特殊地基处理化学固结法

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1、浅谈顶管中硅化加固法施工工艺在北京市五环路二期工程宛平城立交工程，我方承建了宛平城立我雨水泵站进水管线工程。其位置紧邻五环路型槽的纵向开挖上口线与东侧社会交通道路相距仅4m，雨水管线即在二者中间。此外，结合施工图纸和拆迁现场调查，管线局部开挖超出占地红线；局部雨水管线管底高程低于U型槽底，如管线采用明槽开挖，U型槽底板稳定性也将受到影响。而本工程拆迁严重滞后，工期又不能顺延，工期紧迫。在这样的条件下，经过综合分析，决定采用内径1350mm（T12）顶管施工，埋深10m左右。施工起始阶段，因顶管高程处砂卵石级

2、配不良，有塌方出现，施工中采取了以硅酸钠（水玻璃）为主剂的混合溶液进行地基化学加固方法，即硅化加固法，起到了良好效果。该方法提高了土层的强度且价格合理，设备工艺简单，技术易于掌握，使用机动灵活。现简单介绍硅化加固在此工程中的应用。化学加固法是利用化学溶液或胶结剂通过压力灌注或搅拌混合等措施将土粒胶结起来的地基处理方法。目前化学加固的浆液主要有：水泥浆液、以丙稀氨为主的浆液、以纸浆为主的浆液、以水玻璃为主的浆液。施工方法分为：高压旋喷法、旋转搅拌法、规划加固法、干粉喷射搅拌法。这些多见于建筑施工当中的地基处理

3、，国内外都有使用。本工程采用以水玻璃为主的浆液硅化加固法。1、顶管中的地质条件根据北京市政勘察设计院提供的勘探资料，雨水顶管所在区域的地质条件如下：（1）表层为人工填土，杂填土层厚0.8~6.0m。（2）其下为第四纪冲洪积成因的卵石层（局部夹漂石、细砂、亚黏土），卵石粒径一般为8~12m，最大为20cm，层厚6.5~13.3m，土壤粘聚力C=0，土壤内摩擦角ф=550。（3）其下为亚黏土层，层厚0.6~0.8m，土壤粘聚力C=30，土壤内摩擦角ф=180。（4）其下为漂石层：漂石粒径一般为20cm左右，最大

4、为30cm，层厚6.0~9.9m，土壤粘聚力C=0，土壤内摩擦角ф=550。雨水管线顶管高程基本位于第四纪的卵石层。2、塌方原因分析管道顶进过程中发现顶管前方的砂粒料层含水量较大，并发生了塌溜现象，遂停止顶进。根据土力学原理及有关数据试验资料，土体的原始粘聚力与土体料质密实时土粒间的距离有关。在一定范围内，土粒间距离减小，粘聚力增大；土粒间距离增大，粘聚力减小。鉴于上述的地质条件下，管道顶进高程正处于砂卵石层，料层松散，土颗粒之间距离较大，没有粘结即C=0，强度低。坍塌原因分析，管道顶进高程距况地面h=10

5、m，砂卵石密度r采用23.25kN/m3，将顶管上部砂卵石土层视为均匀同性的半无限弹性体。因土层间的性质差异并不十分悬殊，弹性理论计算土中应力在实用上是允许的。土体因自身重力产生的竖向应力δcz=232.5kPa，此类松散砂卵石土层承载力[δ0]=220kPa，δcz＞[δ0]，可见砂卵石层的承载应力不能承受土体自重应力。另一方面，正常状态下砂卵石土层的含水量为1%~2%。而现场酒精燃烧试验，测得顶管高程处地层砂料的含水量为3.7%左右。根据经验资料，含水量为1%~2%，ф降低8%~28%，C降低68%~9

6、7%，再加上砂卵石级配不良，含砂量较少，致使实际施工中出现管顶上部坍塌现象。雨水管线7#坑向北至6#井顶进，管顶上部塌方，进度十分缓慢，使施工无法继续进行。3、硅化加固法的选用为保证正常进度，决定采用化学加固的方法。以水玻璃为主的浆液配方较多，适用于渗透系数范围较广的土质，使用起来灵活方便。使用砂卵石硅化法加固土体颗粒可使其间胶结而形成固化粘聚力，提高土层的承载力。经过技术经济比较，决定采用水玻璃固化施工来加固管外壁土层，加固后的土体强度可达到1.0~1.5MPa，满足顶进要求。4、顶进加固范围的确定土的休

7、止角是指在某一状态下的土体可以稳定的坡度。据经验资料得知，潮湿卵石的休止角度与底宽度比为1:2.75，角度为250，内径1350mm顶管外侧下半拱砂卵石的高度为817mm，顶管右侧底宽度为无限长，顶管左侧底宽度为14~17m（左侧有U型槽底开口线），此两侧土体的休止角小于250，下半拱土体稳定，因此固化顶管外侧上半拱的土体就可以满足要求。5、施工前的准备5.1固化土层度确定水玻璃模数一般为2.4~3.8（地基加固时），其模数大小对土层加固的效果影响当当较大，模数越大越好。其浓度在36~42波美度时，水玻璃为

8、液体；浓度在50波美度时，呈粘滞性；60波美度时呈延展性。根据现况，土层加固所需承载力要大于220kPa。使用前先用水稀释，但稀释程度视土层孔隙率的大小决定，浓度高时瞬时凝固，浓度低时影响加固效果，要恰到好处。经过现场试验，确定胶凝时间13~15min。顶管处砂卵石层采用水玻璃溶液和硫酸溶液合液，其中硫酸为纯度98%的硫酸。经过试配试验确定固化溶液体积比例为：98%硫酸水溶液：98%硫酸:水=1:6水玻璃水溶液：