化学加固法

化学加固法定义：化学加固法（ChemicalStabilization）指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。一、灌浆法一、概述灌浆法（Grouting）亦称注浆法，是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成－个整体．形成～个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体“．化学注浆压密注浆压密注浆是一种静压注浆技术，采用振动钻机携带特制注浆头钻孔，直接利用钻杆作为注浆管分段注浆。与普通注浆技术相比，不需要打导孔、下花管、止浆等环节，大大提高了施工效率，振动造孔为无水钻进，减少了对土体的扰动。压密注浆采用特殊材料，既有效地控制浆液凝胶时间，确保浆液的固结强度，又节省了水泥、水玻璃等注浆材料。水泥注浆膨胀土注浆二、加固机理（一）浆液材料浆材品种和性能的好坏，又直接关系着灌浆工程的成败、质量和造价。灌浆工程中所用的浆液是由主剂（原材料）、溶剂剂（水或其它溶剂）及各种外加剂混合而成。通常所提的灌浆材料是指浆液中用的主剂。外加剂可根据在浆液中所起的作用．分为固化剂、催化剂、速凝剂、缓凝剂和悬浮剂等．1．浆液材料分类浆液材料分类的方法很多，如：（l）按浆液所处状态，可分为真溶液、悬浮液和乳化液；（2）按工艺性质，可分为单浆液和双浆液，（3）按主剂性质，可分为无机系和有机系等。（l）水泥浆材水泥浆材是以水泥浆为主的浆液，在地下水无侵蚀性条件下，一般都采用普通硅酸盐水泥（凝结硬化速度快+水化热较大）．这种浆液是一种悬浊液，能形成强度较高和渗透性较小的结石体．它取材容易、配方简单、价格便宜、不污染环境，既适用于岩土加固，也适用干地下防渗．（虎丘塔）（2）粉煤灰粉煤灰水泥浆材粉煤灰掺入普通水泥中作为灌浆材料使用，其主要作用在于节约水泥、降低成本和消化三废材料，具有较大的经济效益和社会意义．（3）硅粉水泥浆材在水泥浆中掺入硅粉及减水剂后，不仅使浆液的可罐性和稳定性改善，而且由于硅粉中的活性SiO2能与水泥水化放出的Ca（OH）2反应生成低Ca／Si的CSH凝胶，其的强度高于粗大而多孔的Ca（OH）2晶体．从面使浆液结石的强度大大提高．（4）粘土水泥浆：膨润土是一种水化能力极强、膨胀性大和分散性很高的活性粘土。（5）超细水泥2．浆液性质（1）材料的分散度分散度是影响可罐性的主要因素，一般分散度越高，可罐性就越好（2）沉淀析水性：影响罐浆质量的有害因素。（3）凝结性：初期阶段（流动性）+第二阶段（硬化）(4)热学性（5）收缩性（6）结石强度（7）渗透性：小（8）耐久性3．浆液材料选择要求（1）浆液应是真溶液而不是悬浊液．浆液粘度低，流动性好，能进入细小裂隙。（2）浆液凝胶时间可从几秒至几小时范围内随意调节，井能准确地控制，浆液一经发生凝腋就在瞬间完成。（3）浆液的稳定性好。在常温常压下，长期存放不改变性质。（4）浆液无毒无臭。对环境不污染，对人体无害，属非易爆物品。（5）桨液应对注浆设备、管路、混凝土结构物、橡胶制品等无腐蚀性，并容易清洗。（6）浆液固化时无收缩现象，固化后与岩石、混凝土等有一定粘结性。（7）浆液结石体有一定抗压和抗拉强度。不龟裂，抗渗性能和防冲刷性能好。（8）结石体耐老化性能好，能长期耐酸、碱、盐、生物细菌等腐蚀，且不受温度和湿度的影响．（9）材料来源丰富、价格低廉．（10）浆液配制方便，操作容易．（二）灌浆理论1．渗透灌浆是指在压力作用下使浆液充填土的孔隙和岩石的裂隙，排挤出孔隙中存在的自由水和气体，而基本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力相对较小。这类灌浆一般只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。代表性的渗透灌浆理论有；球形扩散理论、柱形扩散理论和袖套管法理论。是指在压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和扩散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。2、劈裂灌浆3、挤密灌浆是指通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体挤密，在注浆管端部附近形成“浆泡“。当浆泡的直径较小对，灌浆压力基本上沿着孔的径向扩展。随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的上抬力而使地面抬动．4．电动化学灌浆如地基土的渗透系数＜10cm／s，只靠一般静压力难于使浆液注入土的孔隙，此时需用电渗的作用使浆液进入土中。-4是指在施工时将带孔的注浆管作为阳极，用滤水管作为阴极，将溶液由阳极压入土中，并通以直流电，在电渗作用下，孔隙水由阳极流向阴极，促使遍电区域中土的含水量降低，并形成渗浆通路，化学浆液也随之流入土的孔隙中，并在土中硬结．电动化学灌浆是在电渗排水和灌浆法的基础上发展起来的一种加固方法。