CN104831706B - 一种赤泥堆场的加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种赤泥堆场的加固方法，利用深层搅拌设备在赤泥中掺加固化剂，固化剂与赤泥发生聚合反应形成具有一定强度、深度的桩体，桩体直径500mm，桩与桩之间按照横向或纵向方向相互搭接，形成连续的横向或纵向墙体，墙体厚度同单桩直径。若干道相互平行的纵、横墙体按照一定的间距垂直交叉组合，形成网格状的格栅结构，与堆坝共同承担由赤泥堆放形成的水平侧向压力，从而提高了赤泥堆场的安全性。本发明施工简便、成本低廉。

Description

一种赤泥堆场的加固方法

技术领域

本发明涉及尾矿堆场的加固方法，特别是一种赤泥堆场的加固方法，属于土木工程和环境保护技术领域。

背景技术

赤泥（RedMud，BauxiteResidue）亦称红泥,是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，其pH值高达12左右，属于有害废渣（强碱性），对环境具有很大的污染性。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，中国作为氧化铝生产大国，每年产生的赤泥在3000万吨以上。大量的赤泥不能被充分有效地利用，只能依靠大面积的堆场堆放，赤泥堆场的安全稳定运行，对人民生命财产安全有重大影响。目前，赤泥堆放主要采用石头砌筑或碾压土体形成重力式坝体，坝内堆存赤泥。为了确保堆场的安全，重力式堆坝体积往往过大，不仅占用了较大的库容量，还占用了大量的土地，且过大的堆坝，需要大量土体，取土则会消耗大量的土地资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种赤泥堆场的加固方法，以提高赤泥堆场的安全性，同时还可减小堆坝体积，节约土地资源。

本发明采取的技术方案如下：本发明通过在赤泥中加入固化剂，固化剂与赤泥经过充分拌合形成具有一定强度的圆柱形桩体，桩与桩之间分别按照横向或纵向方向相互搭接，形成连续的横向或纵向墙体。在平面布置上，纵、横墙体按照一定的间距正交组合，纵墙垂直于堆坝，横墙平行于堆坝，形成网格状的格栅结构，与外侧堆坝共同承担赤泥形成的侧向压力，从而提高赤泥堆场的安全性。利用深层搅拌设备在赤泥中掺加固化剂，固化剂与赤泥发生聚合反应，并在反应的过程中吸收周围赤泥的水分，降低赤泥含水量，提高其强度。设计时，在形成横墙或纵墙的过程中，要求桩在沿墙体轴线方向两桩的水平搭接长度不少于50mm，通过搭接，桩与桩连接在一起，以保证墙体成为连续的整体。横墙和纵墙正交组合后，形成具有一定强度和刚度的格栅结构。这样在一定范围内的赤泥就被具有一定深度、范围、强度的连续格栅结构加固体加固，强度大大提高，减小了其对碾压土坝的侧压力。同时，由于加固体设计成连续格栅结构，整体刚度提高，其与碾压的坝体可共同抵抗赤泥产生的侧压力，提高了堆场的稳定性。固化剂采用水泥、粉煤灰。具体的，本发明给出的一种赤泥堆场的加固方法，包括以下步骤：

（1）进行加固格栅结构设计

①确定加固格栅的结构

加固格栅由若干道相互平行的横墙、纵墙垂直交叉组合而成，纵、横墙体由固化剂与赤泥、粉煤灰经过充分拌合形成的具有一定强度的圆柱形固化桩连续搭接而成。

一般情况下，横墙间距2.4m，纵墙间距1.6m。在沿墙体轴线方向，两桩水平搭接长度不少于50mm，桩体直径500mm，墙体厚度与单个固化桩直径相等。

在平面布置上，沿坝基方向的横墙长度与坝基长度一致，垂直坝基方向的纵墙长度根据整体稳定性计算确定，格栅结构由若干单元组成。

固化深度根据坝基整体稳定性计算确定，若竖向加固深度过大，可分层完成，每层加固深度以10～20m为宜。每个格栅单元尺寸为2.4×1.6m，由20根加固桩组成，格栅单元长边垂直于坝基设置。

格栅结构设计参数：加固格栅与赤泥复合体的竖向承载力特征值应大于150KPa，等效粘聚力c值应大于50kPa，固化桩桩身单轴抗压强度大于3.0MPa。格栅加固宽度：深度=1～1.5：1，其中，格栅加固宽度是指垂直于坝基的纵墙尺寸。

