改性水玻璃固化黄土水稳性机理浸液浸水载荷试验研究

在工程实践中，使用水玻璃溶液进行黄土地基硅化注浆过程中存在附加沉降问题。商品水玻璃原液浓度高，注浆时需加入大量的水将其稀释至适宜的浓度。灌注过程中，在土的自重压力或附加应力与自重压力的作用下，稀释溶液中的水使黄土产生湿陷变形S1，并产生压缩变形S2，将二者之和，即S1+S2=S称为附加沉降。此时，水玻璃与土中组分尚未充分发生化学反应，或者已有化学反应，但硅化土体的强度还未恢复到天然黄土的强度，不足以抵抗上覆压力。

对于新建工程，采用压力硅化法或单液自渗硅化法进行黄土地基处理时，附加沉降问题不予关注。对于既有建筑物进行地基硅化加固时，附加沉降问题则成为地基工程加固成败的关键。附加沉降量不应大于地基变形允许值，否则，会给建筑物带来新的危害，如加剧墙体开裂，严重时危及建筑物的安全。有效控制附加沉降量成为既有建筑物地基硅化加固的核心问题。利用研究区办公楼硅化地基的试验资料，重点探讨既有建筑物硅化黄土的附加沉降问题。

对办公楼的黄土地基采用加气硅化法加固前，分别进行了室内试验，现场浸液和浸水载荷试验，探讨灌注过程中附加沉降的特征与硅化黄土的固化效果。

1.室内压缩试验

使用该楼5 m深原状黄土样，在固结仪上进行湿陷变形试验。试样在天然湿度下分级加荷，并在150 kPa压力下稳定后，分别浸水、20°Bé水玻璃溶液（单液硅化）、20°Bé水玻璃溶液与CO2气体（加气硅化）。试验结果如表5-5。附加变形S的关系是：S水＞S单液＞S加气，S水是S加气的3.5倍，S单液是S加气的1.5倍；附加变形稳定时间是：t水＞t单液＞t加气。加气硅化的附加变形小，其稳定时间最短。

表5-5　硅化黄土附加变形室内测试结果对比表

2.现场载荷试验(www.xing528.com)

在硅化注浆试验区，共进行了三组载荷试验。第一组测试了加气硅化注浆的附加沉降，第二、三组依次测试了龄期30天的单液硅化黄土和加气硅化黄土的固化效果。

（1）附加沉降

附加沉降模拟试验研究中，载荷试验采用慢速法，承压板为钢制圆板，面积为0.50 m2，压板底高程为地面下-1.50 m。分级加荷至180 kPa，待沉降稳定后，进行加气硅化注浆。浆液配方：20°Bé水玻璃与CO2气体，先注入CO2气→灌注水玻璃→再注入CO2气体。注浆深度为压板下1.40 m。载荷试验结果如表5-6所列。

表5-6　天然黄土加气硅化注浆与硅化黄土浸水载荷试验结果表

（2）硅化黄土固化效果

在试验区分别进行两组群孔灌注试验，使用浆液配方：20°Bé水玻璃（单液压力硅化）、20°Bé水玻璃与CO2气体（加气硅化）。注浆孔正三角形布置，孔距1.20 m，注浆深度-1.50 m～-5.00 m。龄期30天时对硅化黄土分别进行浸水性载荷试验。载荷试验采用慢速法，承压板为钢制圆板，面积为0.50 m2，承压板在正三角形中心。根据大楼的基础埋深和灰土垫层的厚度，确定压板底高程为地面下-2.00 m。分级加荷至200 kPa，待沉降稳定后，浸水72小时，测量其变形。载荷试验结果如表5-6所列。

现场注浆、浸水载荷试验结果表明，采用单液压力硅化（20°Bé水玻璃）和加气硅化（20°Bé水玻璃与CO2气体）后，硅化黄土复合地基承载力f＞190 kPa，可满足建筑物承载力要求。浸水72h后，加气硅化地基总沉降量为0.50 mm，其中的加载浸水变形仅为0.124 mm；单液硅化地基沉降量为25.40 mm，沉降量较大，其中的加载浸水变形为24.74 mm。更重要的是，加气硅化法注浆过程中附加沉降小，为5.30 mm。因此，加气硅化法可用于运行中的办公楼黄土地基湿陷事故的处理，且不影响办公楼的使用。