人工石灰樁局部加固既有建筑地基技術

崔健剛，徐國明

（山西天脊集團建筑工程有限公司，山西 長治 047507）

1 工程概況

潞城區(qū)位于山西省長治市北部郊區(qū)，濕陷性黃土分布較廣，在新建工程地基處理與既有建筑加固方面，采用石灰樁可取得較好效果。

某車庫為1層建筑，建于1997年，后因公司規(guī)模擴大，將其作為材料庫使用至今?，F(xiàn)因辦公用房緊張，需將其改造加層建成2層辦公樓。為滿足使用要求，同時降低成本，將既有車庫的內(nèi)橫墻全部拆除，四周外墻原則上拆除到室內(nèi)±0.000m以上1.0m，即外墻窗臺處。

由于既有建筑地基承載力不足，且基底下的濕陷性黃土地基也未處理，故為保證改造后建筑的安全性，將承重墻（柱）下的地基和樓梯間承重墻下的局部地基采用石灰樁加固。由于施工場地窄小，施工機械無法進入，只能采用人工石灰樁。

2 石灰樁

石灰樁由生石灰塊、粉煤灰、火山灰、爐渣或其他摻合料（為提高樁身強度，還可添加石膏、水泥等外加劑），按一定比例均勻混合后，在樁孔中分層振壓或夯填所形成的密實樁體。按施工工藝又可分為機械石灰樁和人工石灰樁2種類型。

1）機械石灰樁采用振動成樁法（分管內(nèi)填料成樁和管外填料成樁）、錘擊成樁法、螺旋鉆成樁法和機械洛陽鏟成樁法等施工工藝，孔徑一般為400～600mm，樁長不宜超過7m，每層回填材料厚度不超過400mm。機械成孔管外投料時樁長也不宜超過8m，螺旋鉆成孔及管內(nèi)投料時可適當加長。成樁時采用機械分層夯實、沉管反插、螺旋反壓、偏心輪夾桿式夯實等工藝。適用于新建工程，建設場地開闊的地基處理。

2）人工石灰樁采用人工洛陽鏟成孔，直徑一般為200～300mm，樁長不宜超過6m，每層回填材料厚度不超過300mm，桿狀重錘分層夯實。由于是人工操作，不受施工場地狹窄的限制，適用于對既有建筑的地基加固或新建小型建筑物（低層民用建筑）的地基處理。

3 適用范圍

石灰樁適用于處理飽和黏性土、淤泥、淤泥質土、素填土、雜填土及濕陷性黃土等地基，但不適用于處理地下水位下的砂類土。當遇地下水位以上的土層時，宜提高摻合料的含水量并減少生石灰用量或采取土層浸水等措施。

石灰樁樁端宜選在承載力較高的土層中。在深厚的軟弱地基中采用“懸浮樁”時，應減少上部結構重心與基礎形心的偏心，必要時宜加強上部結構及基礎剛度。

4 加固原理

1）成孔擠密 石灰樁采用機械擠密成孔時，對地基土有顯著的擠密作用，與土的性質有關。在雜填土中，由于其粗顆粒較多，故擠密效果較好；黏性土中，滲透系數(shù)小的擠密效果較差。但人工洛陽鏟挖孔或機械挖孔對地基土不存在任何擠密作用。

2）吸水膨脹擠密 生石灰具有吸水膨脹作用，在壓力為50～100kPa時，膨脹量為20%～30%，膨脹的結果使樁周土擠密。實踐證明，lkg純氧化鈣消化成為熟石灰可吸水0.32kg。對石灰樁樁體，在一般壓力下吸水量約為樁體積的65%～70%。根據(jù)石灰樁吸水總量等于樁間土降低的水總量，可得出軟土含水量的降低值。

3）發(fā)熱脫水 氧化鈣水化時產(chǎn)生的熱量可使樁身溫度達200～300℃，使土產(chǎn)生一定的氣化脫水，從而使土的含水量下降、孔隙比減小、土顆?？繑n擠密，在加固區(qū)的地下水位也有一定下降，并促使某些化學反應，如水化硅酸鈣的形成。

