利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法

1.本技术属于软土地基处理技术领域，具体涉及一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法。


背景技术：

2.当天然地基无法满足上部构筑物对地基的承载和变形要求时，通常需要进行地基处理。碎石桩可作为竖向增强体，与天然地基形成复合地基共同承担上部荷载，其具有振密挤密、置换、排水固结等作用，能有效提高地基承载能力、加速固结、减小工后沉降、避免液化现象产生等优势，已在地基处理领域广泛应用。
3.但是平原水网地区碎石材料的取材易受到地域限制，部分区域碎石资源稀缺，跨区域调用碎石无形之中造成运输成本增加。另一方面，碎石桩是一种散体材料桩，其自身不具备胶结能力，桩身承载力取决于桩周土可提供的侧向约束力，当桩周土强度较低时，碎石桩顶部易发生过量的鼓胀变形，进而导致整个复合地基的破坏。为改善碎石桩的力学性质，目前在工程中加固碎石桩的技术方法有后注浆方法，主要是采用水泥、石灰和胶凝高分子材料等进行注浆处理，虽然能取得较好的加固效果，但存在高能耗、高排放和污染环境等问题，这与中国当前正在大力推行节能减排和低碳环保的经济社会建设理念相悖。


技术实现要素：

4.本技术公开了一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法，其可以解决现有工程中加固碎石桩存在高能耗、高排放和污染环境等技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：
6.一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法，包括：
7.步骤一、固废胶结再生粗骨料桩填充料选择：
8.(1)固废组分配比设计；
9.对再生粗骨料的进行压碎值试验，以压碎值为控制标准确定建筑固废中各组分的含量；
10.(2)级配设计；
11.采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比指标进行试级配设计和控制，确定固废胶结再生粗骨料桩填充料的最优级配；
12.步骤二、固废胶结液配置；
13.将粉煤灰、盐泥、脱硫石膏按一定比例混合制成胶凝材料，再将胶凝材料与水混合制成固废胶结液；
14.步骤三、固废胶结再生粗骨料桩施工；
15.(1)组装沉管、振动头和沉管碎石桩机；
16.(2)启动振动头向下振动，当沉管底端达到设定加固深度时停止振动下沉；
17.(3)通过沉管上的装料口分批次加入再生粗骨料；
18.(4)从沉管装入再生粗骨料，测量再生粗骨料桩顶面距地面是否满足注浆高度要求，当测量结果正好等于注浆高度时，居中放置注浆管，并将注浆管与沉管固定连接；
19.(5)向沉管与注浆管之间的环形区域填充再生粗骨料并分层压实，填充至地面高度；
20.(6)开始注浆，喷料速率控制在一定范围；
21.(7)完成注浆任务后，拔出沉管和注浆管，进行清洗；
22.步骤四、筋箍再生骨料桩质量检测。
23.可选的，步骤一中，压碎值控制在15～20％，各组分包括碎石、砂浆块、红砖块以及其他料，含量分别为68％、25％、4％以及3％。
24.可选的，步骤一中，石砂比通过室内单轴加载压缩试验确定为1.8。
25.可选的，步骤二中，粉煤灰、盐泥、脱硫石膏按70:17:13的比例混合制成胶凝材料，水与胶凝材料比为0.67。
26.可选的，步骤三中，沉管下端外侧安装有多片活瓣桩靴，多片活瓣桩靴的活瓣通过焊接于沉管底端外侧的轴承固定，沉管下沉时可收拢成一圆锥体，拔管时自动张开以便碎石灌入。
27.可选的，步骤三中，沉管上端设有法兰盘，通过螺栓与振动沉管机械的振动头或者注浆管铆接。
28.可选的，步骤三中，注浆管长度为3000mm，外径为30mm，壁厚为5mm；注浆管的管壁上设置孔眼，孔眼设置在注浆管高度0mm至2000mm范围内；注浆管的管壁上等间距设置八排孔眼，每排孔眼均沿注浆管轴向排布，且每排孔眼中相邻每排孔眼的间距为50mm。
