專利名稱：生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用生石灰的特性在凍土地基中進(jìn)行公路路基建設(shè)的施工方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于多年凍土路基穩(wěn)定和病害治理的研究一直在持續(xù)，通過(guò)廣大專家、學(xué)者的努力取得了豐碩的成果，理論技術(shù)水平有了很大提高，在實(shí)踐和生產(chǎn)應(yīng)用方面也積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)我省的多年凍土勘察和一些相關(guān)課題的試驗(yàn)研究，了解到保護(hù)路基下的島狀多年凍土是非常困難的，而多年凍土地基的融沉和穩(wěn)定又需要很長(zhǎng)的時(shí)間，若對(duì)多年凍土不進(jìn)行處理，在公路的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生病害或潛在一定的不穩(wěn)定因素，因此，探求有效防治凍土病害并且經(jīng)濟(jì)合理的多年凍土地基處理方案是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種利用生石灰的特性在凍土地基上進(jìn)行公路建設(shè)和加固的施工方法。結(jié)合黑龍江省多年凍土特征及其病害機(jī)理，參考軟基處理方案的加固機(jī)理和適用范圍，借鑒石灰樁、灰土擠密樁、砂石樁、碎石擠密樁、夯實(shí)水泥土樁、CFG樁、柱錘沖擴(kuò)樁及淺層換填毛石等常用的地基處理方案，針對(duì)不同多年凍土路段地基進(jìn)行加固處理。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其組成包括前期準(zhǔn)備，采用回轉(zhuǎn)或沖擊在多年凍土中鉆進(jìn)成孔，向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和碎石成樁，生石灰與砂石的體積配合比范圍在1:Γι 1之間。根據(jù)土質(zhì)及地下水情況選用成孔方式，根據(jù)多年凍土的類型選擇合理的配合比。

所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，所述的向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和砂石成樁，首先，對(duì)于融化層及軟粘性土凍結(jié)層，沖擊成孔時(shí)對(duì)樁孔周圍土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁土擠向周圍的土層，使樁體周圍的土層孔隙比減小、密實(shí)度增大；其次，在夯錘夯擊填入孔中的樁體材料時(shí)，夯擊能量通過(guò)砂石向孔底及四周傳遞，將孔底及樁周圍的土擠密，并有一些砂石擠入四周的凍土中，形成樁的同時(shí)，樁周也形成一個(gè)與砂石膠結(jié)的擠密帶，增大了樁徑；最后，是最有利于消除多年凍土融沉的吸水?dāng)D密和膨脹擠密作用，對(duì)多年凍土地基的加固作用關(guān)鍵在于生石灰吸水放熱能使凍土在短期內(nèi)全部融化，而凍土只有融化后才能在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下完成固結(jié)和沉降，從而使地基滿足承載力和變形的要求。所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，為使樁間多年凍土短期時(shí)間內(nèi)全部融化，并且均勻擠密，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離宜為樁孔直徑的3飛倍；樁的直徑宜為30(T600mm ;生石灰砂石擠密樁處理地基的面積，應(yīng)大于構(gòu)筑物或路基的底面積；采用局部處理時(shí)，對(duì)弱融沉及部分融沉凍土地基，超出基礎(chǔ)底面的寬度每邊不應(yīng)小于O. 5m ;對(duì)強(qiáng)融沉及部分融沉凍土地基，每邊不應(yīng)小于1. Om ;當(dāng)采用整片處理時(shí)，超出基礎(chǔ)底面外緣的寬度，每邊不小于2m。所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，所述的成樁處理之后，對(duì)施工地段應(yīng)及時(shí)鋪設(shè)砂石墊層并壓實(shí)，處理后的路段應(yīng)盡早填筑路基。及時(shí)鋪設(shè)砂石墊層和填筑路基，不僅能保證樁頭和樁身強(qiáng)度，還使凍土地基上較長(zhǎng)時(shí)間具有一定荷載，有利于地基沉降變形的盡快完成，并能防止樁體膨脹引起向上脹拔，避免削弱樁的橫向擠密作用。