地基处理课程论文

单液硅化法加固特殊土地基的工艺 摘要
:本文主要讲述单液硅化法对特殊土地基加固的作用、设计和施工的问题。

关键词：地基加固；化学加固法；单液硅化法；特殊土地基；湿陷性黄土
1、前言：
我国有着多种多样的土质，分布在全国各地，这也就导致了我国在现代建筑领域对加固地基土质的方法有很多，常用的加固地基方法有：孔内深层强夯法、换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。

其中的单液硅化法和碱液法属于化学加固方法。

这两种化学加固法主要对分布在我国东北、西北、华中和华东部分地区的具有湿陷性的黄土地基进行加固。

硅化加固法以往都是将带孔的金属灌注管打人拟加固的土层中，然后在一定压力下将硅酸钠(俗称水玻璃)一种溶液注人土中，或将硅酸钠及氯化钙两种溶液先后分别注人土中。

前者称为单液硅化，后者称为双液硅化。

【1】液硅化法加固湿陷性黄土地基通常采用两种工艺，一种是压力灌注，另一种溶液自渗。

压力灌入需要加压设备和金属灌注管，成本相对较高，优点是加固范围较大，不仅可以加固基础侧向，还可以加固既有建筑物基础底面一下的部分土层；溶液自渗的灌注孔可采用钻机和洛阳铲成孔，溶液自渗的速度慢，扩散范围小。

单液硅化法加固湿陷性黄土地基，主要考虑2个方面：第一，自重湿陷性黄土场地新建建筑物与已有建筑物紧邻或虽场地较宽，但不属征地范围，与邻近单位无法协商取得一致，而选用人工挖孔灌注桩基础方案造价昂贵，但采用造价低廉的灰土垫层法或灰土挤密法处理地基时，地基处理外放尺寸不够，局部无法施工，需采用单液硅化注浆法加固处理；第二，非自重湿陷性黄土场地建筑物地基浸水引起湿陷，造成建筑物或设备基础破坏，无法正常使用，采用单液硅化注浆法加同地基，可阻止黄土继续湿陷和建筑物或没备基础沉降，以提高地基承载力。

【2】
2、单液硅化法加固湿陷性黄土地基原理 单液硅化法的溶液应由浓度为10%-15%的硅酸钠，掺入2.5%氯化钠组成，其相对密度不得小于1.1，一般宜为1.13-1.15。

单液硅化法的化学反应方程式如下：
Na 2O ·nSiO 2+CaCl 2+mH 2O→nSiO 2(m-1)H 2O+Ca(OH)2+2NaCl
其中nSiO 2(m-1)H 2O 即为对加固起到关键作用的硅酸凝胶。

离子反应式如下：
Na
20·n(Si0
2
)+Ca2++H
2
0→2Na++Ca(OH)
2
·Si0
2
Na
20·n(Si0
2
)+Mg2++H
2
0→2Na++Mg(OH)
2
·Si0
2
硅酸钠溶液水解后呈碱性，地基中的2价钙离子与溶液中的钠离子发生置换反应，生成硅酸盐凝胶并析出到黄土中，使土体得以加固。

由于黄土本身属2价钙离子和2价镁离子的饱和土，当溶液进入土中后，黄土中的水溶性盐类的2价钙离子和2价镁离子和土(胶粒)表面的2价钙离子和2价镁离子与溶液中的钠离子产生互换反应，即在土颗粒表面形成硅酸凝胶藻膜，最初硅胶薄膜的厚度只有几微米，因而不妨碍溶液注入土中，但相隔4～5 h后，由于硅胶形成的作用，很快就会堵塞土中的毛细管网，即可减小土的渗透性，随着胶膜逐渐增厚和硬化，土的强度亦随着时间增长而提高， 15天左右，土的强度增长速度最快，从而增强土粒间的连结、堵塞土颗粒间隙使土具有抗水性、稳固性、非湿陷性和弱透水性。

并提高其抗压和抗剪强度。

将硅化加固的黄土长期浸泡在水里，其强度无明显变化。

达到了加固特殊土地基湿陷性黄土地基的目的。

简单来说，单液硅化加固湿陷性黄土的过程主要是两方面作用，一方面是因为硅酸钠溶液浓度不大、粘滞度很小(1. 0-1.5厘泊)，使得硅酸钠溶液可以渗入土粒间的孔隙中，另一方面是由于土与硅酸钠溶液接触后发生化学，析出硅酸凝胶增强土颗粒间的联结，从而赋予土以水稳性和不湿陷性，并提高其抗压和抗剪强度。

3、单液硅化法加固地基的设计和计算
单液硅化法加固地基主要步骤是：定位打孔，封孔，配制浆液和注浆，拔管和填孔。

3.1、孔布置位置
灌注孔的布置应使欲加固的土体在平面及深度范围内形成整体，灌注溶液的压力、土的渗透系数、时间及溶液的粘滞度等因素会影响灌注孔的平面距离，单孔灌注试验可以确定灌注孔的最佳平面距离。

