉煤灰或火山灰、炉渣、矿渣、黏性土等搀和料按一 定的比例均匀混合后，在桩孔中经机械或人工分层振压或夯实所形成的密实桩体。为提高桩 身强度，还可掺加石膏、水泥等外加剂。石灰桩的主要作用机理是通过生石灰的吸水膨胀挤 密桩周土，继而经过离子交换和胶凝反应使桩间土强度提高。同时桩身生石灰与活性搀和料 经过水化、胶凝反应，使桩身具有0.3～1.0MPa的抗压强度。石灰桩属可压缩的低黏结强度桩，能与桩间土共同作用形成复合地基。

　　【例题8】石灰桩的主要固化刘为(　　　)。

　　A、生石灰：　　B、粉煤灰;　　C、火山灰;　　D、矿渣;　　　　　　答案：A

　　6.2.2 适用范围

　　石灰桩法适用于处理饱和黏性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地。由于生石灰的吸水膨胀作用，特别适用于新填土和淤泥的加固，生石灰吸水后还可使淤泥产生自重固 结。形成强度后的密集的石灰桩身与经加固的桩间土结合为一体，使桩间土欠固结状态消 失。用于地下水位以上的土层时，宜增加搀和料的含水量并减少生石灰用量，或采取土层浸 水等措施。

　　6.2.3 加固机理

　　1 对软弱土加固机理

　　石灰桩加固软土进行加固的机理可分为物理加固和化学加固两个作用，物理作用包括吸 水作用、膨胀挤密作用，桩身置换作用，物理作用的完成时间较短，一般情况下7d以内均可完成。此时桩身的直径和密度已定型，在夯实力和生石灰膨胀力作用下，7-10d桩身已具有一定的强度。化学加固作用包括反应热作用、离子交换作用、凝胶作用。石灰桩的化学作用速度缓慢，桩身强度的增长可延续3年甚至5年。此外，石灰桩对土的加固作用还包括成孔时对土的挤密作用和桩身置换作用。

　　【例题9】石灰桩对软弱土的加固机理可分为物理加固和化学加固两个作用，下列属于物理加固作用的是(　　　)。

　　A、 吸水作用; 　　B、膨胀挤密作用;　　C、桩身置换作用;　　　D、离子交换作用;

　　E、凝胶作用;　　　F、反应热作用;　　　　　　　　　　　　　　　答案：A、B、C

　　石灰桩加固机理分述如下：

　　(1)成孔挤密。其挤密作用与土的性质有关。在杂填土中，由于其粗颗粒较多，故挤密效果较好;黏性土中，渗透系数小的，挤密效果较差。

　　(2)吸水作用。实践证明，1kg纯氧化钙消化成为熟石灰可吸水0.32 kg。对石灰桩桩体，在一般压力下吸水量约为65%～70%。根据石灰桩吸水总量等于桩间土降低的水总量，可得出软土含水量的降低值。

　　(3)膨胀挤密。生石灰具有吸水膨胀作用，在压力50～100kPa时，膨胀量为20%～30%。膨胀的结果使桩周土挤密。

　　(4)发热脱水。1kg氧化钙在水化时可产生280卡热量，桩身温度可达200-300°C。使土产生一定的气化脱水，从而导致土中含水量下降、孔隙比减小、土颗粒靠拢挤密，在所加固区的地下水位也有一定的下降，并促使某些化学反应形成，如水化硅酸钙的形成。

　　(5)离子交换。软土中钠离子与石灰中的钙离子发生置换，改善了桩间土的性质，并在石灰桩表层形成一个强度很高的硬层。

　　以上这些作用，使桩间土的强度提高、对饱和粉土和粉细砂还改善了其抗液化性能。

　　(6)置换作用。软土为强度较高的石灰桩所代替，从而增加了复合地基承载力，其复合 地基承载力的大小，取决于桩身强度与置换率大小。

　　(7)减载作用。石灰桩的搀和料为轻质的粉煤灰或炉渣，生石灰的重度约为10kN/m3， 石灰桩身饱和后的重度为13kN/m3，因此，当采用洛阳铲或螺旋钻成孔，将桩位处原土取 出，换成石灰桩体，并在土中形成大量密集分布的桩体，相当于以轻质的石灰桩置换土，复 合土层的自重减轻，置换率越大，则减载作用越明显。由此可减少桩底下卧层软弱土层的附 加应力，对减少软土变形有一定作用。