29.可选的，步骤三中，喷料速率为80～150kg/min。
30.可选的，步骤三中，沉管的拔管速度为2m/min。
31.可选的，步骤四中，筋箍再生骨料桩质量检测包括：
32.固废胶结再生粗骨料桩处理地基，检验桩及桩间土的挤密质量，以不少于设计要求为合格；
33.桩间土质量的检测位置在三角形或正方形的中心；
34.复合地基载荷试验，试验桩的数量按设计频率检验，但不少于3根，当满足极差不超过平均值30％时，可取平均值为复合地基的承载力标准值；
35.固废胶结再生粗骨料桩检验数量不少于桩孔总数的2％，检测结果如占检测总数的10％的桩未达到设计要求时，采取加桩或其它措施；
36.采用静力触探方法检验桩身密实度和桩间土的加固效果；
37.采用合适的荷载板进行复合地基的载荷试验。
38.本技术的优点在于：
39.1、以砖混建筑垃圾等再生粗骨料代替传统碎石桩法的天然碎石料，实现了建筑固废的再生利用，缓解了平原水网地区天然碎石资源不足的施工窘境，符合“双碳”背景下国家的资源绿色再生利用、可持续发展的要求。
40.2、胶结液以盐泥工业固废为主要碱性激发剂，辅以脱硫石膏，对粉煤灰中的活性sio2进行激发，生成具有胶结能力的水化硅酸钙(h-c-s)，实现固废激发固废，避免了使用传统胶凝材料带来的高能耗、高排放和污染环境等问题。
41.3、使用多孔注浆管注浆保证了注浆时胶结液与再生粗骨料之间的充分接触，从而保证了加固效果，并节约了资源。
42.4、再生粗骨料中砂浆块、红砖块、碎瓷的多孔结构能较好地吸附胶结液，在再生骨料桩桩顶加固区形成胶结层，限制桩顶附近侧向鼓胀变形，进而提高桩身承载力，减小桩顶沉降，效果显著，安全环保。
附图说明
43.图1为所提供的桩管示意图；
44.图2为所提供的注浆管示意图；
45.图3为图2中a部分的放大示意图；
46.图4为石砂比为1.8的再生骨料的偏应力-轴向应变曲线；
47.图5为石砂比为1.8的摩尔库伦包络线。
48.其中：1、沉管；2、多片活瓣桩靴；3、注浆管；4、孔眼。
具体实施方式
49.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
50.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
51.参见图1-3所示，本技术提供了一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法，包括：
52.步骤一、固废胶结再生粗骨料桩填充料选择：
53.(1)固废组分配比设计；
54.对再生粗骨料的进行压碎值试验，以压碎值为控制标准确定建筑固废中各组分的含量；
55.(2)级配设计；
56.采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比指标进行试级配设计和控制，确定固废胶结再生粗骨料桩填充料的最优级配；
57.步骤二、固废胶结液配置；
58.将粉煤灰、盐泥、脱硫石膏按一定比例混合制成胶凝材料，再将胶凝材料与水混合制成固废胶结液；
59.步骤三、固废胶结再生粗骨料桩施工；
60.(1)组装沉管1、振动头和沉管碎石桩机；
61.(2)启动振动头向下振动，当沉管1底端达到设定加固深度时停止振动下沉；
62.(3)通过沉管1上的装料口分批次加入再生粗骨料；
63.(4)从沉管1装入再生粗骨料，测量再生粗骨料桩顶面距地面是否满足注浆高度要求，当测量结果正好等于注浆高度时，居中放置注浆管3，并将注浆管3与沉管1固定连接；
64.(5)向沉管1与注浆管3之间的环形区域填充再生粗骨料并分层压实，填充至地面高度；
65.(6)开始注浆，喷料速率控制在80～150kg/min；
66.(7)完成注浆任务后，以速度2m/min拔出沉管1和注浆管3，进行清洗；
67.步骤四、筋箍再生骨料桩质量检测。
