现代公路Ｉ ＨＩＧＨＷＡＹ■ 石灰桩加固软土地基机理综述 沧州市高速公路管理局沿海高速公路运营管理处 何征峰 在嘉薹 弱地基上或较厚的杂填土之上，施工期 抗剪强度。 高．直观表现在桩顶的垫层上有明显的 圆形湿痕．表明桩体含水量及渗透系数 离子交换和碳化作用 石灰中的钙离子和土中的钠离子 均大于桩间土。由于桩身材料拌和不 短．成为不少建设单位和设计单位的棘 手问题。针对这个问题，采用生石灰喷 粉深层搅拌桩（简称石灰搅拌桩）进行软 土地基处理．具有技术简单可行，且经 济合理的特点．能有效地加固软弱地 基，减少软土层沉降和整体工程工后沉 降．提高软土层的承载力。 石灰桩加固机理 成孔挤密作用 石灰桩在成孔过程中，对桩问有 挤密作用．对非饱和土或渗透性较强的 土，挤密效果较好，对饱和软黏土挤密 效果差。 生石灰吸水膨胀挤密作用 石灰桩加固地基的作用机理除了 成孔时挤密桩周围土体外，主要在于生 石灰在桩孔中吸收桩周围土层的孔隙水 变成熟石灰时产生体积膨胀挤密桩周围 土减少其孔隙比加速地基土的固结 提 高地基承载力。对湿陷性黄土地基石灰 桩可消除湿陷性，从而使地基得到加 固。生石灰与桩问土层中的水分发生的 化学反应ＣａＯ＋Ｈ２ｏ＝Ｃａ（ＯＨ）２此时体积 膨胀１．５—３．５倍，对桩问土发生挤密作 用．使土颗粒靠拢挤密孔隙比减小，提 高地基承载能力。 置换作用 在软弱土层中设置具有一定强度 和刚度的石灰桩，其置换作用可以提高 地基承载力和改善变形特性。 吸水升温使桩间土强度提高 １ ｋ ｇ生石灰消除反应要吸收 ０．８～０．９ｋｇ水 水化时放出１１７２ｋｊ热 量．桩心温度可达２０。Ｃ～４０ Ｃ这种热 量可提高地基土的温度（实测桩间土温 度在５００Ｃ左右）使土中水分大量蒸发 这样加速了土体固结．提高了桩问土的 １ ０６ ＴＲＡＮＳＰ０Ｗ０ＲＬＤ ２０１４ Ｎｏ．２３（Ａｕａ） 会在桩体和桩孔界面上产生交换。改变 土粒表面的带电状态，使粘土颗粒混聚 起来形成团粒，同时生石灰吸水生成 Ｃａ（ＯＨ），与土中二氧化硅和氧化铝产 生反应形成水化硅酸钙（ＣａＯ ＳｉＯ 、 ｍＨ２０）．水化铝酸钙（４Ｃａ、ＡＩ２０３、 １３Ｈ２０）和水化硅铝酸钙（２ＣａＯ． Ａｌ２０３、ＳｉＯ２、６Ｈ ｏ）等水化物产生胶 结作用在桩孔表面形成一定厚度的硬壳 （厚度可达５～１ Ｏｃｍ）提高土的纯度， 可随龄期而增长。 生石灰对软粘土地基的基本 作用 根据设计确定石灰搅拌桩钻机 的位置，启动搅拌机．钻进时喷射压 缩空气，准备加固的土在原位受到 扰动。随着钻进到设计标高，钻机钻 头反向旋转．边提升，边由压缩空气 输送生石灰．向着由钻头搅拌叶片旋 转产生的空隙部位喷入被搅拌的土体 中 使土体和石灰进行充分拌和．形 成具有整体性好，水稳定性好和一定 强度的石灰土桩。 通过机构搅拌，将软土重塑的同 时掺入适量的石灰．石灰与软土矿物发 生化学反应，形成一种复杂的不溶于水 的、将土颗粒粘结在一起的硅酸钙凝 胶．硅酸钙凝胶起到包裹和联结的作 用，形成网状结构，在土颗粒问相互穿 插．使土颗粒联系得很牢固 改善了土 的物理力学性质．发挥了石灰固化剂的 强化作用。 