石灰桩法

挤密法加固软土地基的方法

石灰桩是指采用机械或人工在地基中成孔，然后贯入生石灰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密实桩体。为提高桩身强度，还可掺加石膏、水泥等外加剂。石灰桩与经过改良后的桩周土共同承担上部建筑物载荷，属复合地基中的低黏结强度的柔性桩。

研究和应用

第一阶段是1953年以前，它的施工方法是人工用短木桩在土里冲出孔洞，向土孔中投入生石灰块，稍加捣实就形成了石灰桩。

第二阶段是1953~1961年。当时，以天津大学范恩锟教授为首，组建了研究小组，并将石灰桩的研究正式列入国家基本建设委员会的研究计划。先后进行了室内外的载荷试验、石灰和土的物理力学试验，实测了生石灰的吸水量、水化热和胀发力等基本参数。这项工作历时5年，为20世纪50年代石灰桩的研究和应用，以及后来的进一步研究和发展奠定了基础。

我国石灰桩研究与应用的第三次高潮始于1975年，是由北京铁路局勘测设计所等单位在天津塘沽对吹填软土路基进行石灰桩处理的试验研究。在120mx20m区段内采用了换填土、长砂井、砂垫层、石灰桩、短密砂井等六种方法，进行了对比试验，结果表明了石灰桩的加固效果最佳。此后，石灰桩的研究工作很快在全国各地展开。当前，石灰桩的研究工作还在进一步深入，研究的重点是各种施工工艺的完善和实测总结设计所需的各种计算参数，使设计施工更加科学化、规范化。

适用范围

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。石灰桩属可压缩的低黏结强度桩，能与桩间土共同作用形成复合地基。由于生石灰的吸水膨胀作用，它特别适用于新填土和淤泥的加固，生石灰吸水后还可使淤泥产生自重固结。形成强度后的密集的石灰桩身与经加固的桩间土结合为一体，使桩间土欠固结状态消失。石灰桩与灰土桩不同，可用于地下水位以下的土层，用于地下水位以上的土层时，若土中含水量过低，则生石灰水化反应不充分，桩身强度降低，甚至不能硬化。此时，采用减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法，经实践证明是有效的。石灰桩不适用于地下水位以下的砂类土。

作用机制

石灰桩的主要作用机制是通过生石灰的吸水膨胀挤密桩周土，继而经过离子交换和胶凝反应使桩间土强度提高。同时，桩身生石灰与活性掺合料经过水化、胶凝反应，使桩身具有0.3-1.0MPa的抗压强度。石灰桩施工时是由振动钢管下沉成孔，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越大，打桩挤密效果越好。

石灰桩在成孔后贯入生石灰便吸水膨胀，使桩间土受到强大的挤压力，这对地下水位以下软黏土的挤密起主导作用。测试结果表明，根据生石灰的质量高低，在自然状态下熟化后其体积可增加1.5~3.5倍，即体积膨胀系数为1.5~3.5。生石灰水化放出大量的热量。桩内温度最高达200~300℃，桩间土的温度最高可达40-50℃。升温可以促进生石灰与粉煤灰等桩体掺合料的凝结反应。高温引起了土中水分的大量蒸发，对减少土的含水量、促进桩周土的脱水起有利作用。石灰桩作为竖向增强体与天然地基土体形成复合地基，使得压缩模量大大提高，工后沉降减少，而且复合地基抗剪强度大大提高，稳定安全系数也得到提高。

石灰桩的密度显著小于土的密度，即使桩体饱和后，其密度也小于土的天然密度。当采用排土成桩时，加固层的自重减小，作用在下卧层的自重应力显著减小，即减小了下卧层顶面的附加应力。采用不排土成桩时，对于杂填土和砂类土等，由于成孔挤密了桩间土，加固层的重量变化不大。对于饱和黏性土，成孔时土体将隆起或侧向挤出，加固层的减载作用仍可考虑。

设计

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300~400mm，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下，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。试验表明，石灰桩宜采用细而密的布桩方式，这样可以充分发挥生石灰的膨胀挤密效应，但桩径过小会影响施工速度。人工成孔的桩直径以300mm为宜，机械成孔直径以350mm左右为宜。以往是将基础以外也布置数排石灰桩，如此则造价剧增，试验表明，在一般的软土中，围护桩对提高复合地基承载力的增益不大。在承载力很低的淤泥或淤泥质土中，基础外围增加1~2排围护桩有利于对淤泥的加固，可以提高地基的整体稳定性，同时围护桩可将土中大孔隙挤密，能起止水的作用，可提高内排桩的施工质量。

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