但由于电渗排水作用，可能会引起邻近既有建筑物基础的附加下沉，这一情况应于但重注意。三、设计与计算（一）设计程序和内容地基灌浆设计一般应遵循以下程序；（1）地质调查：查明地基的工程地质特性和水文地质条件；（2）方案选择；根据工程性质、灌浆目的及地质条件，初步选定灌浆方案，（3）灌浆试验；除进行室内灌浆试验外，对较重要的工程，还应选择有代表性的地段进行现场灌浆试验，以便为确定灌浆技术及灌浆施工方法提供依据；（4）设计和计算：确定各项灌浆参数和技术措施；（5）补充和修改设计；在施工朋间和竣工后的运用过程中，根据观测所得的异常情况，对原设计进行必要的调整。设计内容主要包括以下几方面；（1）灌浆标准：通过灌浆要求达到的效果和质量指标；（2）施工范围：包括灌浆深度、长度和宽度；（3）灌浆材料：包括浆材种类和浆液配方；（4）浆液影响半径；指浆液在设计压力下所能达到的有效扩散距离；（5）钻孔布置：根据浆液影响半径和灌浆体设计厚度，确定合理的孔距、排距、孔数和排数；（6）灌浆压力；规定不同地区和不同深度的允许最大灌浆压力；（7）灌浆效果评估；用各种方法和手段检测灌浆效果。（二）方案选择（1）灌浆目的如为提高地基强度和变形模量，一般可选用以水泥为基本材料的水泥浆、水泥砂浆和水泥水玻璃来筹，或采用高强度化学浆材。（2）灌浆目的如为防渗堵漏时，可采用粘土水泥浆、粘土水玻璃浆、水泥粉煤灰混合物等以及无机试剂为固化剂的硅酸盐浆液等。（3）在裂隙岩层中灌浆一般采用纯水泥浆或在水泥浆中或在水泥砂浆中掺入少量膨润土，在砂砾石层中或在溶洞中采用粘土水泥浆，在砂层中一般只采用化学浆液，在黄土中采用单液硅化法或碱液法。（4）对孔隙较大的砂砾石层或裂隙岩层中采用渗入性注浆法，在砂层灌注粒状浆材宜采用水力劈裂法；在粘性土层中采用水力劈裂法或电动硅化法，纠偏建筑物的不均匀沉降则采用挤密灌浆法。（三）灌浆标准1．防渗标准：是指渗透性的大小．防渗标准越高，表明灌浆后地基的渗透性越低．灌浆质量也就越好，这不仅体现在地基渗水量的减少，而且因为渗透性越小，地下水在介质中的流速越低，地基上发生管涌破坏的可能性就越小。2、强度和变形标准：桩、坝、振动、挡土墙3、施工控制标准：灌浆后的质量指标只能在施工结束后通过现场检测来确定。（四）灌浆体的合理位置（五）浆材及配方设计原则（p124）（六）浆液扩散半径的确定（七）孔位布置（八）灌浆压力的确定（九）其它1．灌浆量2、灌浆顺序二、水泥土搅拌法水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥（或石灰》等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理和化学反应．使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土．从而提高地基强度和变形模量。根据施工方法的不同，水泥上搅拌法分为水泥浆搅拌（国内称深层搅拌法）和粉体喷射搅拌两种，前者是用水泥浆和地基土搅拌，盾者是用水泥粉或石灰粉和地基土搅拌。一、概述1、最大限度地利用了原土；2、搅拌不会使地基土侧向挤出，所以对周围原有建筑物的影响很小；3、据不同地基土及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活；4、施工时无振动、无噪普、无污染，可在市区内和密集建筑群中进行施工；5、土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；6、与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价；7、根据上部结构的需要，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固型式；二、优点三、适用范围国外：新吹填的超软土、泥炭土和淤泥质士等饱和软土。加固场所从陆地软土到海底软士，加固深度达60m。国内：采用水泥土搅拌法加固的土质有淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kPa的粘性土和粉性土等地基．当用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性的土时，应通过试验确定其适用性。加固局限于陆上，加固深度可达18m。四、加固机理1、水泥的水解和水化反应2、粘土颗粒与水泥水化物的作用当水泥的各种水化物生成后，有的自身继续硬化，形成水泥石骨架。有的则与其周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应。离子交换和团粒化作用硬凝反应3、碳酸化作用五、水泥加固土的工程特性1、水泥土的物理性质含水量、重度、相对密度、渗透系数2、水泥土的力学性质无侧限抗压强度（300-4000kpa）：水泥掺入比、龄期、水泥标号、含水量、有机质含量、外掺剂、养护方法及温度（初期和后期）抗拉强度抗剪强度变形模量水泥土抗冻性能（-15℃）六、设计计算讨论谢谢！