地基处理技术石灰桩法
地基处理技术石灰桩法
(1)石灰桩法适用于处理饱和勃性土、淤泥、搬泥质土、素填土和杂填土等地基;用于地下水位以上的上层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取上层浸*等措施。
(2) 石灰桩的主要固化剂为生石灰，掺合料宜优先选用粉煤灰、火山灰、炉渣等工业废料。
生石灰与掺合料的配合比宜根据地质情况确定，生石灰与掺合料的体积比可选用1:1或1:2，对于淤泥、淤泥质士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，掺加量为生石灰用量的3% 10%。
(3)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。
(4)石灰桩宜留500mm 以上的孔口高度，并用含水量适当的黠性士封口，封口材料
必须穷实，封口标高应略高于原地面。
石灰桩桩顶施工标高应高出设计桩顶标高lOOmm 以上。
(5)洛阳铲成孔桩长不宜超过6mm 机械成孔管外投料时，桩长不宜超过8mm 螺旋钻
成孔及管内投料时可适当加长。
地基处理 石灰桩
三、桩距
复合地基加固后的桩距小些，但应避免过小造成地面隆起。 石灰桩参考桩距 土类 淤泥和淤泥质 较差的填土 较好的填土和一般粘性土 桩距/ 桩距/桩经 2~3.5 3~4 <=5
四、桩长
1、变形要求高的建筑，桩宜达到计算压缩层的底部。 变形要求高的建筑，桩宜达到计算压缩层的底部。 满足软弱下卧层承载力要求， 2、满足软弱下卧层承载力要求，地基沉降控制在容许范 围以内。 围以内。
β = 0 .785
S r 土的饱和度
（2）求加固后的含水量 w′
e′⋅ S w ′ = d s
r
ds
相对密度
由加固后桩间平均含水量w’和孔隙比e’，换算成液性指数 和孔隙比 等物理指标，查现行规范求得。 等物理指标，查现行规范求得。
2、先求脱水量（方法二） （1）桩间土脱水量 1）生石灰的吸水当量和膨胀量计算（适用于一般粘性土）
三节质量检验
一、桩身
1、挖桩检验和桩身取样 2、静力触探、轻便触探、标贯 3、载荷试验
二、桩间土检验： 桩间土检验：
静力触探、轻便触探、标贯、旁压试验、十字板、钻孔取样
三、复合地基检验：载荷试验 复合地基检验：
承压板面积等于单桩承担加固面积
五、复合地基承载力计算
fsp,k = m′ ⋅ f p,k + (1− m′) fs′,k 或 f sp,k = [1+ m′(n −1)]⋅ f s′,k
f s′, k 加固后桩周土承载力标准值
n =3~ 5
（一）桩身强度 由单桩静荷载试验或静力触探试验确定，初步设计取
f p,k = 300 ~ 450kpa 土质好的取高值，土质差的取低值。
3、胶凝及离子交换作用 生石灰水化反应过程中产生的二价钙离子（ 生石灰水化反应过程中产生的二价钙离子（Ca2+）与扩散双 电子层中的一价离子Na+、k+发生离子交换作用，交换结果 电子层中的一价离子Na 使扩散双电子层变薄，粘土颗粒间结合力增强形成团粒结构， 使扩散双电子层变薄，粘土颗粒间结合力增强形成团粒结构， 从而使土塑性降低，抗剪强度提高， 从而使土塑性降低，抗剪强度提高，在石灰桩周围形成一层 10cm厚的硬壳层 厚的硬壳层。 2～10cm厚的硬壳层。 （二）桩身 生石灰桩具有一定的 强度和刚度，可以提 强度和刚度， 高地基的承载力和改 善地基的变形特征。 善地基的变形特征。
石灰桩法
第5章石灰桩法5.1概述石灰桩是指采用机械或人工方法在地基中成孔，然后灌入生石灰块或按一定比例加入粉煤灰、炉渣、火山灰等掺合料及少量外加剂进行振密或夯实而形成的桩体，石灰桩与经改良的桩周土共同组成石灰桩复合地基以支承上部建筑物。
石灰桩法适用于加固杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土和粘性土地基，对素填土、淤泥、淤泥质土的加固效果尤为显著。
有经验时也可用于粉土地基。
加固深度从几米到十几米。
不适用于地下水以下的砂类土。
5.2 加固机理1.桩间土(1)成桩挤密主要发生在不排土成桩工艺之中。
