硅酸鹽類灌漿加固法在工程中的應用

摘 要：化學灌漿加固法由于造價較低，滲透性較好，對改善土體的強度、壓縮性等指標有較強的提升作用，因此在我國受到較廣泛的應用。對于硅酸鹽類化學灌漿加固材料，在地基處理手冊中給出眾多的凝結劑。根據不同凝結劑的不同加固效果，本文針對包頭東河區某一工程，預先進行了一些室內實驗，對比分析了不同凝結劑的加固效果，并與壓力灌注水泥漿液進行對比。總結出在包頭東河區鈣離子缺少的土體中，碳酸氫鈉作為凝結劑能夠有效的增加土體的強度與彈性模量，使加固效果達到最優化。

關鍵詞：硅酸鹽；灌漿法；碳酸氫鈉

引 言

灌漿工程中所用的漿液主要由主劑、溶劑和各種附加劑混合而成，灌漿材料按其形態可分為顆粒型漿液、溶劑型漿液和混合型漿液三個系統。化學漿液材料可用于灌注細小裂縫或者孔隙，解決其他兩種灌漿材料顆粒大，灌注度低的問題。硅酸鹽灌漿由于具有價格低廉、滲入性高等特點，在實際工程中廣泛應用。硅酸鹽漿材主要由硅酸鈉（水玻璃）為主劑，另加膠結劑以形成凝膠，膠結劑品種較多，與硅酸鹽的反應速度、結合強度各不相同。本文主要針對中國內蒙古包頭地區某工程采用化學灌漿法處理已建建筑物地基濕陷性粉土的工程實例，試驗并分析了不同膠結劑對加固土體的效果。并對化學灌漿加固法的實際應用進行了探討。

1 工程概況

該工程小區位于內蒙古包頭市東河區政府東側約500m處，其中18號樓為6層磚混結構，地基持力層為濕陷性粉細砂層。由于部分地基泡水，導致地基產生不均勻沉降，為了加固地基，提高地基承載力，降低地基變形量，恢復建筑物的整體性，本次工程采用單液硅化法來加固地基，增強地基強度，消除地基濕陷性。

2 試驗方法與結果分析

2.1 室內試驗

為了檢驗加固漿液對地基土的加固效果，施工前預先采用制作室內模塊來對加固原料進行效果試驗。其采用土體的含水率為5.5%，土體密度為1959kg/m3。

試驗材料：本工程采用純硅酸鈉溶液、氯化鈣溶液+硅酸鈉溶液、磷酸溶液+硅酸鈉溶液、氯化鈉溶液+硅酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液+硅酸鈉溶液為加固試驗材料預先進行室內試驗。

試驗結果如下：純硅酸鈉溶液模塊（100mm×100cm）的無側限抗壓強度為0.42MPa；氯化鈣與硅酸鈉溶液混合后迅速反應，無法灌注，不宜采用；磷酸溶液與硅酸鈉溶液制作的模塊（100mm×100mm）的無側限抗壓強度為0.1MPa；氯化鈉與硅酸鈉模塊（100mm×100mm）的無側限抗壓強度為0.15MPa；碳酸氫鈉溶液與硅酸鈉溶液模塊（100mm×100mm）的無側限抗壓強度為0.76MPa。

2.2 試驗結果分析

氯化鈣與硅酸鈉溶液反應方程式為：Na2O·n3.2SiO2+CaCl2+mH2O=nSiO2·（m-1）H2O+Ca（OH）2+2NaCl，其反應迅速，無法充分與土進行有效結合便已凝固，不宜采用；磷酸作為膠凝劑在理論上與硅酸鈉溶液能夠共同反應加固土體，但由于磷酸酸性較強，具有腐蝕性，該地質土體中含有礦物質元素與其他一些有機元素共同存在，與磷酸發生反應使土體中產生氣泡，孔隙率增大，從而降低加固后土體的強度。磷酸與土體反應后土體試塊如圖1，從圖1中可以看出，加固后土體上部膨脹，土體松散，孔隙率增大，土體加固效果大大減少。

純硅酸鈉溶液適用于黃土和濕陷性黃土，其土中含有較多的鈣離子和硅酸鈉溶液反應凝結。但是在包頭市東河區地址條件下，鈣離子含量較少，硅酸鈉在土體中凝結硬化速度較慢，初凝時間達到7d，土體長期處于飽和狀態，初期土體承載力低，容易使地基土產生二次沉降。純硅酸鈉溶液與土體試塊如圖2所示。

硅酸鈉溶液與氯化鈉混合液作為灌注漿液同樣適合與黃土和濕陷性黃土中，氯化鈉作為催化劑能夠加速硅酸鈉溶液與土體中的鈣離子反應速度。在該地質條件下鈣離子含量較少，未能起到加速凝結的催化作用。相反，加固土體試塊表面有氯化鈉晶體析出，降低加固土體的加固效果。相應的加固土體試塊見圖3。

硅酸鈉和碳酸氫鈉溶液（配比為1：1，碳酸氫鈉溶液濃度為3%），作為混合灌注加固溶液能夠在較短的時間內反應凝固，在土體中其初凝時間為1h左右，能夠較迅速的增強土體強度，到達加固的目的。

加固土體效果見圖4。從土體壓縮試驗結果看，碳酸氫鈉與硅酸鈉溶液作為加固原料土體的加固強度最高，加固效果最好。

2.3 與水泥漿液加固效果對比分析

采用水泥漿液灌注時，由于土體間孔隙率較小，水泥漿液不能有效的擴散到基礎底部地基部分，只是在灌注孔旁形成有效的柱體，違背了設計目的。本工程在室外進行水泥漿加固土體試驗，與化學加固土體進行橫向比較分析。室外成孔孔徑200mm，3MPa壓力注漿，漿液水灰比為1：0.5，3d以后現場人工挖除加固區域周圍土體，可以看出加固土體直徑為220mm，加固漿液在土體中的擴散能力有限，不能對整體的濕陷性土層進行加固處理。

綜合比較與分析，在該地質條件下采用硅酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液作為加固液體，能夠有效的加固地基，提高地基承載力，達到預期設計目的。故本工程采用了硅酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液作為加固液體進行灌注施工。其試驗土體含水率為5.5%，密度為1959kg/m3，飽和密度為2400kg/m3，試驗模塊（100mm×100mm）的無側限抗壓強度為0.69MPa，彈性模量E=86.3MPa。

3 結 論

（1）硅酸鹽類注漿法對土體有加固作用。

（2）在缺少鈣離子的包頭東河地區，碳酸氫鈉作為膠結劑對土體的加固效果最好。

（3）水泥漿液灌漿能夠增強地下土體的強度，但由于水泥漿液滲透性低，不能對整片濕陷性土體進行整體加固。

參考文獻

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[4]葉書麟，葉觀寶編著.地基處理（第三版）.北京，中國建筑工業出版社，2010.

作者簡介：郭志平（1965-），男，漢族，內蒙古包頭人，主要從事巖土工程管理工作。