CN110761276B - 一种利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，在传统水泥土桩施工后，利用沉管技术在桩中间形成空心，后将预搅拌好的含发酵菌的秸秆压入桩空心中,由于秸秆发酵会产生大量热量，该热量可以确保水泥土桩中水泥土桩水化反应所需要的养护温度；本发明不但可以提高水泥土桩的强度，还可以大量消耗秸秆等废弃物，适合大范围的推广，具有良好的应用前景。

Description

一种利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺

技术领域

本发明涉及一种利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，属于水泥土桩养护工艺领域。

背景技术

水泥土桩是一种传统的地基处理方法，广泛的用于提高地基承载力、大坝防渗、基坑支护等各种工程建设活动中，确保水泥土桩的承载质量尤为重要；水泥土桩加固或改善地基的本质在于通过在软土或淤泥中加入水泥、石灰等固化材料，利用固化材料与土、水发生的水化反应产生胶结材料，从而达到提高水泥土强度、降低水泥土渗透性能等目的；显然，水泥土桩在施工后，水泥土能否发生高效的水化反应对于水泥土桩而言，至关重要。现有研究显示，水泥土发生水化反应的效率与其周围环境的温度密切相关，温度越高，水化反应效率越高，水泥土的初期强度及最终强度越高，当环境温度小于5度时，一般水泥土水化反应受到极大影响，所以工程中一般要求水泥土施工在温度大于5度时开展。

实验室中，水泥土一般采取标准养护方式进行养护，温度在20摄氏度左右，然而，在实际工程中，水泥土桩水化反应环境往往达不到标准养护条件；如经常为了赶工期，需要在冬季施工，温度较低，另外，无论是原位喷浆搅拌成桩，还是先成孔，后灌入水泥土成桩，水泥土桩都处于地下；众所周知，地下表层（0-10m）的温度受地表气温的影响，再往下存在恒温层（温度一般小于10度，大部分在4到5度间），恒温层以下，地层温度会随深度的增加而增加，工程中，水泥土桩一般都在10-20m之间，恰好处于表层到恒温层之间。因此，实际工程中，水泥土发生水化反应实际的环境温度较低，这就是导致现场水泥土桩的强度相对于实验室养护条件下水泥土强度折损严重的主要因素；显然，如能提高现场底层下水泥土桩水化反应时周边环境的温度，对于提高水泥土桩的成桩质量的提高意愿重大。

目前，能源桩技术研究较热，该技术是利用桩内部的通道，提取地热资源（如地下温泉），将地热资源用于人类生活需要；在使用过程中，由于地下温泉需要通过桩中通道输送到地面，如申请号为201210476105.5的发明公开了一种地热能采集桩基，由管桩、导热液体、分流板、盖板、底板、导热管、集热器等部分组成，桩底采用钢筋混凝土完全封闭，顶部设置钢筋混凝土盖板，在盖板上设置多个孔洞，在管桩内部空腔内设置分流板，在分流板靠近底部的位置设置多个孔洞，管桩空腔内注满导热液体，导热管穿过盖板上的孔洞深入到管桩空腔内的导热液体中，导热管与集热器连接，并与管桩空腔一起形成一个循环通道；也就是说能源桩一般要求较高，传统的水泥土桩若采用能源桩技术获得水化反应所需的温度环境，造价太高，因此，对于水泥土桩而言，需要寻找低价的热源。

对于我国而言，每年都会产生大量的秸秆，秸秆资源化利用一直受到政府大力推行，将秸秆发酵制作有机肥，是目前秸秆资源化利用的重要方法，需要指出，秸秆在发酵过程中，会产生大量的热能，如何有效利用秸秆发酵过程中产生的热能，很有意义。

发明内容

本发明提供一种利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，不但可以提高水泥土桩的强度，还可以大量消耗秸秆等废弃物，适合大范围的推广，具有良好的应用前景。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，包括以下步骤：

第一步：搅拌形成水泥土桩或灌注形成水泥土桩；

第二步：水泥土桩施工1-2天后，向水泥土桩内灌入一根钢管，接着将灌入的钢管抽出，在水泥土桩中形成发酵孔洞；

第三步：将秸秆粉碎，加入秸秆发酵剂搅拌，搅拌后的秸秆放置在土工布袋中，在土工布袋内中心插入花管，花管的一端插入土工布袋中，其另一端伸出土工布袋；第四步：将第三步中制作完毕的土工布袋装入发酵孔洞中，在水泥土桩表面覆设土工膜；

