天津大学刘鹏mba会计

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邢永强1，2温宏亮2

（1.天津大学，天津 300072；2.河南省地质科学研究所，郑州 400053）

《洛阳大学学报》文章编号：1007-113X-(2004)-02-0077-04

摘要 石灰桩作为一种技术可靠、经济、快速的软弱地基加固方法已得到了广泛应用。本文介绍了河南省地质科学研究近两年来利用石灰桩处理软弱地基的成功经验。文章阐述了石灰桩的加固机理、使用条件和成桩应注意的问题，说明了加固后复合地基的加固效果。

关键词 软弱地基 石灰桩 复合地基 地基加固

1 前言

在地质条件差的软弱地基上修建建筑物会遇到地基强度和抗变形能力不能满足设计要求的问题，因而，需要采取措施进行地基处理。其目的是提高软弱地基的强度，保证地基的稳定及降低土的压缩性以减少基础的沉降和不均匀沉降。迄今，人们已发展了许多种地基处理的方法，其中，石灰桩作为一种地基处理技术，具有可靠、快速加固的特点，因而得到了广泛应用，并取得了良好的经济效益。这一方法是在软弱地基中用人工或机械成孔，填入作为固化剂的生石灰及粉煤灰，夯实成柱体，即为石灰桩。利用生石灰的吸水、膨胀、放热作用和土与石灰的离子交换反应、凝硬反应等，改善桩周土的物理力学性质，石灰桩和周围被改良的土体一起组成复合地基以达到地基加固的目的。

2 石灰桩加固机理

桩周土的加固

膨胀挤密

石灰桩在成孔后，灌入生石灰后因吸水膨胀，对桩间土产生强大挤压，这种挤压对地下水位以下软粘土的挤密起主导作用。

脱水固结

生石灰消化反应要吸收周围土的水分，同时，反应中放出的大量热量提高了地基土的温度，使土产生一定的脱水，从而使土中含水量降低，孔隙比减小，土体被挤密。地下水位以上受桩影响范围内的土孔隙水几乎全部被生石灰吸收。

胶凝作用

生石灰吸水生成的Ca（OH）2中有一部分与土中CO2发生碳酸化反应，使桩周土硬结，另一部分与粉煤灰中的 SiO2，Al2O3，Fe2O3发生火山灰反应，生成高强度水化硅酸钙［CaO·SiO2·（n+1）H2O］、水化铝酸钙［CaO·Al2O3·（n+1）H2O］、水化铁酸钙［CaO·Fe2O3·（n+1）H2O］等水化物。水化物对土颗粒产生胶结作用，使土聚集体增大，从本质上改变了土的结构，提高了土的强度，并且土体的强度随龄期增长而增加。

桩体强度增强、压缩性降低

生石灰吸水膨胀，在周围土的约束下，桩体本身亦被挤密。另外，生石灰与粉煤灰拌和夯实成桩后，生石灰通过吸水膨胀、放热及综合反应等作用与含有较高SiO2，Al2O3，Fe2O3的粉煤灰产生火山灰反应，生成具有高强度、水硬性及水稳性的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁酸钙。因而，桩体强度增强，压缩性降低，同时还解决了石灰桩在地下水位以下的硬化问题。

3 石灰桩复合地基承载力和沉降计算方法

加固后的复合地基必须满足建筑物对承载力和沉降的要求，具体计算公式如下：

复合地基承载力

复合地基承载力标准值可按下式计算：

环境·生态·水文·岩土：理论探讨与应用实践

式中：fck为复合地基承载力标准值；n为石灰桩与桩周土的应力分担比，根据实测，n取值范围为3～5；m′为石灰桩膨胀后的面积置换率，m′=（～）m，m为置换率设计值； 为加固后桩间土承载力标准值， =ηfsk；fsk为原状土承载力标准值；η为地基土承载力增长系数，按实测分析η=。

