承德硅化地基注漿加固

        硅化注漿地基系利用硅酸鈉（水玻璃）為主劑的混合溶液（或水玻璃水泥漿），通過注漿管均勻地注入地層，漿液趕走土粒間或巖土裂隙中的水分和空氣，并將巖土膠結成一整體，形成強度較大、防水性能好的結石體，從而使地基得到加強，本法亦稱硅化注漿法或硅化法。

        1．硅化法分類及加固機理

        硅化法根據漿液注入的方式分為壓力硅化、電動硅化和加氣硅化三類。壓力硅化根據溶液的不同，又可分為壓力雙液硅化、壓力單液硅化和壓力混合液硅化三種。

       （1）壓力雙液硅化法

        系將水玻璃與氯化鈣溶液用泵或壓縮空氣通過注液管輪流壓入土中，溶液接觸反應后生成硅膠，將土的顆粒膠結在一起，使具有強度和不透水性。氯化鈣溶液的作用主要是加速硅膠的形成，其反應式為：

Na2O·nSiO2＋CaCl2＋mH2O→nSiO2·（m-1）H2O＋Ca（OH）2＋2NaCl

        （2）壓力單液硅化法

         系將水玻璃單獨壓入含有鹽類（如黃土）的土中，同樣使水玻璃與土中鈣鹽起反應生成硅膠，將土粒膠結，其反應式為：Na2O·nSiO2＋CaSO4＋mH2O→nSiO2（m-1）H2O＋Na2SO4＋Ca（OH）2

        （3）壓力混合液硅化法

         系將水玻璃和鋁酸鈉混合液一次壓入土中，水玻璃與鋁酸鈉反應，生成硅膠和硅酸鋁鹽的凝膠物質，粘結砂土，起到加固和堵水作用，其反應式為：3（Na2O·nSiO2）＋Na2OAl2O3→Al（SiO3）3＋3（n-1）SiO2＋4Na2O

       （4）電動硅化法

         又稱電動雙液硅化法，電化學加固法，是在壓力雙液硅化法的基礎上設置電極通入直流電，經過電滲作用擴大溶液的分布半徑。施工時，把有孔灌漿液管作為陽極，鐵棒作為陰極（也可用濾水管進行抽水），將水玻璃和氛化鈣溶液先后由陽極壓入土中，通電后，孔隙水由陽極流向陰極，而化學溶液也隨之滲流分布于土的孔隙中，經化學反應后生成硅膠，經過電滲作用還可以使硅膠部分脫水，加速加固過程，并增加其強度。

        （5）加氣硅化法

        系先在地基中注入少量二氧化碳（CO2）氣體，使土中空氣部分被CO2所取代，從而使土體活化，然后將水玻璃壓入土中，其后又灌入CO2氣體，由于堿性水玻璃溶液強烈地吸收CO2形成自真空作用，促使水玻璃溶液在土中能夠均勻分布，并滲透到土的微孔隙中，使95%~97%的孔隙被硅膠所填充，在土中起到膠結作用，從而使地基得到加固，加氣硅化的化學反應方程式為：Na2SiO3＋2CO2＋nH2O→SiO2·nH2O＋2Na2HCO3

       2．特點及適用范圍

       硅化法特點是：設備工藝簡單，使用機動靈活，技術易于掌握，加固效果好，可提高地基強度，消除土的濕陷性，降低壓縮性。根據檢測，用雙液硅化的砂土抗壓強度可達1.0~5.0MPa；單液硅化的黃土抗壓強度0.6~1.0MPa；壓力混合液硅化的砂土強度達1.0~1.5MPa；用加氣硅化法比壓力單液硅化法加固的黃土的強度高50%~，可有效地減少附加下沉，加固土的體積增大一倍，水穩性提高1~2倍，滲透系數可降低數百倍，水玻璃用量可減少20%~40%，成本降低30%。

      各種硅化方法適用范圍，根據被加固土的種類、滲透系數而定，可參見表7-26。硅化法多用于局部加固新建或已建的建、（構）筑物基礎、穩定邊坡以及作防滲帷幕等。但硅化法不宜用于為瀝青、油脂和石油化合物所浸透和地下水pH值大于9.0的土。

       注：壓力混合液硅化所用水玻璃模數為2.4~2.8，波美度40°；水玻璃鋁酸鈉漿液溫度為13~15℃，凝膠時間為13~15s，漿液初期粘度為4×10-3Pa·s。

       3．機具設備及材料要求

      （1）硅化灌漿主要機具設備有：振動打拔管機（振動鉆或三角架穿心錘）、注漿花管、壓力膠管、φ42mm聯接鋼管、齒輪泵或手搖泵、壓力表、磅秤、漿液攪拌機、貯液罐、三角架、倒鏈等。

      （2）灌漿材料有：水玻璃，模數宜為2.5~3.3，不溶于水的雜質含量不得超過2%，顏色為透明或稍帶混濁；氯化鈣溶液；pH值不得小于5.5~6.0，每1L溶液中雜質不得超過60g，懸浮顆粒不得超過1%；硅化所用化學溶液的濃度，可參見表7-26規定的密度值采用；鋁酸鈉，含鋁量為180g/L，苛化系數2.4~2.5；二氧化碳，采用工業用二氧化碳（壓縮瓶裝）。

