河南理工大學土木工程學院地基處理技術擠密樁法compactionpileTechnicalofSoilImprovement第5章擠密樁法5.1砂石樁法5.2石灰樁法5.3土擠密樁法和灰土擠密樁法5.4夯實水泥土法5.5水泥粉煤灰碎石樁法5.2石灰樁法5.2.1概述5.2.2加固機理5.2.3設計計算5.2.4施工5.2.5質量檢驗1)灰土樁：以消石灰和土（粉煤灰或礦渣）為樁體材料，成孔夯實并擠密樁周形成復合地基。2）石灰柱(噴粉樁）：通過特殊的攪拌機將石灰粉與原位軟土攪拌均勻，促使軟土硬結，形成石灰柱。3）石灰漿壓力噴注法：壓力注漿的一種。一.概述石灰樁：成孔后，孔中加入生石灰塊，或石灰塊中摻入水硬性材料和火山灰。在拔管的同時進行振密，搗密。利用生石灰的的水化反應（吸水，膨脹，發熱，離子交換），使樁周土體的含水量降低，孔隙比減小…….石灰樁的定義

石灰樁：將不同比例的生石灰與粉煤灰等摻合料，拌合和均勻，在孔內夯實形成豎向增強體，并與樁間土組成復合地基的處理方法。石灰樁屬可壓縮的低粘結強度樁。

由于生石灰與地基中的水，土產生一系列物理化學作用，改善樁體周圍土體的物理力學性質，從而使樁間土與樁體形成復合地基，達到地基加固的目的。

適用于處理雜填土、素填土、一般粘性土、淤泥質土以及透水性小的粉土。適用于道路、碼頭、鐵路、軟弱地基的加固工程及托還工程和基坑支護工程。1）生石灰的水化反應及其特性1.反應過程吸收大量水分:

生石灰的吸水量包括兩部分，一部分是CaO水化所需的水量，另一部分是生石灰的水化產物Ca(OH)2的孔隙吸水量。2.生石灰的水化反應為放熱反應:

所放熱量可使地基土溫度提高，產生汽化脫水現象，降低地基土的含水量，從而減少土的孔隙比，增加土的密實度。3.生石灰水化反應中伴隨有體積的顯著增大:

水化過程中，由于固相體積和孔隙體積的增大，生石灰水化后可膨脹到原體積的1.5～3.5倍。二.石灰樁的加固機理2）可從樁間土、樁身和復合地基三個方面分析1))樁間土a.成孔擠密作用采用振動沉管法成孔，會對樁間土產生擠密效果。但對靈敏度高的飽和軟粘土，成樁過程會破壞土的原狀結構，降低土的強度。b.吸水作用：實踐證明，1kg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65％～70％。根據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。c.膨脹擠密：生石灰具有吸水膨脹作用，在壓力50～100kPa時，膨脹量為20％～30％。膨脹的結果使樁周土擠密。d.發熱脫水：1kg氧化鈣在水化時可產生280卡熱量，樁身溫度可達200-300度。使土產生一定的氣化脫水，從而導致土中含水量下降、孔隙比減小、土顆粒靠攏擠密，在所加固區的地下水位也有一定的下降。e.離子交換：軟土中鈉離子與石灰中的鈣離子發生置換，改善了樁間土的性質，并在石灰樁表層形成一個強度很高的硬層。f.置換作用：軟土為強度較高的石灰樁所代替，從而增加復合地基承載力。g.減載作用：石灰樁的攙和料為輕質的粉煤灰或爐渣，生石灰的重度約為10kN/m3，石灰樁身飽和后的重度為13kN/m3，因此，當采用洛陽鏟或螺旋鉆成孔，將樁位處原土取出，換成石灰樁體，并在土中形成大量密集分布的樁體，相當于以輕質的石灰樁置換土，復合土層的自重減輕，置換率越大，則減載作用越明顯。由此可減少樁底下臥層軟弱土層的附加應力，對減少軟土變形有一定作用。2)樁身加固機理生石灰樁本身具有一定的強度和剛度，可以提高地基的承載力和改善地基的變形特性。另外要防止出現“軟心”現象。如何克服軟心：a.必須要求石灰樁具有一定的初始密度，而且吸水過程中有一定的壓力，限制其自由脹發。b.加大充盈系數，提高石灰含量或縮短樁距，進一步約束樁的脹發。c.樁頂采用粘土封頂，可限制石灰膨脹而隆起。d.采用摻和料,也可防止軟心。3)復合地基石灰樁復合地基承載力由三部分組成：⑴樁身強度；⑵樁間土；⑶樁周形成的硬殼層。通過提高樁身強度、增加樁間土的加固效果都可以提高復合地基承載力。問題1：石灰樁對軟弱土的加固機理可分為物理加固和化學加固兩個作用，下列屬于物理加固作用的是（）。A、吸水作用；B、膨脹擠密作用；C、樁身置換作用；D、離子交換作用；E、凝膠作用；F、反應熱作用；問題2：對軟土采用石灰樁處理后，石灰樁外表層會形成一層強度很高的硬殼層，這主要是由（）起的作用。A、吸水膨脹；B、離子交換；C、反應熱；D、碳酸反應；石灰樁的技術特點：1.能夠使軟土迅速固結。即使是松散的新填土，在加固范圍內成樁后7-28天基本完成固結。2.可大量使用工業廢料，具有顯著社會效益。3.節約鋼材，水泥，造價低廉。4.設備簡單，可就地取材，便于推廣。5.施工速度快。6.人工挖孔施工無振動和噪聲，可在狹窄的空間內施工。7.國內受設備限制，大多采用6m內以內的淺層加固。三.石灰樁的設計計算石灰樁的設計以經驗為主，無經驗要進行試樁樁徑，樁位及布置：石灰樁成孔直徑應根據設計要求及所選用的成孔方法確定，常用300～400mm，可按等邊三角形或矩形布樁，樁中心距可取2～3倍成孔直徑。石灰樁可僅布置在基礎底面下，當基底土的承載力特征值小于70kPa時，宜在基礎以外布置1～2排圍護樁。2.樁長：取決于加固目的，上部結構條件及成孔機具。⑴對于變形要求高的建筑物地基，宜達到計算壓縮層底部；⑵對用于地基穩定目的的石灰樁，應穿過可能的滑動面；⑶應滿足軟弱下臥層承載力要求，并使復合地基沉降控制在容許值之內。3.樁體材料：石灰樁的主要固化劑為生石灰，摻合料宜優先選用粉煤灰、火山灰、爐渣等工業廢料。生石灰與摻合料的配合比宜根據地質情況確定，生石灰與摻合料的體積比可選用1︰1或1︰2，對于淤泥、淤泥質土等軟土可適當增加生石灰用量，樁頂附近生石灰用量不宜過大。當摻石膏和水泥時，摻加量為生石灰用量的3%～10%。4.墊層：當地基需要排水通道時，可在樁頂設200-300mm的砂石墊層。5.石灰樁復合地基的承載力特征值：不宜超過160kpa，當土質較好并采取保證樁身強度的措施，經過試驗后可以適當提高。a.現場荷載試驗法b.公式計算方法樁身強度fpk:現場單樁靜荷載試驗或靜力觸探試驗確定，初步設計時fpk＝300～450kPa。樁間土強度fsk

：取天然地基承載力特征值的1.05～1.20倍，土質軟弱或置換率大時取高值.面積置換率n:

樁面積按1.1～1.2倍成孔直徑計算，土質軟弱時宜取高值。6.沉降計算：

處理后地基變形應按現行的國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007有關規定進行計算。變形經驗系數sψ可按地區沉降觀測資料及經驗確定

石灰樁復合土層的壓縮模量宜通過樁身及樁間土壓縮試驗確定，初步設計時可按下式估算：Esp：復合土層的壓縮模量（MPa）；a:系數，可取1.1～1.3，成孔對樁周土擠密效應好或置換率大時取高值：n：樁土應力比，可取3～4，長樁取大值。Es：天然上的壓縮模量（MPa）；四.石灰樁的施工1）材料:

石灰樁的材料以生石灰為主。MgO含量小于或等于5％的生石灰稱為鈣質生石灰，大于5％的稱為鎂質生石灰。鈣質生石灰水化反應能力大，反應速度快。石灰樁不推采用純生石灰，應摻人一定的摻舍料，一般摻舍料用量控制在30-50％(重量比)范圍內，使用摻和料的目的一方面是為了減少石灰用量，降低造價，更主要的是通過石灰與摻臺料的化學反應提高樁身強度，摻和料常用有粉煤灰爐渣、礦渣、松散的亞粘土等。摻合料含水量宜在20％-40％，便于夯實1.成樁人工挖孔成樁、沖擊法成樁、螺旋鉆進法成樁、沉管法成樁、爆擴法成樁等5種施工工藝a.人工挖孔成樁一般多采用人工洛陽鏟成孔，適用于一般粘性土、淤泥質土和淤泥。b.沖擊法成樁應用沖擊轉機將一定質量的鉆頭，以0.5～2m的高度周期地沖擊土層，每次沖擊之后，鉆頭在鋼絲繩帶動下回轉一定的角度，從而形成一個規整的圓形斷面鉆孔。2）成樁工藝1.管內成樁工藝管內成樁工藝是指用人工或機械成孔后，再填料夯實、封頂，自上而下成孔、自下而上夯填成樁。c.螺旋鉆進法成樁

