崔健剛，徐國明

（山西天脊集團(tuán)建筑工程有限公司，山西 長治 047507）

1 工程概況

潞城區(qū)位于山西省長治市北部郊區(qū)，濕陷性黃土分布較廣，在新建工程地基處理與既有建筑加固方面，采用石灰樁可取得較好效果。

某車庫為1層建筑，建于1997年，后因公司規(guī)模擴(kuò)大，將其作為材料庫使用至今?，F(xiàn)因辦公用房緊張，需將其改造加層建成2層辦公樓。為滿足使用要求，同時(shí)降低成本，將既有車庫的內(nèi)橫墻全部拆除，四周外墻原則上拆除到室內(nèi)±0.000m以上1.0m，即外墻窗臺(tái)處。

由于既有建筑地基承載力不足，且基底下的濕陷性黃土地基也未處理，故為保證改造后建筑的安全性，將承重墻（柱）下的地基和樓梯間承重墻下的局部地基采用石灰樁加固。由于施工場(chǎng)地窄小，施工機(jī)械無法進(jìn)入，只能采用人工石灰樁。

2 石灰樁

石灰樁由生石灰塊、粉煤灰、火山灰、爐渣或其他摻合料（為提高樁身強(qiáng)度，還可添加石膏、水泥等外加劑），按一定比例均勻混合后，在樁孔中分層振壓或夯填所形成的密實(shí)樁體。按施工工藝又可分為機(jī)械石灰樁和人工石灰樁2種類型。

1）機(jī)械石灰樁采用振動(dòng)成樁法（分管內(nèi)填料成樁和管外填料成樁）、錘擊成樁法、螺旋鉆成樁法和機(jī)械洛陽鏟成樁法等施工工藝，孔徑一般為400～600mm，樁長不宜超過7m，每層回填材料厚度不超過400mm。機(jī)械成孔管外投料時(shí)樁長也不宜超過8m，螺旋鉆成孔及管內(nèi)投料時(shí)可適當(dāng)加長。成樁時(shí)采用機(jī)械分層夯實(shí)、沉管反插、螺旋反壓、偏心輪夾桿式夯實(shí)等工藝。適用于新建工程，建設(shè)場(chǎng)地開闊的地基處理。

2）人工石灰樁采用人工洛陽鏟成孔，直徑一般為200～300mm，樁長不宜超過6m，每層回填材料厚度不超過300mm，桿狀重錘分層夯實(shí)。由于是人工操作，不受施工場(chǎng)地狹窄的限制，適用于對(duì)既有建筑的地基加固或新建小型建筑物（低層民用建筑）的地基處理。

3 適用范圍

石灰樁適用于處理飽和黏性土、淤泥、淤泥質(zhì)土、素填土、雜填土及濕陷性黃土等地基，但不適用于處理地下水位下的砂類土。當(dāng)遇地下水位以上的土層時(shí)，宜提高摻合料的含水量并減少生石灰用量或采取土層浸水等措施。

石灰樁樁端宜選在承載力較高的土層中。在深厚的軟弱地基中采用“懸浮樁”時(shí)，應(yīng)減少上部結(jié)構(gòu)重心與基礎(chǔ)形心的偏心，必要時(shí)宜加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)剛度。

4 加固原理

1）成孔擠密 石灰樁采用機(jī)械擠密成孔時(shí)，對(duì)地基土有顯著的擠密作用，與土的性質(zhì)有關(guān)。在雜填土中，由于其粗顆粒較多，故擠密效果較好；黏性土中，滲透系數(shù)小的擠密效果較差。但人工洛陽鏟挖孔或機(jī)械挖孔對(duì)地基土不存在任何擠密作用。

2）吸水膨脹擠密 生石灰具有吸水膨脹作用，在壓力為50～100kPa時(shí)，膨脹量為20%～30%，膨脹的結(jié)果使樁周土擠密。實(shí)踐證明，lkg純氧化鈣消化成為熟石灰可吸水0.32kg。對(duì)石灰樁樁體，在一般壓力下吸水量約為樁體積的65%～70%。根據(jù)石灰樁吸水總量等于樁間土降低的水總量，可得出軟土含水量的降低值。