软弱下卧层承载力验算

地基压缩层范围内软弱下卧层的承载力按下式验算：

σz+σcz≤fz（2）

式中：σz为软弱下卧层顶面处的附加应力；σcz为自重应力；fz为下卧层的容许承载力。

基底处的附加压力P0往下传递时，可假定按某一角度θ向外扩散，并均匀分布在扩散后的面积上。压力扩散角θ应根据处理后的土层情况而定。

地基沉降计算

石灰桩复合地基在建筑物荷载作用下的沉降，包括复合土层的压缩变形和下卧层的压缩变形，故总沉降量S由下式计算：

S=S1+S2（3）

式中：S1为复合地基加固区的压缩量；S2为下卧土层的压缩量。

沉降量S1的计算采用天然地基的计算方法（分层总和法），地基变形模量则采用反映石灰桩和桩周土共同作用的复合地基压缩模量Esp。

Esp=［1+m′（n-1）］E′s

式中：E′s为加固后桩间土压缩模量。

4 工程实录

场区地质概况

场区位于黄河一级阶地，工程地质条件较为复杂，不利工程地质因素较多。其中1层为杂填土，2—1层为淤泥及淤泥质土，2—2 层为粉质粘土夹粉土，均属高压缩性土，是石灰桩重点加固层。其下为粉土质粘土，属中压缩性土，分布较稳定，埋深3～5m，是石灰桩较理想的桩端持力层。

水文地质条件较为简单，除杂填土中含浅层水外，其余各层土为弱含水或相对隔水层，水质有利于石灰桩加固。

石灰桩加固地基

石灰桩加固机理已被公认，但紧邻黄河一级阶地，地下水位埋深仅～，水下石灰桩会不会膏化？通过我们实践体会到，在施工中只要用小水泵排干孔内积水，使桩体密实，水下石灰桩是不会膏化的。

由于石灰桩加固层均为高压缩土，且淤泥类土分布广泛，土的不排水抗剪强度Cu=12-20kPa，按Cu＜30kPa 应布设维护桩的经验，5 栋楼需增加维护桩1 440 根，增加造价230 400元。通过现场地质分析，在淤泥类土上部普遍覆盖有1～3m较密实的杂填土，地面平整，不存在淤泥类高压缩土侧向挤出的临空面，且桩底平面下无软弱层。因此，未设维护桩，大大节省了地基处理造价。

根据地质条件，桩长一般左右，比较适合人工洛阳铲成孔，桩径。桩距大多为×，置换率～。淤泥类土分布区，采用长短桩配合，分两个序次施工，多为梅花形排列，置换率～。

经复合地基载荷试验、桩土动力触探、静力触探原位检测，加固后的复合地基承载力大于设计值170kPa，压缩模量大于，满足了设计要求。

石灰桩的质量控制与成桩工艺

在石灰桩复合地基加固实践中，要控制好桩体选材、桩材配比和成桩工艺3个关键环节。

桩体选材

构成桩体的主材是生石灰和粉煤灰。生石灰的活性CaO含量应大于85%，灰块直径以5cm左右为宜，粉灰含量应小于20%，矸石含量小于5%；粉煤灰为SiO2，Al2O3活性元素含量较高的新鲜粉煤灰，含水量应小于40%。

材料配比

在孔底有余水残浆时，桩端生石灰与粉煤灰比（灰比）为1：1，其他桩体为1：2（均为体积比）。桩端增加灰比解决了桩身密实度和施工安全，但留下了人为的软弱桩段，因此，在桩端掺入5%～7%的水泥，亦可消除人为膏化段。

成桩工艺

（1）成孔顺序应由外围向中心推进，以减少和隔离周边水流。为避免塌孔，应间隔成孔。

（2）桩孔要圆滑垂直，上下一致，深度以设计桩长和取土观察进入桩端持力层的双控原则。

（3）灌孔前孔内应水干浆净（余水残浆应小于20cm），灌孔时速度要快，配比要准，拌和要匀，夯击要实。这是确保成桩质量的要诀。

（4）每次虚投厚度应小于40cm，以2～3个强劳力着力夯击5～8击，以夯击声沉闷停夯。

5 复合地基检测与加固效果评述

复合地基检测布点原则是：①不同地质单元；②面上合理控制；③地质条件较差地段；④施工质量欠佳处；⑤建筑物应力集中，结构体复杂处。根据上述原则，布置5组复合桩静载荷试验和68组（136点）桩体，1/2处桩间土进行N10动力触探和静力触探原位检测。