　　一般认为，在软土中石灰桩的置换作用和吸水膨胀作用是主要的，而在杂填土中置换和 挤密起着同样的作用。

　　【例题10】对软土采用石灰桩处理后，石灰桩外表层会形成一层强度很高的硬壳层，这主要是由(　　　　)起的作用。

　　A、吸水膨胀;　　B、离子交换;　　C、反应热;　　　D、碳酸反应;　　　答案：B

　　2 石灰桩复合地基工作机理

　　石灰桩属于可压缩的柔性桩，试验研究表明，当石灰桩复合地基荷载达到其承载力特征 值时，桩长范围内桩土之间相对滑移量很小，可以认为桩土之间变形是协调的，因此，桩土 复合土层承载性能接近于人工垫层。工作荷载作用下桩土应力一般在2.5-5之间。

　　石灰桩复合地基的沉降主要来自桩端以下土层，复合土层的沉降一般仅为桩长的5%- 0.8%。因此，进行石灰桩复合地基加固软弱土层时，宜将桩端进入压缩性相对较低、承载 力较高的土层中。

　　6.2.4 设计

　　石灰桩设计的主要内容有桩身材料、桩径、桩长、置换率、桩距和布桩范围，并根据复 合地基承载力和下卧层承载力要求以及变形控制的要求综合确定。

　　1 材料

　　石灰桩的主要固化剂为生石灰，搀和料宜优先选用粉煤灰、火山灰、炉渣等工业废料。 生石灰与粉煤灰、炉渣、火山灰等活性材料可以发生水化反应，生成不溶于水的水化物，同 时使用工业废料也符合国家环保政策。生石灰与搀和料的配合比宜根据地质情况确定，生石 灰与搀和料的体积比可选用1：1或1：2，对于淤泥、淤泥质土等软土可适当增加生石灰用 量，桩顶附近生石灰用量不宜过大。当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰重量的3%～10%。

　　2 桩径、桩距及布桩要求

　　石灰桩成孔直径应根据设计要求及所选用的成孔方法确定，从加固机理来说，采用细而 密的布桩方案较好，一般常用300～400mm，可按等边三角形或矩形布桩，桩中心距可取2-3倍成孔直径。石灰桩可仅布置在基础底面下，当基底土的承载力特征值小于70 kPa时，宜在基础以外布置1-2排围护桩。

　　3 地基处理深度

　　设计桩长时主要考虑复合地基承载力及变形的需要。一般来说，当需加固的软弱土层不厚时，应尽量考虑石灰桩穿过软弱土层进入相对较好土层;当软弱土层较厚时，应考虑复合 地基承载力及变形的需要确定桩长，并按《建筑地基基础设计规范》(GB50007)验算下卧层承载力及地基的变形，此外，还应减少上部结构重心与基础形心的偏心，必要时宜加强上部结构及基础的刚度。对于主要用于加强地基稳定的石灰桩，桩长应尽可能穿过可能的滑动面。此外，桩长也受到成孔机械的限制，当采用洛阳铲成孔时，桩长不宜超过6m，采用机械成孔管外投料时，桩长不宜超过8m;螺旋钻成孔及管内投料时可适当加长。

　　4　承载力

　　石灰桩复合地基承载力特征值应通过单桩或多桩复合地基静载荷试验确定。初步设计 时，也可按公式(6.2-1)估算：

　　fspk=mfpk+(1-m)fsk 6.2-1

　　式中：fpk为石灰桩桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验测定，初步设计时可取 350～500kPa，土质软弱时取低值;fsk为桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值的1.05～1.2倍，土质软弱或置换率大时取高值;m为面积置换率，桩面积按1.1-1.2倍成孔直径计算，土质软弱时宜取高值。

　　此外，石灰桩复合地基承载力特征值不宜超过160kPa，当土质较好并采取保证桩身强度的措施，经过试验后可以适当提高。

　　当地基需要排水通道时，可在桩顶以上设200-300mm厚的砂石垫层;需要减少基础面积和减少桩顶附加应力时，可通过计算在桩顶设置一定厚度的垫层。

　　5 变形计算

　　处理后地基变形应按《建筑地基基础设计规范》(GB50007)有关规定进行计算。变形经验系数Фs可按地区沉降观测资料及经验确定。其中石灰桩复合土层的压缩模量宜通过桩身及桩间土压缩试验确定，初步设计时可按下式估算：