对土的挤密效果随不排土工艺和成桩夯实桩料的情况，桩径和桩距不同而不同，挤密效果还与土质、土覆压力及地下水状况有密切关系。
成孔及成桩的挤压可以提高一般黏性土和粉土的承载力，大体上为原土强度的1. 1~ 1. 5倍。
对于杂填土，不排土的成孔工艺有显著的挤密效果。
对于灵敏度高的饱和软粘土(包括淤泥)，成桩中不能挤密桩间土，而且还破坏了土的结构，强度下降。
作为浅层加固的石灰桩，由于被加固土层的上覆压力不大，且有隆起现象，成桩过程中的挤密效应不大。
对一般黏性土，粉土，可考虑1. 1左右的加强系数。
而杂填土和含水量适当的素填土（砂）应根据现场测试结果确定。
对饱和软黏土和淤泥则不考虑。
(2)膨胀挤密生石灰体积膨胀的主要原因是固体崩解空隙体积增大，颗粒比表面积增大，附着物增多，使固相颗粒体积也增大。
在自然状态下熟化后其体积增到1. 5~3. 5倍。
(3)高温效应1kg的生石灰水化生成Ca(OH)2时，理论上放出278千卡的热量，经测定放热时间在水化充分进行时为1h。
因此，生石灰CaO成分越高，桩内生石灰用量越大时，升温越高。
日本的纯生石灰桩测得的桩内温度最高达400℃。
我国加掺合料的石灰桩，桩内温度最高达200~300℃。
桩间土温度的升高滞后于桩体，在正常置换比的情况下，桩间土的温度最高可达40~50℃，由于桩数多，桩区内温度消散很慢，在全部桩施工完毕后15d，地温仍达25℃左右，完全恢复地温至少要20~30d甚至更长的时间。
5.地基处理技术——石灰桩
§5.5 质量检验
石灰桩法
2.桩周土检验 可用静探、十字板和钻孔取样方法进行检验。
☆注意！
测点或钻孔与桩的距离不同，反应的效果也不同。
§5.5 质量检验
石灰桩法
❖3.复合地基检验
大面积载荷板的载荷试验 缺点：设备、费用都存在一定的难度。
练习
❖某饱和粘性土地基采用石灰桩法处理，桩 成孔直径为0.3m，桩体强度为400kPa，等 边三角形布桩，桩距0.75m，天然地基土承 载力特征值为80kPa，压缩模量为4MPa， 加固后桩间土承载力特征值为90kPa，桩面 积按成孔直径1.1倍计算，成孔对桩间土的 挤密效应系数为1.2，计算复合地基的承载 力特征值和压缩模量?
§5.4 施工方法
5.成桩 （1）成孔
石灰桩法
冲击法成 孔
优点：成孔的 孔径大，孔 深不受机架 高度限制， 同一套设备 可成孔，又 可填夯。
§5.4 施工方法
5.成桩 （1）成孔
石灰桩法
螺旋钻成孔
❖ 不使用冲洗液，符合石灰桩施工要求； ❖ 钻进时不断向孔壁挤压，使孔壁保持稳定； ❖ 一次成孔，不需升降工序； ❖ 能进行深孔钻进，桩孔深度不受限制； ❖ 钻进效率高，每小时可钻进几十米。
§5.4 施工方法
石灰桩法
4.桩管直径的选择 一般设计桩径为桩管直径的1.3-1.5倍。 5.成桩
（1）成孔
可选用沉管法、冲击法、螺旋钻进法、洛阳铲法 等。
（2）投料
投料方法有：管外投料法、管内投料法和挖孔 投料法。
（3）封顶
§5.4 施工方 法
5.成桩 （1）成孔
石灰桩法
沉管法成 孔
最常用的成孔方法。 使用柴油或振动打桩机 将带有特制桩尖的钢管 桩打入土层中，达到设 计深度后，缓慢拔出桩 管即成桩孔。
最新 地基处理方法石灰桩法
3.11 石灰桩法
3.11.2 设计
2.桩径、桩距及处理范围： 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，常用300~400慢mm，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上， 当基底土的承载力特征值小于70kPa时，宜 在基础以外布置1~2排围护桩。同时，在深 厚的软弱地基中采用“悬浮桩”时，桩位的 布置应较少上部结构中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。
3.11 石灰桩法
3.11.1 加固机理
1.桩间土方面： （1）成孔挤密作用
（2）膨胀挤密作用
（3）脱水挤密作用
（4）胶凝作用
3.11 石灰桩法
3.11.1 加固机理
2.桩身方面：
（1）对于单一的生石灰作为原料的石灰桩，
生石灰水化后，石灰桩的直径可胀到原来所
