石灰桩施工工艺

任务 2.3石灰桩施工
1.石灰桩的概念：
石灰桩是由生石灰与粉煤灰等掺和料拌和均匀，在孔内分层夯实形成竖向增强体，并与桩间土形成复合地基的地基处理方法。

2.石灰桩的使用条件：
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。

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。

3.石灰桩的分类：
按照用料特征和施工工艺可分为：
块灰灌入法（石灰桩法）——采用钢套管成孔，然后在孔中灌入新鲜的生石灰块，或在生石灰块中掺入适量的水硬性掺合料。

粉灰搅拌法(石灰柱法）——将石灰粉通过特制的搅拌机将石灰粉加固料搅拌均匀，促使软土硬结，形成石灰柱。

石灰浆压力喷注法——采用压力将石灰浆喷于地基土的孔隙内或者预先钻好的孔内，使石灰浆在地基中扩散和硬结。

4.石灰桩的加固机理：
石灰桩的加固机理可以从桩间土、桩身、复合地基三个方面来分析。

①桩间土：
成孔挤密。

石灰桩使用震动沉管成孔，使桩间土产生挤压和排土的作用。

一般情况下，地基土的渗透性越大，打桩的挤密性越好。

膨胀挤密。

生石灰吸水硬化会产生膨胀（自然状态下，石灰熟化后体积会增大到原来的1.5—3.5倍。

脱水挤密。

生石灰发生熟化时会放出大量的热能，使土中产生一定的气化脱水，从而使土中的含水量下降、空隙比减小，地下水位也有一定的下降。

胶凝作用。

生石灰熟化后产生的Ca(OH)2 中的一部分与土中的二氧化硅、氧化铝发生反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，对土颗粒产生胶凝作用，使土的体积增大。

同时改变了土的结构，提高了土的强度。

②桩身：
石灰桩若采用生石灰为原料，水化后，石灰桩的直径可以达到原来的1倍。

③复合地基：
由于石灰桩比桩间土有更大的承载力，所以在于桩间土形成的复合地基中具有桩体作用。

当承受荷载时，桩体将产生应力集中现象。

5.石灰桩的施工工艺：
石灰桩有管内成桩和管外成桩两种方法。

管内成桩：
先用人工或者机械成孔后，再填料夯实、封顶。

自上而下成孔、自下而上夯实成柱。

包括人工挖孔成桩、冲击法成桩、螺旋钻进发成桩、沉管法成桩、爆扩法成桩5种施工工艺。

①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。

②冲击法成桩：适用冲击钻机成孔。

③螺旋钻进发成桩：螺旋钻进发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，不使用冲洗液，钻进效率高。

可分为：长螺旋钻进法和套管式螺旋钻进法。

④沉管法成桩：包括震动沉管法和冲击沉管法。

⑤爆扩法成桩：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）。

管内成桩。

6.膨胀土的概念：
膨胀土是指土的粘土矿物成分中富含亲水性粘土矿物，具有吸水显著、膨胀软化、失水急剧收缩硬裂以及往复湿胀干缩特性的高塑性粘土，又称裂土，裂隙粘土。

7.膨胀土的工程特性：
膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石,
筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，且往往成群出现，尤以低层平房严重，危害性很大，裂缝特征有外墙垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水
缝。

一般于建筑物完工后半年到五年出现。

8.膨胀土路基的处理措施：
（1）原地面膨胀土采取换填处理
①填高不足1.0m的路堤，必须挖去地表30～60cm的膨胀土，换填非膨胀土，并按规定压实。

②地表为潮湿土时，必须挖去湿软土层换填砾石土、砂砾或挖方坚硬岩石碎渣，或将土翻开掺6%的石灰稳定并按规定压实；一般换填深度可控制在0.8m左右。

（2）膨胀土挖方路段的路床应超挖30～50cm，并立即用粒料或非膨胀土分层回填或用改性土回填，按规定压实。

（3）强膨胀土不能用作路基填料，根据试验确定，做弃方处理；中、弱膨胀土用作路基填料时宜采取下列措施处治：
①可以根据土层的分布情况，将下层的砂性土与上层膨胀土对半掺和使用，这样可降低土中粘粒和胶粒的相对含量，从而改变其工程性质。

