[科普中国]-石灰桩

石灰桩的加固机理

石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身和复合地基三个方面进行分析。

桩间土1、成孔挤密作用

如果石灰桩施工是采用振动沉管法成孔，则会对桩间土产生挤密作用，其挤密效果与石灰桩的置换率、土质情况、上覆土压力及地下水状况等有关。但对灵敏度高的饱和软黏土，成桩过程会破坏土的结构，这样不仅不会挤密桩间土，还会降低土的强度。另外，对饱和软黏土，成桩后地面会隆起，更使挤密效果减弱。若用人工成孔或钻孔施工方法成孔，就不存在挤密作用。

2、吸水、升温和膨胀作用

由于水化反应过程要吸收较多的水，并产生升温汽化现象，使地基中含水量下降，孔隙比减小，桩间土抗剪强度得到提高，提高的幅度与置换率有关。若采用10%的置换率，当石灰吸收的水全部是土孔隙中的水时，则土的平均失水量约为8%～9%，若石灰桩间距为3倍的桩径，采用正三角形布置时，置换率为9%，实测土的失水率为5%。地基土降低5%～9%的含水量，只能使土的承载力提高15%～20%，因此，吸水升温而提高的承载力的一般幅值为15%～20%。生石灰水化时，对桩间土产生较大的挤压力，使桩间土密实度提高，这将有助于提高地基的强度。

3、胶凝及离子交换作用

黏土颗粒表面带负电，从而由吸附作用形成一个扩散双电层，扩散双电层的存在使土具有可塑性，扩散双电层越厚，土的抗剪强度越小，生石灰水化反应过程中产生的二价钙离子（Ca2+）与扩散双电层中的一价离子Na+、K+发生离子交换作用，交换的结果使扩散双电层变薄，黏土颗粒间的结合力增强形成团粒结构，从而使土的塑性减小，抗剪强度提高。黏土中的二氧化硅和氧化铝与水化过程中产生的Ca(OH)2发生化学反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，与黏土颗粒黏结在一起形成网状结构，增强了颗粒间的联结作用，改善了土的物理力学性能。由于上述作用，往往在生石灰桩周围形成一圈2～10cm厚的硬壳层。

桩身对于单一的以生石灰作为原料的石灰桩，生石灰水化后，石灰桩的直径可胀到原来所填的生石灰块屑体积的一倍。生石灰吸水膨胀后仍然存在着相当多的孔隙，当把胀发后显得相当硬的石灰团用手揉捏时，水分就会被挤出来，石灰块会变成稠糊状，这一现象说明不能过分依赖石灰桩桩体本身的强度。石灰桩的作用是使土挤实加固，而不是桩起承重作用。因此，对形成石灰桩的要求，是应能把四周软土中的水吸干，但要防止自身软化。防止桩心软化可参照以下条件：①提高石灰含量或缩小桩距；②用砂填充石灰桩的孔隙；③石灰桩掺粉煤灰措施。

复合地基石灰桩复合地基承载力由三部分构成：①桩身强度；②桩间土；③桩周形成的硬壳层。由于硬壳层的形成需要一个较长期的过程，在设计时一般不作考虑而作为安全贮备。根据国内外实测数据，石灰桩复合地基的桩土应力比一般为2.5～5.0。要提高复合地基的承载力可从两方面着手，即提高桩身强度与增加桩间土的加固效果。但应注意：①桩间土的承载力应协调。既要保证桩身有较大的强度，又没必要过大增大桩身强度。②桩身吸水量的增加有助于改善桩间土的物理力学性能，但吸水量过多又使桩身强度降低，为使两者兼备，有时必须采用较大的置换率。因此在提高复合地基承载力时要进行综合考虑，确定桩间土强度、桩身强度和造价之间的最优关系。

石灰桩的设计计算石灰桩设计的主要参数1、材料。

石灰桩的材料以生石灰为主，生石灰选用现烧的（新鲜）并需过筛，粒径一般为50mm左右，含粉量不得超过总重量的20%，CaO含量不得低于70%，其中夹石不大于5%。

生石灰中掺入适量粉煤灰或火山灰等含硅材料时，粉煤灰或火山灰与生石灰的重量配合比一般为3:7。粉煤灰应采用干灰，含水量