螺旋鉆進法是一種干式回轉鉆進方法，特點是用螺旋鉆桿不斷地將土屑輸送到地表，不使用沖洗液，符合石灰樁的施工要求，鉆進效率高。⑴長螺旋鉆進法可以深孔鉆進，但孔壁不能自立的土中無法適用。⑵套管式螺旋鉆進法適用于不穩定易塌孔的地層，最深可達35m。d.沉管法成樁沉管法包括振動沉管法和錘擊沉管法優點：沉管法成孔的孔壁光滑規整，擠密效果和施工技術都較容易控制和掌握缺點：最大成孔深度受樁架高度限制，一般不超過8me.爆擴法成孔⑴藥眼法適用于含水量不超過22％的土層⑵藥管法適用于含水量較大的土層管外成樁工藝2.施工要點及順序⒈進行成樁試驗和材料配合比試驗，確定合理的成樁參數，并制定施工組織設計；⒉防止地表水和鄰近水源滲透浸入石灰樁身；⒊打樁順序按“先外排后內排，先周邊后中間”的原則，單排采用“先兩端后中間”順序。⒋要嚴格控制填料量和材料質量，摻和材料嚴格按配合比與生石灰攪拌均勻。⒌成樁后應立即用粘土或混凝土等材料壓實封頂，防止地表水流入樁身和防止石灰樁因水化過分激烈而引起樁孔噴料。⒍基礎施工應在石灰樁達到一定強度后進行。⒎注意施工安全，防止石灰樁噴料傷人。五質量檢驗一、樁身質量檢驗⑴檢查樁徑、樁的外觀、樁身材料分布、樁身密實度等⑵靜力觸探、輕便觸探、標貫試驗測定樁身質量⑶荷載試驗二、樁間土檢驗靜力觸探、標貫試驗、輕便觸探、旁壓試驗等原位測試手段，同時鉆孔取樣進行室內土工試驗，測定加固后的各項指標變化。三、復合地基質量檢驗采用現場單樁或多樁復合地基荷載試驗5.3土擠密樁和灰土擠密樁5.3.1概述5.3.2加固機理5.3.3設計計算5.3.4.施工5.3.5質量檢驗一.概述

灰土擠密樁或土擠密樁通過成孔過程中的橫向擠壓作用，樁孔內的土被擠向周圍，使樁間土得以擠密，然后將備好的灰土或素土（粘性土）分層填入樁孔內，并分層搗實至設計標高。用灰土分層夯實的樁體，稱為灰土擠密樁；用素土分層夯實的樁體，稱為土擠密樁。二者分別與擠密的樁間土組成復合地基，共同承受基礎的上部荷載。灰土擠密樁法和土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，可處理地基的深度為5～15m。當以消除地基土的濕陷性為主要目的時，宜選用土擠密樁法。當以提高地基土的承載力或增強其水穩性為主要目的時，宜選用灰土擠密樁法。當地基土的含水量大于24％、飽和度大于65％時，不宜選用灰土擠密樁法或土擠密樁法。【例題-1】下列哪些地基土適合采用灰土擠密樁法處理?(A)地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土(B)濕陷性黃土、素填土和雜填土(C)以消除地基土的濕陷性為主要目的的地下水位以上的濕陷性黃土(D)以提高地基土的承載力或增強其水穩性為主要目的的地下水位以上的濕陷性黃土(E)地基土的含水量小于24％的濕陷性黃土【例題-2】下列哪些地基土適合采用土擠密樁法處理?(A)地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土(B)濕陷性黃土、素填土和雜填土(C)以消除地基土的濕陷性為主要目的的地下水位以上的濕陷性黃土(D)以提高地基土的承載力或增強其水穩性為主要目的的地下水位以上的濕陷性黃土(E)地基土的含水量小于24％的濕陷性黃土二.加固機理1.擠密作用土中成孔時，樁孔內原有土體被強制側向擠出，使樁間土一定范圍內的土層受到擠壓、使樁周一定范圍內的土層密實度提高。2.灰土性質作用灰土樁：石灰與土按一定體積比例拌和，并在樁孔內夯實加密后形成的樁。3.樁體作用灰土樁的變形模量遠大于樁間土的變形模量，基底下樁可分擔近一半荷載，產生應力集中，消除持力層內產生大量變形和濕陷變形的不利因素。【例題-3】灰土擠密樁法的加固機理有：(A)擠密作用(B)灰土性質作用(C)置換作用(D)排水固結(E)減載作用(F)樁體作用【例題-4】土擠密樁法的加固機理有：(A)擠密作用(B)灰土性質作用(C)置換作用(D)排水固結(E)墊層作用(F)樁體作用三.設計計算處理范圍：灰土擠密樁和土擠密樁處理地基的面積，應大于基礎或建筑物底層平面的面積，并應符合下列規定：

