生石灰樁地基加固研究

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1、生石灰樁地基加固研究前言生石灰樁膨脹法是在濕陷性黃土地區(qū)廣泛采用的地基處理方法之一，這是利用生石灰吸收樁周土中的水分發(fā)生消化反應(yīng)，使得樁身體積膨脹，擠密樁間土，從而有效地消除大厚度黃土的濕陷性。與其它處理方法相比，該方法具有不需要大量開挖和回填、所用施工機械簡單、處理費用底、處理深度大（可達5～15m）等特點，這是其它處理方法（如重錘夯實法、強夯法）所難以達到的。除了消除黃土濕陷性外，生石灰樁與被擠密的樁間土一起構(gòu)成復合地基，提高了地基強度，減小了地基變形，改善了濕陷性黃土地基的工程特性。1.生石灰樁加固地基的基本原理生石灰樁是用人工或機械的方法在土體中成孔，然后灌入生石灰塊混合填料，經(jīng)夯實

2、后形成的一根樁體。其加固機理可概括為：（1）樁擠密作用生石灰樁的成孔工藝有排土和不排土兩種成孔工藝。在非飽和粘性土和其他滲透性較大的地基中采用不排土成孔工藝施工時，由于在成孔的過程中，樁管將樁孔處的土體擠進樁周土層，使樁周土層孔隙減小，密實度增大，壓縮性降低，承載力提高。土的擠密效果與土的性質(zhì)、上覆壓力和地下水位狀況等密切相關(guān)。一般而言，地基土的滲透系數(shù)越大，擠密的效果就越明顯，地下水位以上土體比地下水位以下土體的擠密效果明顯。（2）樁間土的脫水擠密作用①吸水作用對于滲透系數(shù)小于樁體材料滲透系數(shù)的土體，由于樁周邊土中被生石灰吸收的水分得不到迅速補充，再加上消化反應(yīng)釋放熱量的蒸發(fā)作用，在樁周約

3、0.3倍樁徑的范圍內(nèi)出現(xiàn)脫水現(xiàn)象。在脫水區(qū)內(nèi)，土體的含水量下降，孔隙比減小，土顆粒密實度增大。生石灰的吸水量隨著樁周土圍壓的增大而降低。實際工程中，生石灰的樁長大都不長（一般在8m左右），土體對樁體的圍壓大致在50～100kpa。在50kpa的壓力下，1㎏生石灰可吸水0.8～0.9㎏，其中約0.25㎏為生石灰熟化吸水，其余為熟石灰熟化后繼續(xù)吸水。若采用10%的置換率進行加固，樁間土的平均失水量為8%～9%；在樁體置換率為9%、樁間距為3d的軟基上實測的失水量約5%。而5%～9%含水量的降低值，可使土的承載力增長15%～20%。②脹發(fā)擠密作用生石灰吸水消化后，樁體體積發(fā)生膨脹。生石灰體積膨脹的

4、主要原因是固體崩解，孔隙體積增大，顆粒比表面積增大，表面附著物增多，固相顆粒體積也得到增大。大量室內(nèi)實驗表明，在50～100kpa的圍壓下，生石灰消化后樁體體積的脹發(fā)量為1.2～1.5倍，相當于樁徑脹發(fā)量1.1～1.2倍。在滲透系數(shù)大于樁體材料滲透系數(shù)的土層中，土層因生石灰樁漲發(fā)擠壓所產(chǎn)生的超孔隙水壓力能迅速消散，樁周土得以迅速固結(jié)。在滲透系數(shù)小于樁體材料滲透系數(shù)的土層中，由于生石灰的吸水蒸發(fā)，在樁周邊形成脫水區(qū)，脫水區(qū)內(nèi)含水量下降，飽和度減小。隨著樁體的吸水脹發(fā)，樁周土層得以擠密壓實。③升溫加熱作用伴隨著生石灰的消化反應(yīng)，反應(yīng)釋放出大量的熱量，使樁周土的溫度升高200～600℃，樁周土中水

5、分產(chǎn)生一定程度的汽化。由于汽化反應(yīng)釋放出了大量的熱能，從而大大促進了土層中的膠凝反應(yīng)的進行。（3）碳化作用生石灰與土中的二氧化碳氣體反應(yīng)，可生成不溶的碳酸鈣。這一反應(yīng)雖不如凝硬反應(yīng)明顯，但碳酸鈣的生成也起到了使樁身硬殼形成的作用。2.生石灰樁周圍土體擠壓密實度的確定生石灰樁周圍土體在樁膨脹后的孔隙比變化應(yīng)符合以下函數(shù)規(guī)律。e=e(x,y,z)式中，當x=0時，e=emin，emin為土體最小孔隙比；當x=l0/2時，e=e0，e0為原地基土體的孔隙比，l0為膨脹擠壓影響范圍。如假定原基礎(chǔ)下土體孔隙比相等，膨脹擠壓完成后孔隙比在單位長度范圍內(nèi)沿x方向呈二次拋物線分布，則孔隙率的

6、分布方程為：e=e(x,y,z)=4(e0-emin)l02x+emin3.單位面積內(nèi)所需生石灰樁的橫截面積設(shè)v0,v1分別為處理前后土的體積；vv0,vv1和e0,emin分別為處理前后土的孔隙體積及孔隙比；vs為固體顆粒體積，處理前后不變；vp為樁膨脹后占有的體積；a為生石灰樁復合地基的加固面積；h為處理深度（樁的長度）；ξ為生石灰樁的面積和加固面積之比。v0=vs+vv0=vs(1+e0)(1)v1=vs+vv1=vs(1+emin)(2)v0-v1=e0-emin1+e0v0(3)ξ=

7、e0-emin1+e0(4)公式（4）中，e0可測得，emin可根據(jù)設(shè)計要求取值，這樣可以求出ξ，從而可以計算出單位面積內(nèi)所需生石灰樁的橫截面積。4.加固面積內(nèi)生石灰樁的樁數(shù)確定根據(jù)已知的生石灰樁膨脹后的樁徑和上式所求的ξ值，便可以算出樁數(shù)。ξa=nπd12/4n=4ξa/(πd12)式中：n為樁數(shù)。結(jié)語本文針對生石灰樁吸收周土體中水分發(fā)生消化反應(yīng)，使得樁身體積膨脹，擠密樁間土，