CN103306278B - 环保轻质材料桩处理软土地基的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保轻质材料桩处理软土地基的方法，包括如下步骤：1）环保轻质材料桩的材料准备；2）环保轻质材料桩的成桩设备：3）打桩机就位，启动振动锤将引孔桩管打桩至设计深度；4）上拔引孔桩管保证活动底门桩尖完全打开；5）将拌和好的环保轻质混合料往引孔桩管的下料口第一次下料；6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的环保轻质混合料2～6次，形成密实、扩径的桩体；7）第二次下料，冲击重锤夯击桩顶2～5次；8）继续提升引孔桩管直至引孔钢管底部提升离地面30-50cm，移位打桩机，用土填平桩顶并夯实或碾压；9）重复步骤3）～8），至软土地基加固处理完毕。本发明的有益效果：加固效果好、材料变废为宝、成本低廉且环保。
Description
技术领域
本发明属于土木工程建设中深厚软土进行浅层加固处理领域，具体涉及一种环保轻质材料桩处理软土地基的方法。
背景技术
我国地域广袤，软土分布范围广，无论在沿海、内陆平原，还是在西部山区，工程建设中经常遇到软土地基的处理问题，软土的成因、结构和形态虽然不同，但都有含水量大、压缩性高、强度低和透水性差的特点。
针对沿江、河、湖泊等地域的深厚沉积性软土、湿地软土，利用传统技术的地基处理时，往往造价较高，施工技术复杂，并且容易破坏建筑物之外的原始生态环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种环保轻质材料桩处理软土地基的方法，该方法可通过挤密、轻质置换、排水及化学固结、柔性基桩的承力形成表层持力层，其既满足地基上部荷载及变形要求的同时，又不破坏地基深处及周边的土体结构及水系渗透结构，保证建筑物之外的原始生态环境，以达到经济环保，地基加固效果好的目的。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
环保轻质材料桩处理软土地基的方法，包括如下步骤：
1）环保轻质材料桩的材料准备：环保轻质材料桩的材料包括下述三种原料:①生石灰，②水泥或废石膏或硫酸钠粉末，③粉煤灰、炉渣、矿渣中的任意一种或任意二种以上（含二种）的混合；按各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②水泥1～3份或废石膏0.01～2份或硫酸钠粉末0.01～1份，③粉煤灰或炉渣或矿渣按任意配比共2～9份；选取以上各原料；
将上述各原料混合搅拌2~3min，得到轻质活性材料（即环保轻质混合料）；
2）环保轻质材料桩的成桩设备：①引孔桩管的准备：引孔桩管由引孔钢管和活动底门桩尖组成，引孔钢管底部铰接开合式活动底门桩尖，活动底门桩尖由3～6瓣活动钢片组成；引孔钢管的顶部外周边固定有振动锤（即引孔钢管穿过空心振动锤的中心孔，振动锤的中心孔的孔径与引孔钢管的直径匹配）；引孔钢管的上部侧壁还开设有引孔桩管的下料口；②在打桩机上设置冲击卷扬机，冲击卷扬机通过打桩机架顶定滑轮和钢丝绳与冲击重锤连接，钢丝绳通过冲击卷扬机的控制导引冲击重锤在引孔钢管内上下自由活动；
3）打桩机就位，提升冲击重锤至引孔钢管上部，闭合引孔桩管底部的活动底门桩尖，启动振动锤将引孔桩管打桩至设计深度（打桩机就位前有：加固地面的平整、桩位测量放线）；
4）上拔引孔桩管50～100cm，启动冲击卷扬机使冲击重锤连续冲击引孔桩管底部1～3次（冲击重锤位于引孔桩管内），以保证引孔桩管底部的活动底门桩尖完全打开；
5）将拌和好的轻质活性材料（即环保轻质混合料）通过运输车辆接料斗（或下料斗）往引孔桩管的下料口第一次下料（此时，冲击重锤提升至下料口的上方），下料量保证能达1～1.5m桩长；
6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）1～6次，保证引孔桩管底部的环保轻质混合料形成密实、扩径的桩体，再将冲击重锤通过钢丝绳牵吊至引孔桩管的上部；