生石灰砂石樁施工宜從路基兩側(cè)向中間進(jìn)行，以使路基下凍土從兩側(cè)向中間融化，有利于凍土融化后水能向兩側(cè)排出，并在彌補(bǔ)由于路基兩側(cè)基底壓力小于路中而引起的沉降速度不均。所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，所述的前期準(zhǔn)備首先清理平整施工場(chǎng)地，鋪設(shè)砂墊層并進(jìn)行碾壓，布置樁位；有地表水時(shí)，砂墊層應(yīng)高于地表水位；樁孔填料前應(yīng)清除孔內(nèi)積水及殘?jiān)⒓皶r(shí)進(jìn)行填料；用標(biāo)準(zhǔn)料斗或運(yùn)料車將拌和好的填料分層填入樁孔夯實(shí)，；當(dāng)采用套管成孔時(shí)，邊分層填料夯實(shí)，邊將套管拔出；每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至地面下l(T30m，其上部樁孔宜用上部墊層材料夯封。有益效果1.本發(fā)明采用石灰樁、砂石樁和碎石擠密樁進(jìn)行組合，采用沖擊或回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔、夯實(shí)成樁的生石灰砂石樁，對(duì)退化嚴(yán)重的島狀多年凍土和溫度高于-1. (TC的銜接凍土進(jìn)行促融加固處理是有效的。2.生石灰砂石樁屬于低黏結(jié)強(qiáng)度半剛性樁，樁體具有一定強(qiáng)度，其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu在500 IOOOKpa之間，樁頂應(yīng)力在O. 4 O. 9qu之間，它類似于剛性狀的CFG樁，它具有較高的承載能力和很小的變形，該樁體是利用回轉(zhuǎn)鉆或沖擊鉆鉆進(jìn)成孔，在沖擊成孔過(guò)程中對(duì)地基土產(chǎn)生較大的橫向擠密作用；通過(guò)夯錘夯擊填入孔中的生石灰和砂石，形成的密實(shí)的樁體，夯擊能量通過(guò)樁體材料向樁孔四周傳遞，對(duì)樁周土產(chǎn)生一定的擠密作用；樁體形成后，生石灰的吸水放熱反應(yīng)、體積膨脹，使樁周土產(chǎn)生一定的排水固結(jié)。因此，采用生石灰砂石粧能大幅度提聞地基整體承載力和減少沉降量。3.適用范圍較廣，石灰樁法適用于處理飽和黏性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土和雜填土等地，由于生石灰的吸水膨脹作用，特別適用于新填土和淤泥的加固，生石灰吸水后還可使淤泥產(chǎn)生自重固結(jié)；灰土擠密樁法適用于處理濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基；碎石擠密樁復(fù)合地基適用于擠密松散砂土、粉土、素填土和雜填土等地基。當(dāng)以提高地基的承載力或增強(qiáng)其水穩(wěn)性為主要目的時(shí)，宜選用灰土擠密樁法。多年凍土地基的特性類似濕陷性黃土地基，它們都是在后期由于外界條件的變化而產(chǎn)生不利影響，多年凍土是由于溫?zé)釛l件的變化導(dǎo)致凍土融沉，濕陷性黃土是由于浸水或濕度增大造成地基土濕陷。多年凍土一般埋藏較深且較厚，而生石灰砂石樁法正適用于深層加密處理地基，處理深度一般為5-15m，因此，可以用來(lái)對(duì)多年凍土地基進(jìn)行處理，從而提高地基承載力，降低地基壓縮性，從而在一定程度上能夠減弱或消除多年凍土的融沉；更為重要的是，生石灰水化作用放出大量的熱量，能夠在短期內(nèi)使多年凍土融化，這樣一來(lái)，多年凍土地基就變?yōu)轭愃朴谄胀ǖ能浕?，而多年凍土的成分大多為飽和黏性土、淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土，而生石灰的吸水膨脹加快了軟土的排水固結(jié)速度，避免了多年凍土地基的緩慢融沉和不均勻沉降，減小了工后沉降量，消除了多年凍土地基長(zhǎng)期不能穩(wěn)定對(duì)工程造成的不良影響?？傊瑢?duì)于沉降要求不高、具有一定的堆載壓密條件和充足的壓(擠)密固結(jié)時(shí)間的公路路基，采用生石灰砂石擠密樁應(yīng)該是非常有效的。4.加固效果好
生石灰砂石樁對(duì)多年凍土地基的加固作用主要表現(xiàn)在以下方面A、擠密作用
