1、中国工程建设标准化协会标准氢氧化钠溶液碱液加固湿陷性黄土地基技术规程条文说明目次总则勘察和设计施工工程验收总则本条的规定是基于我国目前有关碱液加固的工程实例绝大部分都是用于处理非自重湿陷性黄土地基上以及以黄土为填料的填土地基上已有建筑物的湿陷事故自重湿陷性黄土地基则实践少自重湿陷性黄土地基采用碱液加固有可能产生较大的附加下沉因此本条明确本规程适用于处理非自重湿陷性黄土地基上以及以黄土为填料的填土地基上已有建筑物的湿陷事故但不排除在自重湿陷性黄土地基上采用对于这类地基如试验证明加固有效且附加下沉较小时也可采用作为一种地基加固方法碱液加固法不仅仅只限于处理黄土地基上已有建筑物的湿陷事故也可用于加固
2、地下水位以上的湿陷性黄土地基以及以黄土为填料的填土地基但是这时它与其他地基处理方法相比较往往因其造价高而被筛选掉所以只有在有条件的情况下并通过技术经济综合比较后确认为可以采用时才予采用勘察和设计黄土地基的湿陷事故是被水浸湿引起的浸水前后地基土的湿陷性质必然有较大变化因此在加固前必须进行事故处理勘察工作事故处理勘察应较一般详勘更为详细以便为合理确定地基加固深度和平面加固范围提供依据勘探深度应穿透湿陷性黄土层以便决定处理深度的下限取土间距宜为对于地下水位以下或饱和度较大如大于的黄土地基由于土孔隙中已全部或大部充满了水靠溶液自重注入将使溶液渗透速度大大减慢土中水将稀释并降低碱液的浓度同时还将降低溶液
3、温度从而影响加固效果土中已渗入油脂或有机质含量较多时溶液与土不易接触不能产生化学反应无加固作用或加固效果不好自重湿陷性黄土地基能否采用碱液加固要区别对待如自重湿陷不敏感或不太敏感的黄土地基主要分布在关中和晋东南地区仍可考虑采用这方面已有成功应用的实例如位于陕西省耀县梅家坪的陕西省焦化厂其地基为级自重湿陷性黄土按湿陷性黄土地区建筑规范应为级湿陷性黄土地基自重湿陷性土层厚但自重湿陷属于不太敏感类型年采用碱液法加固处理回收车间鼓风机室地基湿陷事故处理深度下限为附加应力与自重应力的比值等于处取得了较为满意的加固效果对大部分自重湿陷敏感的陇东陇西及陕北地区以及其他地区的新近堆积黄土在灌注碱液时如施工不当
4、可能会产生较大的附加下沉因此需要通过原位试验和采取卸荷跳孔灌液分段施工等措施确认其对建筑物不致产生明显危害时方可采用室内外试验表明当土中可溶性和交换性钙镁离子含量不少于干土时灌入氢氧化钠溶液都可得到较好的加固效果氢氧化钠溶液注入土中后土粒表层会逐渐发生膨胀和软化进而发生表面的相互溶合和胶结钠铝硅酸盐类胶结但这种溶合胶结是非水稳性的只有在土粒周围存在有和的条件下才能使这种胶结构成为强度高且具有水硬性的钙铝硅酸盐结合物这些结合物的生成将使土粒牢固胶结强度大大提高并且有充分的水稳性由于黄土中钙镁离子含量一般都较高属于钙镁离子饱和土故采用单液法加固已足够如钙镁离子含量较低则需考虑采用碱液与氯化钙溶液的
5、双液法加固为了提高碱液加固黄土的早期强度也可适当注入一定量的氯化钙溶液西安建筑科技大学在年间曾先后在四个工程的地基事故处理中采用了碱灰混合加固法它是一种把碱液加固法与生石灰桩加固法结合使用的新方法试验及实践表明它具有减少附加下沉增大加固半径节约烧碱用量和降低工程造价等优点如河北涉县某铁厂的两幢五层宿舍楼田地基浸水湿陷下沉墙体严重开裂原拟拆除重建后决定加固地基一幢采用碱液加固法一幢采用碱灰混合加固法竣工后对比后者比前者节约烧碱工程造价也相应降低了所以为进一步加以推广和使用在条件许可并通过技术经济综合比较后确认为可以采用碱灰混合加固法时建议采用碱液加固深度的确定关系到加固效果和工程造价要保证加固效