7）通过引孔桩管的下料口第二次下料至设计桩顶并超10～30cm桩高，然后一边通过振动锤振动上拔引孔钢管，一边启动冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体，待引孔桩管底部的活动底门桩尖即将上拔离开地面时，用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1~5次，达到扩大桩体顶部的桩头的目的；
8）继续提升引孔桩管直至引孔钢管底部提升离地面30-50cm，移位打桩机，用土填平桩顶并夯实或碾压；
9）重复步骤3）～8），至软土地基加固处理完毕。
按上述技术方案，步骤1）所述的原料还包括第四种原料，为陶粒砂或风积沙，各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②水泥1～3份或废石膏0.01～2份或硫酸钠粉末0.01～1份，③粉煤灰或炉渣或矿渣按任意配比共2～9份，④陶粒砂或风积沙按任意配比共1～6份；将四种原料一起混合。
按上述技术方案，步骤1）所述的混合为：将上述各原料装入混合料计量集料系统的固定料斗内，并通过皮带运输机输入混料集料斗内均匀搅拌2~3min，得到轻质活性材料（即环保轻质混合料），然后由混料集料斗直接卸入运输车辆接料斗内；
混合料计量集料系统包括固定料斗、皮带运输机、混料集料斗、支柱和运输车辆接料斗，固定料斗的输出口与皮带运输机的输入端连接，皮带运输机的输出端位于混料集料斗的输入口的上方，混料集料斗的输出口与运输车辆接料斗相连，运输车辆接料斗的高度不超过混合集料斗的最低面，支柱支撑在混料集料斗的两侧；混合料计量集料系统用于拌和及运输轻质材料。
按上述技术方案，当需要形成底部和顶部都扩径的哑铃型桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）2～6次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体2～5次；
当仅需要底部扩径的扩底桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）2～6次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1～2次；
当仅需要顶部扩径的丁字型桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）1～2次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体2～5次；
当需要形成柱状桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）1～2次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1～2次。
本发明的工作原理：将生石灰、水泥(或废石膏或硫酸钠粉末，或其二种、三种的混合)与粉煤灰(或炉渣或矿渣)[或再加入第4种原料：陶粒砂或风积沙]按一定比例混合搅拌，使之成为可遇水反映并能固化的轻质活性材料（即环保轻质混合料），并通过本发明的处理方法，将该轻质活性材料桩夯击扩径，使之在软土中形成桩顶、桩底的单端或双向端的轻质活性材料扩径桩，以便能更好的与地基土复合承力。
环保轻质材料桩加固软土地基从机理而言，其包含了轻质材料置换、成桩引孔挤密、排水固结和化学固结、半刚性桩基复合承力的机理。其分为物理加固和化学加固两个作用：
（1）物理加固包括吸水、膨胀挤密、桩身置换，物理作用一般在7天内完成；
（2）化学作用包括反应热作用、离子交换作用、凝胶作用，化学作用速度缓慢，桩身强度的增长可延续1年以上。
本发明的有益效果是：1、该方法通过对软土的浅层处理，形成轻质承力层，该承力层组合了轻质材料置换、挤密、固结和桩基复合承力的地基加固机理，其加固效果好，既满足地基上部荷载及变形要求，又不破坏处理层以下及周边的软土结构，不对软基处理加固层深度以下及以外的地下水路通道产生损害（即，又不破坏水系渗透结构），保证建筑物之外的原始生态环境；2、施工方便、快速、材料成本低廉环保，桩基质量耐久性长，经济环保；3、施工工艺适应性强，适合于土木工程建设的不同土质的陆域工程软基处理，用于公路、铁路、码头堆场、市政工程等领域处理软基的经济效益高。
附图说明
图1是本发明环保轻质材料桩的成桩流程示意图。
图2是混合料计量集料系统的结构示意图。
图3是环保轻质材料桩的成桩步骤示意图。