单孔灌注试验是总结23个代表性建筑场地灌注试验经验，确定灌注孔的平面距离。

正常情况下，灌注孔径为50-70mm，单孔的加固半径为0．25-0.40m，灌注孔宜按正三角形或梅花型布置，每边要超出基础底面的宽度不应小于0.5m，灌注孔之间距离为1．73R(R为土的加固半径)，排距为1.5R，局部地层可根据地基土的主要物理力学性质指标进行微调。

【2】3.2、溶液的配置
土的饱和度、孔隙率、及土粒表面等因素会影响单液硅化法所用溶液的用量，土的孔隙率越大，土的颗粒越细，土的表面积越大，溶液的吸收能力就会越
强。

单液硅化加固湿陷性黄土，需要的溶液用量可按下式计算：
Q=v·n·d
1
·a
式中：v——欲加固土的体积，m3；
n——加固前土的平均孔隙率，％；
a——溶液填充孔隙的系数，一般为0.6～O.8；
d
1
——硅酸钠溶液稀释后的密度，一般为1.13-1.15 kg/L。

当硅酸钠溶液的浓度大于硅化加固地基要求的浓度时，应将其加水稀释，其加水量可按下式计算
g= [(d—d
1)／(d
1
一1)]/v
其中：d—硅酸钠溶液稀释前的密度，一般为1．45-1.53kg/L
V—硅酸钠溶液稀释前的体积，L
4、操作工艺
单液硅化法主要的工艺流程：
机具设备安装→定位打管（钻）→封孔→配制浆液、注浆→拔管→
管子冲洗、填孔→辅助工作[3]
4.1机具设备安装：
先将钻机或三角架安放于预定孔位，调好高度和角度，然后将注浆泵及管路（包括出浆管、吸浆管、回浆管）连接好；再安装压力表，并检查是否完好，然后进行试运转。

4.2打管（钻）、封孔：
根据注浆深度及每根管的长度进行本配管；再根据钻或三角架的高度，将配好的管借打入法或钻孔法逐节沉入土中，保持垂直和距离正确，管子四周也隙用土填塞夯实。

4.3 配制浆液：
先用波美计量测原液密度和波美度，并做好记录；然后根据设计配制使其达到要求的密度；砂土、湿陷性黄土及一般粘性土的三化加固，配制好的溶液应保持干净，不得含有杂质。

4.4压力灌注溶液：
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，达到设计浓度后，将管拔出，清洗干净可继续使用；
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。

灌注溶液的压力值由小逐渐增大，但最大压力不宜超过200Kpa。

注浆时，如发现地面冒浆，应及时处理，如是因上覆压力不够引起的冒浆，
可在增加上覆压力的同时，加大封孔深度和封孔面积，如由于裂缝或封孔质量不符合要求而引起冒浆，可先降低注浆压力，然后，增加二氧化碳与水玻璃的循环次数或另行封孔。

4.5溶液自渗：
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。

将配好的硅酸钠溶液注满各灌注孔，溶液宜高出基础底面标高0.50m，使溶液自选渗入土中；
在溶液自渗过程中，每隔2-3h，向孔添加一次溶液，防止孔内溶液渗干。

特别需要注意的是硅化加固的土层以上应保留1m厚的不加固土层，以防溶液上冒，必要时须夯填素土或灰土。

加气硅化在注浆管周围挖一高150mm、直径150-250mm倒锥圆台形填封孔桩，用水泥加水玻璃快速搅拌填满封孔坑。

5、单液硅化法加固特殊土地基的质量控制
结束10天后，在加固范围内采用动力触探和探井取样方法，对加固效果进行检测，以确定加固土承载力和湿陷性消除情况，以确定是否达到预期的加固效果。

6、单液硅化法加固特殊土地基的工程实例
西安地区为某单位一幢6层招待所楼的地基加固，砖混结构，建筑面积
2880m2，该楼的南、北纵墙分别为III级和I级非自重湿陷性黄土地基，但南纵墙基底下土的含水量较小(20%左右)，压缩性中等偏低，承载力为150KPa，北纵墙基底下土的含水量达25%，压缩性高，承载力仅100KPa，由于二者差异较大，在施工期间，建筑物由南向北整体倾斜，部分外纵墙出现明显裂缝，为了防止地基浸水湿陷，避免建筑物不均匀沉降、倾斜和裂缝继续发展及恶化，针对场地土质特点，在该建筑物交付使用前，采用单液硅化法的新工艺灌注硅酸钠溶液对南、北外纵墙的地基进行加固。

自1985年5月下旬开始钻孔和灌注溶液，同年7月下旬结束，历时近2个月，加固土体积约900m3，地基加固后，该建筑物的沉降、裂缝和倾斜均无新的发展，并已交付使用。

7、参考文献
【1】罗宇生，单液硅化加固湿陷性黄土地基,陕西建筑2006年7月总第133期26页-28页【2】罗伟, 单液硅化灌浆法加固豫西湿陷性黄土地基施工技术和质量控制,探矿工程(岩土钻掘工程)2007年第10期55页-57页
[3]建设工程教育网,单液硅化法和碱液法施工工艺标准。