石灰搅拌桩身的排水固结 作用 通过对一些工程施工的石灰搅拌 桩观测．发现施工期桩体含水量总是很 均匀，以及配合比、掺合料不同，涮 得桩身渗透系数在４．０７×１０—３～４．０７ ×１０－５ｃｍ／Ｓ之间．相当于粉砂、细砂 的渗透系数．较粘土、亚粘土的渗透系 数大１０～１Ｏ０倍，说明石灰桩身排水固 结作用较好。生石灰作为固化剂时．软 粘土的渗透性系数随着时间而直线上 升；而用１０％的水泥作为固化剂时， 软粘土的渗透系数随着时间而直线下 降。石灰适合于塑性指数较高的软粘土 地基 水泥适合于塑性指数较低的软土 地基。在相同条件下，用石灰处理的临 时加固效果在前数小时内比水泥处理的 要明显来得快。值得注意的是，当石 灰搅拌桩渗透系数Ｋ值足够小（如软粘 土地基）．而桩的直径ｄ又足够大（例如 ｄ＿＞５Ｏｃｍ时）．即使桩处于水下，也不 能形成充分供水的条件，石灰搅拌桩的 含水量仍然较初始含水量大幅度减小。 生石灰剂量对石灰搅拌桩强 度的影响 在同一生石灰含量的条件下 不 同的土类具有明显不同的抗压强度 根 据室内试验表明：（１）当生石灰含量在 ６％～１８％的范围内变化时，石灰搅拌 桩仍保持原来土壤的特性：（２）不同土 性的石灰粉渗入量各有最佳渗人量区 间，大于或小于这一区间的渗入量 都得不到经济的加固效果。生石灰的 膨胀力与生石灰的含量成正比 但膨 胀应力的大小，则与生石灰有效氧化钙 含量、约束力的大小和方向、熟化的 快慢有关．如采用有效氧化钙含量为 ８５％～８９％的生石灰，让其在近似完 全约束的条件下熟化，测得其轴向膨胀 应力最高可达１１１６ ＭＰａ．随着周围约 束的放松，轴向膨胀应力急剧减少，膨 公路施工中常见不良地质以及处理方法 河北路桥集团有限公司 陈国彦 引言 在公路工程施工中往往会遇到不 良地质 对工程建设带来不利影响．采 定因素，再加之受到雨雪天气的影响， 诱发因素，采取相应的处理对策．防治 同时在岩土自重的影响下，岩土出现崩 滑坡的出现。 塌、滚动现象。该现象的出现对公路施 泥石流 泥石流是一种常见的地质灾害 对公路施工带来严重的不利影响。其形 取相应的处理措施 加强不良地质处理 工往往会带来极大的危害，不仅影响施 是施工单位的重要工作。在施工实践中 总结的处理方法满足了施工需要，在不 工人员的作业安全，还影响公路施工顺 利进行。因此，采取相应的措施预防崩 成原因是多方面的 一方面地质较为疏 松，地形坡度较大；另一方面所在地区 植被较少，地表裸露现象比较严重，再 良地质处理运用具有良好的效果。今后 塌现象的出现是公路施工的重要内容。 在公路施工中应该根据不良地质的类 型．选用恰当的处理方法，并按照施工 工艺流程．促进这些处理方法在公路工 滑坡 滑坡也是公路施工较为常见的不 加之暴雨冲刷的影响．从而导致泥石流 良地质类型．公路工程周围斜坡上的土 现象的发生。泥石流的发生会导致大量 程施工中发挥更大的作用，确保公路工 质比较疏松，植被覆盖少 在雨水；中 程施工建设质量。 的泥沙、岩石等物质积聚在一起，形成 特殊的洪流．不仅给公路施工带来严重 刷、结构自重的影响下 一些土质会出 现下滑现象。