4）離子交換 軟土中鈉離子與石灰中的鈣離子發(fā)生置換，改善樁間土的性質，并在石灰樁表層形成強度很高的堅硬層。

5）置換作用 軟土被強度較高的石灰樁所代替，從而增加復合地基承載力，其復合地基承載力的大小取決于樁身強度與置換率。

石灰樁以上這些作用可使樁間土的強度提高，改善飽和粉土和粉細砂的抗液化性能，但對環(huán)境具有一定污染，在使用時應采取減少環(huán)境污染的措施。

5 石灰樁設計

5.1 材料及配合比

石灰樁的樁身材料宜采用生石灰和粉煤灰（火山灰或其他摻合料）。生石灰氧化鈣含量不得低于70%，含粉量不得超過10%，最大塊徑不得大于50mm。石灰樁的體積配合比一般為：生石灰塊∶粉煤灰=1∶（1～2），為提高樁身強度，可摻入適量水泥、砂或石屑，也可根據(jù)場地土質情況及施工經(jīng)驗調整，缺乏經(jīng)驗時可通過現(xiàn)場試樁確定。

5.2 樁徑及間距

樁徑應由成孔機具確定，采用人工洛陽鏟成孔，直徑通常為200～300mm。樁距宜為樁徑的2.5～3.5倍，樁可按等邊三角形或方形布置，三角形布置可使樁周土的加固較均勻。

5.3 石灰樁布置范圍

5.3.1 最小處理厚度

按國家標準要求，位于濕陷性黃土地區(qū)的丙類建筑新建工程，Ⅰ級濕陷性黃土地基處理最小厚度為1.0m，且下部未處理的濕陷性黃土的濕陷起始壓力不宜小于100kPa；Ⅱ級非自重濕陷性黃土場地地基處理最小厚度為2.0m，且下部未處理的濕陷性黃土的濕陷起始壓力不宜小于100kPa；Ⅱ級自重濕陷性黃土場地地基處理最小厚度為2.5m，且下部未處理的剩余濕陷量不應大于200mm。Ⅲ，Ⅳ級濕陷性黃土場地的地基處理宜選用其他方法。

5.3.2 平面處理范圍

對于非自重濕陷性黃土場地，可采用局部或整片處理地基；對于自重濕陷性黃土場地，應采用整片處理地基。局部處理時，平面范圍應大于基礎底面，且每邊應超出基礎底面寬度的1/4，且不應小于0.5m。整片處理時，平面范圍應超出建筑物外墻基礎底面的外邊緣，超出的寬度不宜小于處理土層厚度的1/2，且不應小于2.0m。確有困難時，按處理土層厚度的1/2計算外放寬度：非自重濕陷性黃土場地大于4.0m時，可取4.0m；自重濕陷性黃土場地大于5.0m時，可取5.0m；大厚度濕陷性黃土場地大于6.0m時，可取6.0m，但應在原防水措施基礎上提高等級或采取加強措施。

一般土質可布置在基礎底面以下，當?shù)鼗休d力小于70 kPa時，宜在基礎輪廓線外圍再布置1～2排樁，是基底壓力向外擴散的需要，另外考慮基礎邊樁的擠密效果較差。

5.4 地基承載力

根據(jù)本地經(jīng)驗，采用3.0～3.5倍樁徑的樁距時，地基承載力可提高0.7～1.0倍；采用2.5～3.0倍樁徑的樁距時，地基承載力可提高1.0～1.5倍。一般地基承載力特征值不宜超過160kPa，當進行地基靜載荷試驗時，應按試驗結果取值。

5.5 樁頂設置墊層

在基礎混凝土墊層底面以下、樁頂之上，按構造要求設置0.50m厚3∶7灰土墊層，壓實系數(shù)不應小于0.97。

6 施工工序

6.1 施工機具

應根據(jù)設計要求、現(xiàn)場土質、周圍環(huán)境等情況，選擇適宜的成樁設備和夯實工藝。

6.2 材料質量及拌合

生石灰的膨脹率大于生石灰粉，同時生石灰粉易污染環(huán)境。為使生石灰與摻合料反應充分，應將塊狀生石灰粉碎，其粒徑30～50mm為佳，最大不宜超過50mm。摻合料含水量過小則不易夯實，過大時在地下水位以下易引起放炮。使用粉煤灰或爐渣時含水量控制在30%左右，無經(jīng)驗時宜進行成樁工藝試驗。夯實水泥土樁混合料可采用人工拌合或機械拌合。人工拌合不得少于3遍；機械拌合宜采用強制式攪拌機，攪拌時間不得少于1min。

6.3 分層夯壓

采用人工或機械成孔達到設計深度后，要進行孔底虛土的夯實，在確?？椎滋撏撩軐嵑笤俚谷牖旌狭线M行樁體施工。

6.4 注意事項

1）雨期施工時，應采取防雨及排水措施。剛夯實完的石灰樁若受水浸泡，應將積水及松軟的土挖除，再進行補夯；受到浸泡的混合料不得使用。

2）管外投料或人工挖孔時，孔內(nèi)常有積水，此時應采用小型軟抽水泵或潛水泵排干孔內(nèi)積水后方可向孔內(nèi)投料。在向孔內(nèi)投料的過程中如孔內(nèi)滲水嚴重，影響夯實樁料質量，此時應采用降水或增打圍護樁的隔水措施。