       采用水玻璃水泥漿注漿時，水泥用強度等級32.5普通水泥，要求新鮮無結塊；水玻璃模數一般用2.4~3.0，濃度以30~45波美度合適。水泥水玻璃配合比為：水泥漿的水灰比為0.8：1~1：1；水泥漿與水玻璃的體積比為1：0.6~1：1。對孔隙較大的土層亦可采用“三水漿”，常用配合比為：水泥：水：水玻璃：細砂=1：0.7~0.8：適量：0.8。

        4．施工工藝方法要點

        （1）施工前，應先在現場進行灌漿試驗，確定各項技術參數。

         （2）灌注溶液的鋼管可采用內徑為20~50mm，壁厚大于5mm的無縫鋼管。它由管尖、有孔管、無孔接長管及管頭等組成。管尖作成25°~30°圓錐體，尾部帶有絲扣與有孔管連接；有孔管長一般為0.4~1.0m，每米長度內有60~80個直徑為1~3mm向外擴大成喇叭形的孔眼，分4排交錯排列；無孔接長管一般長1.5~2.0m，兩端有絲扣。電極采用直徑不小于22mm的鋼筋或直徑33mm鋼管。通過不加固土層的注漿管和電極表面，須涂瀝青絕緣，以防電流的損耗和作防腐。灌漿管網系統包括輸送溶液和輸送壓縮空氣的軟管、泵、軟管與注漿管的連接部分、閥等，其規格應能適應灌筑溶液所采用的壓力。泵或空氣壓縮設備應能以0.2~0.6MPa的壓力，向每個灌漿管供應1~5L/min的溶液壓入土中，灌漿管的平面布置和土的每層加固厚度如圖7-28。灌漿管間距為1.73R，各行間距為1.5R（R為一根灌漿管的加固半徑，其數值見表7-27）；電極沿每行注液管設置，間距與灌漿管相同。土的加固可分層進行，砂類土每一加固層的厚度為灌漿管有孔部分的長度加0.5R，濕陷性黃土及粘土類土按試驗確定。

       （a）灌漿管構造；（b）灌漿的排列與分層加固

          1-單液灌漿管；2-雙液灌漿管；3-種溶液；4-第二種溶液；5-硅化加固區

       （3）灌漿管的設置，借打入法或鉆孔法（振動打拔管機、振動鉆或三角架穿心錘）沉入土中，保持垂直和距離正確，管子四周孔隙用土填塞夯實。電極可用打入法或先鉆孔2~3m再打入。

       （4）硅化加固的土層以上應保留1m厚的不加固土層，以防溶液上冒，必要時須夯填素土或打灰土層。

        （5）灌注溶液的壓力一般在0.2~0.4MPa（始）和0.8~1.0MPa（終）范圍內，采用電動硅化法時，不超過0.3MPa（表壓）。

         （6）土的加固程序，一般自上而下進行，如土的滲透系數隨深度而增大時，則應自下而上進行。如相鄰土層的土質不同時，滲透系數較大的土層應先進行加固。灌注溶液次序，根據地下水的流速而定，當地下水流速在1m/d時，向每個加固層自上而下的灌注水玻璃，然后再自下而上的灌注氯化鈣溶液，每層厚0.6~1.0m；當地下水流速為1~3m/d時，輪流將水玻璃和氯化鈣溶液均勻地注入每個加固層中；當地下水流速大于3m/d時，應同時將水玻璃和氯化鈣溶液注入，以減低地下水流速，然后再輪流將兩種溶液注入每個加固層。采用雙液硅化法灌注，先由單數排的灌漿管壓入，然后從雙數排的灌漿管壓入；采用單液硅化法時，溶液應逐排灌注。灌注水玻璃與氯化鈣溶液的間隔時間不得超過表7-28規定。溶液灌注速度宜按表7-29的范圍進行。

       式中  v——硅化土的體積（m3）；

       n——土的孔隙率；

        K——經驗系數：對淤泥、粘性土、細砂，K＝0.3~0.5；中砂、粗砂，K＝0.5~0.7；礫砂，K＝0.7~1.0；濕陷性黃土，K＝0.5~0.8。

      采用雙液硅化時，兩種溶液用量應相等。

       （8）電動硅化系在灌注溶液的時候，同時通入直流電，電壓梯度采用0.50~0.75V/cm。電源可由直流發電機或直流電焊機供給。灌注溶液與通電工作要連續進行，通電時間最長不超過36h。為了提高加固的均勻性，可采取每隔一定時間后，變換電極改變電流方向的辦法。加固地區的地表水，應注意疏干。

       （9）加氣硅化工藝與壓力單液硅化法基本相同，只在灌漿前先通過灌漿管加氣，然后灌漿，再加一次氣，即告完成。

        （10）土的硅化完畢，用樁架或三角架借倒鏈或絞磨將管子和電極拔出，遺留孔洞用1：5水泥砂漿或粘土填實。

         5．質量控制

         （1）施工前應掌握有關技術文件（注漿點位置、漿液配比、注漿施工參數、檢測要求等）。漿液組成材料的性能應符合設計要求，注漿設備應確保正常運轉。

         （2）施工中應經常抽查漿液的配比及主要性能指標、注漿順序、注漿過程的壓力控制等。

         （3）施工結束后應檢查注漿體強度、承載力等。檢查孔數為總量的2%~5%，不合格率大于或等于20%時應進行二次注漿。檢查應在注漿15d（砂土、黃土）或60d（粘性土）進行。

         （4）硅化注漿地基的質量檢驗標準如表7-25所示。