化学灌浆加固湿陷性黄土地基分析
８６
科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
建 筑 科 学
随着社会及化工工业的发展，化学灌浆工艺的不断成熟，化学灌浆加固补强技术应用越来越广泛，化学灌浆是化学与工程相结合，应用化学科学、化学浆材和工程技术进行基础和混凝土缺陷处理，保证工程的顺利进行或借以提高工程质量的一项技术。如基础补强，基坑支护补漏，地下室、堤坝的防渗补漏，混凝土构件的补强加固等，均可采用化学灌浆的工艺，在工程实践中均取得了良好的效果。
１ 化学灌浆概述
化学灌浆是将无机或有机化学材料配
制成溶液，用化学灌浆泵等压送设备将其灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物（构筑物）裂缝修补的一种加固基础，防水堵漏和混凝土缺陷补强技术。化学浆材为一种真溶液，无悬浮粒子，能对某些细微裂隙、孔隙进行灌注，按工程需要调节浆液凝胶时间，可适宜于有流水部位的堵漏与防渗，并提高被灌物的强度。因此，化学灌浆被广泛应用于加固堤坝、隧道、桥梁、港口、码头、建筑物、矿井等防水堵漏和地基加固，还可用于油井固砂、堵水和文物保护等方面。
２ 化学灌浆治理黄土湿陷性的机理
黄土的微结构特征是黄土中的粘胶粒和碳酸钙凝成的集粒、微碎屑等矿物共同组成的架空结构和孔隙。粒状架空结构是骨架颗粒间直接接触，颗粒间连结刚度和强度均较小，在外荷载和浸水情况下发生和溃散形变，颗粒出现新的配位排列，导致不同程度的湿陷性变形；当黄土骨架颗粒
连结为非架空镶嵌排列时，颗粒间连结刚度和强度均较好时，骨架结构达到稳定状态；在荷载与水的耦合作用下只有压密变形，湿陷变形不明显，即非湿陷性黄土。微结构架空的稳定性和各地区的地理环境、地质、气候条件等密切相关，综上综合影响可归结为黄土湿陷性的敏感性。
３ 工程实例分析
试样选取具有湿陷性地质条件的黄土，通过现场的化学灌浆，取样回实验室进行常规试验及湿陷性黄土试验与原状黄土进行对比，检验化学灌浆对处理湿陷性黄土地质条件效果。３．１地质概况
试验场地位于陕西西安某工地，由地勘报告可知，场地地层自上而下分别为：素填土、粉细砂、中粗砂及粉质粘土和第四系晚更新统冲洪积粉质粘土和中砂。本次试验在第四系全新统冲洪积黄土状土上试验，据地勘得知该地层为湿陷性黄土。３．２化学灌浆试验
将表层的杂土去除后露出原状黄土，平整工作平面，在坑的中央采用人工挖掘０．５ｍ×０．５ｍ×０．５ｍ的坑，（图１）。浆液采用水玻璃—氟硅酸配方。按照配方的比例混合，进行搅拌均匀后灌入中，始终保持浆液的液面与地面相平，直到浆液不再渗入砂土为止。浆液约２４ｈ凝固，将灌浆场地用朔料薄膜封盖好。１５ｄ后，揭开薄膜，将灌浆的剖面挖开选取试样，取样的深度约１．０ｍ，在坑的四侧各取一块，取样的尺寸为１５ｃｍ×１５ｃｍ×１５ｃｍ，取样后迅速将其密封，在运输过程中应尽量保证不挠动原样，将加固后的试样进行室内黄土湿陷试验。３．３室内黄土湿陷性试验
（１）原状湿陷性黄土。
由工地的地质报告中提供的数据（表１）。
（２）加固黄土常规试验。
将取回的加固黄土用环刀取样，在室内进行常规试验和黄土湿陷性试验。加固
土的常规试验测得的数据（表２）。通过对密度与含水量的测定可得出加固后的密度与干密度均大于原状黄土，多出部分即为灌入浆液量。
（３）加固黄土湿陷性试验步骤。
①利用环刀切取两个标准试样，环切时试样加载方向应与土层受压方向一致。
②将两个试样分装在两台压缩仪上，其中一个试样在保持天然含水量状态下进行试验；另一试样在第一级加载稳定后注水加压。然后安装百分表并调整百分表读数为零。
