7.2.1 基本概念
1 單液硅化法
單液硅化法是硅化加固法的一種，是指將硅酸鈉溶液(Na20.nSi02(俗稱水玻璃)灌入土中來加固土的方法。經(jīng)加固后的土可提高水的穩(wěn)定性，消除黃土的濕陷性，提高土的強(qiáng)度。
2 堿液法
堿液法是把具有一定濃度的NaOH溶液經(jīng)加熱到90~100°C，通過有孔鐵管在其自重作用下灌入土中，利用NaOH溶液來加固黏性土的方法。
7.2.2 適用范圍
單液硅化法和堿液法適用于處理地下水位以上滲透系數(shù)為0.1~2.0 m/d的濕陷性黃土等地基。在自重濕陷性黃土場(chǎng)地，對(duì)Ⅱ級(jí)濕陷性地基，由于堿液法在自重濕陷性黃土地區(qū)使用較少，而且加固深度不足5 m，為防止采用堿液法加固既有建筑物地基產(chǎn)生附加沉降，當(dāng)采用堿液法加固時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定其可行性。
對(duì)于下列建(構(gòu))筑物，宜采用單液硅化法或堿液法：
(1)沉降不均勻的既有建(構(gòu))筑物和設(shè)備基礎(chǔ);
(2)地基受水浸濕引起濕陷，需要立即阻止?jié)裣堇^續(xù)發(fā)展的建(構(gòu))筑物或設(shè)備基礎(chǔ);
(3)擬建的設(shè)備基礎(chǔ)和構(gòu)筑物。
對(duì)酸性土和已滲入瀝青、油脂及石油化合物的地基上，不宜采用單液硅化法和堿液法。
7.2.3 加固機(jī)理
1 單液硅化法
單液硅化法將硅酸鈉溶液(Na20.nSi02(俗稱水玻璃)灌入土中，當(dāng)溶液和含有大量水溶性鹽類的土相互作用時(shí)，產(chǎn)生硅膠將土顆粒膠結(jié)，提高水的穩(wěn)定性，消除黃土的濕陷性，提高土的強(qiáng)度。
2 堿液法
堿液法利用NaOH溶液來加固黏性土，使土顆粒表面相互融合黏結(jié)。對(duì)于鈣質(zhì)飽和的黏性土(如濕陷性黃土)能獲得較好的效果，對(duì)軟土需同時(shí)使用氯化鈣溶液。這是因?yàn)闅溲趸c溶液注入土中后，土粒表層會(huì)逐漸發(fā)生膨脹和軟化，進(jìn)而發(fā)生表面的相互融合和膠結(jié)(鈉鋁硅酸鹽類膠結(jié))，但這種融合膠結(jié)是非水穩(wěn)性的，只有在土粒周圍存在有Ca(OH)2和Mg(OH)2的條件下，才能使這種膠結(jié)構(gòu)成為強(qiáng)度高且具有水硬性的鈣鋁硅酸鹽絡(luò)合物。這些絡(luò)合物的生成將使土粒牢固膠結(jié)，強(qiáng)度大大提高，并且具有充分的水穩(wěn)性。
由于黃土中鈣、鎂離子含量一般都較高(屬于鈣、鎂離子飽和土)，故采用單液加固已足夠。如鈣、鎂離子含量較低，則需考慮采用堿液與氯化鈣溶液的雙液法加固。為了提高堿液加固黃土的早期強(qiáng)度，也可適當(dāng)注入一定量的氯化鈣溶液。
【7】對(duì)于黃土中鈣、鎂離子含量較低，常采用雙液法加固;雙液是指堿液與( )溶液。
A、氯化鈉; B、氯化鈣; C、氯化鎂; D、氯化鉀; 答案：B
7.2.4 設(shè)計(jì)
7.2.4.1 一般規(guī)定
采用單液硅化法或堿液法加固濕陷性黃土地基，應(yīng)于施工前在擬加固的建(構(gòu))筑物附 近進(jìn)行單孔或多孔灌注溶液試驗(yàn)，確定灌注溶液的速度、時(shí)間、數(shù)量或壓力等參數(shù)。
灌注溶液試驗(yàn)結(jié)束后，隔7~10d，應(yīng)在試驗(yàn)范圍的加固深度內(nèi)量測(cè)加固土的半徑，并取土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定加固土的壓縮性和濕陷性等指標(biāo)。必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行浸水載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試，以確定加固土的承載力和濕陷性。
【8】對(duì)采用堿液法處理后的試驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)的黃土地基進(jìn)行浸水載荷試驗(yàn)，是為了確定加固后地基土的( )。
