談加固軟土地基的深層攪拌石灰樁法

【摘要】針對在建筑高等級公路遇到的擋土結構、橋涵、通道等結構物置于軟厚的雜填土上或軟弱地基之上，施工期短，成為不少設計單位和建設單位的棘手問題。可采用生石灰噴粉深層攪拌樁（下簡稱石灰攪拌樁）進行軟土地基處理。具有操作技術簡單可行，且經濟合理的優點，有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降以及整體工程工后沉降，提高軟土層承載力。

【關鍵詞】軟基；石灰樁；排水固結

【中圖號】U415【文獻標示碼】A【文章編號】1005-1074(2008)11-0218-01

1石灰攪拌樁身的排水固結作用

通過在一些工程施工中對石灰攪拌樁觀測，在樁頂的墊層上直觀表現有明顯的圓形濕痕，表明樁體含水量及滲透系數均大于樁間土，得到施工期樁體含水量總是很高的發現。由于樁身材料拌合不均勻，以及摻合料、配合比不同，樁身涮得滲透系數在4.07×10-3-10-5cm／s間，相當于細砂、粉砂的滲透系數，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。約用10％生石灰作固化劑時，軟粘土的滲透性系數會隨時間而直線上升；而用10％的水泥作固化劑時，軟粘土的滲透系數卻隨著時間而直線下降。說明石灰適合塑性指數較高的軟粘土地基，而水泥適合塑性指數較低的軟土地基。在條件相同情況下，在處理臨時加固效果的前數小時內，用石灰處理效果明顯比水泥處理來得快。但需注意，當石灰攪拌樁滲透系數K值足夠?。ㄈ畿浾惩恋鼗鴺兜闹睆絛又足夠大（例d≥50cm時），即使樁處于水下，也不能形成充分供水的條件，石灰攪拌樁的含水量仍然較初始含水量大幅度減?。谀耻浲谅坊囼炛校覙队谖迥旰笸诔?，發現樁身仍然堅硬非常，在日本的一份資料中談到，含水量即使在高達100％的軟土中，石灰樁身強度也比周圍土的強度高達10倍以上。

2石灰攪拌樁與樁間土的復合地基效應

2.1用生石灰對軟弱地基加固后，石灰攪拌和未加固部分地基土形成復合地基它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。

2．2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壓縮土體，承載力主要靠樁體承擔。由于土體相對于樁有向下滑動趨勢，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。所以，靠近樁邊的土承受壓力最小，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

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，根據室內試驗得出:①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；②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。

生石灰的膨脹力與其含量成正比，但膨脹應力的大小，卻與其有效氧化鈣含量、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。總之一般的地基（特別是軟土），當生石灰用量超過一定界限，其約束力絕對不可能阻止石灰攪拌樁的膨脹。而石灰攪拌樁直徑增大的原因就是巨大的膨脹力在相當范圍內傳布。

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級繼續水化，都要吸收和蒸發軟粘土中的水份。因此，有足夠的水才能供石灰水化，否則強度無法形成。另外水又不能過多，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，從而使灰土反應生成有一定強度的膠結物質條件，形成較高強度。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，甚至狀態由流動轉變為硬塑乃至堅硬，使石灰土的強度大大提高。