严重的话会出现大面积滑 的不利影响，还会给人们的生命财产安 公路施工中常见不良地质 类型 崩塌 岩土本身存在着斜坡，具有不稳 坡现象，不仅阻碍施工进行．还对交通 全带来严重的破坏．因此在施工中必须 通行产生严重的不利影响。引起滑坡的 注重采取相应的防治措施。 主要原因包括地质条件疏松和外界因素 软土地基 的影响，因而今后在施工中需要根据其 软土地基是公路施工中常见的不 胀力所做的功已转化为周围土的变形位 深１．５ｍ），并安排专人排水。 斗灌入混合料，采用体积控制法．每米 能而趋于平衡。总之，对于一般的地基 施工工艺 （特别是软土）．当生石灰用量超过一定 振动打桩机成桩工艺流程 界限时，其约束力绝对不可能阻止石灰 填料用量按１．３的密实系数控制填料用 量 填料灌至投料口．先振动３ｍｌｎ， 振动打桩机成桩工艺流程为：桩 让填料密实再灌料．将计算出的填料 搅拌桩的膨胀．巨大的膨胀力必将在相 机就位一将钢管打至设计要求一管内灌 全部灌入钢管内振动密实后（以上循 当范围内传布，这就是石灰搅拌桩直径 灰一振动密实、拔管理一压实、成桩一 环操作），边振动边拔管，严格控制提 增大的原因。 覆土。 升速度，每分钟不超过１．５ｍ，每拔高 操作工艺 １．Ｏｍ向下压１Ｏｃｍ（振动下压）．停止 生石桩施工过程 石灰桩施工准备 灰块， 有效氧化钙含量不低于７０％． 对于粒径大于７ｃｍ的人工过筛剔除．生 施工工序，一般是先两边后中 拔管．振动２ｍｉｎ后再拔，以此循环至 间 并按每间隔２７Ｌ的施工顺序进行跳 桩管拔出地面．待钢管拔出地面后压下 日材料要求。混合料采用新鲜生石 打，不得由一边向另一边平行推进，以 ５０ｃｍ，并用粘土夯实封堵．封口标高 免挤向一边，桩位按梅花形布置．桩径 高于场坪标高高１Ｏｃｍ，并碾压密实。 ４０ｃｍ，等边三角形桩．间距１２０ｃｍ。 石灰与粉煤灰体积ｔＬ１：１，雨天对生石 灰用油布遮盖严实，桩底填约５０ｃｍ厚 中粗砂。 ∞桩成孔采用液压振动式 成孔 结束语 通过分析及施工工艺的控制．得出 时．控制钢管垂直度 桩底标高根据地 勘报告，进入持力层（穿透淤泥层） ５０ｃｍ。 石灰搅拌桩处理软粘士和淤泥质粘土地基 的效果是明显的，用石灰搅拌桩处理后的 ０主要机工具。高频液压振动打桩 机Ｖ一４５０，转速为２４００ｒｐｍ．激振力为 ０成桩方法为重复压拔法．把桩管 地基，渗透性增大，石灰搅拌桩有助于排 ５５Ｔ 直径４００ｍｍ无缝钢管３根．钢管 对准桩位 启动振动锤．将钢管振动沉 水固结．经处理后复合地基降低了软土含 上侧焊有投料漏斗，活瓣桩尖，锥形 ４．５ｍ长钢管各３ｒＥ。 日清表后道路两侧挖边沟（宽２ｍ、 入．结合地勘报告，达到设计深度（穿 水量．增大了粘聚力，复合地基的强度得 到了提高，可以取得较好的经济效益，适 角为６ ０ｏ，根据设计桩长配有３．５ｍ及 透淤泥层５０ｃｍ．穿透淤泥层后．沉管 明显受阻），为防止堵管 桩底部先灌 宜用于高等级公路的挡土结构、桥涵、通 入约５０ｃｍ中粗砂．从桩管上侧投料漏 道的软土地基中。葺 ２０１４年第２３期（Ｂ月 ）《交通世界》工程・技术１０７