我省的多年凍土溫度都不很低，大部分凍土溫度在_3°C以上，尤其島狀多年凍土，溫度一般不低于-1. (TC，凍土多為孔隙比較大的軟粘性土凍結(jié)形成，其含水量較高，而且其中存在一定量的未凍水，使其具有一定的可塑性，多為硬塑-半堅(jiān)硬的狀態(tài)。因此，采用較大沖擊能的沖擊設(shè)備是能在多年凍土地層中沖擊成孔的，在多年凍土勘察的沖擊鉆進(jìn)證明了這點(diǎn)，并且凍土中成孔質(zhì)量好，且很少有地下水的影響。因此，對(duì)于多年凍土可以參照柱錘沖擴(kuò)法成孔。采用沖擊成孔，無(wú)需外運(yùn)土方，因而節(jié)約了土方的工作量，工期短效率高。但對(duì)于凍結(jié)的砂、礫石、碎石及較硬粘性土，沖擊成孔是不適合的，宜采用機(jī)械鉆進(jìn)成孔。生石灰砂石擠密樁的擠密作用主要為三個(gè)部分。首先，對(duì)于融化層及軟粘性土凍結(jié)層，沖擊成孔時(shí)對(duì)樁孔周圍土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁土擠向周圍的土層，使樁體周圍的土層孔隙比減小、密實(shí)度增大；其次，在夯錘夯擊填入孔中的樁體材料時(shí)，夯擊能量通過(guò)碎石向孔底及四周傳遞，將孔底及樁周圍的土擠密，并有一些碎石擠入四周的凍土中，形成樁的同時(shí)，樁周也形成一個(gè)與碎石膠結(jié)的擠密帶，一定程度上增大了樁徑；最后，是最有利于消除多年凍土融沉的吸水?dāng)D密和膨脹擠密作用，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，Ikg純氧化鈣消化成熟石灰可吸水O. 32kg，變成氫氧化鈣，而氫氧化鈣仍可吸水，因此降低了凍土融化形成的軟土的含水量。生石灰在吸水后發(fā)生體積膨脹，生石灰消化后其體積膨脹約O. 99倍，在5(Tl00kpa壓力下仍能膨脹近30%，由于樁距不大，一般O. 8^1. 5m，樁體的吸水膨脹橫向擠密，相當(dāng)于對(duì)厚度O. 5^1. 2 m的土層進(jìn)行壓密，并且吸水和膨脹是同時(shí)進(jìn)行，因此加快了軟土的排水固結(jié)，縮短了地基的壓縮穩(wěn)定時(shí)間，使處理后的地基土短期內(nèi)達(dá)到均勻穩(wěn)定。地表填筑路基產(chǎn)生的荷載在凍土層內(nèi)的附加應(yīng)力隨深度的增加逐漸減小，深部土層的壓密固結(jié)較緩慢，因此地基的沉降穩(wěn)定就需要較長(zhǎng)時(shí)間，路基難以在短期達(dá)到穩(wěn)定，甚至可能在公路的運(yùn)營(yíng)期產(chǎn)生較大沉降。而生石灰砂石樁能有效的對(duì)深部土層進(jìn)行均勻擠密加固，提高其承載力和減少壓縮性，從而滿足上部荷載對(duì)地基的承載力和變形的要求。b、促融固結(jié)作用
生石灰砂石樁對(duì)多年凍土地基的加固作用關(guān)鍵在于生石灰吸水放熱能使凍土在短期內(nèi)全部融化，而凍土只有融化后才能在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下完成固結(jié)和沉降，從而使地基滿足承載力和變形的要求。眾所周知，生石灰在土壤里以化合物的形式吸收土中的水，其反應(yīng)式為Ca0+H20 — Ca(OH) 2+65. 31kJ/kg，Ikg氧化鈣在水化時(shí)可產(chǎn)生65. 31kJ的熱量，一般地層中樁身溫度可達(dá)200-300°C。由于發(fā)熱引起水分蒸發(fā)，使天然含水量降低，有利于土壤固結(jié)脫水，并促使某些化學(xué)反應(yīng)形成，如水化硅酸鈣的形成?？紤]采用生石灰砂石樁對(duì)多年凍土進(jìn)行促融加固，正是利用生石灰吸水放熱這一特性，在凍土層中建立均勻分布的發(fā)熱源，促使凍土全部快速融化，從而使地基能盡快穩(wěn)定。在多年凍土地層中，由于成孔施工擾動(dòng)和樁體材料具有一定初始溫度(暖季施工)，使樁孔周壁的凍土產(chǎn)生輕微融化，生石灰便會(huì)吸收土中的水分發(fā)生反應(yīng)放出熱量，促使凍土進(jìn)一步融化，同時(shí)由于生石灰反應(yīng)體積膨脹使融土擠密和排水，最終使多年凍土全部融化。生石灰砂石樁樁徑采用300mm，樁中心距l(xiāng)m，采用三角形布樁，用生石灰和級(jí)配碎石按3 7的體積比例拌和，多年凍土溫度假定為-1. 5°C，含水量為30% 130% (包括多冰凍土大部分含土冰層的含水量)，并假定凍土中的水全部?jī)鼋Y(jié)成冰。通過(guò)對(duì)吸熱量最大、含水量較大的土層(淤泥及淤泥質(zhì)土)的估算可以得出，生石灰砂石樁中的生石灰水化放出的熱量完全可以將溫度為-1. 5°c多年凍土全部融化并使溫度升高至(TC以上。對(duì)于含水量高于130%的含土冰層，通過(guò)增大樁徑或增加生石灰的含量，仍可以使其全部融化并使溫度升高至0°C以上。由于計(jì)算中各種指標(biāo)都是偏于安全采用的，并考慮了 0°C的冰變?yōu)?°C得水所需熱量，而且計(jì)算中沒(méi)計(jì)入暖季樁體導(dǎo)入地下的熱量及地表水滲入樁孔所帶入的熱量，因此，實(shí)際上多年凍土融化后溫度會(huì)更高。所以，采用生石灰砂石樁，對(duì)退化嚴(yán)重的島狀多年凍土和溫度高于-1. 5°C的銜接凍土進(jìn)行促融處理是有效的。C、化學(xué)加固作用