③卸去预压荷载，两台压缩仪同时加第一级荷载，每隔一小时测记百分表读数一次，以连续两次读数差值≤０．０１ｍｍ作为压缩稳定标准，待百分表稳定读数后，再逐级加载至所需荷重。另一试样在第一级荷载稳定后，记下百分表，自上而下向容器中注水。在浸水状态下进行试验，至最后一级荷载达到稳定时为止。
将试验数据代入有关计算公式，横坐标为试样垂直压力Ｐ，高度ｈ为纵坐标，绘制四侧（１＃、２＃、３＃、４＃）的ｈ－Ｐ关系曲线，见图２～图５。３．４试验结果分析
在同一压力值下，两条曲线纵坐标之差即为该所加荷载下试样的湿陷形变量，同样可求得各级荷载下的湿陷系数δｓ，判断黄土是否为湿陷性的依据主要为湿陷系数δｓ，当δｓ＞０．０１５时为湿陷性黄土，当δｓ＜０．０１５时为非湿陷性黄土。通过计算可得出化学灌浆后的湿陷系数δｓ＜０．０１５，故判断为非湿陷性黄土。由此可见，化学灌浆对黄土的湿陷性有较好的处理效果，该方法为所处地质条件为黄土湿陷性地区处理提供了重要的工程实践依据。
４ 结语
化学浆液灌入湿陷性黄土中，由于浆液中的水将黄土中的粘胶粒和碳酸钙部分溶解，湿陷性黄土会产生附加形变。化学灌浆与浸水不同，在灌浆开始会产生一定的
化学灌浆加固湿陷性黄土地基分析
熊德闽
（广东博意建筑设计院有限公司 广东顺德 ５２８３１２）
摘 要：黄土地区基坑边坡的稳定与支护问题一直受到工程界的广泛关注，如何找到一种经济、合理的支护方式是岩土工程研究的重要课题之一。文章在土质加固方法探索和实践的基础上，通过试验，从化学的角度寻找一种适用于黄土地区基坑边坡支护的材料，从而缓解或消除黄土的湿陷性具有重要的应用价值。关键词：岩土 黄土 化学灌浆 湿陷性中图分类号：ＴＵ４７文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－３７９１（２０１１）０７（ａ）－００８６－０２
图
１
坑道化学灌浆现场图
表
１
原状湿陷性黄土的参数
表
２
试验结果
８７
科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ建 筑 科 学
附加形变，但由于浆液在较短时间内凝结，导致附加形变迅速停止。另外，黄土中的孔隙为凝胶体填充，具有一定的强度及抗水性。凝胶体充填了孔隙，使黄土的结构强度显著加强，对黄土起加固作用；黄土湿陷性的产生很大程度是因为水的作用，而凝胶体具有抵抗水的侵入功能。
本文阐述了化学灌浆及化学灌浆治理湿陷性黄土的机理，通过实际的现场试验对湿陷性黄土进行灌浆加固
处
理，灌
浆
后图２ 试样关系曲线图３ 试样关系曲线
图４ 试样关系曲线图５ 试样关系曲线
选取试样样进室内试验。由试验结果测得
加固后的湿陷性黄土湿陷性大幅度降低，化学灌浆加固后的黄土强度有所提高，抗水性能有很大的提高，从而缓解或消除黄土的湿陷性具有重要的应用价值。
参考文献
［１］刘祖典．黄土力学与工程［Ｍ］．陕西：陕
西科学技术出版社，１９９７，４．
［２］熊厚金，林天健，李宁．岩土工程化学［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１：４１２．
［３］杜嘉鸿，等．国外化学灌浆教程［Ｍ］．北
京：水利电力出版社，１９８７，２．
［４］地基处理手册编写委员会．地基处理手
册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９８，８．
１９６６年６月２７日，发生于美国Ｐａｒｋｆｉｅｌｄ的地震，地震动的峰值加速度很高，由于地震动持时很短，只有几秒，震害却不严重。合理的解释这些震害现象，需要考虑地震动持续引起的结构积累损伤破坏。基于力和基于位移的设计方法，都不能反应结构的塑性累计损伤，仅能反应首次超越引起的结构破坏，因此出现了基于能量的抗震设计方法。
