9.2 单液硅化法和碱液加固法

9.2.1 单液硅化法和碱液加固法可用于加固地下水位以上、渗透性较好的湿陷性黄土地基，酸性土和已渗入沥青、油脂及石油化合物的黄土地基不宜采用。在自重湿陷性黄土场地，采用碱液加固法应通过现场试验确定其可行性。

9.2.2 采用单液硅化法或碱液法加固湿陷性黄土地基，施工前应在拟加固建筑场地或附近同类地层中进行单孔或多孔灌注试验，以确定该方法的适用性及灌注溶液的速度、时间、数量和压力等参数。

9.2.3 溶液灌注试验结束10d后，应在试验范围加固深度内量测灌注孔的加固土半径，取土样进行室内试验，多孔试验场地宜结合动力触探或载荷试验等原位测试，测定加固土的压缩性和湿陷性等指标是否满足加固或设计要求。

9.2.4 加固设计应根据灌注试验所获参数进行，并应对加固地层之下的土层进行下卧层验算。

9.2.5 单液硅化法或碱液法加固地基施工结束10d后，应对已加固的地基土进行检查、检验，并应符合下列规定：

1 检查施工记录，各灌注孔的加固深度应符合设计要求，注入土中溶液量与设计计算量应相同或接近；

2 宜采用动力触探、钻探取样、现场载荷试验等原位测试方法或其他有效检测方法对已加固地基进行全深度加固效果检验，对加固效果进行评价。

Ⅰ 单液硅化法

9.2.6 选择单液硅化法灌注工艺应符合下列规定：

1 压力灌注宜用于加固非自重湿陷性黄土场地上的建筑物地基和设备基础，用于自重湿陷性黄土场地上加固时应通过试验验证可行性；

2 溶液自渗宜用于加固自重湿陷性黄土场地上既有建筑物和设备基础的地基。

9.2.7 单液硅化法溶液应由浓度为10％～15％的硅酸钠溶液掺入2.5％的氯化钠组成，相对密度宜为1.13～1.15，且不应小于1.10；模数值宜为2.50～3.30，且杂质含量不应大于2％。

9.2.8 初步设计时加固湿陷性黄土的单孔溶液用量，可按下式计算：

式中：Q——单孔硅酸钠溶液的设计注入量(t)；

r——溶液的设计扩散半径(m)；

h——自基础底面起算的加固深度(m)；

n——拟加固地基土的平均孔隙率；

dn——硅酸钠溶液的密度(t/m3)；

α——溶液灌注系数，由单孔或多孔灌注试验确定。无经验时，可取0.6～0.8。

9.2.9 单液硅化法加固湿陷性黄土地基时，灌注孔的布置应符合下列规定：

1 灌注孔间距应根据设计加固要求、灌注孔的设计扩散半径和灌注工艺以及试验结果等综合确定，压力灌注时宜为0.8m～1.2m；溶液自渗时宜为0.4m～0.6m；

2 灌注孔宜沿基础侧边布置，且每侧不宜少于2排。

9.2.10 压力灌注溶液施工应符合下列规定：

1 应先灌注外排孔，再依次灌注内排孔；

2 灌注溶液的压力大小应通过试验确定，灌注压力宜由小逐渐增大，但最大压力不宜超过200kPa；

3 拟加固地层深度范围内各层土性质差别较大时，宜分层灌注。

9.2.11 溶液自渗施工应符合下列规定：

1 灌注溶液过程中溶液面宜高出基础底面0.50m以上；

2 灌注施工过程中应及时观测溶液面高度变化，注入溶液速度宜和溶液自渗速度一致；

3 除建筑物或设备基础沉降突然增大或发生其他异常情况外，施工过程中应避免孔内溶液渗干，宜每隔2h～3h向孔内添加一次溶液。

9.2.12 加固施工应进行沉降观测，当发现基础的沉降突然增大或出现异常情况时，应立即停止溶液灌注，待查明原因并确认安全后，方可继续灌注。

Ⅱ 碱液加固法

9.2.13 碱液加固法分单液法和双液法两种，单液法为氢氧化钠一种溶液注入，双液法为氢氧化钠和氯化钙两种溶液轮流注入。当土中可溶性和交换性的钙、镁离子含量大于10mg·eq/100g干土时，可采用单液法。

9.2.14 碱液法加固地基的深度，不宜大于既有建筑物或设备基础底面下5m。当湿陷性黄土层深度和基础宽度较大、基底压力较高且地基湿陷等级为Ⅱ级以上时，加固深度应通过试验确定。初步设计时，加固地基的厚度可按下式估算：

h=l＋r-△ (9.2.14)