生石灰水化反應(yīng)產(chǎn)生的Ca(OH) 2和土中的C02生成碳酸鈣，使樁體中的碎石膠結(jié)在一起，形成具有一定強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的樁體，抗壓強(qiáng)度qu在500 IOOOKpa之間，使生石灰砂石樁具有較高的承載能力和很小的變形，并保證樁長(zhǎng)較大時(shí)，全樁長(zhǎng)發(fā)揮作用，充分利用土對(duì)樁的側(cè)阻力和端阻力。熟石灰的Ca2+離子與軟土中鈉離子發(fā)生置換，改善了樁間土的性質(zhì)，并在樁體表層形成一個(gè)強(qiáng)度很高的硬殼層，硬殼土使得樁體面積增大、樁徑增粗，使樁土之間的摩阻力增大，硬殼土和樁體共同下沉，保證樁和樁間土能更好地協(xié)同作用，共同承擔(dān)上部荷載；另一方面，當(dāng)樁端持力層承載力較高、變形較小時(shí)，由于樁間土產(chǎn)生較大的負(fù)摩阻力，使融化的多年凍土沉降減弱，一定程度地減小了樁間多年凍土的融沉量。此外，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，使土體強(qiáng)度和水穩(wěn)定性提高。最后，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。d、加筋作用
對(duì)多年凍土地層處理時(shí)，生石灰砂石樁一般要求貫穿整個(gè)多年凍土層或樁端進(jìn)入不融沉或弱融沉地層中，樁體作為豎向加固體，在荷載作用下主要起應(yīng)力集中作用，從而使樁間土負(fù)擔(dān)的壓力相對(duì)減少， 與原天然地基相比，復(fù)合地基的承載力提高、沉降量減小。由于生石灰砂石樁的加筋作用和部分置換作用，增大了地基土的抗剪強(qiáng)度，提高了地基的抗滑穩(wěn)定能力。此外，樁體在凍土融化壓(擠)密過(guò)程中起到了一定的排水作用，不僅縮短了軟土中孔隙水的水平滲透路徑，還能將軟土地基中樁體材料吸收剩余的水分向下或向上排出，加速軟土的排水固結(jié)，從而增大地基土的強(qiáng)度，提高軟基的承載力。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1:
一種生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其組成包括前期準(zhǔn)備，采用柱錘沖擴(kuò)法在多年凍土中擠土成孔，向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和碎石成樁，生石灰與碎石的體積配合比范圍宜在1:Γι 1之間。根據(jù)土質(zhì)及地下水情況選用成孔方式，根據(jù)多年凍土的類型選擇合理的配合比。實(shí)施例2
實(shí)施例1所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，所述的向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和碎石成樁，首先，對(duì)于融化層及軟粘性土凍結(jié)層，沖擊成孔時(shí)對(duì)樁孔周圍土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁土擠向周圍的土層，使樁體周圍的土層孔隙比減小、密實(shí)度增大；其次，在夯錘夯擊填入孔中的樁體材料時(shí)，夯擊能量通過(guò)砂石向孔底及四周傳遞，將孔底及樁周圍的土擠密，并有一些砂石擠入四周的凍土中，形成樁的同時(shí)，樁周也形成一個(gè)與砂石膠結(jié)的擠密帶，增大了樁徑；最后，是最有利于消除多年凍土融沉的吸水?dāng)D密和膨脹擠密作用，對(duì)多年凍土地基的加固作用關(guān)鍵在于生石灰吸水放熱能使凍土在短期內(nèi)全部融化，而凍土只有融化后才能在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下完成固結(jié)和沉降，從而使地基滿足承載力和變形的要求。實(shí)施例3
