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


【關鍵詞】 公路軟基；復合地基；深層攪拌石灰樁 

在高等級公路中，遇到不少涵洞、通道、擋土結構等結構物置于軟弱地基上或軟厚的雜填土之上，施工期短暫時，成為不少建設單位和設計單位的棘手問題。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）進行軟土地基處理，具有技術簡單可行，且經(jīng)濟合理的特點，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)設計確定石灰攪拌樁鉆機的位置，啟動攪拌機，鉆進時噴射壓縮空氣，準備加固的土在原位受到擾動。隨著鉆進到設計標高，鉆機鉆頭反向旋轉，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產(chǎn)生的空隙部位噴入被攪拌的土體中，使土體和石灰進行充分拌和，形成具有整體性好，水穩(wěn)定性好和一定強度的石灰土樁。 

通過機構攪拌，將軟土重塑的同時摻入適量的石灰，石灰與軟土礦物發(fā)生化學反應，形成一種復雜的不溶于水的、將土顆粒粘結在一起的硅酸鈣凝膠，硅酸鈣凝膠起到包裹和聯(lián)結的作用，形成網(wǎng)狀結構，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性質，發(fā)揮了石灰固化劑的強化作用。 

要形成硅酸鈣凝膠，只有在有足夠的水使Ca2+和OH-1離子能夠轉移到粘土顆粒表面時才能實現(xiàn)，利用土顆粒、水和石灰之間的化學反應達到這一目的，以改善土的性質，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)生絮凝反應作用，這一反應過程使軟土顆粒結合水膜厚度減簿，土的塑性降低，土粒間的粘結力增加，土體強度和水穩(wěn)定性提高。 

上述兩種化學反應過程，主要發(fā)生在生石灰與軟土強制攪拌混合后的數(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一步緩慢地產(chǎn)生化學作用，過程中又吸收熟石灰漿中的水分，形成結晶和生成鋁酸鹽和水化硅酸鈣，改變了粘土的結構。這一反應過程將持續(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，相當于粉砂、細砂的滲透系數(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100％的軟土中，石灰樁身強度也比周圍土的強度高達10倍以上。 

3 石灰攪拌樁與樁間土的復合地基效應 


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合地基，復合地基的強度包括攪拌樁樁體的強度和樁周土粘聚力增加后的強度，石灰攪拌樁與周圍地基相比具有更高的抗剪強度。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形成厚度達數(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合地基荷載試驗中，發(fā)現(xiàn)石灰攪拌樁復合地基的加荷后穩(wěn)定時間較天然土基為短，也就證實了石灰攪拌樁的排水固結作用。 

石灰攪拌樁與樁間土的復合地基抗剪強度可用下式計算： 

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