②根据试验确定，部分路段的91区、94区、96区膨胀土填料采用掺5%石灰改性处理，路床采用掺7%石灰改性处理。

针对粘土矿物中易亲水的蒙脱石、伊利石，使其与石灰发生物理、化学作用，进行离子交换，改变其矿物成分的性质，从而增强其水稳性，提高其工程力学性质。

在掺和石灰处理过程中，采用分两步进行：第一步，掺3%（5%）的石灰，拌和机充分拌和，整形初压后，适量洒水，使表面膨胀碎块进一步崩解，然后再在表面掺和2%的石灰，
并用灰土拌和机将表面打起6～8cm，重新拌和，最后充分碾压，这样可增加表面强度和水稳定性。

（4）使用膨胀土作填料时，为增加其稳定性，采用石灰处治，石灰剂量范围10%∽12%，要求掺灰处理后的膨胀土，其胀缩总率接近零为佳。

（5）路堤两边边坡部分及路堤顶面要用非膨胀土作封层，必要时须铺一层土工布，从而形成包心填方。

（6）路堑边坡不要一次挖到设计线，沿边坡予留厚度30∽50cm一层，待路堑挖完后，再削去予留部分，并以浆砌花格网护坡封闭。

（7）路堤与路堑分界处，即填挖交界处，两者土内的含水量不一定相同，原有的密实度也不禁相同，压实时应使其压实的均匀.紧密，避免发生不均匀沉陷。

因此，填挖交界处2米范围内的挖方地基表面上的土应挖成台阶，翻松，并检查其含水量是否与填土含水量相近，同时采用适宜的压实机具，将其压实到规定的压实度。

（8）施工时应避开雨季作业，加强现场排水。

路基开挖后各道工序要紧密衔接，连续施工，时间不宜间隔太久。

路堤.路堑边坡按设计修整后，应立即浆砌护墙.护坡，防止雨水直接侵蚀。

（9）膨胀土地区路床的强度及压实标准应严格遵守国家有关规定.规范。

9.黄土的工程特性：
（1）胀缩性：黄土遇水体积膨胀，使其上面的路面隆起，干燥后体积收缩，并使其上面的路面下沉。

如此反复路面形成裂缝及剥落，降低公路使用寿命。

（2）崩解性：新黄土孔隙较大，岩性疏松，浸入水中后，吸水湿化，很快全部崩解；而老黄土孔隙较小，岩性紧密，则需经一段时间才崩解，红色黄土孔隙很小，岩性紧密，浸水后基本不崩解。

（3）多孔裂隙性：黄土具有很高的空隙度。

黄土中的空隙呈垂直或倾斜的管状，以垂直为主，上下贯通。

（4）强度衰减性：黄土的强度随含水量的增大而减小。

在天然含水率的情况处于较坚硬的状态，具有一定的强度。

但浸湿后不易干燥，强度急剧下降，过湿则形成弹簧土。

（5）湿馅性：黄土在外加荷载有土体自重的作用下，受水侵湿后，因土体结构破坏，而发生大量剧烈的附加下沉，即形成湿馅。

（6）渗水性：因黄土具有胀缩性，多次反复形成裂缝，降水后，水从裂缝中下渗，渗入深度增加；又因黄土具有大孔隙垂直节理等特性，其垂直方向的渗透性较水平方向为大；但粘粒含量较多的黄土成为透水不良或不透水的土层。

10.黄土路基的施工处理措施：
填方：
（1）黄土路段施工过程中应严格做好防排水，避免施工场地排水不畅或浸水。

在路基填筑前，应对原地面进行处置，处置宽度应大于路基坡脚外1／2湿陷性黄土层厚，并不小于2m。

（2）黄土路基填筑：当利用挖方黄土填筑路基时，CBR不满足要求时，掺灰处理；路床0～30cm部分采用砂砾填筑；当使用黄土作为路基填料时，路基填筑施工每隔2.0m填高采用500kN.m的夯击能进行强夯补压;设置构筑物的冲沟内的路基，台后换填范围(不小于6m)的路基不容许采用强夯处理；采用填筑时构筑物顶部4m范围内也不容许采用强夯处理；4m 以上采用强夯时，夯击能不得大于1000kN.m。

挖方：
挖方路段挖至设计标高后，进行强夯处理，并对强夯后的沉降采用6％灰土补填，为保证施工车辆对路基不行车破坏，顶部15cm设置砂砾。

灰土隔水层采用分层路拌法施工。

外掺石灰，石灰采用钙、镁质Ⅲ级生石灰。