[发明专利]一种改性水玻璃固化湿陷性黄土地基的方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程地基加固领域，尤其涉及一种改性水玻璃固化湿陷性黄土地基的方法。

背景技术

我国黄土面积约6.35×10⁵ km²，其中的60％以上具有湿陷性。黄土的湿陷性对建筑工程的危害十分严重。为保证黄土区工程安全，需消除黄土湿陷性进行地基处理或加固，并且大厚度湿陷性黄土地基处理多年来一直是黄土工程研究的难点和热点。

湿陷性黄土地基处理技术可分为物理方法和化学方法。物理方法有垫层法、强夯法、挤密法、冲击压实法以及预浸水法等；化学方法主要是硅化法。

硅化法是利用注浆设备或自渗方式将以水玻璃为主剂的溶液灌注、渗透到湿陷性黄土中，达到消除黄土湿陷性、提高强度、改善水稳定性与增强抗震性的目的，目前硅化法是黄土地基处理或加固的主要化学注浆方法，其具有应用范围大、处理地基厚度大与使用灵活等特点。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，需降低基坑开挖深度，需进行原位地基处理，而该法有时也是唯一的选择。

水玻璃是硅化法的主要浆材。近年来纳米技术为研究水玻璃提供了良好的手段，揭开了水玻璃老化百年之谜。从纳米技术的观点来看，粒子越小表面存在的悬空键越多，吸附及化学反应能力越强。

刚生产出来的水玻璃中无纳米粒子的，属于真溶液；在贮放过程中如15分钟后，胶粒不断生成。在最初的贮放中，水玻璃中纳米小粒子多，其相应的粘结性能最强；随着贮存时间的延长，纳米小粒子减少，水玻璃发生老化，粘结力随之下降。水玻璃的老化性质就是纳米粒子缩聚成高聚硅酸的团聚体，团聚体是不能再水解的。溶液愈稀，粒子团聚愈快；在外界给予能量的情况下如加热改性，团聚体被解散而重新产出纳米小粒子，粘结强度再度恢复。

新的研究成果证明、解释了水玻璃的老化性质，实践中需对其进行改性、消除老化性质。传统的水玻璃固化黄土的单液硅化法，在加固湿陷性黄土地基中取得了良好效果，但还是忽视了作为主要浆材的水玻璃的老化性质，或者仅是在不自觉的状态下进行配方式的简单改性。

本发明在甘肃省科技支撑计划项目No.1011FKCA093：改性水玻璃固化黄土的水稳性机理研究课题的资助下完成。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明目的是提供一种应用简单、易于操作、成本经济的改性水玻璃固化湿陷性黄土地基的方法。该方法能有效提高湿陷性黄土地基的工程力学性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种改性水玻璃固化湿陷性黄土地基的方法，包括施工前在拟加固场地试验区进行单孔及群孔灌注试验，然后正式施工灌注。其特征在于：

a.灌注试验与正式施工灌注均采用改性水玻璃溶液进行灌注；

b.所灌注的改性水玻璃溶液的改性方法与灌注要求是：采用杂质含量不大于2%、模数2.5～3.3的水玻璃原液，使用自来水进行稀释，稀释成密度为1.10～1.15g/cm³的水玻璃稀释液；对水玻璃稀释液进行加热改性，将水玻璃稀释液加热至沸腾状态，得到加热改性水玻璃；将加热改性水玻璃用于化学灌浆施工，保证灌注时加热改性水玻璃稀释液的温度不低于60℃。

本发明还包括：按下式计算加热改性水玻璃稀释液的单孔灌注量V：

V=π×r²×h×n×α；其中：

V—加热改性水玻璃稀释液的单孔灌注量，单位m³；

r—加热改性水玻璃的扩散半径，单位m；

h—自基础底面起算的固化土厚度，单位m；

n—注浆加固前湿陷性黄土的平均孔隙率，单位%，依据工程地质勘察资料确定；

α—水玻璃溶液充填黄土孔隙的系数，取值范围0.75～0.85。

任何对水玻璃稀释溶液可加热的容器均满足要求；实施过程中需要采取必要的劳动保护措施，预防烫伤，保护眼睛，以免水玻璃溅入。

本发明提供的方法是加热改性水玻璃硅化法。本发明适用加固地下水位以上、渗透系数大于0.03×10^-3cm/s的湿陷性黄土地基。对酸性土或已渗入沥青、油脂及石油化合物的地基土，不宜采用硅化法。

本发明适用于对下列建筑物或构筑物湿陷性黄土地基的处理及加固，正式施工前按照现有技术进行现场试验确定其可行性：

1、新建的构筑物及设备基础；

2、存在不均匀沉降的既有建筑物、构筑物及设备基础；

3、浸水后黄土湿陷，地基尚未稳定的建筑物、构筑物及设备基础。