填的生石灰块体积的一倍，如充填密实和纯
3.11 石灰桩法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3.11.2 设计
3.处理深度： 地基处理深度应根据岩土工程勘察资料及上 部结构设计要求确定。应按现行国家标准 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011） 验算下卧层承载力及地基的变形。洛阳铲成 孔桩长不宜超过6m，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。同时，石灰桩桩端宜选在承载 力较高的土层中。
3.11 石灰桩法
3.11.2 设计
6.复合地基变形计算：
处理后地基变形应按现行的国家标准《建筑地基基础设计 规范》（GB50007-2011）有关规定进行计算。变形经验系 数ψs可按地区沉降观测资料及经验确定。 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：
5 石灰桩处理
2) 施工方法 采用打入、振入、压入的灌注桩设备均可施工。桩管采用 200～325mm无缝钢管。为防止拔管时孔内负压进入造成塌孔，
采用活动式桩尖，拔管时桩尖靠自重落下，空气由桩管进入孔
2、注意选择成孔方法
有沉管法、冲击法、螺旋钻进法；爆扩法、挖孔法多种。
1) 沉管法 : 最常用。将由特制的尖头钢管打入设计深度成 孔; 2) 冲击法: 锥形钻头提升到一定高度自由落体冲击成孔; 3) 螺钻进法 : 类似螺丝钉钻进，使土不断向两侧挤压并成 孔;
4) 人工洛阳铲掏土成孔。
5) 爆扩法：用钻机或洛阳铲等打成小孔，然后装药，爆扩 成孔；
铝 酸 钙 水 化 物 (CaO· Al2O3· nH2O) 以 及 钙 铝 黄 长 石 水 化 物
(2CaO· Al2O3· SiO2· 6H2O) ，这些水化物又牢牢地将其周围土 颗粒胶结、固化在一起，形成网状结构 土颗粒间联系的更加牢固、强度大大增加强，并与 时间成正相关。
3)
离子交换作用（化学加固效应）
α—系数，取1.1～1.3，挤密效应好或置换率(m)大时取高
值；n—桩土应力此，取3~4，长桩取大值；ES—天然土压缩模 量(Mpa)
四、施工工艺：
1．管外投料法
1）特点
石灰桩体中一般均含有大量的掺和料，掺料不可避免有
一定含水量，当掺料与生石灰拌和后，内中的水分会迅速发
生反应，生石灰体积膨胀，极容易发生堵管现象。
3、成桩
1) 逐段填料夯实成桩 ( 人工填料，逐段夯实。每段填
料需厚度≤ 400mm ，施工时要做好场地排水措施，防
7-石灰桩法
§7.3 石灰桩法设计计算
一、材料：CaO≥70％，d粒≈5 cm；含粉量＜20%、夹石 ＜5%。若掺干粉煤灰或火山灰，则配比一般为7∶3 （质量比）或1:1（体积比）。 二、桩径：取决于成桩管径，d桩≈30～40 cm。 三、桩距及布置：桩距一般为(2~3)d桩；梅花或正方形布桩。 四、桩长：依目的而定。是用作垫层、 s 还是抗滑？ 五、承载力计算：按复合地基理论计算。 六、沉降验算：按复合地基的沉降计算方法计算。
第 7 讲 石灰桩法
§7.1 概 述 §7.2 加固原理 §7.3 设计计算 §7.4 施工方法 §7.5 质量检验
湖南大学陈昌富制作（2012.4）
§7.1 概 述
一、发展历史 二、石灰桩法定义 三、石灰桩法分类 三、石灰桩法适用范围
湖南大学陈昌富制作（2012.4）
一、发展历史
用石灰加固软弱地基已有2000年的历史 用于深层加固，只是近30～40年的事 石灰加固地基技术仍还在不断研究和开发中。
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三、吸水放热作用
1kg 生石灰消解：
吸水 ：0.32 kg， 放热：1164 kJ； 升温：桩体达 200～300°C， 桩间土达 40～50°C；
土粒表面的水膜产生气化脱水。
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四、桩体(置换)作用