實(shí)施例1或2所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，所述的成樁布孔方法，為使樁間多年凍土短期時(shí)間內(nèi)全部融化，并且均勻擠密，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離宜為樁孔直徑的3飛倍；樁的直徑宜為30(T600mm ;生石灰砂石擠密樁處理地基的面積，應(yīng)大于路基底面的面積；采用局部處理時(shí)，對(duì)弱融沉及部分融沉凍土地基，超出基礎(chǔ)底面的寬度每邊不應(yīng)小于O. 5m;對(duì)強(qiáng)融沉及部分融沉凍土地基，每邊不應(yīng)小于1.Om ;當(dāng)采用整片處理時(shí)，超出基礎(chǔ)底面外緣的寬度，每邊不小于2m。實(shí)施例4
上述的實(shí)施例之一所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，所述的成樁之后處理對(duì)施工地段應(yīng)及時(shí)鋪設(shè)砂石墊層并壓實(shí)，處理后的路段應(yīng)盡早填筑路基，及時(shí)鋪設(shè)砂石墊層及填筑路基，不僅能保證樁頭和樁身強(qiáng)度，還使凍土路段地基上較長(zhǎng)時(shí)間具有一定荷載，有利于地基沉降變形的盡快完成，并能防止樁體膨脹引起向上脹拔，避免削弱樁的橫向擠密作用，生石灰砂石樁施工宜從路基兩側(cè)向中間進(jìn)行，以使路基下凍土從兩側(cè)向中間融化，有利于凍土融化后水能向兩側(cè)排出，并在彌補(bǔ)由于路基兩側(cè)基底壓力小于路中而引起的沉降速度不均。實(shí)施例5
上述的實(shí)施例之一所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，所述的前期準(zhǔn)備首先清理平整施工場(chǎng)地，鋪設(shè)砂墊層并進(jìn)行碾壓，布置樁位；有地表水時(shí)，砂墊層應(yīng)高于地表水位；樁孔填料前應(yīng)清除孔內(nèi)積水及殘?jiān)⒓皶r(shí)進(jìn)行填料；用標(biāo)準(zhǔn)料斗或運(yùn)料車將拌和好的填料分層填入樁孔夯實(shí)，；當(dāng)采用套管成孔時(shí)，邊分層填料夯實(shí)，邊將套管拔出；每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至地面下l(T30m，其上部樁孔宜用上部墊層材料夯封。實(shí)施例6
上述的實(shí)施例之一所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法
樁距應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的復(fù)合地基承載力、所處理場(chǎng)地地基土性、施工工藝等因素確定，為使樁間多年凍土短期時(shí)間內(nèi)全部融化，并且均勻擠密，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離S，可為樁孔直徑的3飛倍。樁的直徑宜為30(T600mm，可根據(jù)設(shè)計(jì)及所選用的成孔方法確定。常用的樁徑為30(T500mm。選用的夯錘應(yīng)與樁徑相適應(yīng)。生石灰砂石擠密樁處理地基的面積，應(yīng)大于路基底面的面積。采用局部處理時(shí)，對(duì)弱融沉及部分融沉凍土地基，超出基礎(chǔ)底面的寬度每邊不應(yīng)小于O. 5m ;對(duì)強(qiáng)融沉及部分融沉凍土地基，每邊不應(yīng)小于1.0m。當(dāng)采用整片處理時(shí)，超出基礎(chǔ)底面外緣的寬度，每邊不宜小于2m。生石灰砂石擠密樁處理地基的深度，應(yīng)根據(jù)多年凍土層的厚度及土質(zhì)情況、工程要求和成孔及夯實(shí)設(shè)備等綜合因素確定，當(dāng)多年凍土層厚度及相對(duì)硬層的埋藏深度不大時(shí)，應(yīng)按相對(duì)硬層埋藏深度及多年凍土層厚度確定，應(yīng)使樁端穿透多年凍土層進(jìn)入融化的硬土層中；當(dāng)多年凍土層厚度較大，應(yīng)使樁端進(jìn)入不融沉或弱融沉地層中，并應(yīng)估算多年凍土層變形量，按路基的變形允許值確定。生石灰砂石擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定。生石灰砂石擠密樁復(fù)合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的2. O倍，并不宜大于250kPa。初步設(shè)計(jì)時(shí)也可按下式估算
fspk=mRa/Ap+B(1-m) fsk