A、承載力; B、變形模量; C、濕陷性; D、壓縮模量; 答案：A、C
7.2.4.2 單液硅化法加固地基設(shè)計(jì)
進(jìn)行單液硅化法加固地基設(shè)計(jì)時(shí)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括溶液灌注方式、溶液用量及配比計(jì) 算和灌注孔的布置等。
1 溶液灌注方式
單液硅化法按其灌注溶液的工藝，可分為壓力灌注和溶液自滲兩種，并根據(jù)加固土的性 質(zhì)和加固目的確定。
1)壓力灌注
是指向土中打入灌注管(有孔鐵管)，采用一定的壓力將溶液灌入土中。可用于加固自重濕陷性黃土場(chǎng)地上擬建的設(shè)備基礎(chǔ)和構(gòu)筑物的地基，也可用于加固非自重濕陷性黃土場(chǎng)地 上的既有建(構(gòu))筑物和設(shè)備基礎(chǔ)的地基。
非自重濕陷性黃土上的既有建(構(gòu))筑物和設(shè)備基礎(chǔ)的地基之所以可采用壓力灌注，是 因?yàn)榉亲灾貪裣菪渣S土有一定的濕陷起始?jí)毫�，基底附加�?yīng)力不大于濕陷起始?jí)毫螂m大于 濕陷起始?jí)毫Φ珨?shù)值不大時(shí)，不致出現(xiàn)附加沉降，并已為大量工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究資料所證 明。壓力灌注需要用加壓設(shè)備(如空壓機(jī))和金屬灌注管等，成本相對(duì)較高，其優(yōu)點(diǎn)是加固范圍較大，不只是可加固基礎(chǔ)側(cè)向，而且可加固既有建筑物基礎(chǔ)底面以下的部分土層。
2)溶液自滲
是指在擬加固的土層中打(鉆)設(shè)灌漿用的孔，將配制好的溶液灌滿各灌注孔，并使溶液面高出基礎(chǔ)底面標(biāo)高0.50m，使溶液自行滲入土中。該法宜用于加固自重濕陷性黃土場(chǎng)地上的既有建(構(gòu))筑物和設(shè)備基礎(chǔ)的地基。
該法之所以適用于加固自重濕陷性黃土場(chǎng)地上的既有建(構(gòu))筑物和設(shè)備基礎(chǔ)的地基， 是因?yàn)椴捎萌芤鹤詽B時(shí)，溶液自滲的速度慢，擴(kuò)散范圍小，溶液與土接觸初期，對(duì)既有建筑物和設(shè)備基礎(chǔ)的附加沉降很小(10~20 mm)，不超過建筑物地基的允許變形值。而如果對(duì)這種條件下的地基采用壓力灌注，溶液的灌注速度快，擴(kuò)散范圍大，灌注溶液過程中，溶液與土接觸初期，尚未產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在自重濕陷性嚴(yán)重的場(chǎng)地，采用此法加固既有建筑物地基，附加沉降可達(dá)30cm以上，對(duì)既有建筑物顯然是不允許的。
【9】在自重濕陷性嚴(yán)重的場(chǎng)地，采用單液硅化法加固既有建筑物地基時(shí)，其灌注漿液的方式不宜采用( )。
A、壓力灌注; B、溶液自滲; C、先用壓力灌注，后用溶液自滲;
D、先用溶液自滲，后用壓力灌注; 答案：A、C、D
2 溶液配比
單液硅化法應(yīng)由濃度10%~15%的硅酸鈉(Na20.nSi02)溶液，摻入2.5%氯化鈉組成。其相對(duì)密度宜為1.13～1.15，并不應(yīng)小于1.10。
硅酸鈉(Na20.nSi02)溶液的模數(shù)值宜為2.5～3.3，其雜質(zhì)含量不應(yīng)大于2%，其模數(shù)值是指二氧化硅與氧化鈉(百分?jǐn)?shù))之比。當(dāng)硅酸鈉溶液的濃度大于加固濕陷性黃土所要求的濃度時(shí)，應(yīng)將其加水稀釋，加水量可按下式估算：
4 灌注孔的布置
采用單液硅化法加固濕陷性黃土地基，灌注孔的布置應(yīng)符合下列要求：
(1) 灌注孔的間距：壓力灌注宜為0.80～1.20m;溶液自滲宜為0.40～0.60m;
(2)加固擬建的設(shè)備基礎(chǔ)和建(構(gòu))筑物的地基，應(yīng)在基礎(chǔ)底面下按等邊三角形滿堂布置，超出基礎(chǔ)底面外緣的寬度，每邊不得小于1 m;