图4是几种成型的环保轻质材料桩桩型的结构示意图。
图中：1-固定料斗，2-皮带运输机，3-混合集料斗，4-支柱，5-钢丝绳，6-冲击重锤，7-振动锤，8-引孔钢管，9-活动底门桩尖，10-下料口。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
实施例1：参照图1~图3所示，本发明所述的环保轻质材料桩处理软土地基的方法，包括如下步骤：
1）环保轻质材料桩的材料准备：环保轻质材料桩的材料为下述三种原料:①生石灰，②水泥，③粉煤灰；按各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②水泥1～3份，③粉煤灰2～9份；选取以上各原料；
将上述原料装入混合料计量集料系统的固定料斗1内，并通过皮带运输机2输入混料集料斗3内均匀搅拌2~3min，得到轻质活性材料（即环保轻质混合料），然后由混料集料斗直接卸入运输车辆接料斗内；
如图2所示，混合料计量集料系统包括固定料斗1、皮带运输机2、混料集料斗3、支柱4和运输车辆接料斗，固定料斗1的输出口与皮带运输机2的输入端连接，皮带运输机2的输出端位于混料集料斗3的输入口的上方，混料集料斗3的输出口与运输车辆接料斗相连，运输车辆接料斗的高度不超过混合集料斗的最低面，支柱4支撑在混料集料斗3的两侧；混合料计量集料系统用于拌和及运输轻质活性材料（即环保轻质混合料）；
2）环保轻质材料桩的成桩设备：①引孔桩管的准备：引孔桩管由引孔钢管8和活动底门桩尖9组成，引孔钢管8底部铰接开合式活动底门桩尖9，活动底门桩尖9由3～6瓣活动钢片组成；引孔钢管8的顶部外周边固定有振动锤7（即引孔钢管8穿过空心振动锤7的中心孔，振动锤7的中心孔的孔径与引孔钢管8的直径匹配）；引孔钢管8的上部侧壁还开设有引孔桩管的下料口10；②在打桩机上设置冲击卷扬机，冲击卷扬机通过打桩机架顶定滑轮和钢丝绳5与冲击重锤6连接，钢丝绳5通过冲击卷扬机的控制导引冲击重锤6在引孔钢管8内上下自由活动；
3）如图3（a）所示，打桩机就位（打桩机就位前有：加固地面的平整、桩位测量放线，如图1所示），提升冲击重锤6至引孔钢管8上部，闭合引孔桩管底部的活动底门桩尖9，启动振动锤7将引孔桩管打桩至设计深度，如图3（b）所示；
4）上拔引孔桩管50～100cm，启动冲击卷扬机使冲击重锤6连续冲击引孔桩管底部1～3次（冲击重锤位于引孔桩管内），以保证引孔桩管底部的活动底门桩尖9完全打开，如图3（c）所示；
5）将拌和好的轻质活性材料（即环保轻质混合料）通过运输车辆接料斗（或下料斗）往引孔桩管的下料口10第一次下料（此时，冲击重锤提升至下料口的上方），下料量保证能达1～1.5m桩长；
6）开启冲击重锤6连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）1～6次，保证引孔桩管底部的环保轻质混合料形成密实、扩径的桩体，再将冲击重锤6通过钢丝绳5牵吊至引孔桩管的上部，如图3（d）所示；
7）通过引孔桩管的下料口10第二次下料至设计桩顶并超10～30cm桩高，然后一边通过振动锤7振动上拔引孔钢管8，一边启动冲击重锤6夯击引孔桩管内的桩体，如图3（e）所示，待引孔桩管底部的活动底门桩尖9即将上拔离开地面时，用冲击重锤6夯击引孔桩管内的桩体2~5次，达到扩大桩体顶部的桩头的目的，如图3（f）所示；
8）继续提升引孔桩管直至引孔钢管8底部提升离地面30-50cm，移位打桩机，用土填平桩顶并夯实或碾压；
9）重复步骤3）～8），至软土地基加固处理完毕。
如图4所示，当需要形成图4（a）所示的底部和顶部都扩径的哑铃型桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）2～6次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体2～5次；
当仅需要图4（b）所示的底部扩径的扩底桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）2～6次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1～2次；