68.所述步骤一中，压碎值控制在15～20％，各组分包括碎石、砂浆块、红砖块以及其他料，含量分别为68％、25％、4％以及3％，其中，其他料包括瓷砖、木材等。
69.各组分的含量由以下方法确定：
70.初步拟定碎石：砂浆块：红砖块：其他料为60％：30％：5％：5％，测得初始压碎值。若初始压碎值大于目标压碎值，按一定梯度增加测试样碎石比例，相应地减小砂浆块、红砖块、其他料的含量；反之，则减少试样碎石比例，相应地增加砂浆块、红砖块、其他料的含量，并再次进行压碎值试验，依次进行，最终确定的碎石、砂浆块、红砖块以及其他料的含量分别为68％、25％、4％、3％为宜。
71.进一步的，在步骤一中，石砂比通过室内单轴加载压缩试验确定为1.8。
72.所述步骤二中，粉煤灰、盐泥、脱硫石膏按70:17:13的比例混合制成胶凝材料，水与胶凝材料比为0.67。
73.所述步骤三中，沉管1下端外侧安装有多片活瓣桩靴2，多片活瓣桩靴2的活瓣通过焊接于沉管1底端外侧的轴承固定，沉管1下沉时可收拢成一圆锥体，拔管时自动张开以便碎石灌入。
74.沉管1上端设有法兰盘(未图示)，通过螺栓与振动沉管机械的振动头或者注浆管铆接。
75.注浆管3长度为3000mm，外径为30mm，壁厚为5mm；注浆管3的管壁上设置孔眼4，孔眼4设置在注浆管3高度0mm至2000mm范围内；注浆管3的管壁上等间距设置八排孔眼4，每排孔眼4均沿注浆管3轴向排布，且每排孔眼4中相邻每排孔眼4的间距为50mm。
76.所述步骤四中，筋箍再生骨料桩质量检测包括：
77.固废胶结再生粗骨料桩处理地基，采用标准贯入、静力或动力触探等方法检验桩及桩间土的挤密质量，以不少于设计要求为合格；
78.桩间土质量的检测位置在三角形或正方形的中心；
79.复合地基载荷试验，试验桩的数量按设计频率检验，但不少于3根，当满足极差不超过平均值30％时，可取平均值为复合地基的承载力标准值；
80.固废胶结再生粗骨料桩检验数量不少于桩孔总数的2％，检测结果如占检测总数的10％的桩未达到设计要求时，采取加桩或其它措施；
81.采用静力触探方法检验桩身密实度和桩间土的加固效果；
82.采用合适的荷载板进行复合地基的载荷试验。
83.需要进一步说明的是，固废胶结再生粗骨料桩施工结束，应间隔一定时间再进行
质量检验。对饱和黏性土待孔隙水压力基本消散后进行，间隔时间宜为1～2周，对其它土可在施工结束后3～5天。
84.下面通过具体的实施例1及其应用场景对本技术实施例提供的一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法进行详细地说明。
85.实施例1
86.本技术实施例1提供的一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法，包括：
87.步骤一、固废胶结再生粗骨料桩填充料选择；
88.本实施例所用材料取自长沙市某建筑工地拆除废弃物经破碎筛分后得到的再生骨料。根据再生粗骨料压碎值控制标准15～20％，确定建筑固废中碎石、砂浆块、红砖块以及其他料(瓷砖、木材等)组分的含量分别为68.49％、25.75％、3.88％、1.88％为宜。
89.采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比指标进行试级配设计和控制，通过室内单轴加载压缩试验确定固废胶结再生粗骨料桩填充料的最优级配。根据单轴加载压缩试验试验结果详见图4、图5以及表1，确定再生粗骨料的最优级配如表2所示。
90.表1
91.石砂比1.01.61.82.02.5摩擦角/
°
30.239.442.443.845.7
92.表2
93.粒径/mm≤20≤10≤5≤2≤1≤0.5百分数100％40％20％10％5％0％
94.步骤二：固废胶结液配置；
95.固废胶结液中的胶凝材料以粉煤灰、盐泥、脱硫石膏按70:17:13的比例混合而成，水胶比为0.67。本实施例中采用的粉煤灰、盐泥、脱硫石膏工业废渣的物理化学性质分别详见表3、表4、表5。
96.表3
[0097][0098]
表4