式中：h——碱液法加固地基的厚度(m)；

l——灌注孔的长度(m)；

r——溶液的设计扩散半径(m)，初步设计时可取0.4m～0.5m；

△——灌浆孔顶部不能形成满足设计扩散半径部分的长度，可取0.4m～0.6m。

9.2.15 碱液可用固体烧碱或液体烧碱配制，并应符合下列规定：

1 碱液浓度宜为100g/L，采用双液加固时，氯化钙溶液的浓度宜为50g/L～80g/L；

2 灌注液中氢氧化钠含量不宜小于85％，碳酸钠含量不得超过5％，不溶于水的杂质含量不应超过2％。

9.2.16 加固需要的氢氧化钠量宜通过试验确定。无试验资料时，可取干土重量的3％；初步设计时，单孔碱溶液用量可按下式计算：

式中：Q——单孔氢氧化钠溶液的设计注入量(m3)；

r——溶液的设计扩散半径(m)；

l———灌注孔的长度(m)；

n——拟加固地基土的平均孔隙率；

α——溶液灌注系数，由单孔或多孔灌注试验确定。进行试验孔计算时可取0.7～0.9。

9.2.17 碱液法加固湿陷性黄土地基时，灌注孔的布置应符合下列规定：

1 灌注孔间距应根据设计加固要求及灌注试验结果等综合确定。加固土体连片时孔间距不应大于1.8d，最大孔间距不宜大于3d(d为灌注孔直径)。

2 灌注孔宜沿基础周围或条形基础两侧成排布置。

9.2.18 碱液法加固湿陷性黄土地基施工，应符合下列规定：

1 宜将碱液加热至80℃～100℃再注入土中；

2 灌注溶液过程中溶液面宜高出基础底面0.40m以上；

3 溶液灌注速度宜为0.4L/min～0.5L/min，灌注速度过大或过小时均应停止灌注，查明原因并应采取应对措施后方可继续施工。

条文说明

9.2.1 单液硅化法和碱液加固法均可用于湿陷性黄土的加固。但在地下水位以下，该方法无法在土体中形成有效的加固强度，不宜采用；黏粒含量高、渗透性小的黄土地基，硅化液或其他碱液的渗透扩散范围难达预期效果，应慎用。自重湿陷性黄土场地，碱液加固法在加固施工过程中可能产生较大的附加沉降，施工前应进行试验，根据试验结果和数据决定加固方案是否可行。

试验结果表明单液硅化法和碱液加固法对渗入沥青、油脂及石油化合物的地基土土体无法形成有效的加固强度，不宜采用。

9.2.2 单液硅化法或碱液法加固地基受拟加固土性质影响较大，由于土的变异性，加固效果也常常有明显差异。不同场地施工的单液硅化法和碱液加固法注浆参数变化很大，因此渗透范围、深度、加固体强度等加固效果以及灌注速度、压力等施工参数均需要通过试验确定。根据注浆理论，假定注浆浆液的黏度是一定的、土层为均质各向同性体、浆源形状规整沿径向向外扩散、扩散体为标准的圆柱体、浆液为牛顿体、浆液的渗透符合层流状态下的达西定律、浆液的渗透速度与浆液的黏度成反比且注浆为孔式注浆时，注浆时间、注浆压力、浆液扩散半径和土的参数之间的关系符合下列公式：

式中：t——所需的注浆时间(s)；

α——灌注系数；

β——浆液与水的黏度比；

r₁——浆液的设计扩散半径(cm)；

r₀——注浆管(孔)半径(cm)；

γ_w——水的重度，取10kN/m³；

p——注浆压力(kPa)；

k——水在砂土中的渗透系数(cm/s)；

n——土的孔隙率(无量纲量)；

μ、μ_j——分别为水和浆液在同温下的黏度(m·Pa·s)；

V_vj、V_v——实际注入的浆体体积、土的孔隙体积。

9.2.3、9.2.4 现场试验与测试的目的其一是为了验证单液硅化法和碱液加固法的加固效果，其二是为了确定加固注浆参数。施工过程也是一个动态过程，应结合施工情况变化调整设计参数。

9.2.5 加固地基的施工记录和检验结果，是验收和评定地基加固质量好坏的重要依据。通过精心施工，才能确保地基的加固质量。

硅化加固土的承载力较高，检验时，采用静力触探或开挖取样有一定难度，以检查施工记录为主，抽样检验为辅。

Ⅰ 单液硅化法

9.2.6 单液硅化加固湿陷性黄土地基的灌注工艺，分为压力灌注和溶液自渗两种。

组分相同的黄土其渗透性和湿陷性具有较好的关联性，黄土的湿陷性越大其渗透性往往越强。

压力灌注溶液的速度快，渗透范围大。试验研究资料表明，在灌注溶液过程中，溶液与土接触初期，尚未产生化学反应，被浸湿的土体强度不但未提高，反而有所降低，在自重湿陷严重的场地，采用此法加固既有建筑物地基时，其附加沉降可达300mm以上，这对既有建筑物显然是不允许的。故本条规定，压力单液硅化宜用于加固非自重湿陷性黄土场地上的地基，用于加固自重湿陷性黄土场地上的既有建筑物地基时宜慎重。非自重湿陷性黄土的湿陷起始压力值较大，当基底压力不大于湿陷起始压力时，不致出现附加沉降，并已为工程实践和试验研究资料所证明。

