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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2009-12-15

石灰桩复合地基工作机理
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％。
2 桩径、桩距及布桩要求
石灰桩成孔直径应根据设计要求及所选用的成孔方法确定，从加固机理来说，采用细而    密的布桩方案较好，一般常用300～400mm，可按等边三角形或矩形布桩，桩中心距可取2-3倍成孔直径。石灰桩可仅布置在基础底面下，当基底土的承载力特征值小于70 kPa时，宜在基础以外布置1-2排围护桩。
3 地基处理深度
设计桩长时主要考虑复合地基承载力及变形的需要。一般来说，当需加固的软弱土层不厚时，应尽量考虑石灰桩穿过软弱土层进入相对较好土层；当软弱土层较厚时，应考虑复合  地基承载力及变形的需要确定桩长，并按《建筑地基基础设计规范》(GB50007)验算下卧层承载力及地基的变形，此外，还应减少上部结构重心与基础形心的偏心，必要时宜加强上部结构及基础的刚度。对于主要用于加强地基稳定的石灰桩，桩长应尽可能穿过可能的滑动面。此外，桩长也受到成孔机械的限制，当采用洛阳铲成孔时，桩长不宜超过6m，采用机械成孔管外投料时，桩长不宜超过8m；螺旋钻成孔及管内投料时可适当加长。
4　承载力
石灰桩复合地基承载力特征值应通过单桩或多桩复合地基静载荷试验确定。初步设计  时，也可按公式(6.2-1)估算：
         fspk=mfpk+(1-m)fsk                         6.2-1
式中：fpk为石灰桩桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验测定，初步设计时可取  350～500kPa，土质软弱时取低值；fsk为桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值的1.05～1.2倍，土质软弱或置换率大时取高值；m为面积置换率，桩面积按1.1-1.2倍成孔直径计算，土质软弱时宜取高值。
此外，石灰桩复合地基承载力特征值不宜超过160kPa，当土质较好并采取保证桩身强度的措施，经过试验后可以适当提高。
当地基需要排水通道时，可在桩顶以上设200-300mm厚的砂石垫层；需要减少基础面积和减少桩顶附加应力时，可通过计算在桩顶设置一定厚度的垫层。
5 变形计算
处理后地基变形应按《建筑地基基础设计规范》(GB50007)有关规定进行计算。变形经验系数Фs可按地区沉降观测资料及经验确定。其中石灰桩复合土层的压缩模量宜通过桩身及桩间土压缩试验确定，初步设计时可按下式估算：
         Esp=α[1+m(n-1)]Es                          6.2-2
式中：Esp为复合土层的压缩模量(MPa)；α为系数，可取1.1～1.3，成孔对桩周土挤密效应好或置换率大时取高值；n为桩土应力比，可取3～4，长桩取大值；Es为天然土的压缩模量(MPa)。
【例题11】在初步设计时，对于采用石灰桩处理过的地基，其复合土层的压缩模量可以按照式Esp=α[1+m(n-1)]Es进行估算，α为系数，其值为（　　　）。
A、小于1；
B、大于0.5；
C、大于0.9；
D、大于1，可取1.1～1.3；
答案：D
6.2.5  施工
1 成桩工艺与设备
石灰桩根据具体条件可采用洛阳铲或机械成孔，机械成孔分为沉管和螺旋钻成孔。成桩  时可采用人工夯实、机械夯实、沉管反插、螺旋反压等工艺。填料时必须分段压(夯)实，人工夯实时每段填料厚度不得大于400mm。管外投料或人工成孔填料时应采取措施减小地下水渗入孔内的速度，成孔后填料前应排除孔底积水。
2 桩身材料
石灰材料应选用新鲜生石灰块，有效氧化钙含量不宜低于70％，粒径不应大于70mm，含粉量(即消石灰)不宜超过15％。搀和料应保持适当的含水量，使用粉煤灰或炉渣时含水量为30％左右。无经验时宜进行成桩工艺试验，确定密实度的施工控制指标。进入场地的生石灰应有防水、防雨、防风、防火措施，宜做到随用随进。
3 其他施工注意事项
(1)施工前进行成桩试验和材料配比试验，以验证设计的合理性和成桩工艺的适宜性，确定合理的成桩参数，如桩身材料配合比，填料数量、气压和夯击参数等，了解施工时可能发生的问题和决定相应的解决措施。
(2)控制施工顺序。为提高对桩间土的挤密效果，施工顺序宜由外围或两侧向中间进   行。在软土中宜间隔成桩。这些措施也有利于提高桩间土对桩身的约束力。
(3)应注意石灰桩施工过程中的“冲孔(放炮)”现象。它是指由于孔内进水使生石灰与水迅速反应，其温度高达200-300°C，空气遇热膨胀，不易夯实，桩身孔隙大，孔隙内空气在高温下迅速膨胀，将上部夯实的桩料冲出孔口。应采取减少搀和料含水量，排干孔内积水或降水，加强夯实等措施，确保安全。
(4)严格做好封顶。为了减小桩体向上胀发引起的能量损失，以保证桩身强度，需利用    素土、灰土或素混凝土等进行桩身封顶，进行夯压密实，长度一般为50-100cm。
(5)石灰桩施工时应采取防止冲孔伤人的有效措施，确保施工人员的安全。
【例题12】按照JGJ79-2002中关于石灰桩施工安全方面的强制性条文的有关要求，下列说法正确的(   )。
