桥涵基础沉降生石灰桩处治技术应用

樊 颖

(山西交通控股集团有限公司运城北高速公路分公司,山西 运城 044000)

1 石灰桩加固土体机理

1.1 化学加固机理

生石灰遇水放热熟化，产生的钙离子与土体活性物质发生絮凝，水膜变薄粘力增强，提高了该部分土体的强度和稳定性。生石灰水化后与土体中的活性硅铝化合物发生反应，生成水化硅酸和铝酸岩物质，该类物质能够增加土体间的粘结力促进土体的固化和稳定。

1.2 物理加固机理

生石灰水化作用使土基含水量降低，同时石灰体积膨胀，周围土体被挤压密实，膨胀挤压使得土体粘结增强，稳定性能极大的得到改善。

2 设计要点

2.1 设计参数

石灰桩设计参数主要有桩径、桩长、桩距、置换率、设置范围，需根据具体工程地质水文环境等因素进行参数选取，计算结果需满足地基变形及稳定性要求，有软弱下卧层同时需要对其承载力进行验算。

1)桩径：石灰桩加固地基一般采用细而密方式布桩，通常直径150 mm～350 mm。2)桩长：上覆土层较薄同时存在软弱层时，桩体应穿过软弱层进行地基处治。上覆土层较厚同时存在滑裂面时，桩基应穿过滑裂面进入稳定土层。具体桩长的选取应根据地基承载力和变形要求进行。3)桩距和布桩范围：桩距选择桩径2.5d～3.0d左右，设置范围一般桥梁为台背后地基20 m,涵洞和通道为基础外延地基5 m～10 m。4)置换率：石灰桩分桩孔的置换率和桩身膨胀置换率两种，一般采用三角形和梅花形布置，三角形网格桩孔置换率m=0.785 4(d/l)2；正方形网格布桩m=0.907(d/l)2。

2.2 强度变形计算

石灰桩承载力和变形计算采用复合地基设计方法，现场原位试验确定最终承载力，试验结果应符合GB 50007建筑地基基础设计规范要求。

3 石灰桩施工工艺

3.1 挖孔投料法

当施工作业面狭小，施工地点位于人员居住较密集的地域，对施工噪声和振动较敏感时，可采用该方法进行石灰桩施工，该方法具有施工过程短、经济性好、工程质量易于保证的特点。

施工中采用洛阳铲成孔，桩长应符合设计要求，当桩基较长时应采取必要的防塌孔措施，孔深和孔径可用量孔器逐个检查。桩基成孔后应及时用生石灰掺合料灌孔，灌孔时应分层填筑夯实，压实程度可根据施工时夯实声音经验判断。

3.2 管外投料法

管外投料工艺顺序：钻孔→沉管→提管→填料→压实→重复提管填料压实→桩体封口。

施工中应根据压实系数计算每根桩基的填料用量，以确保灌料过程中石灰桩桩径、桩长、密实度满足规范要求，为避免桩基施工中相邻桩体施工对工程质量的影响，打桩应由外向内梅花形布置施工。

生石灰与掺合料要随拌随用，避免生石灰过早遇水膨胀消解。雨季施工应做好灰土防雨淋措施，必要时采取修筑拦水排水系统及时疏水，保证原材料存放规范。

桩体封口应采用粘性土，土体含水率应满足要求，封口高度应超出桩体设计标高20 cm。

3.3 管内投料法

当地下水位较高时，可采用该法进行石灰桩基施工，其工艺类似于采用振动沉管法施工的灌注桩。过程中原材料的存放要求同管外投料法，同时注意套管成孔拔出后应及时用石灰封底，填筑过程中应分层夯实土体满足压实度要求。

4 质量检验与控制标准

4.1 质量检验要求

石灰桩施工质量检验可以采用静力触探、动力触探、标准贯入度试验以及静载荷试验，重要工程进行室内试验。具体检验要求如下：

1)随机抽检夯后桩长范围内填料的平均压实系数，数量不应少于桩总数的1%，且不得少于9根。

2)随机抽检处理深度内桩间土的平均挤密系数，检测探井数不应少于桩总数的0.3%，且不得少于3根。

3)承载力检测应在成桩后14 d～28 d后进行，检测数量不应少于总桩数的1%，且每项单体工程复合地基静载荷试验不应少于3点。

4.2 质量控制标准

1)施工材料要选用新鲜的生石灰块，含粉量控制在15%以内，有效的氧化钙不宜低于70%，粒径不宜低于70 mm。

2)孔内填料前孔底要夯实并应检查桩孔的直径、深度和垂直度，孔径、孔深不应小于设计要求，垂直度允许偏差±1%，孔中心距允许偏差为桩距的±5%。

5 实例应用

5.1 工程概况

闻垣高速K28+300处由于涵洞基础及墙身沉降缝沥青麻絮老化脱落，由于雨季降水影响，涵洞内水流通过沉降缝进至涵底，地基饱水软弱，承载力不足，造成涵洞不均匀沉降及墙身纵向开裂，极大的影响了道路通行安全。

5.2 处理措施

1)地基处理。

为防止涵洞基础下沉，涵洞地基采用生石灰桩加固处理，加速软弱地基的固结，提高地基承载力。沿涵洞纵向按梅花形布置2排桩，纵、横向间距均为50 cm。石灰桩桩径20 cm，桩深300 cm。施工中按照先外后里，同排内应间隔施工，避免因振动挤压造成相邻桩缩孔或塌孔。

2)墙身开裂处理。

采用M10水泥砂浆将墙身开裂部位填充封闭，填充深度10 cm，各洞节预留1处～2处注浆孔；待砂浆强度达到要求后，进行注浆。注浆时利用路面与涵洞高差，水泥浆搅拌放在路肩处，通过塑料管将水泥浆引至涵洞内，通过自然压力对墙身内空洞部位进行注浆。

3)基础加固。

石灰桩、墙身注浆施工完毕后，在基础破损范围内，浇筑30 cm厚C30钢筋混凝土进行加固。

4)沉降缝封闭。

对拱涵基础沉降缝采用沥青麻絮进行灌缝处理，避免再次排水进入。

5.3 效果评价

经过对该拱涵进行沉降处治，且后期定期进行沉降观测，并未发现有继续沉降情况，说明该处治方案取得较好的施工效果。

6 结语

通过上述石灰桩处治涵洞基础措施，降低了基础土体含水率，稳固了桩体周围软弱土体，地基承载力显著提高，沉降减小，地基加固作用效果明显，经济效益显著，对高速公路的涵台、通道、支护结构软弱地基处治具有一定的借鉴意义。

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