3）發(fā)熱脫水 氧化鈣水化時(shí)產(chǎn)生的熱量可使樁身溫度達(dá)200～300℃，使土產(chǎn)生一定的氣化脫水，從而使土的含水量下降、孔隙比減小、土顆?？繑n擠密，在加固區(qū)的地下水位也有一定下降，并促使某些化學(xué)反應(yīng)，如水化硅酸鈣的形成。

4）離子交換 軟土中鈉離子與石灰中的鈣離子發(fā)生置換，改善樁間土的性質(zhì)，并在石灰樁表層形成強(qiáng)度很高的堅(jiān)硬層。

5）置換作用 軟土被強(qiáng)度較高的石灰樁所代替，從而增加復(fù)合地基承載力，其復(fù)合地基承載力的大小取決于樁身強(qiáng)度與置換率。

石灰樁以上這些作用可使樁間土的強(qiáng)度提高，改善飽和粉土和粉細(xì)砂的抗液化性能，但對(duì)環(huán)境具有一定污染，在使用時(shí)應(yīng)采取減少環(huán)境污染的措施。

5 石灰樁設(shè)計(jì)

5.1 材料及配合比

石灰樁的樁身材料宜采用生石灰和粉煤灰（火山灰或其他摻合料）。生石灰氧化鈣含量不得低于70%，含粉量不得超過10%，最大塊徑不得大于50mm。石灰樁的體積配合比一般為：生石灰塊∶粉煤灰=1∶（1～2），為提高樁身強(qiáng)度，可摻入適量水泥、砂或石屑，也可根據(jù)場(chǎng)地土質(zhì)情況及施工經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，缺乏經(jīng)驗(yàn)時(shí)可通過現(xiàn)場(chǎng)試樁確定。

5.2 樁徑及間距

樁徑應(yīng)由成孔機(jī)具確定，采用人工洛陽鏟成孔，直徑通常為200～300mm。樁距宜為樁徑的2.5～3.5倍，樁可按等邊三角形或方形布置，三角形布置可使樁周土的加固較均勻。

5.3 石灰樁布置范圍

5.3.1 最小處理厚度

按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，位于濕陷性黃土地區(qū)的丙類建筑新建工程，Ⅰ級(jí)濕陷性黃土地基處理最小厚度為1.0m，且下部未處理的濕陷性黃土的濕陷起始?jí)毫Σ灰诵∮?00kPa；Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地地基處理最小厚度為2.0m，且下部未處理的濕陷性黃土的濕陷起始?jí)毫Σ灰诵∮?00kPa；Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地地基處理最小厚度為2.5m，且下部未處理的剩余濕陷量不應(yīng)大于200mm。Ⅲ，Ⅳ級(jí)濕陷性黃土場(chǎng)地的地基處理宜選用其他方法。

5.3.2 平面處理范圍

對(duì)于非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，可采用局部或整片處理地基；對(duì)于自重濕陷性黃土場(chǎng)地，應(yīng)采用整片處理地基。局部處理時(shí)，平面范圍應(yīng)大于基礎(chǔ)底面，且每邊應(yīng)超出基礎(chǔ)底面寬度的1/4，且不應(yīng)小于0.5m。整片處理時(shí)，平面范圍應(yīng)超出建筑物外墻基礎(chǔ)底面的外邊緣，超出的寬度不宜小于處理土層厚度的1/2，且不應(yīng)小于2.0m。確有困難時(shí)，按處理土層厚度的1/2計(jì)算外放寬度：非自重濕陷性黃土場(chǎng)地大于4.0m時(shí)，可取4.0m；自重濕陷性黃土場(chǎng)地大于5.0m時(shí)，可取5.0m；大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地大于6.0m時(shí)，可取6.0m，但應(yīng)在原防水措施基礎(chǔ)上提高等級(jí)或采取加強(qiáng)措施。

