2016年岩土工程师《专业知识》知识点解析（19）

7.2 单液硅化法和碱液法
7.2.1 基本概念
1 单液硅化法
单液硅化法是硅化加固法的⼀种，是指将硅酸钠溶液(Na20.nSi02(俗称⽔玻璃)灌⼊⼟中来加固⼟的⽅法。

经加固后的⼟可提⾼⽔的稳定性，消除黄⼟的湿陷性，提⾼⼟的强度。

2 碱液法
碱液法是把具有⼀定浓度的NaOH溶液经加热到90~100°C，通过有孔铁管在其⾃重作⽤下灌⼊⼟中，利⽤NaOH溶液来加固黏性⼟的⽅法。

7.2.2 适⽤范围
单液硅化法和碱液法适⽤于处理地下⽔位以上渗透系数为0.1~2.0 m/d的湿陷性黄⼟等地基。

在⾃重湿陷性黄⼟场地，对Ⅱ级湿陷性地基，由于碱液法在⾃重湿陷性黄⼟地区使⽤较少，⽽且加固深度不⾜5 m，为防⽌采⽤碱液法加固既有建筑物地基产⽣附加沉降，当采⽤碱液法加固时，应通过试验确定其可⾏性。

对于下列建(构)筑物，宜采⽤单液硅化法或碱液法：
(1)沉降不均匀的既有建(构)筑物和设备基础;
(2)地基受⽔浸湿引起湿陷，需要⽴即阻⽌湿陷继续发展的建(构)筑物或设备基础;
(3)拟建的设备基础和构筑物。

对酸性⼟和已渗⼊沥青、油脂及⽯油化合物的地基上，不宜采⽤单液硅化法和碱液法。

7.2.3 加固机理
1 单液硅化法
单液硅化法将硅酸钠溶液(Na20.nSi02(俗称⽔玻璃)灌⼊⼟中，当溶液和含有⼤量⽔溶性盐类的⼟相互作⽤时，产⽣硅胶将⼟颗粒胶结，提⾼⽔的稳定性，消除黄⼟的湿陷性，提⾼⼟的强度。

2 碱液法
碱液法利⽤NaOH溶液来加固黏性⼟，使⼟颗粒表⾯相互融合黏结。

对于钙质饱和的黏性⼟(如湿陷性黄⼟)能获得较好的效果，对软⼟需同时使⽤氯化钙溶液。

这是因为氢氧化钠溶液注⼊⼟中后，⼟粒表层会逐渐发⽣膨胀和软化，进⽽发⽣表⾯的相互融合和胶结(钠铝硅酸盐类胶结)，但这种融合胶结是⾮⽔稳性的，只有在⼟粒周围存在有Ca(OH)2和Mg(OH)2的条件下，才能使这种胶结构成为强度⾼且具有⽔硬性的钙铝硅酸盐络合物。

这些络合物的⽣成将使⼟粒牢固胶结，强度⼤⼤提⾼，并且具有充分的⽔稳性。

由于黄⼟中钙、镁离⼦含量⼀般都较⾼(属于钙、镁离⼦饱和⼟)，故采⽤单液加固已⾜够。

如钙、镁离⼦含量较低，则需考虑采⽤碱液与氯化钙溶液的双液法加固。

为了提⾼碱液加固黄⼟的早期强度，也可适当注⼊⼀定量的氯化钙溶液。

【7】对于黄⼟中钙、镁离⼦含量较低，常采⽤双液法加固;双液是指碱液与( )溶液。

A、氯化钠;
B、氯化钙;
C、氯化镁;
D、氯化钾; 答案：B
7.2.4 设计
7.2.4.1 ⼀般规定
采⽤单液硅化法或碱液法加固湿陷性黄⼟地基，应于施⼯前在拟加固的建(构)筑物附近进⾏单孔或多孔灌注溶液试验，确定灌注溶液的速度、时间、数量或压⼒等参数。

灌注溶液试验结束后，隔7~10d，应在试验范围的加固深度内量测加固⼟的半径，并取⼟样进⾏室内试验，测定加固⼟的压缩性和湿陷性等指标。

必要时，应进⾏浸⽔载荷试验或其他原位测试，以确定加固⼟的承载⼒和湿陷性。

【8】对采⽤碱液法处理后的试验区范围内的黄⼟地基进⾏浸⽔载荷试验，是为了确定加固后地基⼟的( )。

A、承载⼒;
B、变形模量;
C、湿陷性;
D、压缩模量; 答案：A、C
7.2.4.2 单液硅化法加固地基设计
进⾏单液硅化法加固地基设计时，主要设计内容包括溶液灌注⽅式、溶液⽤量及配⽐计算和灌注孔的布置等。

