化学加固法(chemical grouting )是利用某些化学溶液注入地基土中,通过化学反应生成胶凝物质或使土颗粒表面活化,在接触处胶结固化,以增强土颗粒间的连结,提高土体的力学强度的方法。常用的加固方法有硅化加固法、碱液加固法、电化学加固法和高分子化学加固法。
化学加固则多用于湿陷事故处理。利用某些化学溶液注入地基土中,通过化学反应生成胶凝物质或使土颗粒表面活化,在接触处胶结固化,以增强土颗粒间的连结,提高土体的力学强度的方法称为化学加固法。在我国湿陷性黄土地区地基处理应用很多,并取得实践经验的化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法,其加固机理如下:
一、硅化加固法:通过打入带孔的金属灌注管,在一定的压力下,将硅酸钠(俗称水玻璃)溶液注入土中;或将硅酸钠及氯化钙两种溶液先后分别注入土中。硅化加固湿陷性黄土的物理化学过程,一方面基于浓度不大的、粘滞度很小的硅酸钠溶液顺利地渗入黄土孔隙中,另一方面溶液与土的相互凝结,土起着凝结剂的作用。
二、碱液加固:利用氢氧化钠溶液加固湿陷性黄土地基在我国始于20世纪60年代,其加固原则为:氢氧化钠溶液注入黄土后,首先与土中可溶性和交换性碱土金属阳离子发生置换反映,反映结果使土颗粒表面生成碱土金属氢氧化物。
三、电化学加固法:在地基土中打入一定数量的金属电极杆,通过电极导入直流电流,使水分从阴极排走,从而使土固结。用电化学法加固地基时,主要发生三个过程:①电渗,电渗后土大量脱水并固结;②离子交换作用,交换时吸附的钠、钙被氢及铝代替;③结构形成过程,由铝胶形成土粒结构,也可采用电流和化学溶液配合的方法使土加固,即化学溶液通过带孔的灌注管网注入土中,通电后溶液随着水的运动由阳极向阴极扩散,提高加固效果。电化学法一般用于加固渗透系数小于0.1米/日的淤泥质地基。但此法昂贵,需由专门的设备作试验,确认有效后才采用。
四、高分子化学加固法:将高分子化学溶液压入土中进行地基处理的一种方法。它适用于砂类土地基加固、帷幕灌浆,以及地下工程的止水堵漏;对坝基工程的泥化夹层与断层破碎带的加固亦有成效,如将氰凝灌入砂土后的抗压强度可达10.0兆帕。用于地基加固的高分子材料品种较多,有脲醛树脂、丙烯酰胺类(也称丙凝)、聚氨酯类(也称聚氨基甲酸酯或氰凝)等,其中以聚氨酯类比较好。60年代末,日本首先研制的TACSS灌浆材料和中国在 70年代初研制成的氰凝,都是以过量的异氰酸酯与聚醚反应而得,称为预聚体。预聚体含有一定量的游离异氰酸基(-NCO)能与水反应,当浆液灌入土中时,-NCO基遇水后在催化剂作用下,进一步聚合和交联,反应物的粘度逐渐增大而凝固,生成不溶于水的高分子聚合物,达到加固地基的目的。氰凝灌浆的特点是:遇水反应后,由于水是反应的组成部分,因此,浆液被水冲淡或流失的可能性较小;而且在遇水反应过程中放出的二氧化碳气体使浆液发生膨胀,向四周渗透扩散,又扩大了加固范围。高分子材料价格昂贵,限制了它的使用。有剧毒,施工中应有防毒措施,并应考虑对环境污染的问题。