[2016岩土工程师报考条件]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

本文来源：https://www.wddqw.com/qdUx.html