A、石灰桩施工时，必须强调用电安全；   B、石灰桩施工时，必须配戴安全帽；
C、石灰桩施工时，应采取防止冲孔伤人的有效措施，确保施工人员的安全；
D、石灰桩施工时，项目部应有完善的安全生产管理体系，确保安全生产，文明施工。
答案：C
6.2.6  质量检验
6.2.6.1 施工质量检验
石灰桩施工检测宜在施工7～10d后进行。检测内容包括桩间土加固效果检验、桩身质量检验。检测方法包括采用静力触探、动力触探或标准贯入试验检测桩间土加固效果和桩身。
【例题13】对于软土地基，采用石灰桩处理后，其施工质量检测包括(     )。
A、桩间土加固效果检验；
B、桩身质量检验；　
C、单桩复合地基载荷试验；
D、多桩复合地基载荷试验；
答案：A、B
6.2.6.2  竣工验收检验
竣工验收检测宜在施工28d后进行，石灰桩复合地基竣工验收检验应采用复合地基载荷试验。载荷试验的数量宜为地基处理面积每200m2左右布置一个点，每一单体工程不得少于3点。
【例题14】在对石灰桩进行竣工验收检验时，载荷试验的数量宜为（　　　），每一单体工程不得少于3点。
A、总桩数的0.5%；
B、总桩数的1%；　
C、总桩数的2%；
D、地基处理面积每200m2左右布置一个点；
E、地基处理面积每500m2左右布置一个点；
答案：D
6.3　灰土挤密桩法和土挤密桩法
6.3　灰土挤密桩法和土挤密桩法
6.3.1  基本概念
灰土挤密桩或土挤密桩是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，然后向孔内    夯填素土或灰土成桩。成桩时，通过成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内的土被挤向周围，    使桩间土得以挤密，然后将备好的素土(黏性土)或灰土分层填入桩孔内，并分层捣实至设    计标高。用素土分层夯实的桩体，称为土挤密桩；用灰土分层夯实的桩体，称为灰土挤密    桩。二者分别与挤密的桩间土组成复合地基，共同承受基础的上部荷载。
6.3.2  适用范围
灰土挤密桩法或土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等    地基。处理深度宜为5-15m。灰土挤密桩或土挤密桩，在消除土的湿陷性和减小渗透性方    面，其效果基本相同或差别不明显，但土挤密桩地基的承载力和水稳性不及灰土挤密桩，选    用上述方法时，应根据工程要求和处理地基的目的确定。当以提高地基的承载力或增强其水    稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法；当以消除地基的湿陷性为主要目的时，宜选用土    挤密桩法。
【例题15】为消除湿陷性黄土地基的湿陷性，宜选用的地基处理方法为（　　）。
A、夯实水泥土桩法；　B、砂石桩法；　C、振冲法；　D、土挤密桩法；　　答案：D
大量的试验研究资料和工程实践表明，土或灰土挤密桩用于处理地下水位以上的湿陷性    黄土、素填土、杂填土等地基，不论是消除土的湿陷性还是提高承载力都是有效的。但当土    的含水量大于24％及其饱和度超过65％时，在成孔及拔管过程中，桩孔及其周围容易缩颈    和隆起，挤密效果差，故上述方法不适用于处理地下水位以下及处于毛细饱和带的土层。因    此，当地基土的含水量大于24％、饱和度超过65％时，由于无法挤密成孔，故不宜选用上    述方法。
因灰土挤密桩法或土挤密桩法具有就地取材、以土治土、原位处理、深层加密和费用较    低的特点，在我国西北及华北等黄土地区已广泛应用。
6.3.4  加固机理
灰土挤密桩或土挤密桩加固地基是一种人工复合地基，属于深层加密处理地基的一种方    法，主要作用是提高地基承载力，降低地基压缩性。对湿陷性黄土则有部分或全部消除湿陷    性的作用。灰土挤密桩或土挤密桩在成孔时，桩孔部位的土被侧向挤出，从而使桩周土得以    加密。
6.3.5  设计
1 桩的布置
灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积。并应符  合下列规定。
(1)采用局部处理超出基础底面的宽度时，对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地    基，每边不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.50m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.00m。
(2)当采用整片处理时，超出建筑物外墙基础底面外缘的宽度，每边不宜小于处理土层    厚度的1／2，并不应小于2m。
2  处理深度
灰土挤密桩或土挤密桩处理地基的深度，应根据建筑场地的土质情况、工程要求和成孔    及夯实设备等综合因素确定。对湿陷性黄土地基，应符合现行的国家标准《湿陷性黄土地区    建筑规范》的有关规定。
3　桩径
桩孔直径宜为300～450mm，并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定。为使桩间土均匀挤密，桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离s，可为桩孔直径的2.0～2.5倍，也可按下式估算：