1 溶液灌注⽅式
单液硅化法按其灌注溶液的⼯艺，可分为压⼒灌注和溶液⾃渗两种，并根据加固⼟的性质和加固⽬的确定。

1)压⼒灌注
是指向⼟中打⼊灌注管(有孔铁管)，采⽤⼀定的压⼒将溶液灌⼊⼟中。

可⽤于加固⾃重湿陷性黄⼟场地上拟建的设备基础和构筑物的地基，也可⽤于加固⾮⾃重湿陷性黄⼟场地上的既有建(构)筑物和设备基础的地基。

⾮⾃重湿陷性黄⼟上的既有建(构)筑物和设备基础的地基之所以可采⽤压⼒灌注，是因为⾮⾃重湿陷性黄⼟有⼀定的湿陷起始压⼒，基底附加应⼒不⼤于湿陷起始压⼒或虽⼤于湿陷起始压⼒但数值不⼤时，不致出现附加沉降，并已为⼤量⼯程实践和试验研究资料所证明。

压⼒灌注需要⽤加压设备(如空压机)和⾦属灌注管等，成本相对较⾼，其优点是加固范围较⼤，不只是可加固基础侧向，⽽且可加固既有建筑物基础底⾯以下的部分⼟层。

2)溶液⾃渗
是指在拟加固的⼟层中打(钻)设灌浆⽤的孔，将配制好的溶液灌满各灌注孔，并使溶液⾯⾼出基础底⾯标⾼0.50m，使溶液⾃⾏渗⼊⼟中。

该法宜⽤于加固⾃重湿陷性黄⼟场地上的既有建(构)筑物和设备基础的地基。

该法之所以适⽤于加固⾃重湿陷性黄⼟场地上的既有建(构)筑物和设备基础的地基，是因为采⽤溶液⾃渗时，溶液⾃渗的速度慢，扩散范围⼩，溶液与⼟接触初期，对既有建筑物和设备基础的附加沉降很⼩(10~20 mm)，不超过建筑物地基的允许变形值。

⽽如果对这种条件下的地基采⽤压⼒灌注，溶液的灌注速度快，扩散范围⼤，灌注溶液过程中，溶液与⼟接触初期，尚未产⽣化学反应，在⾃重湿陷性严重的场地，采⽤此法加固既有建筑物地基，附加沉降可达30cm以上，对既有建筑物显然是不允许的。

【9】在⾃重湿陷性严重的场地，采⽤单液硅化法加固既有建筑物地基时，其灌注浆液的⽅式不宜采⽤( )。

A、压⼒灌注;
B、溶液⾃渗;
C、先⽤压⼒灌注，后⽤溶液⾃渗;
D、先⽤溶液⾃渗，后⽤压⼒灌注; 答案：A、C、D
2 溶液配⽐
单液硅化法应由浓度10%~15%的硅酸钠(Na20.nSi02)溶液，掺⼊2.5%氯化钠组成。

其相对密度宜为1.13～1.15，并不应⼩于1.10。

硅酸钠(Na20.nSi02)溶液的模数值宜为2.5～3.3，其杂质含量不应⼤于2%，其模数值是指⼆氧化硅与氧化钠(百分数)之⽐。

当硅酸钠溶液的浓度⼤于加固湿陷性黄⼟所要求的浓度时，应将其加⽔稀释，加⽔量可按下式估算：
4 灌注孔的布置
采⽤单液硅化法加固湿陷性黄⼟地基，灌注孔的布置应符合下列要求：
(1) 灌注孔的间距：压⼒灌注宜为0.80～1.20m;溶液⾃渗宜为0.40～0.60m;
(2)加固拟建的设备基础和建(构)筑物的地基，应在基础底⾯下按等边三⾓形满堂布置，超出基础底⾯外缘的宽度，每边不得⼩于1 m;
(3)加固既有建(构)筑物和设备基础的地基，应沿基础侧向布置，每侧不宜少于2排。

当基础底⾯宽度⼤于3m时，除应在基础每侧布置2排灌注孔外，必要时，可在基础两侧布置斜向基础底⾯中⼼以下的灌孔或在其台阶上布置穿透基础的灌注孔，以加固基础底⾯下的⼟层。

7.2.4.3 碱液法加固地基设计
进⾏碱液法加固地基设计时，主要设计内容包括溶液类型选择、溶液配⽐及碱⽤量、灌注⽅式、加固深度及加固范围和每孔碱液⽤量等。

1 溶液类型选择
根据碱液法加固地基的加固原理，当氢氧化钠溶液注⼊⼟中后，⼟粒表层会逐渐发⽣膨胀和软化，进⽽发⽣表⾯的相互融合和胶结(钠铝硅酸盐类胶结)，但这种融合胶结是⾮⽔稳性的，只有在⼟粒周围存在有Ca(OH)2和Mg(OH)2的条件下，才能使这种胶结构成为强度⾼且具有⽔硬性的钙铝硅酸盐络合物。