当仅需要图4（c）所示的顶部扩径的丁字型桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）1～2次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体2～5次；
当需要形成图4（d）所示的柱状桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料（即环保轻质混合料）1～2次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1～2次。
通过实施证明，本发明的方法适用于加固粉土、粘土、砂质粉土、泥炭土、腐质土等软弱地基，其加固效果好。
实施例2：
与实施例1基本相同，不同之处在于步骤1）中：环保轻质材料桩的材料准备：环保轻质材料桩的材料为下述三种原料:①生石灰，②废石膏，③炉渣；按各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②废石膏0.01～2份，③炉渣2～9份；选取以上各原料。
其它同实施例1。
通过实施证明，本发明的方法适用于加固粉土、粘土、砂质粉土、泥炭土、腐质土等软弱地基，其加固效果好。
实施例3：
与实施例1基本相同，不同之处在于步骤1）中：环保轻质材料桩的材料准备：环保轻质材料桩的材料为下述三种原料:①生石灰，②硫酸钠粉末，③矿渣；按各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②硫酸钠粉末0.01～1份，③矿渣2～9份；选取以上各原料；
其它同实施例1。
通过实施证明，本发明的方法适用于加固粉土、粘土、砂质粉土、泥炭土、腐质土等软弱地基，其加固效果好。
实施例4：
与实施例1基本相同，不同之处在于步骤1）中：环保轻质材料桩的材料准备：环保轻质材料桩的材料包括下述三种原料:①生石灰，②废石膏，③粉煤灰、炉渣二种的混合；按各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②废石膏0.01～2份，③粉煤灰、炉渣共2～9份（粉煤灰、炉渣可任意配比）；选取以上各原料；
其它同实施例1。
通过实施证明，本发明的方法适用于加固粉土、粘土、砂质粉土、泥炭土、腐质土等软弱地基，其加固效果好。
实施例5：
与实施例1基本相同，不同之处在于步骤1）中：环保轻质材料桩的材料准备：环保轻质材料桩的材料包括下述三种原料:①生石灰，②硫酸钠粉末，③粉煤灰、炉渣和矿渣的混合；按各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②硫酸钠粉末0.01～1份，③粉煤灰、炉渣、矿渣共2～9份（粉煤灰、炉渣、矿渣可任意配比）；选取以上各原料；
其它同实施例1。
通过实施证明，本发明的方法适用于加固粉土、粘土、砂质粉土、泥炭土、腐质土等软弱地基，其加固效果好。
实施例6：
与实施例1-5基本相同，不同之处在于步骤1）中：环保轻质材料桩的材料为四种原料。 增加第四种原料——陶粒砂，④陶粒砂所占重量份数为1～6份。
其它同实施例1-5。
通过实施证明，本发明的方法适用于加固粉土、粘土、砂质粉土、泥炭土、腐质土等软弱地基，其加固效果好。
实施例7：
与实施例1-5基本相同，不同之处在于步骤1）中：环保轻质材料桩的材料为四种原料。 增加第四种原料——风积沙，④风积沙所占重量份数为1～6份。
其它同实施例1-5。
通过实施证明，本发明的方法适用于加固粉土、粘土、砂质粉土、泥炭土、腐质土等软弱地基，其加固效果好。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此采用与本例相同或相近方法，或依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
Claims (4)
1. 环保轻质材料桩处理软土地基的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）环保轻质材料桩的材料准备：环保轻质材料桩的材料包括下述三种原料：①生石灰，②水泥或废石膏或硫酸钠粉末，③粉煤灰、炉渣、矿渣中的任意一种或任意一种以上的混合；按各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②水泥1～3份或废石膏0.01～2份或硫酸钠粉末0.01～1份，③粉煤灰或炉渣或矿渣按任意配比共2～9份；选取以上各原料；