石灰桩的单轴抗压强度可达 500 kPa，Es, 桩 =10～30 MPa =(3～5)Es,土。 当承受荷载时，桩承受较大的压力，产生应力 集中，n＝2.5～5.0。 此外，对于粘性土具有置换作用。
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五、排水固结作用
石灰桩体的渗透系数一般为10－5～10－3 cm/s，相当于细砂，所以具有较好的排水固 结作用。
地基处理第五章2(石灰桩法、土挤密桩法)
第五章 挤密桩法
5.3 石灰桩法
2. 加固机理 石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身和复合地基三方面进行分析。 (1) 桩间土加固机理 ① 成孔挤密 石灰桩施工时是由振动钢管下沉而成孔，使桩间土产生挤压和排 土作用，其挤密效果与土质、上覆压力及地下水状况等有密切关联。一 般地基土的渗透性愈大，打桩挤密效果愈好；挤密效果在地下水位以上 比地下水位以下为好。然而，对灵敏度高的饱和软弱粘土，成桩过程中 非但不能挤密桩间土，而且还会破坏土的结构，促使土的强度降低。 ② 膨胀挤密 生石灰桩打入土中，首先发生消化反应，吸水、发热、产生体 积膨胀，直到桩内的毛细吸力达到平衡为止，使桩间土受到强大的挤压 力，这对地下水位以下软粘土的挤密起主导作用。
第五章 挤密桩法
5.2 石灰桩法
③ 脱水挤密 软粘土的含水量一般为40%～80%，1kg生石灰的消解反应要吸 收0.32kg的水。同时，由于反应中放出大量热量提高了地基土的温度， 实测桩间土的温度在50℃以上，使土产生一定的汽化脱水，从而使土中 含水量下降，孔隙比减小，土颗粒靠拢挤密，在所加固区的地下水位也 有一定的下降。 ④ 胶凝作用 由于生石灰吸水生成的Ca(OH)2中一部分与土中二氧化硅和氧化 铝产生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物。水化物对 土颗粒产生胶结作用，使土聚集体积增大，并趋于紧密。同时加固土粘 粒含量减少，说明颗粒胶结作用从本质上改变了土的结构，提高了土的 强度，而土体的强度将随龄期的增长而增加。
第五章 挤密桩法
5.2 石灰桩法
⑤ 离子交换 土的微小颗粒具有一定的胶体性质，它们一般带有负电荷， 表面吸附一定数量的钠、氢、钾等低价阳离子（Na+、H+、K+）。 石灰是一种强电解质，在土中加入石灰后，Ca(OH)2水化生成的钙离 子（Ca2+）与粘土矿物中的钠、氢、钾离子产生离子交换作用，原
石灰桩施工工艺
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石灰的熟化与硬化
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石灰的熟化 熟化是指生石灰（氧化钙）与水作用生成氢氧化钙（熟石灰，又称消 石灰）的过程，又称石灰的消解或消化。生石灰的熟化反应如下： CaO＋H2O → Ca(OH)2＋64.9×103J
石灰的硬化 ①干燥结晶硬化过程 石灰浆体在干燥过程中，游离水分蒸发，形成网状孔隙，这些滞 留于孔隙中的自由水由于表面张力的作用而产生毛细管压力，使石灰 粒子更紧密。且由于水分蒸发，使Ca(OH)2从饱和溶液中逐渐结晶析 出。 ②碳化过程 ：Ca(OH)2空气中的CO2和水反应，形成不溶于水的碳 酸钙晶体，析出的水分则逐渐被蒸发。
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长螺旋钻进法 可以深孔钻进，但是孔壁不能自立的土中不能使用。
套管式螺旋钻进法 适用于不稳定的塌孔地层，最深可以达到35m。
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套管式螺旋钻进法Leabharlann LOGOPage 9
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④沉管法成桩： 包括震动沉管法和冲击沉管法 。 优点：成孔孔壁光滑，挤密效果和施工工艺都较于控制和掌握。 缺点：最大空深受到桩架限制，一般不超过8m.