　　Esp=α[1+m(n-1)]Es 6.2-2

　　式中：Esp为复合土层的压缩模量(MPa);α为系数，可取1.1～1.3，成孔对桩周土挤密效应好或置换率大时取高值;n为桩土应力比，可取3～4，长桩取大值;Es为天然土的压缩模量(MPa)。

　　【例题11】在初步设计时，对于采用石灰桩处理过的地基，其复合土层的压缩模量可以按照式Esp=α[1+m(n-1)]Es进行估算，α为系数，其值为(　　　)。

　　A、小于1;　　B、大于0.5;　　C、大于0.9;　　D、大于1，可取1.1～1.3;答案：D

　　6.2.5 施工

　　1 成桩工艺与设备

　　石灰桩根据具体条件可采用洛阳铲或机械成孔，机械成孔分为沉管和螺旋钻成孔。成桩 时可采用人工夯实、机械夯实、沉管反插、螺旋反压等工艺。填料时必须分段压(夯)实，人工夯实时每段填料厚度不得大于400mm。管外投料或人工成孔填料时应采取措施减小地下水渗入孔内的速度，成孔后填料前应排除孔底积水。

　　2 桩身材料

　　石灰材料应选用新鲜生石灰块，有效氧化钙含量不宜低于70%，粒径不应大于70mm，含粉量(即消石灰)不宜超过15%。搀和料应保持适当的含水量，使用粉煤灰或炉渣时含水量为30%左右。无经验时宜进行成桩工艺试验，确定密实度的施工控制指标。进入场地的生石灰应有防水、防雨、防风、防火措施，宜做到随用随进。

　　3 其他施工注意事项

　　(1)施工前进行成桩试验和材料配比试验，以验证设计的合理性和成桩工艺的适宜性，确定合理的成桩参数，如桩身材料配合比，填料数量、气压和夯击参数等，了解施工时可能发生的问题和决定相应的解决措施。

　　(2)控制施工顺序。为提高对桩间土的挤密效果，施工顺序宜由外围或两侧向中间进 行。在软土中宜间隔成桩。这些措施也有利于提高桩间土对桩身的约束力。

　　(3)应注意石灰桩施工过程中的“冲孔(放炮)”现象。它是指由于孔内进水使生石灰与水迅速反应，其温度高达200-300°C，空气遇热膨胀，不易夯实，桩身孔隙大，孔隙内空气在高温下迅速膨胀，将上部夯实的桩料冲出孔口。应采取减少搀和料含水量，排干孔内积水或降水，加强夯实等措施，确保安全。

　　(4)严格做好封顶。为了减小桩体向上胀发引起的能量损失，以保证桩身强度，需利用 素土、灰土或素混凝土等进行桩身封顶，进行夯压密实，长度一般为50-100cm。

　　(5)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。

　　【例题12】按照JGJ79-2002中关于石灰桩施工安全方面的强制性条文的有关要求，下列说法正确的( )。

　　A、石灰桩施工时，必须强调用电安全; B、石灰桩施工时，必须配戴安全帽;

　　C、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;

　　D、石灰桩施工时，项目部应有完善的安全生产管理体系，确保安全生产，文明施工。

　　答案：C

　　6.2.6 质量检验

　　6.2.6.1 施工质量检验

　　石灰桩施工检测宜在施工7～10d后进行。检测内容包括桩间土加固效果检验、桩身质量检验。检测方法包括采用静力触探、动力触探或标准贯入试验检测桩间土加固效果和桩身。

　　【例题13】对于软土地基，采用石灰桩处理后，其施工质量检测包括( )。

　　A、桩间土加固效果检验;　　B、桩身质量检验;

　　C、单桩复合地基载荷试验;　D、多桩复合地基载荷试验;　　　　　　　　答案：A、B

　　6.2.6.2 竣工验收检验

　　竣工验收检测宜在施工28d后进行，石灰桩复合地基竣工验收检验应采用复合地基载荷试验。载荷试验的数量宜为地基处理面积每200m2左右布置一个点，每一单体工程不得少于3点。

　　【例题14】在对石灰桩进行竣工验收检验时，载荷试验的数量宜为(　　　)，每一单体工程不得少于3点。

　　A、总桩数的0.5%;　　　B、总桩数的1%;　　　　　C、总桩数的2%;

　　D、地基处理面积每200m2左右布置一个点;　　E、地基处理面积每500m2左右布置一个点;

　　答案：D