6、果良好而造价又低就需要确定一个合理的加固深度碱液加固法适宜于浅层加固加固深度不宜超过过深除增加施工难度外造价也过高当加固深度超过时应与其他加固方法进行技术经济比较后再行决定位于湿陷性黄土地基上的基础浸水后产生的湿陷量可分为由附加压力引起的湿陷以及由饱和自重压力引起的湿陷前者一般称为外荷湿陷后者称为自重湿陷有关浸水载荷试验研究资料表明外荷湿陷与自重湿陷影响深度是不同的对非自重湿陷性黄土地基只存在外荷湿陷当其基底压力不超过时外荷湿陷影响深度约为基础宽度的倍但的外荷湿陷量集中在基底下的深度范围内其下所占的比例很小对自重湿陷性黄土地基外荷湿陷影响深度则为在湿陷影响深度下限处土的附加压力与饱和自重压力的
7、比值为其值较一般确定压缩层下限标准对一般土或对软土要大得多故外荷湿陷影响深度小于压缩层深度位于黄土地基上的中小型工业与民用建筑物其基础宽度多为当基础宽度为或以上时其外荷湿陷影响深度将超过为避免加固深度过大当基础较宽也即外荷湿陷影响深度较大时加固深度可减少到这时可消除的外荷湿陷量从而大大减轻湿陷的危害对自重湿陷性黄土地基试验研究表明当地基属于自重湿陷不敏感或不很敏感类型时如浸水范围小外荷湿陷将占到总湿陷量的自重湿陷将不产生或产生的很不充分当基底压力不超过时其外荷湿陷影响深度为故本规程建议对于这类地基建议加固深度为这样可基本消除地基的全部外荷湿陷本条主要指自重湿陷很敏感的黄土地基一般其湿陷性土层厚
8、度大因而碱液加固深度大费用高又可能引起较大附加下沉故不宜采用此法由于不同场地黄土性质的差异碱液加固设计施工前应进行灌液试验及加固体的浸水载荷试验这些试验除可取得更能反映实际效果的有关加固参数外也为了便于总结经验积累资料以完善加固方法灌液试验主要为了取得灌液量与加固半径之间的关系渗透速度的快慢不同浓度碱液加固的效果加固土体无侧限抗压强度的分布规律等有关资料有条件时还应测定不同龄期的强度增长值试验土质条件应与拟加固的地基相同一般可进行单孔或群孔灌液试验碱液灌注后应在土中自然养护最少不得低于后再行开挖测定有效加固半径并取样测定加固土体的无侧限抗压强度土样应削成直径高的圆柱体由于加固体尚未完全硬化试样
9、在空气中存放不宜超过否则应进行密封存放与运输浸水载荷试验的承压板面积可取或如仅观测加固后消除湿陷的效果可在灌注溶液后再放置承压板如要同时观测加固过程中由于基础荷载或土自重所引起的附加下沉则应先放置承压板并加载到基底实际压力值然后对承压板下黄土灌注碱液并观测加固过程中的附加下沉碱液灌完后在土中自然养护再进行浸水以观测消除湿陷的效果对非自重湿陷性黄土地基一般浸水后下沉即可稳定可观察出在外荷湿陷影响深度范围内的加固效果对自重湿陷性黄土地基浸水后如继续下沉则为加固深度即外荷湿陷影响深度以下土的自重湿陷值试验表明碱液灌注过程中溶液除向四周渗透外还往灌注孔上下各外渗一部分其范围约相当于有效加固半径但灌注孔
10、以上的渗出范围由于溶液温度高浓度也相对较大故土体硬化快强度高而灌注孔以下部分则因溶液温度和浓度都已降低故强度较低因此在加固厚度计算时可将孔下部渗出范围略去而取偏于安全每一灌注孔加固后形成的加固土体可近似看作一圆柱体这圆柱体的平均半径即为有效加固半径灌液过程中水份渗透距离远较加固范围大在灌注孔四周溶液温度高浓度也相对较大溶液往四周渗透中溶液的浓度和温度都逐渐降低故加固体强度也相应由高到低试验结果表明无侧限抗压强度距离关系曲线近似为一抛物线在加固柱体外缘由于土的含水量增高其强度比未加固的天然土还低灌液试验中一般可取加固后无侧限抗压强度高于天然土无侧限抗压强度平均值以上的土体为有效加固体其值大约在之