（6）施工时应避开雨季作业，加强现场排水。路基开挖后各道工序要紧密衔 接，连续施工，时间不宜间隔太久。路堤.路堑边坡按设计修整后，应立即浆 砌护墙.护坡，防止雨水直接侵蚀。
（7）膨胀土地区路床的强度及压实标准应严格遵守国家有关规定.规范。
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黄土的工程特性
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（1）胀缩性：黄土遇水体积膨胀，使其上面的路面隆起，干燥后体积收缩， 并使其上面的路面下沉。如此反复路面形成裂缝及剥落，降低公路使用寿命。
脱水挤密。生石灰发生熟化时会放出大量的热能，使土中产生一定的 气化脱水，从而使土中的含水量下降、空隙比减小，地下水位也有一 定的下降。
石灰桩施工方案
石灰桩施工方案一、施工准备1.现场勘察与准备在进行石灰桩施工前，首先需要对施工现场进行详细的勘察与准备工作。
2.设备准备在施工过程中需要准备适当的设备，包括挖掘机、搅拌车、搅拌钻等。
3.材料准备施工过程中需要准备足够的石灰等辅助材料。
二、施工步骤1.桩位布置根据设计要求，确定桩位的布置方案，标明每个桩的位置。
2.桩孔挖掘使用挖掘机在桩位处挖掘孔洞，孔深根据设计要求确定。
3.搅拌将石灰加入到搅拌车中进行搅拌，直至石灰变成均匀状。
4.桩孔注入将搅拌好的石灰混合物注入到桩孔中，填充到设计标高。
5.桩顶处理在桩顶部分，进行整平、压实等处理，确保桩头的稳固性。
三、施工质量控制1.施工方案设计严格按照设计方案执行施工，确保桩位、桩孔等位置准确无误。
2.材料质量对所使用的石灰等材料进行质量检验，确保施工材料符合标准要求。
3.施工工艺严格按照石灰桩的施工工艺要求进行操作，确保施工质量。
四、施工安全1.安全防护在施工现场设置明显的安全警示标识，合理设置施工区域，保障施工人员安全。
2.施工人员培训施工前对施工人员进行有关石灰桩施工的培训，提高施工人员的安全意识。
五、施工验收1.现场验收施工完成后，进行现场验收，检查石灰桩的质量及工程的完整性。
2.监测对石灰桩进行监测，确保其满足设计要求及使用要求。
六、总结石灰桩作为一种常见的地基处理方法，在施工中需要严格按照设计要求和规范要求进行操作，确保施工质量和安全，最终达到预期的工程效果。
《地基处理技术》石灰桩、水泥土搅拌法
夯实水泥土桩可只在基础范围内布桩。
5 垫层
褥垫层厚100～300mm，可采用中砂、 粗砂或碎石等，最大粒径不宜大于20mm。
量孔器（测量石灰桩孔径及孔深）
量孔器（测量石灰桩孔径及孔深）
石灰桩法适用于处理饱和黏性 土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂 填土等地基；用于地下水位以上的 土层时，宜增加掺合料的含水量并 减少生石灰用量，或采取土层浸水 等措施。
10.2 加固原理
10.2 Mechanism of Reinforcement
水泥浆液搅拌法是美国在第二次世界 大战后研制成功的，称（Mixed－in－Place Pile(简称MIP法）。国内1978年研制出第一 台搅拌机械。
粉体喷射搅拌法（Dry Jet Mixing Method，简称DJM法）由瑞典人Kjeld Paus于1967年提出设想，1971年制成第一 根桩，1974年获得专利。铁道第四勘察设 计院1983年开始试验研究，并应用于过程 中。
3 石灰桩地基竣工验收时，承载力检 验应采用复合地基载荷试验。数量宜为 地基处理面积每200m2左右布置一个点， 且每一单体工程不应少于3点。
4 石灰桩复合地基载荷试验沉降比s/d 取0.012。
第11章 水泥土搅拌法
Chapter 11 Soil-Cement Deep Mixing Method
夯实水泥土桩具有施工周期短、 造价低、施工文明、质量容易控制、 不受场地条件限制等优点。
12.2 作用机理
(Mechanism of Reinforcement)
1 夯实水泥土桩的化学作用机理
（1）水泥土的固化原理 （2）水泥的水解水化反应 （3）水泥水化物与土颗粒的作用