式中樁間土承載力折減系數(shù)β宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取O. 75、. 95，天然地基承載力較高時(shí)取大值；fspk為加固后復(fù)合地基承載力特征值(kPa) ;fsk為加固后樁間土承載力特征值(kPa)，也宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取天然地基承載力特征值fak ；Ap為樁的截面積；m為面積置換率；單樁豎向承載力特征值Ra如采用單樁荷載載荷試驗(yàn)時(shí)，取單樁極限承載力的一半，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可按下式估算
Ra=M- Σ qsili+qpAP
式中μ為樁的周長(zhǎng)(m) ;11為樁長(zhǎng)范圍內(nèi)劃分的土層數(shù)；為樁側(cè)第i層土的側(cè)阻力、樁端阻力特征值(kpa)，可按有關(guān)規(guī)范確定；li為樁側(cè)第i層土的厚度U)。以上是根據(jù)土的阻力計(jì)算的單樁承載力，對(duì)于樁體本身，其狀體強(qiáng)度也滿足上式所確定的單樁承載力的要求，按下式驗(yàn)算fcu = 3Ra/AP
式中fcu為樁體混合料試塊(邊長(zhǎng)150mm立方體)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天抗壓強(qiáng)度平均值(kpa)ο生石灰砂石擠密樁復(fù)合地基的變形計(jì)算，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)有關(guān)規(guī)定，其中復(fù)合土層的壓縮模量，可采用載荷試驗(yàn)的變形模量代替。復(fù)合地基的變形包括樁和樁間土及其下臥未處理土層的變形。由于多年凍土地基的變形，主要是樁間融化后形成的軟土的變形。對(duì)于弱融沉的多冰凍土和融沉的富冰凍土，通過(guò)融化并擠密后，樁間土的物理力學(xué)性質(zhì)明顯改善，即土的干密度增大、壓縮性降低、承載力提高、多年凍土的融沉被大部分消除，故樁間土(復(fù)合土層)的變形可不計(jì)算；但對(duì)飽冰凍土及含土冰層應(yīng)計(jì)算處理土層的變形是否滿足路基對(duì)沉降量的要求；若不能滿足，可以考慮對(duì)路基下的凍土融化形成的軟土進(jìn)一步加固處理。樁孔內(nèi)的填料，應(yīng)根據(jù)工程要求或處理地基的目的確定，樁體的夯實(shí)質(zhì)量宜用平均壓實(shí)系數(shù)控制。樁體材料應(yīng)分層回填、分層夯實(shí)，樁體的平均壓實(shí)系數(shù)值均不應(yīng)小O. 96。生石灰的用量和砂石的粒徑組成應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定，生石灰與砂石的體積配合比范圍宜在1:Γ1 1之間。對(duì)于淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土形成的多年凍土，可適當(dāng)增加生石灰用量，樁頂附近生石灰用量不宜過(guò)大。當(dāng)摻石骨和水泥時(shí)，摻加量為生石灰重量的3% 10%。生石灰砂石擠密樁樁孔內(nèi)的填料量應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，估算時(shí)可按設(shè)計(jì)樁孔體積乘以充盈系數(shù)確定，可取1. 2^1. 4。如施工中淺層季節(jié)融化層較厚時(shí)，地表可能產(chǎn)生下沉或隆起現(xiàn)象，則填料數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況予以增減。樁體材料中的固化劑生石灰宜采用生石灰粉，有效氧化鈣含量不宜低于70%，消石灰(熟石灰)含量不宜超過(guò)15%。骨料采用級(jí)配碎石、級(jí)配砂及少量石屑等硬質(zhì)材料，可通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)確定碎石的最佳級(jí)配。生石灰粉在使用前應(yīng)避免受潮和雨淋，碎石、砂及石屑的含水量不應(yīng)太大，含泥量不得大于5%，碎石的最大粒徑不宜大于50_。生石灰砂石擠密樁頂部宜鋪設(shè)一層厚度為30(T500mm的砂石墊層，其壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于O. 96。由級(jí)配砂石、粗砂、碎石等散體材料組成的褥墊層，在促融后的多年凍土復(fù)合地基中有以下幾種作用
I)保證樁、土共同承擔(dān)荷載。褥墊層的設(shè)置為復(fù)合地基在受荷后提供了樁的上刺入條件，以保證樁間土始終參與工作。使樁、土受力始終為一常值。當(dāng)褥墊層的厚度為30cm時(shí)，樁土的荷載分擔(dān)比較小，充分發(fā)揮了樁間土的承載能力，減小了樁頂?shù)膽?yīng)力，避免了頂應(yīng)力過(guò)于集中而使樁體斷裂、壓曲和樁頭被壓碎。2)調(diào)整樁、土水平荷載分擔(dān)比