将上述各原料混合搅拌2~3min，得到轻质活性材料；
2）环保轻质材料桩的成桩设备：①引孔桩管的准备：引孔桩管由引孔钢管和活动底门桩尖组成，引孔钢管底部铰接开合式活动底门桩尖，活动底门桩尖由3～6瓣活动钢片组成；引孔钢管的顶部外周边固定有振动锤；引孔钢管的上部侧壁还开设有引孔桩管的下料口；②在打桩机上设置冲击卷扬机，冲击卷扬机通过打桩机架顶定滑轮和钢丝绳与冲击重锤连接，钢丝绳通过冲击卷扬机的控制导引冲击重锤在引孔钢管内上下自由活动；
3）打桩机就位，提升冲击重锤至引孔钢管上部，闭合引孔桩管底部的活动底门桩尖，启动振动锤将引孔桩管打桩至设计深度；
4）上拔引孔桩管50～100cm，启动冲击卷扬机使冲击重锤连续冲击引孔桩管底部1～3次，以保证引孔桩管底部的活动底门桩尖完全打开；
5）将拌和好的轻质活性材料通过运输车辆接料斗往引孔桩管的下料口第一次下料，下料量保证能达1～1.5m桩长；
6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料1～6次，保证引孔桩管底部的环保轻质混合料形成密实、扩径的桩体，再将冲击重锤通过钢丝绳牵吊至引孔桩管的上部；
7）通过引孔桩管的下料口第二次下料至设计桩顶并超10～30cm桩高，然后一边通过振动锤振动上拔引孔钢管，一边启动冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体，待引孔桩管底部的活动底门桩尖即将上拔离开地面时，用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1~5次，达到扩大桩体顶部的桩头的目的；
8）继续提升引孔桩管直至引孔钢管底部提升离地面30-50cm，移位打桩机，用土填平桩顶并夯实或碾压；
9）重复步骤3）～8），至软土地基加固处理完毕。
2.如权利要求1所述的环保轻质材料桩处理软土地基的方法，其特征在于：步骤1）所述的原料还包括第四种原料，为陶粒砂或风积沙，各原料所占重量份数为：①生石灰1～8份，②水泥1～3份或废石膏0.01～2份或硫酸钠粉末0.01～1份，③粉煤灰或炉渣或矿渣按任意配比共2～9份，④陶粒砂或风积沙按任意配比共1～6份；将四种原料一起混合。
3.如权利要求1所述的环保轻质材料桩处理软土地基的方法，其特征在于：步骤1）所述的混合为：将上述各原料装入混合料计量集料系统的固定料斗内，并通过皮带运输机输入混料集料斗内均匀搅拌2~3min，得到轻质活性材料，然后由混料集料斗直接卸入运输车辆接料斗内；
混合料计量集料系统包括固定料斗、皮带运输机、混料集料斗、支柱和运输车辆接料斗，固定料斗的输出口与皮带运输机的输入端连接，皮带运输机的输出端位于混料集料斗的输入口的上方，混料集料斗的输出口与运输车辆接料斗相连，运输车辆接料斗的高度不超过混合集料斗的最低面，支柱支撑在混料集料斗的两侧；混合料计量集料系统用于拌和及运输轻质材料。
4.如权利要求1所述的环保轻质材料桩处理软土地基的方法，其特征在于：当需要形成底部和顶部都扩径的哑铃型桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料2～6次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体2～5次；
当仅需要底部扩径的扩底桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料2～6次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1～2次；
当仅需要顶部扩径的丁字型桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料1～2次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体2～5次；
当需要形成柱状桩时，步骤6）开启冲击重锤连续冲击引孔桩管内的轻质活性材料1～2次，步骤7）中用冲击重锤夯击引孔桩管内的桩体1～2次。
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