(3)加固既有建(構(gòu))筑物和設(shè)備基礎(chǔ)的地基，應(yīng)沿基礎(chǔ)側(cè)向布置，每側(cè)不宜少于2排。
當(dāng)基礎(chǔ)底面寬度大于3m時(shí)，除應(yīng)在基礎(chǔ)每側(cè)布置2排灌注孔外，必要時(shí)，可在基礎(chǔ)兩側(cè)布置斜向基礎(chǔ)底面中心以下的灌孔或在其臺(tái)階上布置穿透基礎(chǔ)的灌注孔，以加固基礎(chǔ)底面下的土層。
7.2.4.3 堿液法加固地基設(shè)計(jì)
進(jìn)行堿液法加固地基設(shè)計(jì)時(shí)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括溶液類型選擇、溶液配比及堿用量、灌注方式、加固深度及加固范圍和每孔堿液用量等。
1 溶液類型選擇
根據(jù)堿液法加固地基的加固原理，當(dāng)氫氧化鈉溶液注入土中后，土粒表層會(huì)逐漸發(fā)生膨脹和軟化，進(jìn)而發(fā)生表面的相互融合和膠結(jié)(鈉鋁硅酸鹽類膠結(jié))，但這種融合膠結(jié)是非水穩(wěn)性的，只有在土粒周圍存在有Ca(OH)2和Mg(OH)2的條件下，才能使這種膠結(jié)構(gòu)成為強(qiáng)度高且具有水硬性的鈣鋁硅酸鹽絡(luò)合物。這些絡(luò)合物的生成將使土粒牢固膠結(jié)，強(qiáng)度大大提高，并且具有充分的水穩(wěn)性。由于黃土中鈣、鎂離子含量一般都較高(屬于鈣、鎂離子飽和土)，故采用單液加固已足夠。但是，如被加固土中鈣、鎂離子含量較低，則需考慮采用堿液與氯化鈣溶液的雙液法加固。為了提高堿液加固黃土的早期強(qiáng)度，也可適當(dāng)注入一定量的氯化鈣溶液。
因此，當(dāng)100g干土中可溶性和交換性鈣鎂離子含量大于10 mg.eq時(shí)，可采用單液法，即只灌注氫氧化鈉一種溶液加固;否則應(yīng)采用雙液法，即采用氫氧化鈉溶液與氯化鈣溶液輪番灌注加固。
2 溶液配比及堿用量
堿液可用固體燒堿或液體燒堿配制，加固1 m3黃土需要NaOH量約為干土質(zhì)量的3%， 即35~45 kg。堿液濃度不應(yīng)低于90g/L，常用濃度為90~100g/L。
雙液加固時(shí)，氯化鈣溶液的濃度為50～80g/L。
溶液加堿量可按下列公式計(jì)算：
(1)采用固體燒堿配制每1 m3濃度為M的堿液時(shí)，每1 m3水中的加堿量為：
4 加固深度及加固范圍
堿液加固地基的深度應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地的濕陷類型、地基濕陷等級(jí)和濕陷性黃土層厚度，并結(jié) 合建筑物類別與濕陷事故的嚴(yán)重程度等綜合因素確定。加固深度宜為2~5 m。
對(duì)非自重濕陷性黃土地基，加固深度可為基礎(chǔ)寬度的1.5~2.0倍。
對(duì)Ⅱ級(jí)自重濕陷性黃土地基，加固深度可為基礎(chǔ)寬度的2.0~3.0倍。
堿液加固土層的厚度h，可按下式估算：
h=L+r 7.2-6
式中：L為灌注孔長(zhǎng)度，從注液管底部到灌注孔底部的距離(m);r為有效加固半徑(m)。堿液加固地基的半徑r，宜通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。當(dāng)堿液濃度和溫度符合《建筑地基處理規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定時(shí)，有效加固半徑與堿液灌注量之間，可按下式估算：
7.2.5 施工
7.2.5.1 單液硅化法
1 壓力灌注施工步驟
(1) 向土中打入灌注管和灌注溶液，應(yīng)自基礎(chǔ)底面標(biāo)高起向下分層進(jìn)行。即先將帶孔眼的
灌注管和不帶孔眼的連接管打入第一加固層，并灌注配好的硅酸鈉溶液，完畢后，再依次施工其他加固層，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，將管拔出，清洗干凈可繼續(xù)使用。
