2012一級(jí)結(jié)構(gòu)工程師考試專業(yè)復(fù)習(xí)精講一

　　在高等級(jí)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(shí)，成為不少建設(shè)單位和設(shè)計(jì)單位的棘手問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，采用生石灰噴粉深層攪拌樁(簡(jiǎn)稱石灰攪拌樁)進(jìn)行軟土地基處理，具有技術(shù)簡(jiǎn)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。$lesson$

　　1.生石灰對(duì)軟粘土地基的基本作用

　　根據(jù)設(shè)計(jì)確定石灰攪拌樁鉆機(jī)的位置，啟動(dòng)攪拌機(jī)，鉆進(jìn)時(shí)噴射壓縮空氣，準(zhǔn)備加固的土在原位受到擾動(dòng)。隨著鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)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(guò)機(jī)構(gòu)攪拌，將軟土重塑的同時(shí)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(shí)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(lái)說(shuō)，石灰對(duì)軟土的基本作用如下：

　　(1)生石灰與地基軟粘土通過(guò)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业倪^(guò)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(shí)石灰體積產(chǎn)生膨脹，此時(shí)膨脹力所作的功轉(zhuǎn)化為周?chē)恋淖冃挝荒堋＠鐝V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(duì)周?chē)疗鹆藟好茏饔谩?/P>

　　(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(guò)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(guò)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(shí)內(nèi)，是石灰對(duì)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(guò)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(guò)程將持續(xù)數(shù)年，是石灰對(duì)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(guò)對(duì)一些工程施工的石灰攪拌樁觀測(cè)，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(shuō)明石灰樁身排水固結(jié)作用較好。

　　生石灰作為固化劑時(shí)，軟粘土的滲透性系數(shù)隨著時(shí)間而直線上升;而用10%的水泥作為固化劑時(shí)，軟粘土的滲透系數(shù)隨著時(shí)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(shí)加固效果在前數(shù)小時(shí)內(nèi)比水泥處理的要明顯來(lái)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(shí))，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(yàn)中，于五年后挖出石灰樁，也發(fā)現(xiàn)樁身仍非常堅(jiān)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?chē)恋膹?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?chē)鼗啾染哂懈叩目辜魪?qiáng)度。與生石灰攪拌樁鄰接的樁周土，由于拌合時(shí)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(duì)一些工程的天然土和單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)石灰攪拌樁復(fù)合地基的加荷后穩(wěn)定時(shí)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。

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