压力灌注需要加压设备(如空压机)和金属灌注管等，加固费用较高，其优点是水平向的加固范围较大，基础底面以下的部分土层也能得到加固。

溶液自渗的速度慢，扩散范围小，溶液与土接触初期，被浸湿的土体小，既有建筑物和设备基础的附加沉降很小(一般约10mm)，对建筑物不良影响较小。

溶液自渗的灌注孔可用钻机或洛阳铲完成，不需要用灌注管和加压等设备，加固费用比压力灌注的费用低，饱和度不大于60％的湿陷性黄土，采用溶液自渗，技术上可行，经济上较合理。

9.2.7 湿陷性黄土的天然含水量较小，孔隙中不出现自由水，采用低浓度(10％～15％)的硅酸钠(NaO₂·nSiO₂)溶液注入土中，不致被孔隙中的水稀释。

此外，低浓度的硅酸钠溶液，黏滞度小，与水相近，溶液自渗较畅通。

硅酸钠(也称水玻璃)的模数值是二氧化硅与氧化钠(百分率)之比，模数值越大，表明SiO₂的成分越多。因为硅化加固主要是由SiO₂对土的胶结作用，水玻璃模数值的大小对加固土的强度有明显关系。试验研究资料表明，模数值为SiO₂％/Na₂O％=1的纯偏硅酸钠溶液，加固土的强度很小，完全不适合加固土的要求，模数值在2.50～3.30范围内的水玻璃溶液，加固土的强度可达最大值。当模数值超过3.30时，随着模数值的增大，加固土的强度反而降低。说明Si02过多，对加固土的强度有不良影响，因此，本条规定采用单液硅化加固湿陷性黄土地基，水玻璃的模数值宜为2.50～3.30。

9.2.8 加固湿陷性黄土的溶液用量与土的孔隙率、渗透性、土颗粒表面等因素有关，计算溶液量可作为采购材料(水玻璃)和控制工程总预算的主要因素。注入土中的溶液量与计算溶液量相近，可作为评价加固土质量的指标之一。

9.2.9 设计灌注孔间距应按现场灌注溶液试验确定的扩散距离确定。

加固既有建筑和设备基础的地基，只能在基础侧向(或周边)布置灌注孔，以加固基础侧向土层，防止地基产生侧向挤出。但对宽度大的基础，仅加固基础侧向土层，有时难以满足工程要求，此时，可结合工程具体情况在基础侧向布置斜向基础底面中心以下的灌注孔，或在其台阶布置穿透基础的灌注孔，使基础底面下的土层得到加固。

9.2.10 采用压力灌注，溶液有可能冒出地面。为防止在灌注溶液过程中，溶液出现上冒，灌注管打入土中后，在连接胶皮管时，不得摇动灌注管，以免灌注管外壁与土脱离产生缝隙，灌注溶液前，应将灌注管周围的表层土夯实或采取其他措施进行处理。灌注压力由小逐渐增大，剩余溶液不多时，可适当提高其压力，但最大压力不宜超过200kPa。

9.2.11 溶液自渗，不需要分层打灌注管和分层灌注溶液。设计布置的灌注孔，可用钻机或洛阳铲一次钻(或打)至设计深度。成孔后，将配好的溶液注满灌注孔，溶液面宜高出基础底面标高0.50m，借助孔内水头高度使溶液自行渗入土中。

灌注孔数量不多时，钻(或打)孔和灌溶液，可全部一次施工，否则，可采取分批施工。

9.2.12 灌注溶液前，应对拟加固地基的建筑物进行沉降和裂缝观测，获得初始观测数据。在灌注溶液过程中，自始至终应进行沉降观测，并可同加固结束后的观测情况进行比较。

单液硅化法在施工过程中可能会引起地基产生附加变形。沉降观测是指导施工、防止意外安全问题发生的基本保障。有利于及时发现问题并及时采取措施进行处理。

Ⅱ 碱液加固法

9.2.13 碱液加固法分为单液和双液两种。当土中可溶性和交换性的钙、镁离子含量大于本条规定值时，以氢氧化钠(NaOH)一种溶液注入土中可获得较好的加固效果。如土中的钙、镁离子含量较低，采用氢氧化钠和氯化钙(无水氯化钙CaCl2和二水氯化钙CaCl2·2H2O)两种溶液轮流注入土中，也可获得较好的加固效果。

9.2.14 在非自重湿陷性黄土场地，碱液加固地基的深度可为基础宽度的2倍～3倍，或根据基底压力和湿陷性黄土层深度等因素确定。已有工程采用碱液加固地基的深度大都为2m～5m。施工中可根据条件变化和试验测试效果进行适当调整。

9.2.18 将碱液加热至(80～100)℃再注入土中，可提高碱液加固地基的早期强度，并对减小拟加固建筑物的附加沉降有利。

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