(2)加固既有建筑物地基時(shí)，在基礎(chǔ)側(cè)向應(yīng)先施工外排，后施工內(nèi)排。
2 溶液自滲步驟
(1)在基礎(chǔ)側(cè)向，將設(shè)計(jì)布置的灌注孔分批或全部打(或鉆)至設(shè)計(jì)深度。
(2)將配好的硅酸鈉溶液注滿各灌注孔，溶液面宜高出基礎(chǔ)底面標(biāo)高0.50 m，使溶液自行滲入土中。
(3)在溶液自滲過程中，每隔2～3 h，向孔內(nèi)添加一次溶液，防止孔內(nèi)溶液滲干。
計(jì)算溶液量全部注入土中后，所有灌注孔宜用2：8灰土分層回填夯實(shí)。
采用單液硅化法加固既有建(構(gòu))筑物或設(shè)備基礎(chǔ)的地基時(shí)，在灌注硅酸鈉溶液過程中，應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)建(構(gòu))筑物和設(shè)備基礎(chǔ)的沉降突然增大或出現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)立即停止灌注溶液，待查明原因并采取有效措施處理后，再繼續(xù)灌注。
3 其他注意事項(xiàng)
(1)施工中要經(jīng)常檢查各灌注孔的加固深度、注入土中的溶液量、溶液的濃度和有無沉 淀現(xiàn)象。當(dāng)采用壓力灌注時(shí)，應(yīng)經(jīng)常檢查在灌注溶液過程中，溶液有無從灌注孔冒出地面，如發(fā)現(xiàn)溶液冒出地面，應(yīng)立即停止灌注，采取有效措施處理后再繼續(xù)灌注。
(2)計(jì)算溶液量全部注入土中后，所有灌注孔宜用2：8灰土分層回填夯實(shí)。
(3)采用單液硅化法加固既有建(構(gòu))筑物或設(shè)備基礎(chǔ)的地基時(shí)，在灌注硅酸鈉溶液過程中，應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)建(構(gòu))筑物或設(shè)備基礎(chǔ)的沉降突然增大或出現(xiàn)異�，F(xiàn)象時(shí)，應(yīng)立即停止灌注溶液，待查明原因并采取有效措施后，再繼續(xù)灌注。
7.2.5.2 堿液法
1 灌注孔成孔
灌注孔可用洛陽(yáng)鏟、螺旋鉆成孔或用帶有尖端的鋼管打入土中成孔，孔徑為60～100mm，孔中填入粒徑為20～40 mm的石子，直到注液管下端標(biāo)高處，再將內(nèi)徑為20mm的注液管插入孔中，管底以上300mm高度內(nèi)填入粒徑為2～5mm的小石子，其上用2：8灰土填入并夯實(shí)。
2 堿液灌注
堿液在灌注以前，應(yīng)將桶中所盛放的堿液加熱到90°C以上才能進(jìn)行灌注，灌注過程中桶內(nèi)堿液溫度應(yīng)保持在80°C以上。灌注過程中應(yīng)滿足如下要求。
(1)灌注速率：堿液灌注速度宜為2~5L/min。
(2)應(yīng)合理安排灌注順序與灌注速率：宜間隔1～2孔灌注，并分段施工，相鄰兩孔灌注時(shí)間間隔不宜少于3d。同時(shí)灌注的兩孔間距不應(yīng)小于3m。當(dāng)采用雙液加固時(shí)，應(yīng)先灌注氫氧化鈉溶液，間隔8～12 h后，再灌注氯化鈣溶液，后者用量為前者的1/2～1/4。
3 其他
堿液灌注施工中應(yīng)注意防止污染水源，注意安全操作。皮膚如沾上堿液，應(yīng)立即用5% 濃度硼酸溶液沖洗。
7.2.6 質(zhì)量檢驗(yàn)
7.2.6.1 單液硅化法
采用單液硅化法加固地基，對(duì)其施工過程以及當(dāng)加固施工完成后，應(yīng)進(jìn)行如下內(nèi)容的質(zhì) 量檢驗(yàn)。
1 施工質(zhì)量檢驗(yàn)
硅酸鈉溶液灌注完畢后，應(yīng)在7~12d內(nèi)，對(duì)加固的地基土進(jìn)行檢驗(yàn)。
2 竣工驗(yàn)收檢驗(yàn)
單液硅化法處理后的地基竣工驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)采用動(dòng)力觸探或其他原位測(cè)試檢驗(yàn)加固后地基 承載力及其均勻性。必要時(shí)，應(yīng)在全部加固深度范圍內(nèi)每隔1m取土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定其壓縮性和濕陷性。