一般土質(zhì)可布置在基礎(chǔ)底面以下，當(dāng)?shù)鼗休d力小于70 kPa時(shí)，宜在基礎(chǔ)輪廓線外圍再布置1～2排樁，是基底壓力向外擴(kuò)散的需要，另外考慮基礎(chǔ)邊樁的擠密效果較差。

5.4 地基承載力

根據(jù)本地經(jīng)驗(yàn)，采用3.0～3.5倍樁徑的樁距時(shí)，地基承載力可提高0.7～1.0倍；采用2.5～3.0倍樁徑的樁距時(shí)，地基承載力可提高1.0～1.5倍。一般地基承載力特征值不宜超過160kPa，當(dāng)進(jìn)行地基靜載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按試驗(yàn)結(jié)果取值。

5.5 樁頂設(shè)置墊層

在基礎(chǔ)混凝土墊層底面以下、樁頂之上，按構(gòu)造要求設(shè)置0.50m厚3∶7灰土墊層，壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。

6 施工工序

6.1 施工機(jī)具

應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求、現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)、周圍環(huán)境等情況，選擇適宜的成樁設(shè)備和夯實(shí)工藝。

6.2 材料質(zhì)量及拌合

生石灰的膨脹率大于生石灰粉，同時(shí)生石灰粉易污染環(huán)境。為使生石灰與摻合料反應(yīng)充分，應(yīng)將塊狀生石灰粉碎，其粒徑30～50mm為佳，最大不宜超過50mm。摻合料含水量過小則不易夯實(shí)，過大時(shí)在地下水位以下易引起放炮。使用粉煤灰或爐渣時(shí)含水量控制在30%左右，無經(jīng)驗(yàn)時(shí)宜進(jìn)行成樁工藝試驗(yàn)。夯實(shí)水泥土樁混合料可采用人工拌合或機(jī)械拌合。人工拌合不得少于3遍；機(jī)械拌合宜采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不得少于1min。

6.3 分層夯壓

采用人工或機(jī)械成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，要進(jìn)行孔底虛土的夯實(shí)，在確保孔底虛土密實(shí)后再倒入混合料進(jìn)行樁體施工。

6.4 注意事項(xiàng)

1）雨期施工時(shí)，應(yīng)采取防雨及排水措施。剛夯實(shí)完的石灰樁若受水浸泡，應(yīng)將積水及松軟的土挖除，再進(jìn)行補(bǔ)夯；受到浸泡的混合料不得使用。

2）管外投料或人工挖孔時(shí)，孔內(nèi)常有積水，此時(shí)應(yīng)采用小型軟抽水泵或潛水泵排干孔內(nèi)積水后方可向孔內(nèi)投料。在向孔內(nèi)投料的過程中如孔內(nèi)滲水嚴(yán)重，影響夯實(shí)樁料質(zhì)量，此時(shí)應(yīng)采用降水或增打圍護(hù)樁的隔水措施。

3）施工順序宜由外圍或兩側(cè)向中間進(jìn)行，在軟土中宜間隔成樁。

4）石灰樁施工期間的放炮現(xiàn)象必須重視，應(yīng)采取降低摻合料含水量、排干孔內(nèi)積水或降水、加強(qiáng)夯實(shí)等措施。距樁頂應(yīng)設(shè)置≥500mm以上的封樁土（含水量適當(dāng)?shù)乃鼗一蚧彝粒仨毢粚?shí)并略高于原地面。

5）石灰樁樁頂施工標(biāo)高應(yīng)高出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高100mm以上，以防止地面水早期滲入樁頂，導(dǎo)致樁身強(qiáng)度降低。

7 質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收

7.1 施工期間質(zhì)量檢驗(yàn)

