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    承德鑫業建筑加固工程有限公司

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    地基基礎加固

    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。

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            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。

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           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。

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           (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

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           (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。

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           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。


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