深层搅拌石灰桩在软土地基的应用

路康康 周莹莹

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

随着社会的不断进步和发展，人们改造自然的能力不断增强，过去不能被人们利用的自然资源越来越多的被利用开发，建筑领域里，建筑的规模不断扩大，建筑环境也日益复杂，软土地区也成为我们建设的区域，地基处理成为首先需要解决的问题，其中最为突出的就是造价和工期。水泥是一种能够大大增强低级强度的胶凝材料，但其代价太高，凝结时间也相对较长，不能满足工程实际的需求。于是人们想到了另一种传统的胶凝材料——石灰。采用生石灰深层搅拌桩(简称石灰搅拌桩)进行软基加固处理，具有技术简单可行、工期短、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完工后沉降，提高软土层的承载力。

石灰搅拌桩是通过机器搅拌在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，使软土固结成具有整体性、水稳定性和一定强度的性能优良的复合地基。

1.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搅拌均匀，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，此时膨胀力所在作的功能转化为周围土的变形位能。例如某工程5.3m基础采用石灰喷粉深层搅拌处理软基，钻头直径为400mm，形成石灰桩之后，在粉细砂层直径增大为418mm，在软土层直径内直径增大为500—580mm，桩体体积增大，对周围土起了压密作用，大大提高了地基的承载力。

（2）熟石灰的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薄，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的产生化学作用，过程中又吸收石灰浆中的水分，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.施工方法

（1）深层搅拌机械

深层搅拌石灰桩施工时通过机械搅拌，钻进时喷射压缩空气，钻到设计标高后钻机钻头反向旋转，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，用压缩空气将石灰粉等加固料喷入地基内，并与原位土体一起强制搅拌，从而使软土层固结形成具有整体性，水稳性和一定强度的石灰土桩。

施工阶段深层搅拌机械是关键设备,正确合理地选用深层搅拌机械对于改善和提高搅拌质量起着十分重要的作用。在搅拌机中,搅拌头搅拌叶片的形状对固化剂和地基原土的拌和效果有很大影响。当搅拌叶片相同时,叶片回转次数越多混合就越充分,而另一方面,在转速一定的情况下,搅拌叶片越多,拌和效果越好,所以大搅拌头都装有多层搅拌叶片。对于粉喷搅拌机来说,钻头形式优劣关系到成桩质量的好坏以及成桩效率的高低。所以,对于搅拌头应采用优化设计的原则,使其满足转速快、喷粉搅拌均匀的要求;此外,搅拌头叶片的形式还应保证反向旋转提升时对桩体混合土有压密作用,而不是使灰、土向地面翻升而降低桩体质量,影响其密实度。

（2）粉喷施工的选择

粉喷施工时先通过机械搅拌，钻进时喷射压缩空气，钻到设计标高后钻机钻头反向旋转，边提升，边由粉体发送器输送生石灰。

软弱地基是由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。这种地基具有高压缩性特点,一些软弱地基本身还含有大量的水分,对这样的地基进行加固,除固化剂所必须的水分外,还含有多余的水分。有多余的水分。所以选择施工方案的原则是尽量减少地基中的水分,而在同种固化剂掺入比条件下,尽可能提高混合土的承载能力,另一方面在加固效果相同的条件下,尽可能选用低成本的施工方案。试验表明,地基含水量大于35 %宜选用粉喷施工,反之宜选用湿喷法。

3.石灰搅拌桩与桩间土的复合地基效应

生石灰加固软弱地基后,石灰搅拌桩与未加固部分地基土形成复合地基,其强度包括搅拌桩桩体的强度和桩周土粘聚力增加后的强度,石灰搅拌桩与周围地基相比具有更高的抗剪强度。与生石灰搅拌桩邻接的桩周土,由于拌和时产生的高温和凝聚反应,形成厚度达数厘米的高度硬壳,此层硬壳的存在影响了石灰搅拌桩的吸水和排水,尤其是后期排水,但在施工期内此层硬壳尚未形成,排水作用是可以发挥的。从对一些工程的天然土和单桩复合地基荷载试验中发现,石灰搅拌桩复合地基加荷后的稳定时间较天然地基短,也就证实了石灰搅拌桩的排水固结作用。

4.石灰搅拌桩适宜的土质条件

石灰搅拌桩是靠石灰与土之间发生一系列物理化学反应而形成强度的,不同的土质会产生不同的加固效果。粘土颗粒粒径小,表面积大,分散性大,稳定性差,容易和石灰发生反应,并且粘土较小的渗透系数常可使石灰搅拌桩含水量降低,所以石灰搅拌桩适宜处理软粘土地基

5.结语

大量的实践经验表明，石灰搅拌桩在强度形成过程中能够吸收软土中的水分，从而大大降低软土含水量,增大了粘聚力, 提高复合地基的强度。经处理后复合地基可以取得较好的经济效益,并大大缩短工期，满足软土地基处理的需要。