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【摘 要】 討論深層攪拌石灰樁強(qiáng)度形成機(jī)理，加固處理公路軟基的有效性和應(yīng)用條件。該方法具有設(shè)備簡單、施工方便、經(jīng)濟(jì)效益好的特點(diǎn)。 


【關(guān)鍵詞】 公路軟基；復(fù)合地基；深層攪拌石灰樁 

在高等級公路中，遇到不少涵洞、通道、擋土結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)物置于軟弱地基上或軟厚的雜填土之上，施工期短暫時，成為不少建設(shè)單位和設(shè)計單位的棘手問題。針對這個問題，采用生石灰噴粉深層攪拌樁（簡稱石灰攪拌樁）進(jìn)行軟土地基處理，具有技術(shù)簡單可行，且經(jīng)濟(jì)合理的特點(diǎn)，能有效地加固軟弱地基，減少軟土層沉降和整體工程工后沉降，提高軟土層的承載力。 

1 生石灰對軟粘土地基的基本作用 

根據(jù)設(shè)計確定石灰攪拌樁鉆機(jī)的位置，啟動攪拌機(jī)，鉆進(jìn)時噴射壓縮空氣，準(zhǔn)備加固的土在原位受到擾動。隨著鉆進(jìn)到設(shè)計標(biāo)高，鉆機(jī)鉆頭反向旋轉(zhuǎn)，邊提升，邊由壓縮空氣輸送生石灰，向著由鉆頭攪拌葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空隙部位噴入被攪拌的土體中，使土體和石灰進(jìn)行充分拌和，形成具有整體性好，水穩(wěn)定性好和一定強(qiáng)度的石灰土樁。 

通過機(jī)構(gòu)攪拌，將軟土重塑的同時摻入適量的石灰，石灰與軟土礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種復(fù)雜的不溶于水的、將土顆粒粘結(jié)在一起的硅酸鈣凝膠，硅酸鈣凝膠起到包裹和聯(lián)結(jié)的作用，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在土顆粒間相互穿插，使土顆粒聯(lián)系得很牢固，改善了土的物理力學(xué)性質(zhì)，發(fā)揮了石灰固化劑的強(qiáng)化作用。 

要形成硅酸鈣凝膠，只有在有足夠的水使Ca2+和OH-1離子能夠轉(zhuǎn)移到粘土顆粒表面時才能實(shí)現(xiàn)，利用土顆粒、水和石灰之間的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到這一目的，以改善土的性質(zhì)，具體來說，石灰對軟土的基本作用如下： 

（1）生石灰與地基軟粘土通過強(qiáng)制做拌均勻，很快產(chǎn)生水化作用，形成 Ca（OH)2 。在這生石灰變?yōu)槭焓�灰的過程中，產(chǎn)生的熱量促進(jìn)水分蒸發(fā)，使軟土地基的含水量降低，同時石灰體積產(chǎn)生膨脹，此時膨脹力所作的功轉(zhuǎn)化為周圍土的變形位能。例如廣東省云浮硫鐵礦專用線有一座4．5m蓋板涵基礎(chǔ)采用石灰噴粉深層攪拌處理軟基，鉆頭直徑為500mm，形成石灰樁之后，在粉細(xì)砂層直徑增大為520mm，在軟土層直徑內(nèi)直徑增大為600-700mm，樁體體積增大，對周圍土起了壓密作用。  

（2）熟石灰的Ca2+離子在水的作用下與軟土顆粒產(chǎn)生絮凝反應(yīng)作用，這一反應(yīng)過程使軟土顆粒結(jié)合水膜厚度減簿，土的塑性降低，土粒間的粘結(jié)力增加，土體強(qiáng)度和水穩(wěn)定性提高。 

上述兩種化學(xué)反應(yīng)過程，主要發(fā)生在生石灰與軟土強(qiáng)制攪拌混合后的數(shù)小時內(nèi)，是石灰對軟粘土的早期基本作用。 

（3）熟石灰與粘土顆粒中的活性硅鋁礦物進(jìn)一步緩慢地產(chǎn)生化學(xué)作用，過程中又吸收熟石灰漿中的水分，形成結(jié)晶和生成鋁酸鹽和水化硅酸鈣，改變了粘土的結(jié)構(gòu)。這一反應(yīng)過程將持續(xù)數(shù)年，是石灰對軟粘土的后期作用。 

2 石灰攪拌樁身的排水固結(jié)作用 

通過對一些工程施工的石灰攪拌樁觀測，發(fā)現(xiàn)施工期樁體含水量總是很高，直觀表現(xiàn)在樁頂?shù)膲|層上有明顯的圓形濕痕，表明樁體含水量及滲透系數(shù)均大于樁間土。由于樁身材料拌合不均勻，以及配合比、摻合料不同，涮得樁身滲透系數(shù)在4.07×10-3-10-5cm／s之間，相當(dāng)于粉砂、細(xì)砂的滲透系數(shù)，較粘土、亞粘土的滲透系數(shù)大10倍至100倍，說明石灰樁身排水固結(jié)作用較好。 

圖1表示軟粘土地基經(jīng)石灰攪拌后滲透增長情況，K為滲透系數(shù)。用10％ 

生石灰作為固化劑時，軟粘土的滲透性系數(shù)隨著時間而直線上升；而用10％的水泥作為固化劑時，軟粘土的滲透系數(shù)隨著時間而直線下降。石灰適合于塑性指數(shù)較高的軟粘土地基，水泥適合于塑性指數(shù)較低的軟土地基。在相同條件下，用石灰處理的臨時加固效果在前數(shù)小時內(nèi)比水泥處理的要明顯來得快。 

值得注意的是，當(dāng)石灰攪拌樁滲透系數(shù)K值足夠小（如軟粘土地基），而樁的直徑d又足夠大（例d≥50cm時），即使樁處于水下，也不能形成充分供水的條件，石灰攪拌樁的含水量仍然較初始含水量大幅度減小．在天津塘沽軟土路基試驗中，于五年后挖出石灰樁，也發(fā)現(xiàn)樁身仍非常堅硬，日本的一份資料談到，即使在含水量高達(dá)100％的軟土中，石灰樁身強(qiáng)度也比周圍土的強(qiáng)度高達(dá)10倍以上。 

3 石灰攪拌樁與樁間土的復(fù)合地基效應(yīng) 


生石灰加固軟弱地基后，石灰攪拌與未加固部分地基土形成復(fù)合地基，復(fù)合地基的強(qiáng)度包括攪拌樁樁體的強(qiáng)度和樁周土粘聚力增加后的強(qiáng)度，石灰攪拌樁與周圍地基相比具有更高的抗剪強(qiáng)度。與生石灰攪拌樁鄰接的樁周土，由于拌合時產(chǎn)生的高溫和凝聚反應(yīng)形成厚度達(dá)數(shù)厘米的高度硬殼，此層硬層的存在影響了石灰攪拌樁的吸水和排水，尤其是后期排水，但在施工期內(nèi)此層硬殼尚未形成，排水作用是可以發(fā)揮的。從對一些工程的天然土和單樁復(fù)合地基荷載試驗中，發(fā)現(xiàn)石灰攪拌樁復(fù)合地基的加荷后穩(wěn)定時間較天然土基為短，也就證實(shí)了石灰攪拌樁的排水固結(jié)作用。 

石灰攪拌樁與樁間土的復(fù)合地基抗剪強(qiáng)度可用下式計算： 

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