静载荷试验按复合地基承载力2倍加荷（k=2），以沉降比s/b=确定承载力。标载承载力fck=176～205kPa，标载沉降量s=～，满足设计和规范要求。

桩土的动静触探检测，检测深度大于桩长，一般在左右。桩体承载力fpk=186～278kPa，压缩模量Eps=10～；1/2桩间土承载力fsk=82～108kPa，压缩模量Ess=～，较原土仍有较大提高（表1）。复合地基承载力fck：176～205kPa，压缩模量Ecs=～，与静载荷试验结果十分接近。两种检测手段同步进行，龄期28d左右。其桩身强度仅为后期强度的50%～60%，还有较大的安全储备。

表1 加固前后1/2桩间土强度提高率

6 结语

在实际工程中应用石灰桩加固软弱地基的实践表明，在进行石灰桩设计时，应根据具体情况如场区地质条件和荷载情况的不同，调整配合化、置换率、桩长等，以满足建筑物对复合地基的承载力和沉降要求，防止不均匀沉降的产生。通过石灰桩加固，其土性和强度均有较大改善，变形量有较大减小。石灰桩具有造价低、施工速度快，便于就地取材等优点，是一种值得推广的适用于各种软弱地基的加固方法。

参考文献

龚晓南.复合地基.杭州：浙江大学出版社，1996.

刘鹏.水泥土桩设计探讨.洛阳大学学报，1999，14（4）：66～68.

史佩栋，陈环.石灰加固软基技术现状与展望.岩土工程师，1994，（2）：12～20.

王伟堂.石灰桩加固大面积厂房软土地基.地基处理，1995，（1）：82～90.

Stabilizing Soft Foundation with Quicklime Piles

Xing Yong-qiang1，2Weng Hong-liang2

（ University，Tianjin 300072； institute of Henan Province，Zhengzhou 400053）

Abstract：As a reliable technique with a low cost and a high speed of construction，stabili-zing soft foundations by quicklime piles has been widely this paper，the successful experiences in studying and applying quicklime piles obtained by Geo-sciences institute of Henan Province are stabilization mechanism of the quicklime pile is analyzed，use condition，the problem to make a pile and the stabilizing effect are expounded.

Key words：soft foundation；quicklime pile；composite foundation；stabilizing foundation

中共中央政治局委员，中共天津市委书记。 男，汉族，1946年11月生，福建晋江人，1973年12月入党，1970年8月参加工作，厦门大学经济系计划统计专业毕业，大学学历。 1965－1970年 厦门大学经济系计划统计专业学习 1970－1977年 石油部广东茂名石油公司工人、生产指挥部办公室秘书，政治部团总支书记、公司团委副书记 1977－1980年 石油部广东茂名石油公司炼油厂一车间党总支书记、教导员，厂党委副书记、书记 1980－1984年 石油部茂名石油工业公司党委常委、计划处处长，副经理 1984－1985年 广东省茂名市委副书记、中国石化总公司茂名石油工业公司经理 1985－1988年 广东省经济委员会主任、党组书记 1988－1992年 广东省副省长（其间：1990年4月－7月中央党校省部级干部进修班学习） 1992－1993年 广东省副省长兼省计划委员会主任、党组书记 1993－1994年 广东省委常委、副省长兼省计划委员会主任、党组书记 1994－1997年 广东省委常委、副省长 1997－1998年 广东省委常委、深圳市委书记 1998－2000年 广东省委副书记、深圳市委书记 2000－2001年 广东省委副书记、深圳市委书记、市人大常委会主任 2001－2002年 山东省委副书记、代省长、省长 2002－2003年 山东省委书记、省长 2003－2007年 山东省委书记、省人大常委会主任 2007－2007年 天津市委书记 2007－ 中央政治局委员，天津市委书记 中共第十五届中央候补委员，第十六届、十七届中央委员，十七届中央政治局委员。