硅化法簡介

在我國的濕陷性黃土地區(qū)， 常用的處理地基的化學(xué)法主要有硅化法和堿液加固法兩種。硅化法由于其工藝簡單、 設(shè)備價格便宜，使用性、機(jī)動性靈活，技術(shù)方法簡單，易于掌握和操作，加固后的效果明顯，加固后地基的強(qiáng)度、承載力都有極大的提高，從而從根本上消除黃土的濕陷性，極大地降低黃土的壓縮性，故被廣泛地運(yùn)用于濕陷性黃土地區(qū)，處理黃土地基。由于有多種注入漿液的方法，根據(jù)注入方式的不同，可以將硅化法細(xì)分為壓力硅化、電動硅化和加氣硅化三大類型，另外采用較多的壓力硅化法，可根據(jù)溶液中成分的不同，又可以分為雙液硅化、壓力單液硅化和壓力混合液硅化三種 。

單液硅化

單液硅化適用于加固滲透系數(shù)為 0.1～2.0米/日的濕陷性黃土和滲透系數(shù)為0.3～5.0米/日的粉砂。 加固濕陷性黃土?xí)r，溶液由濃度為10～15%的硅酸鈉溶液摻入2.5%氯化鈉組成。溶液入土后,鈉離子與土中水溶性鹽類中的鈣離子（主要為硫酸鈣）產(chǎn)生離子交換的化學(xué)反應(yīng),在土粒間及其表面形成硅酸凝膠,可以使黃土的無側(cè)限極限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.6～0.8兆帕。加固粉砂時，在濃度較低的硅酸鈉溶液內(nèi)（比重為1.18～1.20）加入一定數(shù)量的磷酸（比重為1.02），攪拌均勻后注入，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后，其無側(cè)限極限抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.4～0.5兆

雙液硅化

雙液硅化適用于加固滲透系數(shù)為 2～8米/日的砂性土；或用于防滲止水，形成不透水的帷幕。硅酸鈉溶液的比重為1.35～1.44，氯化鈣溶液的比重為1.26～1.28。兩種溶液與土接觸后，除產(chǎn)生一般化學(xué)反應(yīng)外，主要產(chǎn)生膠質(zhì)化學(xué)反應(yīng)，生成硅膠和氫氧化鈣。在附屬反應(yīng)中，其生成物也能增強(qiáng)土顆粒間的連結(jié)，并具有填充孔隙的作用。砂性土加固后的無側(cè)限極限強(qiáng)度可達(dá)1.5～6.0兆帕。

混合液硅化法

混合液由不同劑量鋁酸鹽溶液和水玻璃溶液混合而成，通過壓力直接將混合溶液一次性的壓入土中，導(dǎo)致水玻璃與鋁酸鹽在土中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 生成較多的硅膠和硅酸鋁鹽的凝膠物質(zhì)，同時溶解土中可溶性物質(zhì)， 膠結(jié)土顆粒，使土體膠結(jié)在一起成為一個整體，從而得到加固和降低土體的滲透性。

電動硅化法

電化學(xué)加固法或電動雙液硅化法簡稱為電動硅化法，是基于壓力雙液硅化法的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置陰陽電極后通入直流電，利用電滲作用可以將溶液的分布半徑擴(kuò)大，這樣就擴(kuò)大了硅化法的加固半徑，提高了硅化法的加固效果。在施工工程中，可以把帶孔注漿液管作為陽極，鐵棒作為陰極，然后把水玻璃和氯化鈣溶液先后通過作為陽極的注漿管壓入土中，接通電流后，就會導(dǎo)致孔隙水由陽極流向陰極，故而化學(xué)溶液也隨水流滲流，分布在土的孔隙中，通過化學(xué)反應(yīng)后生成硅膠和硅酸鋁鹽的凝膠物質(zhì)，而且在電滲作用下還可以導(dǎo)致硅膠部分脫水，這樣就加速了硅膠膠結(jié)土體的加固過程，使土體的強(qiáng)度迅速增加。

加氣硅化法

加氣硅化法是預(yù)先將少量的二氧化碳?xì)怏w注入到需要加固的地基中，使土體孔隙中的空氣有一部分被二氧化碳?xì)怏w取代，從而就導(dǎo)致土體活化，接著注入水玻璃到含有二氧化碳?xì)怏w土體中，然后再次將二氧化碳?xì)怏w壓入到土體中，這樣就導(dǎo)致呈堿性的水玻璃溶液極大地吸收了二氧化碳，從而導(dǎo)致形成了自真空作用，反應(yīng)生成的硅膠可以將土中 95%～97%的孔隙填充，使得硅膠在土中的膠結(jié)作用達(dá)到最大化，從而使地基得到了充分的加固。

建筑物(構(gòu)筑物)地基的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性不能滿足正常使用要求時所采取的加固措施。如：軟土地基的強(qiáng)度——地基承載力設(shè)計(jì)值低于基礎(chǔ)的豎向荷載；地基實(shí)際變形超過地基變形容許值;地基失穩(wěn)，發(fā)生滑動的可能；地震時飽和粉砂和粉土，可能發(fā)生液化，引起噴水冒砂；巖溶(喀斯特)形成的溶洞、溶溝和土洞;濕陷性黃土遇水發(fā)生驟然濕陷；膨脹土遇水膨脹，失水收縮等等。以上情況均能危及建筑物(構(gòu)筑物)的安全，應(yīng)該進(jìn)行地基加固處理。地基加固包括：軟土地基加固、膨脹土地基加固、巖溶地基加固(喀斯特地基加固)、液化砂土地基加固、濕陷性黃土地基加固等。2100433B