當(dāng)基礎(chǔ)承受水平荷載時(shí)，褥墊厚度越大，樁頂水平位移越小，即樁頂受的水平荷載越小。試驗(yàn)表明，褥墊厚度不小于IOcm時(shí)，樁體不會(huì)發(fā)生傾斜和水平折斷，使樁在復(fù)合地基中不會(huì)失去工作能力。
實(shí)施例7:
多年凍土路段的生石灰砂石樁處理施工，應(yīng)根據(jù)路基土方的施工進(jìn)度進(jìn)行安排。生石灰砂石擠密樁的施工方法可采用回轉(zhuǎn)或沖擊法在多年凍土中鉆進(jìn)成孔，然后向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和砂石成樁。工藝較為簡(jiǎn)單，但確定施工工藝、選擇成孔方法、施工順序、向孔內(nèi)夯填填料時(shí)應(yīng)注意以下要求。I成孔工藝
成孔方法有沉管(錘擊、振動(dòng))、沖擊、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔等方法，但都有一定的局限性，如沖擊和錘擊沉管成孔，在密實(shí)多年凍土中鉆進(jìn)可能較困難，回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)在凍結(jié)粘性土地層中效率不高等，因此，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)要求、成孔設(shè)備或成孔方法、現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)和對(duì)周圍環(huán)境的影響等因素，選用沉管(振動(dòng)、錘擊)或沖擊、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等方法成孔。施工成孔或拔管過(guò)程中，對(duì)樁孔(或樁頂)上部土層有一定的松動(dòng)作用，因此，施工前應(yīng)根據(jù)選用的成孔設(shè)備和施工方法，考慮在場(chǎng)地預(yù)留一定厚度的松動(dòng)土層，待成孔和樁孔回填夯實(shí)結(jié)束后將其挖除或按設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行處理。2被加固地基土含水量
擬處理地基土的含水量對(duì)成孔施工與樁間土的擠密至關(guān)重要，尤其是凍土上部的季節(jié)融化層。工程實(shí)踐表明，當(dāng)天然土的含水量小于12%時(shí)，土呈堅(jiān)硬狀態(tài)，成孔擠密很困難，且設(shè)備容易損壞；當(dāng)天然土的含水量等于或大于24%，飽和度大于65%時(shí)，樁孔可能縮頸，樁孔周圍的土容易隆起，擠密效果差；當(dāng)天然土的含水量接近最優(yōu)(或塑限)含水量時(shí)，成孔施工速度快，樁間土的擠密效果好。因此，在成孔過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)擬處理地基土的含水量和成孔質(zhì)量考慮采用套管及其他護(hù)壁方案。3成孔和回填夯實(shí)
成孔和孔內(nèi)回填夯實(shí)，應(yīng)符合下列要求。(I)成孔和孔內(nèi)的回填夯實(shí)的施工順序，對(duì)整片處理，宜從外(兩側(cè))向里(中間)進(jìn)行，對(duì)較大段落，可采取分段工。(2)向孔內(nèi)填料前，應(yīng)清除孔內(nèi)積水和孔底沉渣，必要時(shí)孔底應(yīng)夯實(shí)，并應(yīng)抽樣檢查樁孔的直徑、深度和垂直度。(3)樁孔的垂直度偏差不應(yīng)大于1.5%。(4)樁孔中心點(diǎn)的偏差不應(yīng)超過(guò)樁距設(shè)計(jì)值的5% ；
(5)經(jīng)檢驗(yàn)合格后，按設(shè)計(jì)要求，向孔內(nèi)分層填人填料，并應(yīng)分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)標(biāo)高或地表。此外鋪設(shè)砂石墊層前，應(yīng)將樁頂標(biāo)高以上的松動(dòng)土層挖除或夯(壓)密實(shí)。
權(quán)利要求
