深層攪拌石灰樁加固軟土地基的施工

鮑愛國

（新疆道路橋梁總公司第一公路工程處，新疆 喀什 844000）

1 石灰攪拌樁身的排水固結作用

通過對一些工程施工的石灰攪拌樁觀測，發現施工期樁體含水量總是很高，直觀表現在樁頂的墊層上有明顯的圓形濕痕，表明樁體含水量及滲透系數均大于樁間土。由于樁身材料拌合不均勻，以及配合比、摻合料不同，涮得樁身滲透系數在4.07×10-3-10-5cm／s之間，相當于粉砂、細砂的滲透系數，較粘土、亞粘土的滲透系數大10倍至100倍，說明石灰樁身排水固結作用較好。

生石灰作為固化劑時，軟粘土的滲透性系數隨著時間而直線上升；而用10%的水泥作為固化劑時，軟粘土的滲透系數隨著時間而直線下降。石灰適合于塑性指數較高的軟粘土地基，水泥適合于塑性指數較低的軟土地基。在相同條件下，用石灰處理的臨時加固效果在前數小時內比水泥處理的要明顯來得快。

2 石灰攪拌樁與樁間土的復合地基效應

生石灰加固軟弱地基后，石灰攪拌與未加固部分地基土形成復合地基，復合地基的強度包括攪拌樁樁體的強度和樁周土粘聚力增加后的強度，石灰攪拌樁與周圍地基相比具有更高的抗剪強度。與生石灰攪拌樁鄰接的樁周土，由于拌合時產生的高溫和凝聚反應形成厚度達數厘米的高度硬殼，此層硬層的存在影響了石灰攪拌樁的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期內此層硬殼尚未形成，排水作用是可以發揮的。從對一些工程的天然土和單樁復合地基荷載試驗中，發現石灰攪拌樁復合地基的加荷后穩定時間較天然土基為短，也就證實了石灰攪拌樁的排水固結作用。

石灰攪拌樁與樁間土的復合地基抗剪強度可用下式計算：

式中：τ'—復合地基抗剪強度，KPa;

τ'P—石灰攪拌樁的抗剪強度，KPa；

d's—消化和凝硬反應結束后石灰攪拌樁加固率（面積比）

ds—石灰攪拌樁置換率（面積比）

d—石灰攪拌樁直徑，d=50cm;

l—石灰攪拌樁間中心距，cm;

C'—石灰攪拌樁加固后地基土的粘聚力，KPa；

式中：Co—原地基土的粘聚力，KPa；

d—經石灰攪拌樁處理后的強度增加系數，d=0.1-0.4；

ΔP—有效壓縮荷載，它是固結試驗曲線中與加固后孔隙比e'對應的壓縮荷載P'與固結屈服應力Pc之差。

石灰攪拌加固后的地基，樁體強度高于樁間土。因此，在工程結構荷載和車輛荷載作用下，土體被壓縮，承載力主要靠樁體承擔。由于土相對于樁有向下滑動的趨勢，樁面對樁周土產生一向上的摩擦阻力，故靠近樁周土的壓力值為向下的施工荷載值與向上的摩擦力兩部分之和。因此，靠近樁邊的土承受的壓力最小，樁間地基土應力降低，而石灰攪拌樁樁體產生應力集中現象，根據基礎底面樁和樁間土上埋沒的土壓力盒測定結果，得出樁體和樁間土的荷載應力分擔比n＝P/S=3-15（為石灰攪拌承擔的應力，為樁間土承擔的應力）.在用石灰攪拌樁加固公路軟基時，一般采用n=3～5較適宜。

石灰攪拌樁加固公路軟基的容許沉降量S用下式計算：

式中：ΔH—加固前的地基土最終沉降量，cm；

ΔS—石灰攪拌樁在垂直方向產生的固結沉降，cm;

式中：HC—石灰攪拌樁的加固深度；

Δe—孔隙比的降低值；

式中：e0—原地基的初始孔隙比；

e—地基加固后孔隙比；

Δw—由式(s）求出的含水量降低值；

GS—土顆粒比重。

據資料介紹某一路堤地基用深層攪拌石灰樁處理軟土地基，該地基由高靈敏度的粉質軟粘土構成，厚度6-12m，抗剪強度10KPa，含水量60%，經室內試驗表明，用制備的石灰加固試樣測試其抗剪強度，在10d后增加到50KPa,三個月后測試強度增加到100KPa，在試驗路堤4m高的下面，石灰攪拌樁的設計間距為1.0-1.2m，樁長10m。經現場測試的沉降曲線表明，用石灰攪拌樁加固的地基沉降減少了大約60%，其沉降量為20-25m，設計計算值與實測值吻合較好。

