深层搅拌石灰桩加固软土地基.doc

深层搅拌石灰桩加固软土地基
【摘要】讨论深层搅拌石灰桩强度形成机理,加固处理公路软基的有效性和应用条件。该方法具有设备简单、施工方便、经济效益好的特点。
【关键词】公路软基;复合地基;深层搅拌石灰桩
在高等级公路中,遇到不少涵洞、通道、挡土结构等结构物置于软弱地基上或软厚的杂填土之上,施工期短暂时,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。
1 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,在土颗粒间相互穿插,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。
要形成硅酸钙凝胶,只有在有足够的水使Ca2+和OH-1离子能够转移到粘土颗粒表面时才能实现,利用土颗粒、水和石灰之间的化学反应达到这一目的,以改善土的性质,具体来说,石灰对软土的基本作用如下:
(1)生石灰与地基软粘土通过强制做拌均匀,很快产生水化作用,形成 Ca(OH)2 。在这生石灰变为熟石灰的过程中,产生的热量促进水分蒸发,使软土地基的含水量降低,同时石灰体积产生膨胀,此时膨胀力所作的功转化为周围土的变形位能。,钻头直径为500mm,形成石灰桩之后,在粉细砂层直径增大为520mm,在软土层直径内直径增大为600-700mm,桩体体积增大,对周围土起了压密作用。
(2)熟石灰的Ca2+离子在水的作用下与软土颗粒产生絮凝反应作用,这一反应过程使软土颗粒结合水膜厚度减簿,土的塑性降低,土粒间的粘结力增加,土体强度和水稳定性提高。
上述两种化学反应过程,主要发生在生石灰与软土强制搅拌混合后的数小时内,是石灰对软粘土的早期基本作用。
(3)熟石灰与粘土颗粒中的活性硅铝矿物进一步缓慢地产生化学作用,过程中又吸收熟石灰浆中的水分,形成结晶和生成铝酸盐和水化硅酸钙,改变了粘土的结构。这一反应过程将持续数年,是石灰对软粘土的后期作用。
2 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均大于桩间土。由于桩身材料拌合不均匀,以及配合比、掺合料不同,×10-3-10-5cm/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倍至100倍,说明石灰桩身排水固结作用较好。
图1表示软粘土地基经石灰搅拌后渗透增长情况,K为渗透系数。用10%
生石灰作为固化剂时,软粘土的渗透性