【12】對(duì)單液硅化法處理后的地基進(jìn)行竣工驗(yàn)收檢驗(yàn)其承載力及均勻性時(shí)，應(yīng)采用( )。
A、載荷試驗(yàn); B、取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定其壓縮性和濕陷性; C、局部開挖檢驗(yàn);
D、動(dòng)力觸探或其他原位測(cè)試手段; 答案：D
3 沉降觀測(cè)
地基加固結(jié)束后，尚應(yīng)對(duì)已加固地基上的建(構(gòu))筑物或設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行沉降觀測(cè)，直至 沉降穩(wěn)定。觀測(cè)時(shí)間不應(yīng)少于半年。
【13】對(duì)單液硅化法加固后地基上的設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間不應(yīng)少于( )。
A、1個(gè)月; B、3個(gè)月; C、6個(gè)月; D、12個(gè)月; 答案：C
7.2.6.2 堿液法
采用堿液法加固地基，對(duì)其施工過程以及當(dāng)加固施工完成后，應(yīng)進(jìn)行如下內(nèi)容的質(zhì)量檢 驗(yàn)。
1 施工過程檢查
堿液加固施工應(yīng)做好記錄，檢查堿液濃度及每孔注入量是否符合設(shè)計(jì)要求。施工過程中 每間隔1～3d，應(yīng)對(duì)既有建筑物的附加沉降進(jìn)行觀測(cè)。
2 竣工驗(yàn)收
堿液加固的地基竣工驗(yàn)收應(yīng)在加固施工完畢28d后進(jìn)行。可通過開挖或鉆孔取樣，對(duì)加固土體進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和水穩(wěn)性試驗(yàn)。取樣部位應(yīng)在加固體中部，試塊數(shù)不少于3 個(gè)，28d齡期的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值不得低于設(shè)計(jì)值的90%。將試塊浸泡在自來水中應(yīng) 無崩解。當(dāng)需要查明加固體的外形和整體性時(shí)，可對(duì)有代表性的加固體進(jìn)行開挖，量測(cè)其有 效加固半徑和加固深度。
【14】對(duì)堿液法加固的地基竣工驗(yàn)收時(shí)，可對(duì)加固土體取樣，進(jìn)行( )。
A、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn); B、壓縮試驗(yàn); C、濕陷試驗(yàn); D、崩解試驗(yàn);
E、有側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn); F、水穩(wěn)性試驗(yàn); 答案：A、F
3 沉降觀測(cè)
地基經(jīng)堿液加固后應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行沉降觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間不應(yīng)少于半年。按加固前后沉降觀測(cè) 結(jié)果或用觸探法檢測(cè)加固前后土中阻力的變化，確定加固質(zhì)量。
柱錘沖擴(kuò)法是采用直徑300~500 mm、長(zhǎng)度2~6 m、質(zhì)量1~8 t的柱狀錘(簡(jiǎn)稱柱錘)，通過自行桿式起重機(jī)或其他專用設(shè)備，將柱錘提升至距地面一定高度后下落，在地基土中沖擊成孔，并重復(fù)沖擊至設(shè)計(jì)深度，在孔內(nèi)分層填料、分層夯實(shí)形成樁體，同時(shí)對(duì)樁間土進(jìn)行擠密，形成復(fù)合地基。在樁頂部也設(shè)置200~300mm厚砂石墊層