1.一種生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其組成包括前期準(zhǔn)備，其特征是采用回轉(zhuǎn)或沖擊在多年凍土中鉆進(jìn)成孔，向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和碎石成樁，生石灰與砂石的體積配合比范圍在1:Γι 1之間，根據(jù)土質(zhì)及地下水情況選用成孔方式，根據(jù)多年凍土的類型選擇合理的配合比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其特征是所述的向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和砂石成樁，首先，對(duì)于融化層及軟粘性土凍結(jié)層，沖擊成孔時(shí)對(duì)樁孔周圍土層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁土擠向周圍的土層，使樁體周圍的土層孔隙比減小、密實(shí)度增大；其次，在夯錘夯擊填入孔中的樁體材料時(shí)，夯擊能量通過(guò)砂石向孔底及四周傳遞，將孔底及樁周圍的土擠密，并有一些砂石擠入四周的凍土中，形成樁的同時(shí)，樁周也形成一個(gè)與砂石膠結(jié)的擠密帶，增大了樁徑；最后，是最有利于消除多年凍土融沉的吸水?dāng)D密和膨脹擠密作用，對(duì)多年凍土地基的加固作用關(guān)鍵在于生石灰吸水放熱能使凍土在短期內(nèi)全部融化，而凍土只有融化后才能在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的作用下完成固結(jié)和沉降，從而使地基滿足承載力和變形的要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其特征是為使樁間多年凍土短期時(shí)間內(nèi)全部融化，并且均勻擠密，樁孔宜按等邊三角形布置，樁孔之間的中心距離宜為樁孔直徑的3飛倍；樁的直徑宜為30(T600mm ;生石灰砂石擠密樁處理地基的面積，應(yīng)大于構(gòu)筑物或路基的底面積；采用局部處理時(shí)，對(duì)弱融沉及部分融沉凍土地基，超出基礎(chǔ)底面的寬度每邊不應(yīng)小于O. 5m;對(duì)強(qiáng)融沉及部分融沉凍土地基，每邊不應(yīng)小于1. Om ;當(dāng)采用整片處理時(shí)，超出基礎(chǔ)底面外緣的寬度，每邊不小于2m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其特征是所述的成樁處理之后，對(duì)施工地段應(yīng)及時(shí)鋪設(shè)砂石墊層并壓實(shí)，處理后的路段應(yīng)盡早填筑路基，及時(shí)鋪設(shè)砂石墊層和填筑路基，不僅能保證樁頭和樁身強(qiáng)度，還使凍土地基上較長(zhǎng)時(shí)間具有一定荷載，有利于地基沉降變形的盡快完成，并能防止樁體膨脹引起向上脹拔，避免削弱樁的橫向擠密作用，生石灰砂石樁施工宜從路基兩側(cè)向中間進(jìn)行，以使路基下凍土從兩側(cè)向中間融化，有利于凍土融化后水能向兩側(cè)排出，并在彌補(bǔ)由于路基兩側(cè)基底壓力小于路中而引起的沉降速度不均。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其特征是所述的前期準(zhǔn)備首先清理平整施工場(chǎng)地，鋪設(shè)砂墊層并進(jìn)行碾壓，布置樁位；有地表水時(shí)，砂墊層應(yīng)高于地表水位；樁孔填料前應(yīng)清除孔內(nèi)積水及殘?jiān)⒓皶r(shí)進(jìn)行填料；用標(biāo)準(zhǔn)料斗或運(yùn)料車將拌和好的填料分層填入樁孔夯實(shí)；當(dāng)采用套管成孔時(shí)，邊分層填料夯實(shí)，邊將套管拔出；每個(gè)樁孔應(yīng)夯填至地面下l(T30m，其上部樁孔宜用上部墊層材料夯封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，公路建設(shè)中，遇到多年凍土地基下的島狀多年凍土，是非常困難的，而多年凍土地基的融沉和穩(wěn)定又需要很長(zhǎng)的時(shí)間，若對(duì)多年凍土不進(jìn)行處理，在公路的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生病害或潛在一定的不穩(wěn)定因素。生石灰砂石樁促融加固多年凍土地基的方法，其組成包括前期準(zhǔn)備，采用回轉(zhuǎn)或沖擊在多年凍土中鉆進(jìn)成孔，向孔內(nèi)夯填攪拌均勻的生石灰和碎石成樁，生石灰與砂石的體積配合比范圍在14~11之間。根據(jù)土質(zhì)及地下水情況選用成孔方式，根據(jù)多年凍土的類型選擇合理的配合比。本發(fā)明用于多年凍土地基下的島狀多年凍土路基的公路路基加固施工。
文檔編號(hào)E01C3/00GK103061224SQ201310029400
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者謝時(shí)靂, 杜士鵬, 辛德仁, 曹洪臣 申請(qǐng)人:謝時(shí)靂