②确定固化桩体的材料配比

固化桩体由赤泥、固化剂、粉煤灰配置而成，固化剂选用42.5＃普通硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰。其中水泥技术质量标准应满足国家现行规范要求；粉煤灰应满足国家现行标准Ⅱ级粉煤灰标准要求。

一般情况下，固化桩体各物料的配合质量比为，赤泥：水泥：粉煤灰=80:10:10；

其中，各种材料掺量是指各组成材料的干质量占总质量的百分比计算方法：赤泥掺量=m_s/(m_s+m_c+m_f)，水泥掺量=m_c/(m_s+m_c+m_f)，粉煤灰掺量=m_f/(m_s+m_c+m_f)，其中，m_s、m_c、m_f分别为掺入的赤泥、水泥、粉煤灰质量。

（2）固化成桩

固化成桩的施工顺序为：

①固化桩定位

桩位采用全站仪测放，桩位测放偏差不大于10mm；

②钻机就位

钻机就位要求机身水平、钻杆垂直，垂直度不大于0.5%，钻头对位偏差不大于10mm，符合要求后方可钻进；

③固化剂拌合

取按步骤（2）计算的水泥、粉煤灰掺加量并倒入储灰罐，开动空压机，将储灰罐内混合料吸至混合罐内拌合20s，形成固化剂集合料；

④钻进成桩

开动钻机，将钻头预搅下沉至设计深度后保持旋转状态，开始通过输灰管将储灰罐内的固化剂集合料送至空心钻杆，经钻头出灰口外喷，送料搅拌10s后提升搅拌头，并保持连续送料，赤泥与集合料通过钻头翼片的搅拌后被固化。钻头提升至作业面下200mm时，停止喷固化剂集合料，搅拌提升钻头直至地面，形成一根固化桩；

固化桩成桩时钻头转速不低于600转/分钟，钻头提升速度控制在50～80cm/分钟；

⑤形成格栅

格栅由若干条平行于坝基的横向桩墙与垂直于坝基的纵向桩墙正交组成，横墙相互平行，墙中心间距2.4m，纵墙也相互平行，墙中心间距1.6m。桩施工顺序：由远离坝基一侧平行坝基开始，逐步向坝基方向推进；

具体加固施工时，可以安排两台以上钻机连续作业，每台钻机以32个（4排×8列）格栅单元组成一个施工单项，加固完成一个单项后再施工临近另一个单项，按附图2中1-1、1-2…1-n、2-1、2-2…2-n顺序进行，依此类推。

每个施工单项作业时，桩墙施工时连续成桩，首先完成4排横墙的施工，然后再完成8列纵墙施工，横墙与列墙正交组合后即可形成32个格栅单元。依次完成下一个单项作业。加固作业宜连续进行，最终形成具有一定强度和深度的空间格栅结构。

本发明取得的有益效果是：固化剂与赤泥发生反应生成具有一定强度的固化桩体，固化桩体相互搭接形成格栅结构，与堆坝共同承担由赤泥堆放形成的水平侧向压力，从而提高了赤泥堆场的安全性，减小了堆坝体积，节约了土地资源。此外，赤泥加固后，还减少了强碱性液体的渗漏，降低赤泥滤液对环境的污染。

附图说明

图1是格栅结构大样平面图

图2是格栅施工顺序平面图

图中标号代表的含义是：

1、加固单桩2、被固化的赤泥3、赤泥堆场坝基4、排放后自然堆放状态的赤泥5、固化桩形成的横墙6、固化桩形成的纵墙7、格栅单元8、纵横墙角点9、1-1、1-2…1-n第一台钻机的施工单项排列方式及施工顺序10、2-1、2-2…2-n第二台钻机的施工单项排列方式及施工顺序。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

某赤泥堆场设计库容700万立方米，赤泥经压滤机压滤，筑坝堆存，坝体采用库内取土筑坝方式。赤泥堆场库区底高程为920～930米，最终堆坝坝顶设计高程为1005米，长度200米。当堆坝高度达到970米时，由于赤泥含水量过大，堆场稳定安全系数不能满足要求，为保证赤泥堆场安全，采用对坝基后侧赤泥进行加固。固化范围：以初期坝内边缘为基准线，垂直于基准线60米范围内赤泥。加固桩施工采用双轴或三轴深层搅拌桩钻机进行。