这些络合物的⽣成将使⼟粒牢固胶结，强度⼤⼤提⾼，并且具有充分的⽔稳性。

由于黄⼟中钙、镁离⼦含量⼀般都较⾼(属于钙、镁离⼦饱和⼟)，故采⽤单液加固已⾜够。

但是，如被加固⼟中钙、镁离⼦含量较低，则需考虑采⽤碱液与氯化钙溶液的双液法加固。

为了提⾼碱液加固黄⼟的早期强度，也可适当注⼊⼀定量的氯化钙溶液。

因此，当100g⼲⼟中可溶性和交换性钙镁离⼦含量⼤于10 mg.eq时，可采⽤单液法，即只灌注氢氧化钠⼀种溶液加固;否则应采⽤双液法，即采⽤氢氧化钠溶液与氯化钙溶液轮番灌注加固。

2 溶液配⽐及碱⽤量
碱液可⽤固体烧碱或液体烧碱配制，加固1 m3黄⼟需要NaOH量约为⼲⼟质量的3%，即35~45 kg。

碱液浓度不应低于90g/L，常⽤浓度为90~100g/L。

双液加固时，氯化钙溶液的浓度为50～80g/L。

溶液加碱量可按下列公式计算：
(1)采⽤固体烧碱配制每1 m3浓度为M的碱液时，每1 m3⽔中的加碱量为：
　4 加固深度及加固范围
碱液加固地基的深度应根据场地的湿陷类型、地基湿陷等级和湿陷性黄⼟层厚度，并结合建筑物类别与湿陷事故的严重程度等综合因素确定。

加固深度宜为2~5 m。

对⾮⾃重湿陷性黄⼟地基，加固深度可为基础宽度的1.5~2.0倍。

对Ⅱ级⾃重湿陷性黄⼟地基，加固深度可为基础宽度的2.0~3.0倍。

碱液加固⼟层的厚度h，可按下式估算：
h=L+r 7.2-6
式中：L为灌注孔长度，从注液管底部到灌注孔底部的距离(m);r为有效加固半径(m)。

碱液加固地基的半径r，宜通过现场试验确定。

当碱液浓度和温度符合《建筑地基处理规范》的有关规定时，有效加固半径与碱液灌注量之间，可按下式估算：
7.2.5 施⼯
7.2.5.1 单液硅化法
1 压⼒灌注施⼯步骤
(1) 向⼟中打⼊灌注管和灌注溶液，应⾃基础底⾯标⾼起向下分层进⾏。

即先将带孔眼的
灌注管和不带孔眼的连接管打⼊第⼀加固层，并灌注配好的硅酸钠溶液，完毕后，再依次施⼯其他加固层，达到设计深度后，将管拔出，清洗⼲净可继续使⽤。

(2)加固既有建筑物地基时，在基础侧向应先施⼯外排，后施⼯内排。

2 溶液⾃渗步骤
(1)在基础侧向，将设计布置的灌注孔分批或全部打(或钻)⾄设计深度。

(2)将配好的硅酸钠溶液注满各灌注孔，溶液⾯宜⾼出基础底⾯标⾼0.50 m，使溶液⾃⾏渗⼊⼟中。

(3)在溶液⾃渗过程中，每隔2～3 h，向孔内添加⼀次溶液，防⽌孔内溶液渗⼲。

计算溶液量全部注⼊⼟中后，所有灌注孔宜⽤2：8灰⼟分层回填夯实。

采⽤单液硅化法加固既有建(构)筑物或设备基础的地基时，在灌注硅酸钠溶液过程中，应进⾏沉降观测，当发现建(构)筑物和设备基础的沉降突然增⼤或出现异常情况时，应⽴即停⽌灌注溶液，待查明原因并采取有效措施处理后，再继续灌注。

3 其他注意事项
(1)施⼯中要经常检查各灌注孔的加固深度、注⼊⼟中的溶液量、溶液的浓度和有⽆沉淀现象。

当采⽤压⼒灌注时，应经常检查在灌注溶液过程中，溶液有⽆从灌注孔冒出地⾯，如发现溶液冒出地⾯，应⽴即停⽌灌注，采取有效措施处理后再继续灌注。

(2)计算溶液量全部注⼊⼟中后，所有灌注孔宜⽤2：8灰⼟分层回填夯实。

(3)采⽤单液硅化法加固既有建(构)筑物或设备基础的地基时，在灌注硅酸钠溶液过程中，应进⾏沉降观测，当发现建(构)筑物或设备基础的沉降突然增⼤或出现异常现象时，应⽴即停⽌灌注溶液，待查明原因并采取有效措施后，再继续灌注。

