二灰桩在软土路基加固中的应用 _{CMWo"l
二灰桩在软土路基加固中的应用 2 Y_ `&
Application of Two-Ash Pile for Reinforcement aEr<(x !|"
of Soft Soil Subgrade 4`lt 4L
1{N73]-M:
Li Zhaoping Zhang Mi E~?0Yrm F
College of Civil Engineering and Architecture, Northern Jiaotong University,Beijing 100044 g z !q
Abstract Two-ash pile is a kind of semi-rigid pile which main components are lime and coal ash. In this paper, the principles of two-ash pile are discussed in detail.The application for two-ash pile at the reinforcement of Nanjing-Maanshan freeway soft soil subgrade is introduced. H.EgL@;mb
Key words two-ash pile soft soil subgrade reinforcement [Nb0&:$ay
1 问题的提出 3V:{_~~
CW*Kd t
以粉煤灰和石灰为主体材料掺入少量添加剂经搅拌均匀压实而成的二灰桩是一种半刚性桩，二灰桩特别适用于以沉降和稳定为控制条件的工程，如高速公路与高速(重载)铁路中包括桥台在内的填方路堤、机场跑道、集装箱码头、土石坝及各类工业与民用建筑的软土地基大面积加固处理. hS]g^S==2h
软土在我国分布范围广、土层厚度大.其特点是含水量高、孔隙比大、抗剪强度低，压缩系数高、渗透系数小、沉降稳定时间长.在土木、交通、水利等基础工程建设中经常遇到天然地基不能满足设计要求，需要对地基进行人工加固处理.地基处理是否合理，关系到整个工程的质量、进度和投资，因此它是影响工程造价的重要因素之一.在某地高速公路（填方路堤高6.0m）软土路基加固中采用了三种加固处理方法，见表1.从表1可以看出二灰桩兼有预压（砂井或塑料排水带）和水泥土桩（湿法或干法）并用的效果，并且具有技术可靠、工期短、造价低的优点，而且大量利用固体废料，是比较经济有效的路基处理方法. /(C?3 }}L
2 原理 SH> L3@Za
}ge~Nu>w
二灰桩中的主体材料是燃煤发电厂排放的粉煤灰，当有水存在时，粉煤灰中的SiO2和Al2O3能在常温下与石灰中的CaO产生化学反应生成新的水硬性胶凝物质.二灰桩体强度大小与材质、配比、密实度及龄期等因素有关.二灰桩容重γ一般为1.5g/cm3（干密度γd=1.0g/cm3）渗透系数k为10-4cm/s，30～60天桩体单轴抗压强度qu为1.0～1.6MPa，粘聚力C为0.5～2.2MPa，内摩擦角φ为30°～40°，变形模量E50为160MPa. <V?M~u[7f
二灰桩用于饱和软粘土地基处理具有置换与吸排水两大功能.二灰桩取代（置换）了同体积的软粘土，并与原土一起构成“复合地基”.荷载试验和工程实践证明，二灰桩土复合地基与原地基相比：承载力可提高0.5～3.6倍，沉降变形减少50%～94%.复合地基承受外荷载时，因变形模量不同而产生应力向二灰桩集中，根据外荷载大小和土层条件，其桩土应力比n为3～10.二灰桩吸排水有两层含义：一是化学吸水，桩体从周围土中吸取使强度增长所需水份，这是短期和有限的；二是毛细水效应，这是长期起作用的，也是二灰桩所特有的一种现象.即使无外荷载，也能在土中产生“负压排水”，降低孔隙水压，增加土的有效应力，加速桩周土的固结并提高其强度.实践表明，由于二灰桩毛细水的作用，引起地下水位普遍下降，其降低量一般为桩长的1/3～2/3.而桩四周土的有效应力增量相当于地下水位下降一定高度水柱的压力.桩间土强度一般可提高0.2～1.5倍. !mNXPqnN
3 设计与施工和检验 a1Q|su{H
3.1 设计 $0WO
4C%M
(1)处理范围和深度的确定 根据稳定和沉降分析计算及荷载性质确定地基处理范围与深度.二灰桩应超过最危险滑弧深度，桩土复合地基承载力满足设计值，同时工后沉降还应符合规范以及其他特殊要求. T^LpoN/T
(2)二灰桩排列 二灰桩平面布置有等边三角形（梅花形）和正方形两种排列形式，以等边三角形排列较为紧凑和有效，常在实际工程中采用.二灰桩直径d为0.3～0.6m，桩间距L一般取3～8d，深度H在20.0m以内.将二灰桩视作排水井时，每个桩的影响范围可化作为一个等面积的圆来求解.等效圆的直径de与二灰桩的间距L关系可参阅文献［1］，关于二灰桩地基固结度的计算参照砂井方法. Fu4LD-#
(3)桩体承载力 承受垂直荷载的二灰桩，应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的承载力相近.由于二灰桩属于半刚性桩，故按摩擦桩设计.桩长H和桩径d确定之后，桩的承载力可按文献［1］确定. md xa^#w
(4)复合地基承载力 二灰桩复合地基承载力标准值，应通过现场复合地基载荷试验确定，也可按文献［1］计算. n4Fh*d ixg
(5)群桩基础验算 当桩间距L<1.5 时（式中：r为桩径，H为桩深）应进行群桩（桩土组成的实体基础）验算.由于二灰桩周围形成了一薄层硬壳土，增大了桩土之间的摩阻力，验算时摩阻力可取相应土层的上限值.具体验算方法参见有关设计手册. H..g2;D
(6)沉降计算 二灰桩复合地基总沉降可分为两部分计算，即加固区沉降量S1和加固区下卧层沉降量S2.具体计算方法参阅文献［2］. 4Q2=\-KFj
3.2 施工和检验 "]M:+mH{]
(1)施工机具 成孔和压桩采用沉管机，管径为325mm，轴压为300～400kN，工效45～50m3/台班，配套设备为搅拌机及振动筛等. %H=d_Nm{
(2)施工工艺 二灰桩主要施工过程如下： 桩机就位→成孔→分段压桩→桩机移位. tins.D
(3)检验 检测是指施工质量与加固处理效果两方面.前者包括材质、配比、桩体密度、直径、深度、连续性、垂直度、强度及渗透性能等.后者为加固处理完毕，工程竣工后能达到沉降与稳定的设计要求.最重要的有载荷试验与沉降观测；其中沉降观测又分为地面（单点）沉降计和深层（或多点分层）沉降计，选择有代表性地点于施工初期埋设；在施工不同阶段及竣工后均进行观测和记录，以此检验总体加固效果.