石灰樁施工檢驗(yàn)宜在施工7～10d后進(jìn)行，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示?？刹捎渺o力觸探、動(dòng)力觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。檢測(cè)部位為樁中心及樁間土，每2點(diǎn)為1組。檢驗(yàn)組數(shù)不小于總樁數(shù)的2%。

表1 石灰樁復(fù)合地基質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

7.2 竣工后質(zhì)量驗(yàn)收

石灰樁地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。載荷試驗(yàn)數(shù)量應(yīng)為地基處理面積每200m2左右布置1個(gè)點(diǎn)，且每個(gè)單位工程不應(yīng)少于3個(gè)點(diǎn)。

8 地基局部加固應(yīng)用實(shí)例

本建筑為1層車庫，砌體混合結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用要求，加層改造為2層辦公樓，采用人工石灰樁對(duì)原基礎(chǔ)下的濕陷性黃土地基進(jìn)行局部加固。

8.1 確定建筑類別

根據(jù)GB 50025—2018《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》，應(yīng)屬“丙類”（7層以下多層建筑）中的最低層次（2層）。

8.2 建設(shè)場(chǎng)地濕陷等級(jí)

建設(shè)場(chǎng)地缺少地質(zhì)資料，參照鄰近建設(shè)場(chǎng)地相關(guān)資料，按Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土考慮，原地基承載力特征值取100kPa。由于既有建筑物已建成使用20多年，原地基承載力特征值應(yīng)略有提高，現(xiàn)按提高10%考慮，取110kPa。

8.3 地基處理范圍

按照《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》表6.1.5規(guī)定：對(duì)于單層或多層丙類建筑物，Ⅱ級(jí)非自重濕陷性黃土場(chǎng)地地基處理最小深度為2.0m，Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土場(chǎng)地地基處理最小深度為2.5m。由于本建筑物為既有建筑加固改造，利用原有大部分基礎(chǔ)，但由于原1層加固改造為2層，故須對(duì)承重柱及墻下的局部地基進(jìn)行加固處理。經(jīng)對(duì)承重墻下的局部基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算，其混凝土條形基礎(chǔ)寬度為1.8m。按上述要求，每邊超出基礎(chǔ)底面的最小處理寬度取500mm，則局部進(jìn)行地基加固處理的最小寬度為2.8m，最小處理深度為3.0m（0.5m為樁頂部封樁土）。

按構(gòu)造要求，擠密地基必須保證基礎(chǔ)外邊線向外至少有1排樁，宜在頂部設(shè)置0.3～0.6m厚的素土、灰土或水泥土墊層。本工程取0.50m厚的3∶7灰土墊層。

原基底埋深為-1.9m，將基坑開挖至基底后，開始打3.0m深石灰樁，樁頂有0.50m厚的封樁土，再在其上做3∶7灰土墊層，壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.97。

8.4 地基處理

在既有建筑物基礎(chǔ)邊緣挖坑打樁，因施工場(chǎng)地窄小，只能采用人工洛陽鏟成孔。成孔直徑取250mm，樁距宜為2.5～3.5倍樁徑，即625～875mm，實(shí)際樁距取樁徑的2.4倍，即600mm，地基承載力應(yīng)提高1倍，可達(dá)220kPa，但按構(gòu)造要求，不宜超過160kPa，現(xiàn)取150kPa。根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地土質(zhì)情況及施工經(jīng)驗(yàn)，石灰樁的體積配合比：生石灰塊∶粉煤灰＝1∶0.7。每層回填材料厚度不超過300mm，用桿狀重錘分層夯實(shí)。采用等邊三角形布孔，間距600mm，樁的平面布置如圖1所示，垂直樁和傾斜樁如圖2所示。

圖1 石灰樁樁位布置

圖2 石灰樁類型

9 結(jié)語

由于該項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)狹窄，故采用人工石灰樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固，通過該技術(shù)的應(yīng)用，解決了場(chǎng)地窄小的困難，節(jié)約相關(guān)費(fèi)用，并有效確保了施工工期和安全。