7.2.5.2 碱液法
1 灌注孔成孔
灌注孔可⽤洛阳铲、螺旋钻成孔或⽤带有尖端的钢管打⼊⼟中成孔，孔径为60～100mm，孔中填⼊粒径为20～40 mm的⽯⼦，直到注液管下端标⾼处，再将内径为20mm的注液管插⼊孔中，管底以上300mm⾼度内填⼊粒径为2～5mm的⼩⽯⼦，其上⽤2：8灰⼟填⼊并夯实。

2 碱液灌注
碱液在灌注以前，应将桶中所盛放的碱液加热到90°C以上才能进⾏灌注，灌注过程中桶内碱液温度应保持在80°C以上。

灌注过程中应满⾜如下要求。

(1)灌注速率：碱液灌注速度宜为2~5L/min。

(2)应合理安排灌注顺序与灌注速率：宜间隔1～2孔灌注，并分段施⼯，相邻两孔灌注时间间隔不宜少于3d。

同时灌注的两孔间距不应⼩于3m。

当采⽤双液加固时，应先灌注氢氧化钠溶液，间隔8～12 h后，再灌注氯化钙溶液，后者⽤量为前者的1/2～1/4。

3 其他
碱液灌注施⼯中应注意防⽌污染⽔源，注意安全操作。

⽪肤如沾上碱液，应⽴即⽤5% 浓度硼酸溶液冲洗。

7.2.6 质量检验
7.2.6.1 单液硅化法
采⽤单液硅化法加固地基，对其施⼯过程以及当加固施⼯完成后，应进⾏如下内容的质量检验。

1 施⼯质量检验
硅酸钠溶液灌注完毕后，应在7~12d内，对加固的地基⼟进⾏检验。

2 竣⼯验收检验
单液硅化法处理后的地基竣⼯验收时，应采⽤动⼒触探或其他原位测试检验加固后地基承载⼒及其均匀性。

必要时，应在全部加固深度范围内每隔1m取⼟样进⾏室内试验，测定其压缩性和湿陷性。

【12】对单液硅化法处理后的地基进⾏竣⼯验收检验其承载⼒及均匀性时，应采⽤( )。

A、载荷试验;
B、取样进⾏室内试验，测定其压缩性和湿陷性;
C、局部开挖检验;
D、动⼒触探或其他原位测试⼿段; 答案：D
3 沉降观测
地基加固结束后，尚应对已加固地基上的建(构)筑物或设备基础进⾏沉降观测，直⾄沉降稳定。

观测时间不应少于半年。

【13】对单液硅化法加固后地基上的设备基础应进⾏沉降观测，观测时间不应少于( )。

A、1个⽉;
B、3个⽉;
C、6个⽉;
D、12个⽉; 答案：C
7.2.6.2 碱液法
采⽤碱液法加固地基，对其施⼯过程以及当加固施⼯完成后，应进⾏如下内容的质量检验。

1 施⼯过程检查
碱液加固施⼯应做好记录，检查碱液浓度及每孔注⼊量是否符合设计要求。

施⼯过程中每间隔1～3d，应对既有建筑物的附加沉降进⾏观测。

2 竣⼯验收
碱液加固的地基竣⼯验收应在加固施⼯完毕28d后进⾏。

可通过开挖或钻孔取样，对加固⼟体进⾏⽆侧限抗压强度试验和⽔稳性试验。

取样部位应在加固体中部，试块数不少于3 个，28d龄期的⽆侧限抗压强度平均值不得低于设计值的90%。

将试块浸泡在⾃来⽔中应⽆崩解。

当需要查明加固体的外形和整体性时，可对有代表性的加固体进⾏开挖，量测其有效加固半径和加固深度。

【14】对碱液法加固的地基竣⼯验收时，可对加固⼟体取样，进⾏( )。

A、⽆侧限抗压强度试验;
B、压缩试验;
C、湿陷试验;
D、崩解试验;
E、有侧限抗压强度试验;
F、⽔稳性试验; 答案：A、F
3 沉降观测
地基经碱液加固后应继续进⾏沉降观测，观测时间不应少于半年。

按加固前后沉降观测结果或⽤触探法检测加固前后⼟中阻⼒的变化，确定加固质量。

柱锤冲扩法是采⽤直径300~500 mm、长度2~6 m、质量1~8 t的柱状锤(简称柱锤)，通过⾃⾏杆式起重机或其他专⽤设备，将柱锤提升⾄距地⾯⼀定⾼度后下落，在地基⼟中冲击成孔，并重复冲击⾄设计深度，在孔内分层填料、分层夯实形成桩体，同时对桩间⼟进⾏挤密，形成复合地基。

在桩顶部也设置200~300mm厚砂⽯垫层。