分單液硅化法、雙液硅化法、加氣硅化法和電動雙液硅化法。

單液硅化法 適用于加固滲透系數(shù)為0．1～2．0m/d的濕陷性黃土和滲透系數(shù)為0．3～5．0m/d的粉細(xì)砂土。(1)加固濕陷性黃土?xí)r，使用摻入2．5%氯化鈉、濃度為10%～15%的硅酸鈉溶液。溶液壓入土層中后，鈉離子與土中水溶性鹽類內(nèi)的鈣離子產(chǎn)生離子交換反應(yīng)，在土粒間及其表面形成硅酸凝膠，增加土粒間的膠結(jié)力，使土體硬化，極限抗壓強(qiáng)度可達(dá)0．2～0．8MPa。(2)加固粉細(xì)砂時，使用在濃度較低的硅酸鈉溶液(密度1．18～1．20)內(nèi)加入一定數(shù)量的磷酸(密度1．02)，溶液在土中經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，使土體硬化，其極限抗壓強(qiáng)度可達(dá)0．4～0．6MPa。

雙液硅化法 適用于加固滲透系數(shù)為2．0～8．0m/d的砂質(zhì)土或用于防滲止水。使用密度為1．35～1．44的硅酸鈉溶液和密度為1．26～1．28的氯化鈣溶液。兩種溶液與土接觸后，產(chǎn)生凝膠化學(xué)反應(yīng)，生成硅膠和氫氧化鈣。加固土的極限抗壓強(qiáng)度可達(dá)1．5～6．0MPa。

加氣硅化法 預(yù)先往土中壓入二氧化碳或氨氣，使土活化，然后灌注硅酸鈉溶液，再壓入二氧化碳，使硅酸鈉膠凝。加固砂土?xí)r，抗壓強(qiáng)度可達(dá)1000～3000kPa。對不含碳酸鹽的砂土，由于先用二氧化碳活化，強(qiáng)度可提高20%～25%；對含碳酸鹽的砂土，通過二氧化碳活化，強(qiáng)度可提高30%～35%。加固飽和度高的濕陷性黃土?xí)r，加氣硅化法的加固半徑可比單液硅化法大50%左右。

電動雙液硅化法 適用于加固滲透系數(shù)小于0．1m/d的軟粘性土地基。用帶孔眼的注漿管作陽極，用打入土層中的鋼筋或?yàn)V水管作陰極，將硅酸鈉和氯化鈣溶液通過注漿管壓入土層中并通以直流電流，在電滲作用下，孔隙水由陽極向陰極擴(kuò)散，溶液隨水的運(yùn)動由陽極流向陰極，使注漿效果得到提高。此法加固費(fèi)用較高，必須經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)有效后才能采用。

硅化法可達(dá)到的加固半徑與土的滲透系數(shù)、灌注壓力、灌注時間和溶液的粘滯度等有關(guān)，一般為0.4～0.7米，可通過單孔灌注試驗(yàn)確定。各灌注孔在平面上宜按等邊三角形的頂點(diǎn)布置,其孔距可采用加固土半徑的1.7倍。加固深度可根據(jù)土質(zhì)情況和建筑物的要求確定，一般為4～5米。

硅酸鈉的模數(shù)值通常為2.6～3.3，不溶于水的雜質(zhì)含量不超過2%。 此法需耗用硅酸鈉或氯化鈣等工業(yè)原料，成本較高。其優(yōu)點(diǎn)是能很快地抑制地基的變形，土的強(qiáng)度也有很大提高，對現(xiàn)有建筑物地基的加固特別適用。但是，對已滲有石油產(chǎn)品、樹膠和油類及地下水pH值大于9的地基土，不宜采用硅化法加固。

硅化地基是指所用材料主要有水玻璃和氯化鈣溶液；所用設(shè)備有注液管、分配管網(wǎng)系統(tǒng)和打孔設(shè)備，包括振動打拔管機(jī)、振動鉆或三腳架穿心錘等。土的硅化加固方法主要有無壓加固法、壓力硅化法和電動硅化法等。其中壓力硅化法又分為壓力單液硅化法和壓力雙液硅化法兩種；電動硅化法為雙液硅化法。電動雙液硅化法所用水玻璃模數(shù)為2. 5～3.3．密度力1.13～1. 2lg/Crrr3，氯化鈣溶液的密度為1. 07～1. llg/C1113，適用于滲透系數(shù)小于0. Im/d的各類土；壓力雙液硅化法所用水玻璃模數(shù)為2. 5～3.3，密度為1. 35～1. 44g/cm3，氯化鈣溶液的密度為1.26~1.28g/cm3，適用于滲透系數(shù)為0. 1～8. Om/d的砂類土和黏性土；無壓或壓力單液硅化法，所用水玻璃模數(shù)為2. 5～3.3，密度為1. 13～1. 25g/cm3，適用于滲透系數(shù)為o．1～2. Om/d的濕陷性黃土。

從現(xiàn)場施工的角度來講地基，地基可分為天然地基、人工地基。地基就是基礎(chǔ)下面承壓的巖土持力層。天然地基是自然狀態(tài)下即可滿足承擔(dān)基礎(chǔ)全部荷載要求，不需要人加固的天然土層，其節(jié)約工程造價，不需要人工處理的地基。天然地基為不需要對地基進(jìn)行處理就可以直接放置基礎(chǔ)的天然土層。分為四大類：巖石、碎石土、砂土、粘性土。人工地基：經(jīng)過人工處理或改良的地基。當(dāng)土層的地質(zhì)狀況較好，承載力較強(qiáng)時可以采用天然地基；而在地質(zhì)狀況不佳的條件下，如坡地、沙地或淤泥地質(zhì)，或雖然土層質(zhì)地較好，但上部荷載過大時，為使地基具有足夠的承載能力，則要采用人工加固地基，即人工地基。2100433B