3 生石灰劑量對石灰攪拌樁強度的影響

在同一生石灰含量的條件下，不同的土類具有明顯不同的抗壓強度，根據室內試驗表明:當生石灰含量在6%-18%的范圍內變化時，石灰攪拌樁仍保持原來土壤的特性；不同土性的石灰粉滲入量各有最佳滲人量區間，大于或小于這一區間的滲入量，都得不到經濟的加固效果。

生石灰的膨脹力與生石灰的含量成正比，但膨脹應力的大小，則與生石灰有效氧化鈣含量、約束力的大小和方向、熟化的快慢有關，如采用有效氧化鈣含量為85%-89%的生石灰,讓其在近似完全約束的條件下熟化，測得其軸向膨脹應力最高可達11.6MPa，隨著周圍約束的放松，軸向膨脹應力急劇減少，膨脹力所做的功已轉化為周圍土的變形位能而趨于平衡?？傊?，對于一般的地基（特別是軟土），當生石灰用量超過一定界限時，其約束力絕對不可能阻止石灰攪拌樁的膨脹，巨大的膨脹力必將在相當范圍內傳布，這就是石灰攪拌樁直徑增大的原因。

4 石灰攪拌樁的強度取決于軟粘土的含水量

石灰攪拌樁的強度能否形成和強度高低，與軟粘土的含水量有關。生石灰轉變為熟石灰以及繼續水化，都要吸收和蒸發軟粘土中的水份。因此，必須要有足夠的水供石灰水化，否則無法形成強度。另一方面水又不能過多，以使處于飽和狀態的軟粘土能夠因脫水而轉變成三相狀態，軟土中的空氣才能為碳酸化反應提供足夠的二氧化碳，從而形成使灰土反應生成有一定強度的膠結物質條件，形成較高的強度。由于石灰攪拌樁中的水分在強度形成中得到消耗，灰土含水量就會大幅度減少，甚至由流動狀態轉變為硬塑乃至堅硬狀態，從而大大提高石灰土的強度。

5 石灰攪拌樁適宜的土質條件

粘土顆粒粒徑小，表面積大，分散性大，穩定性差，容易和石灰發生反應，并且粘土較小的滲透系數?？墒故覕嚢铇逗拷档?，所以石灰攪拌樁適宜處理軟粘土地基。在軟粘土礦物成份中，高嶺土、伊利土和蒙脫土為三種主要的粘土礦物成分，而從結構、能量和成份三個方面又可以說明蒙脫土最容易與石灰發生反應，例如對于淤泥質粘土土樣用X射線衍射礦物分析，穩定性好的礦物石英含量在40%以上，高嶺土和伊利土含量為40%，把其中一段經過大氣干燥的淤泥粘土石灰攪拌樁鉆取試樣放入水中，約一個多小時就完全崩解為泥漿，崩解速度與一般粘土十分接近，說明了這類粘土恰恰缺少蒙脫土類粘土礦物，石灰較難與土發生化學反應，不能大量生成碳酸鈣等膠結物質，致使石灰攪拌樁強度較低，也揭示了石灰攪拌樁適宜于蒙脫土類礦物含量高的粘土地基。

6 結語

通過分析，可見石灰攪拌樁處理軟粘士和淤泥質粘土地基的效果是明顯的，用石灰攪拌樁處理后的地基，滲透性增大，石灰攪拌樁有助于排水固結，經處理后復合地基降低了軟土含水量，增大了粘聚力，復合地基的強度得到了提高，可以取得較好的經濟效益，適宜用于高等級公路的擋土結構、橋涵、通道的軟土地基中。

[1]李紅濤，潘威.深層攪拌石灰樁加固軟土地基應用研究[J].甘肅科技縱橫，2006-04-15.

[2]馬四新深層攪拌石灰樁在公路軟土地基處理中的應用[J].山西建筑，2007-09-10.