对单自由度体系其实现过程为：（１）计算已知结构的质量和周期；（２）根据输入能量设计谱，计算结构的总弹性输入能量和总弹塑性输入能量；（３）采用Ｐｕｓｈ－ｏｖｅｒ方法，计算结构的滞回耗能能力；（４）如果结构的总弹塑性输入能量小于结构的滞回耗能能力，则设计满足要求，否则需要调整结构的截面尺寸等重新计算。对于多自由度体系其实现过程为：（１）将多自由度体系等效为单自由度体系，计算结构的总弹性输入能量和总弹塑性输入能量；（２）将总的弹塑性输入能量分配到各楼层；（３）采用Ｐｕｓｈｏｖｅｒ方法，计算结构各层的滞回耗能能力；（４）判别各层的滞回耗能能力是否满足设计需求。在
基于能量的抗震设计方法中，对于强地震动的考虑，主要体现在构建输入能量谱时，考虑了强地震动的影响。在本质上也是通过提高输入能量谱的谱值，从而增大总的输入能量，最终提高混凝土结构的配筋或加大截面尺寸等方法来实现的。
基于能量的抗震设计方法，目前虽未作为结构抗震设计的方法，但在结构验算时，该方法在有些国家的规范已经被应用。
４ 结语
从以上综述可以看出，目前应用或在研的抗震设计方法，主要包括基于力的抗震设计方法，基于位移的抗震设计方法，基于能量的抗震设计方法。通过综述可以看出以下几点。
（１）基于力的抗震设计方法在未来一定时期内，仍然会作为结构设计的主要方法，但应加强对这种方法设计结构的位移，耗能能力控制。
（２）基于能量和基于位移的抗震设计方法，虽然比基于力的抗震设计方法合理，但仍需要加强研究才能用于工程实际。
参考文献
［１］刘启方，袁一凡，金星，等．近断层地震
动的基本特征［Ｊ］．地震工程与工程振动，２００６，２６（１）：１～１０．
［２］李爽，谢礼立．近场脉冲型地震动对钢
筋混凝土框架结构影响［Ｊ］．沈阳建筑大学学报，２００６，２２（３）：４０６～４１０．
［３］胡聿贤．地震工程学（第２版）［Ｍ］．北京：
地震出版社，２００６．
［４］李爽．近场脉冲型地震动对钢筋混凝土
框架结构影响［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学硕士学位论文，２００５．
［５］Ｃｈａｎｄｌｅｒ Ａ Ｍ，Ｌａｍ Ｎ Ｔ Ｋ．
Ｐｒｅｆｏｒｍａｃｅ－Ｂａｓｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ Ｅａｒｔｈ－ｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ａ Ｍｕｔｉ－Ｄｉｓｃｉｐｌｉｎ－ａｒｙ Ｒｅｖｉｅｗ ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００１，２３（１２）：１５２５～１５４３．
［６］辛力，梁兴文，童岳生．基于位移的抗震设
计中结构设计承载力的取值研究［Ｊ］．地震工程与工程振动，２００９，２９（２）：３５～４１．［７］Ｓａｌａｚａｒ Ａ Ｒ ａｎｄ Ｈａｌｄａｒ Ａ．Ｅｎｅｒｇｙ
ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ａｔ ＰＲ Ｆｒａｍｅｓ ｕｎｄｅｒ ｓｅｉｓｍｉｃｌｏａｄｉｎｇ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎ－ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＡＳＣＥ，２００１，１２７（５）：５８８～５９２．
（上接８５页）