注册岩土工程师考试专业知识教材知识点：石灰桩法

　　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%。