6　承载力
灰土挤密桩或土挤密桩复合地基的承载力特征值，应通过现场单桩或多桩复合地基载荷    试验确定。初步设计当无试验资料时，也可按当地经验确定，但对土挤密桩复合地基的承载    力特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180 kPa；对灰土挤密桩复合地基的承载    力特征值，不宜大于处理前的2.0倍，并不宜大于250kPa。
7　变形
灰土挤密桩或土挤密桩复合地基的变形计算，应符合现行国家标准《建筑地基基础设计    规范》(GB50007)有关规定，其中复合土层的压缩模量，可采用载荷试验的变形模量代替。
土或灰土挤密桩复合地基的变形包括桩和桩间土及其下卧未处理土层的变形。前者通过    挤密后，桩间土的物理力学性质明显改善，即土的干密度增大、压缩性降低、承载力提高、    湿陷性消除，故桩和桩间土(复合土层)的变形可不计算，但应计算下卧未处理土层的变    形，若下卧未处理土层为中、低压缩性非湿陷性土层，其压缩变形、湿陷变形也可不计算。
8　其他设计要求
（1）桩孔填料
桩孔内的填料，应根据工程要求或处理地基的目的确定，桩体的夯实质量宜用平均压实    系数控制。当桩孔内用素土或灰土分层回填、分层夯实时，桩体的平均压实系数值均    不应小0.96。消石灰与土的体积配合比，宜为2：8或3：7。
【例题16】对于土或灰土挤桩，其桩体的夯实质量宜用（　　　）控制。

（2）灰土垫层
桩顶标高以上应设置300～500mm厚的2：8灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。
6.3.5  施工
灰土挤密桩或土挤密桩的施工方法是利用沉管、冲击或爆扩等方法在地基中挤土成孔，  然后向孔内夯填素土或灰土成桩。工艺较为简单，但确定施工工艺、选择成孔方法、施工顺  序、向孔内夯填填料时应注意以下要求。
1　成孔工艺
现在成孔方法有沉管(锤击、振动)或冲击成孔等方法，但都有一定的局限性，在城乡建设和居民较集中的地区往往限制使用，如锤击沉管成孔，通常允许在新建场地使用，故选用上述方法时，应综合考虑设计要求、成孔设备或成孔方法、现场土质和对周围环境的影响等因素，选用沉管(振动、锤击)或冲击、爆扩等方法成孔。
施工灰土挤密桩或土挤密桩，在成孔或拔管过程中，对桩孔(或桩顶)上部土层有一定的松动作用，因此施工前应根据选用的成孔设备和施工方法在场地预留一定厚度的松动土层，待成孔和桩孔回填夯实结束后将其挖除或按设计规定进行处理。应预留松动土层的厚度，对沉管(锤击、振动)成孔，宜为0.5-0.7 m，对冲击成孔，宜为1.2-1.5m。
2　被加固地基土含水量
拟处理地基土的含水量对成孔施工与桩间土的挤密至关重要。工程实践表明，当天然土  的含水量小于12％时，土呈坚硬状态，成孔挤密很困难，且设备容易损坏；当天然土的含水量等于或大于24％，饱和度大于65％时，桩孔可能缩颈，桩孔周围的土容易隆起，挤密效果差；当天然土的含水量接近最优(或塑限)含水量时，成孔施工速度快，桩间土的挤密效果好。因此，在成孔过程中，应常握好拟处理地基土的含水量不要太大或太小。地基土宜接近最优(或塑限)含水量，当土的含水量低于12％时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿土的加水量可按下式估算：

应于地基处理前4～6d，通过一定数量和一定深度的渗水孔，将增湿土的计算加水量，均匀地浸入拟处理范围内的土层中。
3  成孔和回填夯实
成孔和孔内回填夯实，应符合下列要求。
(1)成孔和孔内的回填夯实的施工顺序，对整片处理，宜从里(或中间)向外间隔1-2孔进行，对大型大程，可采取分段工；对局部处理，宜从外向里间隔1-2孔进行。
(2)向孔内填料前，孔底应夯实，并应抽样检查桩孔的直径、深度和垂直度。0
(3)桩孔的垂直度偏差不应大于1.5％。
(4)桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5％；
(5)经检验合格后，按设计要求，向孔内分层填人筛好的素土、灰土或其他填料，并应分层夯实至设计标高。
此外铺设灰土垫层前，应将桩顶标高以上预的松动土层挖除或夯(压)密实
6.3.6  质量检验
1　施工质量检验

2　竣工验收
土或灰土挤密桩竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验，检验数量不应少于桩总数的0.5％，并不应少于3点。