[0099][0100]
表5
[0101][0102]
步骤三、固废胶结再生粗骨料桩施工方法：
[0103]
(1)组装沉管、振动头和沉管碎石桩机；
[0104]
(2)启动振动头向下振动，当沉管底端达到设定加固深度时停止振动下沉；
[0105]
(3)通过装料口分批次加入再生粗骨料；
[0106]
(4)从沉管装入再生粗骨料，测量再生粗骨料桩顶面距地面是否为2m，当测量结果正好等于2m时，居中放置注浆管，并将注浆管与沉管固定连接；
[0107]
(5)向沉管与注浆管之间的环形区域填充再生粗骨料并分层压实，填充至地面高度；
[0108]
(6)开始注浆，喷料速率控制在80～150kg/min；
[0109]
(7)完成注浆任务后，以2m/min左右的速度拔出沉管和注浆管，清洗沉管与注浆管。
[0110]
步骤四、固废胶结再生粗骨料桩质量检测：
[0111]
碎石桩施工结束，应间隔一定时间再进行质量检验。对饱和性粘土待孔隙水压力基本消散后进行，间隔时间宜为1～2周，对其它土可在施工结束后3～5天。碎石桩处理地基采用标准贯入、静力或动力触探等方法检验桩及桩间土的挤密质量，以不少于设计要求为合格。桩间土质量的检测位置应在三角形或正方形的中心。复合地基载荷试验，试验桩的数量按设计频率检验，但不少于3根，当满足极差不超过平均值30％时，可取平均值为复合地基的承载力标准值。碎石桩检验数量不少于桩孔总数的2％，检测结果如占检测总数的10％的桩未达到设计要求时，采取加桩或其它措施。采用静力触探方法检验桩身密实度和桩间土的加固效果。采用合适的荷载板进行复合地基的载荷试验。碎石桩允许偏差及桩深桩径要求如下表6所示：
[0112]
表6
[0113]
检查项目质量标准检查方法桩身垂直≤/100外观检查观测桩架和桩管垂直度桩位≤d/2检测x、y轴两个方向最大值灌料量满足每米灌料量检查施工记录曲线和钻孔检查标准贯入试验n≥10钻孔检查桩深挤密法≤100mm检查施工记录曲线或钻孔检查锤击法≤300mm/桩径挤密法-20mm尺量检查
[0114]
本技术的优点在于：
[0115]
1、以砖混建筑垃圾等再生粗骨料代替传统碎石桩法的天然碎石料，实现了建筑固废的再生利用，缓解了平原水网地区天然碎石资源不足的施工窘境，符合“双碳”背景下国家的资源绿色再生利用、可持续发展的要求。
[0116]
2、胶结液以盐泥工业固废为主要碱性激发剂，辅以脱硫石膏，对粉煤灰中的活性sio2进行激发，生成具有胶结能力的水化硅酸钙(h-c-s)，实现固废激发固废，避免了使用传统胶凝材料带来的高能耗、高排放和污染环境等问题。
[0117]
3、使用多孔注浆管注浆保证了注浆时胶结液与再生粗骨料之间的充分接触，从而保证了加固效果，并节约了资源。
[0118]
4、再生粗骨料中砂浆块、红砖块、碎瓷的多孔结构能较好地吸附胶结液，在再生骨料桩桩顶加固区形成胶结层，限制桩顶附近侧向鼓胀变形，进而提高桩身承载力，减小桩顶沉降，效果显著，安全环保。
[0119]
上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。

技术特征：
1.一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法，其特征在于，包括：步骤一、固废胶结再生粗骨料桩填充料选择：(1)固废组分配比设计；对再生粗骨料的进行压碎值试验，以压碎值为控制标准确定建筑固废中各组分的含量；(2)级配设计；采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比指标进行试级配设计和控制，确定固废胶结再生粗骨料桩填充料的最优级配；步骤二、固废胶结液配置；将粉煤灰、盐泥、脱硫石膏按一定比例混合制成胶凝材料，再将胶凝材料与水混合制成固废胶结液；步骤三、固废胶结再生粗骨料桩施工；(1)组装沉管、振动头和沉管碎石桩机；(2)启动振动头向下振动，当沉管底端达到设定加固深度时停止振动下沉；(3)通过沉管上的装料口分批次加入再生粗骨料；(