具体实施过程如下：

（1）固化桩设计直径500mm，深度10m，桩与桩之间相互搭接，水平方向搭接长度50mm。每个格栅单元由20根桩组成，尺寸为2.4×1.6m，长边垂直于坝基。经计算，设计固化桩33145根。

（2）固化剂配比和拌合

根据测试赤泥含水量，经计算，每次向储灰罐内倒入普通硅酸盐水泥800kg，粉煤灰800kg，为4根桩用量。启动空压机，将水泥与粉煤灰全部吸至混合罐后拌合20s，形成固化剂集合料。

（3）钻进

固化桩采用双轴搅拌桩钻机施工，钻机就位后测试机身水平状况、钻杆垂直度，要求的技术标准：钻杆垂直度不大于0.5%，钻头对位偏差不大于10mm。

（4）成桩

检验钻机符合要求后，开动钻机将钻头预搅下沉至设计深度，然后启动空压机，开始输送固化剂集合料。通过输灰管将固化集合料送至空心钻杆，经钻头出灰口外喷。送料搅拌10s后提升钻头，边搅拌，边提升钻头，边喷射固化剂集合料，在赤泥中形成圆柱形固化桩体。成桩时钻杆转速600转/分钟，钻头提升速度50～80cm/分钟。钻头提升至赤泥面下200mm时，关闭空压机，停止喷固化剂，将钻头提升至地面，关掉电源，完成一根固化桩的施工。

（5）将钻机移至下一桩位，重复（3)～（4)步骤，直至完成格栅全部固化桩施工；

（6）检测

固化桩完成28天后取样测试，桩间赤泥含水量不大于40%，等效粘聚力c值大于50kPa，竖向承载特征值大于150kPa。测试结果见下表：

Claims (4)

1.一种赤泥堆场的加固方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）进行加固格栅结构设计

①确定加固格栅的结构

加固格栅由若干道相互平行的横墙、纵墙垂直交叉组合而成，纵、横墙体由固化剂与赤泥、粉煤灰经过充分拌合形成的具有一定强度的圆柱形固化桩连续搭接而成；

②确定固化桩体的材料配比

固化剂选用42.5＃普通硅酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰，其中水泥技术质量标准应满足国家现行规范要求；粉煤灰应满足国家现行标准Ⅱ级粉煤灰标准要求；固化桩体各物料的配合质量比为，赤泥：水泥：粉煤灰=80:10:10；

（2）固化成桩

固化成桩的施工顺序为：

①固化桩定位

桩位采用全站仪测放，桩位测放偏差不大于10mm；

②钻机就位

钻机就位要求机身水平、钻杆垂直，垂直度不大于0.5%，钻头对位偏差不大于10mm，符合要求后方可钻进；

③固化剂拌合

取按步骤（1）②计算的水泥、粉煤灰掺加量并倒入储灰罐，开动空压机，将储灰罐内混合料吸至混合罐内拌合20s，形成固化剂集合料；

④钻进成桩

开动钻机，将钻头预搅下沉至设计深度后保持旋转状态，开始通过输灰管将混合罐内的固化剂集合料送至空心钻杆，经钻头出灰口外喷，送料搅拌10s后提升搅拌头，并保持连续送料，赤泥与集合料通过钻头翼片的搅拌后被固化，钻头提升至作业面下200mm时，停止喷固化剂集合料，搅拌提升钻头直至地面，形成一根固化桩；

固化桩成桩时钻头转速不低于600转/分钟，钻头提升速度控制在50～80cm/分钟；

⑤形成格栅

桩施工顺序：由远离坝基一侧平行坝基开始，逐步向坝基方向推进，

加固作业连续进行，最终形成具有一定强度和深度的空间格栅结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于横墙间距2.4m，纵墙间距1.6m，单个桩体直径500mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在平面布置上，沿坝基方向的横墙长度与坝基长度一致，垂直坝基方向的纵墙长度根据整体稳定性计算确定，格栅结构由若干格栅单元组成，格栅单元尺寸为2.4×1.6m，由20根桩组成，格栅单元长边垂直于坝基。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在沿墙体轴线方向，两桩水平搭接长度不少于50mm，竖向加固分层完成，每层加固深度10～20m。