湿陷性黄土地基处理与加固技术-改性水玻璃固化黄土的研究

目前在我国湿陷性黄土地区有许多有效的地基处理与加固技术［25-48］，例如：垫层法、强夯法、挤密法、冲击压实法、预浸水法和硅化法等。这些技术实质上可分为物理方法和化学方法，两类方法各有特色和适用范围。

在新建工程湿陷性黄土地基的处理中，常用的物理方法如表1-1。其中，预浸水法施工时不需大型设备，但是受到场地面积的限制，其他方法施工时均需要大型机械设备。采用表1-1中的方法处理后的黄土地基，就土动力性质和抗震性能而言，经过预浸水法处理的地基具有震陷性和很高的液化势，其抗震稳定性较差；垫层法、强夯法、挤密法均能有效地消除黄土地基的震陷性，降低液化势，在一定条件下可达到抗震处理要求［32-35］；冲击压实法所处理的地基，其抗震性能与垫层法、低能量级强夯法处理的黄土地基相似。另外，物理方法所处理的密实黄土具有崩解性，水稳定性较差。

硅化法是湿陷性黄土地基处理与加固的主要化学方法。硅化法是利用注浆设备或自渗方式将水玻璃为主剂的溶液灌注、渗透到湿陷性黄土中，进行地基处理或加固的化学注浆技术。硅化法具有多种分类，按浆液在土中的流动方式属渗透性注浆，水玻璃浆液在很小的压力或无压条件下，克服土颗粒孔隙间的沿程阻力和自身流动的阻力，以不改变地层结构和颗粒排列的状态渗入黄土的孔隙之中，并与骨架颗粒等成分产生固化反应，达到固化的目的。按浆液的注入方式分类有：压力双液硅化法、压力单液硅化法、加气硅化法、单液自渗硅化法和电动硅化法等。其中，单液是将水玻璃浆液或预先添加反应剂后才进行灌注的；双液是将水玻璃浆液和Ca-Cl2浆液轮流注入土中进行加固地基，国外称作Joosten法。将CO2气体、水玻璃浆液轮流注入土中进行地基加固的方法，即先注入CO2气体→灌注水玻璃→再注入CO2气体，实践中常称为加气硅化法，属于单液硅化法。与强夯法等物理方法相比，硅化法的应用并不广泛，但有其独特之处，存在较多优点［32-34，36-45］，具有技术上的先进性、工程上的安全可靠性、良好的社会效益与经济效益。

表1-1　湿陷性黄土地基处理与加固常用的物理方法

首先，硅化法适用范围大，可有效进行既有建（构）筑物黄土地基病害处理，也可用于新建工程的地基处理。近年来在黄土区新建工程中受周边环境、基坑安全等多种因素的影响，为降低基坑开挖深度，需进行原位地基处理，而该法有时也是唯一的选择。硅化法在甘肃、宁夏、青海、陕西、山西、河北和河南等地均有工程应用。

其次，硅化法可消除黄土湿陷性的厚度大，远大于物理方法的处理厚度。原苏联最大处理厚度达25m［21］，我国最大处理厚度达19.50m［37-39］。(www.xing528.com)

第三，硅化法施工设备小巧，工艺简单，使用灵活，可在各种复杂地形或其他特殊条件下使用，如硅化法可在黄土峁上进行特大型输电铁塔地基处理或加固工作，而大型施工机械设备往往无法就位、使用；在黄土地区公路工程中，可在不中断交通运输的情况下使用硅化法进行路基加固补强。

第四，硅化法的主剂水玻璃固化黄土的水稳性较物理方法所处理黄土的水稳性好。前者无崩解性，后者具崩解性。

第五，就硅化黄土动力性质和抗震性能而言，以碳酸氢氨-水玻璃硅化法（NHC）加固黄土为例，可完全消除地基震陷性，又可完全消除液化势，是黄土地基抗震处理最有效的方法之一［32-34］，大大增强了工程的安全可靠性。

第六，良好的社会效益与经济效益。湿陷性黄土地基浸水引起建（构）筑物的差异沉降大，常使建筑物遭到严重破坏。若拆除重建，会产生拆除费用、新建费用等直接费用，以及影响企业的正常生产，如供电系统的停产所产生的多种间接费用等。而加固地基费用约是工程本身的10%～20%，节约成本的效能是明显的、综合的。

同时，硅化法也存在一定的局限性。对已渗入沥青、油脂及石油化合物的地基土，不宜采用硅化法。渗入沥青、油脂及石油化合物的地基土阻碍水玻璃溶液与土的接触，不会产生化学反应，无加固作用或者加固效果不佳。

对比分析物理方法和化学方法所处理或固化黄土的工程、力学性能，可以认为，固化湿陷性黄土的目标不仅是提高黄土的强度，更重要的是改善黄土的水稳定性。实现该目标的核心问题是选择适宜的材料，研究其固化机理。