11、间有效加固体的平均半径即为有效加固半径从理论上讲有效加固半径随溶液灌注量的增大而无限增大但实际上当溶液灌注超过某一定数量后加固体积并不与灌注量成正比这是因为外渗范围过大时外围碱液浓度大大降低起不到加固作用因此存在一个较经济合理的加固半径试验表明这一合理半径一般为碱液加固气般采用直孔很少采用斜孔如灌注孔紧贴基础边缘则有一半加固体位于基底以下已起到承托基础的作用故一般只需沿条形基础两侧或单独基础周边各布置一排孔即可如孔距为则加固体连成一片相当于在原基础两侧或四周增加一拓宽的基础如孔距超过则相当于在基础两侧或四周设置了刚性桩与周围未加固土体组成复合地基湿陷性黄土的饱和度一般在范围内变化多数在左右故溶
12、液充填土的孔隙时不可能全部取代原有水分因此充填系数取举例如下如加固黄土设其原始孔隙率为饱和度为则原有水分体积为当碱液充填系数为时则土中注入碱液为孔隙将被全部充满饱和度达考虑到溶液注入过程中可能将取代原有土粒周围的部分弱结合水这时可取充填系数为则注入碱液量为将有原有水份被挤出考虑到黄土的大孔隙性质将会有少量碱液顺大孔隙流失不一定能均匀地向四周渗透故实际施工时应使碱灌注量适当加大本规程建议取工作条件系数为土体经过化学加固后的承载能力验算可以有两种模式按垫层考虑按复合地基考虑如加固土体在基底连成一片时按垫层考虑较为合理由于加固土体强度一般较天然土可增长一倍以上故其承载力可不验算都能满足基础荷载要求这
13、时仅需验算加固土体底面处天然黄土的承载力也即将加固深度以下土层按软弱下卧层对待当灌注孔间距较大加固土体未连成一片时可近似将加固土体与周围未加固土体作为复合地基来对待这时除应验算加固土体底面处天然黄土的承载力外加固土体与基础底部接触面处的承压力也需进行验算式未考虑未加固土体的承载力偏于安全施工灌注孔直径的大小主要与溶液的渗透量有关如土质疏松由于溶液渗透快则孔径宜小如孔径过大在加固过程中大量溶液将渗入灌注孔下部形成上小下大的蒜头形加固体如土的渗透性弱而孔径较小就将使溶液渗入慢灌注时间延长溶液由于在输液管中停留时间长热量散失将使加固体早期强度偏低影响加固效果在灌注孔的填石过程中应严格控制石子粒径不超
14、过否则容易在孔上部卡住而影响灌注效果填石高度也不能超过设计埋管深度不能用棍棒在孔内捣石以防将孔周粘性土带下而填塞了石子间的孔隙使溶液无法渗入如出现这种情况只能将该灌注孔报废而在其邻近重新补孔灌注如出现填石超过设计埋管深度可采取加大灌液量措施解决碱液加固与硅化加固一样在其加固过程中也应防止出现冒浆一旦出现浆液沿管壁冒出地面应立即停止灌注将注液管四周浸湿的软土挖掉重新用天然黄土分层夯填密实再恢复灌注冒浆常因封口不严造成因此在埋注液管时应注意在其周围用粘性土分层捣实在接输送管时防止碰松注液管以防冒浆盛碱液桶也可以利用废旧汽油桶改装而成固体烧碱质量一般均能满足加固要求液体烧碱及氯化钙在使用前均应进行化
15、学成分定量分析以便确定稀释到设计浓度时所需的加水量氯化钙中悬浮颗粒易堵塞土中孔隙影响溶液渗透故其含量不得超过为降低碱液加固成本也可利用工厂废碱液进行加固但工厂用过的废碱液一般浓度较低如浓度过低则加固效果不好故明确限定其浓度不得低于年西安建筑科技大学曾在陕西省新型建材厂采用废碱液加固黄土地基原料来源为西安第二染织厂及西安漂染厂布匹漂染后的废碱液其浓度为现场试验表明在加固范围内土体无侧限抗压强度平均值为虽然比一般碱液加固法采用的溶液浓度强度略低但比同一场地天然黄土的强度仍要高出倍满足地基加固要求由于固体烧碱中仍含有少量其他成分杂质故配置碱液时应按纯含量来考虑式中忽略了由于固体烧碱投入后引起的溶液体