3）施工順序宜由外圍或兩側向中間進行，在軟土中宜間隔成樁。

4）石灰樁施工期間的放炮現(xiàn)象必須重視，應采取降低摻合料含水量、排干孔內(nèi)積水或降水、加強夯實等措施。距樁頂應設置≥500mm以上的封樁土（含水量適當?shù)乃鼗一蚧彝粒?，必須夯實并略高于原地面?/p>

5）石灰樁樁頂施工標高應高出樁頂設計標高100mm以上，以防止地面水早期滲入樁頂，導致樁身強度降低。

7 質量檢驗與驗收

7.1 施工期間質量檢驗

石灰樁施工檢驗宜在施工7～10d后進行，檢驗標準如表1所示?？刹捎渺o力觸探、動力觸探或標準貫入試驗。檢測部位為樁中心及樁間土，每2點為1組。檢驗組數(shù)不小于總樁數(shù)的2%。

表1 石灰樁復合地基質量檢驗標準

7.2 竣工后質量驗收

石灰樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應采用復合地基載荷試驗。載荷試驗數(shù)量應為地基處理面積每200m2左右布置1個點，且每個單位工程不應少于3個點。

8 地基局部加固應用實例

本建筑為1層車庫，砌體混合結構，根據(jù)使用要求，加層改造為2層辦公樓，采用人工石灰樁對原基礎下的濕陷性黃土地基進行局部加固。

8.1 確定建筑類別

根據(jù)GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標準》，應屬“丙類”（7層以下多層建筑）中的最低層次（2層）。

8.2 建設場地濕陷等級

建設場地缺少地質資料，參照鄰近建設場地相關資料，按Ⅱ級非自重濕陷性黃土考慮，原地基承載力特征值取100kPa。由于既有建筑物已建成使用20多年，原地基承載力特征值應略有提高，現(xiàn)按提高10%考慮，取110kPa。

8.3 地基處理范圍

按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑標準》表6.1.5規(guī)定：對于單層或多層丙類建筑物，Ⅱ級非自重濕陷性黃土場地地基處理最小深度為2.0m，Ⅱ級自重濕陷性黃土場地地基處理最小深度為2.5m。由于本建筑物為既有建筑加固改造，利用原有大部分基礎，但由于原1層加固改造為2層，故須對承重柱及墻下的局部地基進行加固處理。經(jīng)對承重墻下的局部基礎進行計算，其混凝土條形基礎寬度為1.8m。按上述要求，每邊超出基礎底面的最小處理寬度取500mm，則局部進行地基加固處理的最小寬度為2.8m，最小處理深度為3.0m（0.5m為樁頂部封樁土）。

按構造要求，擠密地基必須保證基礎外邊線向外至少有1排樁，宜在頂部設置0.3～0.6m厚的素土、灰土或水泥土墊層。本工程取0.50m厚的3∶7灰土墊層。

原基底埋深為-1.9m，將基坑開挖至基底后，開始打3.0m深石灰樁，樁頂有0.50m厚的封樁土，再在其上做3∶7灰土墊層，壓實系數(shù)不應小于0.97。

8.4 地基處理

在既有建筑物基礎邊緣挖坑打樁，因施工場地窄小，只能采用人工洛陽鏟成孔。成孔直徑取250mm，樁距宜為2.5～3.5倍樁徑，即625～875mm，實際樁距取樁徑的2.4倍，即600mm，地基承載力應提高1倍，可達220kPa，但按構造要求，不宜超過160kPa，現(xiàn)取150kPa。根據(jù)建設場地土質情況及施工經(jīng)驗，石灰樁的體積配合比：生石灰塊∶粉煤灰＝1∶0.7。每層回填材料厚度不超過300mm，用桿狀重錘分層夯實。采用等邊三角形布孔，間距600mm，樁的平面布置如圖1所示，垂直樁和傾斜樁如圖2所示。

圖1 石灰樁樁位布置

圖2 石灰樁類型

9 結語

由于該項目施工現(xiàn)場狹窄，故采用人工石灰樁進行基礎加固，通過該技術的應用，解決了場地窄小的困難，節(jié)約相關費用，并有效確保了施工工期和安全。