當采用局部處理時：超出基礎底面的寬度：對非自重濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，每邊不應小于基底寬度的0.25倍，并不應小于0.50m；對自重濕陷性黃土地基，每邊不應小于基底寬度的0.75倍，并不應小于1.00m。

當采用整片處理時：超出建筑物外墻基礎底面外緣的寬度，每邊不宜小于處理土層厚度的1/2，并不應小于2m。2.處理深度：灰土擠密樁和土擠密樁處理地基的深度，應根據建筑場地的土質情況、工程要求和成孔及夯實設備等綜合因素確定。對濕陷性黃土地基，應符合現行國家標準《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025的有關規定。3.樁間距及樁位布置：直徑可由成孔設備或成孔方法確定。直徑宜為300～450mm，以使樁間土得到基本均勻和有效的擠密為原則，保證樁間土的濕陷性能完全消失。樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離，可為樁孔直徑的2.0～2.5倍，也可按下式估算：：樁孔之間的中心距離(m)：樁孔直徑（m）：樁間土的最大干密度（t/m3）；：地基處理前上的平均干密度（t/m3）；：樁間土經成孔擠密后的平均擠密系數，對重要工程不宜小于0.93，對一般工程不應小于0.90。：在成孔擠密深度內，樁間土的平均干密度（kg/m3），平均試樣不小于6組。4.樁孔數量：樁孔的數量可按下式估算：：樁孔數量:擬處理地基面積（m2):一根樁所承擔的處理地基面積（m2):一根樁分擔的處理面積的等效直徑，三角形布置正方形布置5.樁孔內的填料,密實度及配合比：應根據工程要求或處理地基的目的確定，樁體的夯實質量宜用平均壓實系數λc控制。當樁孔內用灰土或素土分層回填、分層夯實時，樁體內的平均壓實系數值，均不應小于0.96；消石灰與土的體積配合比，宜為2︰8或3︰7。6.墊層：樁頂標高以上應設置300～500mm厚的2︰8灰土墊層，其壓實系數不應小于0.95。一方面可使樁頂和樁間土找平，另方面有利于改善應力擴散，調整樁土的應力比，并對減小樁身應力集中也有良好作用。7.灰土擠密樁和土擠密樁復合地基承載力特征值：應通過現場單樁或多樁復合地基載荷試驗確定。初步設計當無試驗資料時，可按當地經驗確定，但對灰土擠密樁復合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的2.0倍，并不宜大于250kPa；對上擠密樁復合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的1.4倍，并不宜大于180kPa。8.灰土擠密樁和土擠密樁復合地基的變形計算：應符合現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2002的有關規定，其中復合土層的壓縮模量，可采用載荷試驗的變形模量代替。故樁和樁間土（復合土層）的變形可不計算，但應計算下臥未處理土層的變形。【例題-3】某場地濕陷性黃土厚度7～8m、平均干密度設計要求消除黃土濕陷性，地基經治理后，樁間土最大干密度要求達到1.6t/m3。現決定采用擠密灰土樁處理地基。灰土樁樁徑為0.4m，等邊三角形布樁。根據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002)的要求，該場地灰土樁的樁距最接近下列哪個值?（樁間土平均擠密系數取0.93）

(A)0.76m(B)0.78m(C)0.80m(D)1.0m【例題-4】采用灰土擠密樁處理后的復合地基承載力特征值一般不宜大于多少?采用土擠密樁處理后的復合地基承載力特征值一般不宜大于多少?(A)150kPa(B)180kPa(C)200kPa(D)250kPa(E)280kPa四.施工b)樁頂設計標高以上的預留覆蓋上層厚度宜符合下列要求：沉管（錘擊、振動）成孔，宜為0.50～0.70m；沖擊成孔，宜為1.20～1.50m。1）施工準備：a)成孔時，地基土宜接近最優（或塑限）含水量，當土的含水量低于12%時，宜對擬處理范圍內的土層進行增濕，增濕土的加水量可按下式估算：1.成樁2）成孔和孔內夯實要求：成孔應按設計要求、成孔設備、現場土質和周圍環境等情況，選用沉管（振動、錘擊）或沖擊等方法。成孔和孔內夯實施工要求：1.成孔和孔內回填夯實的施工順序，當整片處理時，宜從里（或中間）向外間隔1～2孔進行，對大型工程，可采取分段施工；當局部處理時，宜從外向里間隔1～2孔