4)从沉管装入再生粗骨料，测量再生粗骨料桩顶面距地面是否满足注浆高度要求，当测量结果正好等于注浆高度时，居中放置注浆管，并将注浆管与沉管固定连接；(5)向沉管与注浆管之间的环形区域填充再生粗骨料并分层压实，填充至地面高度；(6)开始注浆，喷料速率控制在一定范围；(7)完成注浆任务后，拔出沉管和注浆管，进行清洗；步骤四、筋箍再生骨料桩质量检测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，压碎值控制在15～20％，各组分包括碎石、砂浆块、红砖块以及其他料，含量分别为68％、25％、4％以及3％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，石砂比通过室内单轴加载压缩试验确定为1.8。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，粉煤灰、盐泥、脱硫石膏按70:17:13的比例混合制成胶凝材料，水与胶凝材料比为0.67。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，沉管下端外侧安装有多片活瓣桩靴，多片活瓣桩靴的活瓣通过焊接于沉管底端外侧的轴承固定，沉管下沉时可收拢成一圆锥体，拔管时自动张开以便碎石灌入。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，沉管上端设有法兰盘，通过螺栓与振动沉管机械的振动头或者注浆管铆接。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，注浆管长度为3000mm，外径为30mm，壁厚为5mm；注浆管的管壁上设置孔眼，孔眼设置在注浆管高度0mm至2000mm范围内；注浆管的管壁上等间距设置八排孔眼，每排孔眼均沿注浆管轴向排布，且每排孔眼中相邻每排孔眼的间距为50mm。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，喷料速率为80～150kg/min。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，沉管的拔管速度为2m/min。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，筋箍再生骨料桩质量检测包
括：固废胶结再生粗骨料桩处理地基，检验桩及桩间土的挤密质量，以不少于设计要求为合格；桩间土质量的检测位置在三角形或正方形的中心；复合地基载荷试验，试验桩的数量按设计频率检验，但不少于3根，当满足极差不超过平均值30％时，可取平均值为复合地基的承载力标准值；固废胶结再生粗骨料桩检验数量不少于桩孔总数的2％，检测结果如占检测总数的10％的桩未达到设计要求时，采取加桩或其它措施；采用静力触探方法检验桩身密实度和桩间土的加固效果；采用合适的荷载板进行复合地基的载荷试验。

技术总结
本申请公开了一种利用固废胶结再生粗骨料进行软土地基处理的施工方法，该方法在桩体上部通过多孔注浆管注入新型盐泥激发粉煤灰胶结液。胶结液以盐泥工业固废为主要碱性激发剂，辅以脱硫石膏，对粉煤灰中的活性SiO2进行激发，生成具有胶结能力的水化硅酸钙(H-C-S)，实现固废激发固废，避免了使用传统胶凝材料带来的高能耗、高排放和污染环境等问题。使用多孔注浆管注浆保证了注浆时胶结液与再生粗骨料之间的充分接触，从而保证了加固效果，并节约了资源。再生粗骨料中砂浆块、红砖块、碎瓷的多孔结构能较好地吸附胶结液，在再生骨料桩桩顶加固区形成胶结层，限制桩顶附近侧向鼓胀变形，进而提高桩身承载力，减小桩顶沉降，效果显著，安全环保。安全环保。安全环保。


技术研发人员：龙军 张玲 陈昀灏 陈智超 邓孟超 徐泽宇 王颖
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：2023.02.10
技术公布日：2023/7/21