16、积的少许变化现将该式应用举例如下设固体烧碱中含纯为要求配置碱液浓度为则配置每立方米碱液所需固体烧碱量为采用液体烧碱配置每立方米浓度为的碱液时液体烧碱体积与所加的水的体积之和为在溶液中溶质的量为一般化工厂生产的液体烧碱浓度以质量百分浓度表示者居多故施工中用比重计测出液体烧碱比重并已知其重量百分浓度为后则每升液体烧碱中溶质含量即为故相应水的体积为举例如下设液体烧碱的重量百分浓度为比重为配制浓度为碱液时每立方米溶液中所加的液体烧碱量为碱液灌注前加温主要是为了提高加固土体的早期强度在常温下加固强度增长很慢加固后强度才略有增长温度超过以上时反应过程可大大加快连续加温即可获得较高强度温度愈高强度愈大试验表
17、明在条件下养护比常温下养护的强度增长倍在条件下养护比常温下养护的强度提高倍比常温养护提高倍因此施工时应将溶液加热到沸腾加热可用煤炭木柴煤气或通入锅炉蒸汽因地制宜碱液加固与硅化加固的施工工艺不同之处在于后者是加压灌注一般情况下而前者是无压自流灌注因此一般渗透速度比硅化法慢其平均灌注速度在之间以速度效果最好灌注速度超过意味着土中存在有孔洞或裂隙造成溶液流失当灌注速度小于时意味着溶液灌不进如排除灌注管被杂质堵塞的因素则表明土的可灌性差当土中含水量超过或饱和度超过时溶液就很难注入一般应减少灌注量或另行采取其他加固措施以进行补救在灌液过程中由于土体被溶液中携带的大量水份浸湿立即变软而加固强度的形成尚需一
18、定时间在加固土强度形成以前土体在基础荷载作用下由于浸湿软化将使基础产生一定的附加下沉为减少施工中产生过大的附加下沉避免建筑物产生新的危害应采取跳孔灌液并分段施工以防止浸湿区连成一片由于龄期强度可达到龄期强度的左右故规定相邻两孔灌注时间间隔不少于采用与的双液法加固地基时两种溶液在土中相遇即反应生成与前者将沉淀在土粒周围而起到胶结与填充的双重作用由于黄土是钙镁离子饱和土故一般只采用单液法加固但如要提高加固土强度也可考虑用双液法施工时如两种溶液先后采用同一容器则在碱液灌注完后应将容器中的残留碱液清洗干净否则后注入的溶液将在容器中立即生成白色的沉淀物从而使注液管堵塞不利于溶液的渗入为避免溶液在土中置换
19、过多的碱液中的钠离子规定两种溶液间隔灌注时间不应少于以便使先注入的碱液与被加固土体有较充分的反应时间工程验收碱液加固后土体强度有一个增长的过程故验收工作应在施工完毕以后进行碱液加固工程质量的判定除以沉降观测为主要依据外还应对加固土体的强度有效加固半径和加固深度进行测定有效加固半径和加固深度目前只能实地开挖测定强度则可通过钻孔或开挖取样测定由于碱液加固土的早期强度是不均匀的一般应在有代表性的加固土体中部取样试样的直径和高度均为试块数应不少于个取其强度平均值考虑到后期强度还将继续增长故允许加固土一个月龄期的无侧限抗压强度的平均值可不低于设计值的如采用触探法检验加固质量宜采用标准贯入试验如采用轻便触探易导致钻杆损坏碱液加固地基工程验收应按加固工程的规模和重要性而有所区别对加固工程量较小又没有进行现场试验条件的验收时除应提交竣工图及施工纪录外一般还应提交岩土工程勘察报告材料试验报告和沉降观测报告对重要工程地质条件又较复杂时一般均须进行现场灌液试验或加固体浸水载荷试验所以验收时还应提交这方面的试验报告以及测定加固土体的无侧限抗压强度的报告