第五步：将伸出土工布袋的若干根花管的另一端均连接软管，若干软管均与总管连通，总管的端头与空气压缩机连接；

第六步：置于土工布袋中的秸秆在水泥土桩内发酵，定期通过空气压缩机向发酵孔洞内通入空气；

第七步：土工布袋内的秸秆在发酵过程中，定期打开土工布袋，向土工布袋内添加粉碎后的秸秆；

第八步：对水泥土桩养护达到90天后，停止向土工布袋内添加新的粉碎后的秸秆，将土工布袋取出，向发酵孔洞内灌入流态固化土，直至发酵孔洞填满流态固化土；

第九步：将土工布袋内的秸秆发酵残留物收集整理，用作肥料；

作为本发明的进一步优选，前述发酵孔洞的直径为水泥土桩直径的0.1-0.3倍；

作为本发明的进一步优选，前述的钢管灌入水泥土桩，钢管的底端与水泥土桩底部之间的距离为50cm；

作为本发明的进一步优选，前述的秸秆发酵剂由切碎的秸秆、畜禽粪和人粪尿混合而成，且三者的重量比为7:2:1；其中，切碎的秸秆的含水率为75%，切碎的秸秆的长度小于5cm；

作为本发明的进一步优选，前述的秸秆发酵剂由切碎的秸秆、畜禽粪、人粪尿和低温发酵剂混合而成，且四者的重量比为6.995:2:1:0.005；其中，切碎的秸秆的含水率为75%，切碎的秸秆的长度小于5cm；

作为本发明的进一步优选，在第六步中，置于土工布袋中的秸秆在水泥土桩内发酵，每发酵七天作为一个周期，通过空气压缩机向发酵孔洞内融入空气；

作为本发明的进一步优选，前述花管选用PVC材质制成。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明利用农作物秸秆在发酵过程中会产生大量热量的特点，利用秸秆发酵过程中产生的热量为水泥土桩水化反应提供良好的高温环境，最终实现水泥土桩强度的增大；

2、在发酵孔成孔时，由于成孔钢管的挤压，一方面，会使钢管周围的水泥土桩更加密实，提高桩身质量，另一方面，会扩大桩的直径，提高桩的承载力。

3、本发明秸秆在发酵完毕后形成的产物可以进行回收，用于田间或者植物生长时的肥料。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的结构示意图。

图中：1为水泥土桩，2为发酵孔洞，3为花管，4为止水层。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明包括以下特征部件：1为水泥土桩，2为发酵孔洞，3为花管，4为止水层。

本申请的技术要点在于在传统水泥土桩施工后，在桩中心利用沉管技术在桩中间形成空心，后将预搅拌好的含发酵菌的秸秆压入桩空心中；由于秸秆发酵会产生大量热量，该热量可以确保水泥土桩中水泥土桩水化反应所需要的养护温度。

图1所示，是本发明的优选实施例中涉及到的结构，包括在水泥土桩内设置若干发酵孔洞，每个发酵孔洞内布设土工布袋，土工布袋内布设满粉碎后的秸秆，在土工布袋的中心位置插设有花管，花管的一端伸出土工布袋，同时所有伸出土工布袋的花管的一端通过软管连通至总管，总管与空气压缩机连通；

基于上述结构，采用的养护工艺包括以下步骤：

第一步：搅拌形成水泥土桩或灌注形成水泥土桩；

第二步：水泥土桩施工1-2天后，向水泥土桩内灌入一根钢管，钢管的底端与水泥土桩底部之间的距离为50cm，接着将钢管抽出，此时水泥土桩水化反应尚弱，且有一定强度，方便钢管灌入水泥土桩，同时钢管拔出以后，在水泥土桩中形成发酵孔洞，发酵孔洞底部与水泥土桩底部之间有50cm的距离，此距离作为防水层，防止地下水进入发酵孔洞中，且发酵孔洞的直径为水泥土桩直径的0.1-0.3倍；

需要说明的是，桩中间空越大，桩自身的抗压能力越小，所以发酵孔洞不能无限大，但发酵孔洞太小，能够放入的发酵的秸秆很少，发酵产热小，其次，发酵孔洞太小，发酵孔洞距桩周边距离大，热能无法传递到桩周；所以，发酵孔洞不能太大，也不能太小，要结合秸秆发酵情况，水泥土的导热情况等综合确定，优先选用0.1-0.3倍桩径的0.1-0.3倍；

因为桩在地下，会有地下水，中间发酵孔洞不能穿透桩底，这样地下水会进入桩孔中，影响秸秆发酵；正常的水泥土桩直径在60cm左右，所以发酵孔洞底部与桩底之间保持50cm厚度，可以确保地下水由桩底深入桩孔的时间要大于由桩周深入桩孔的时间，这个时间在200-300天，远大于水泥养护所需的90天时间；

第三步：将秸秆粉碎，加入秸秆发酵剂搅拌，搅拌后的秸秆放置在土工布袋中，在土工布袋内中心插入花管，花管选用PVC材质制成，花管的一端插入土工布袋中，其另一端伸出土工布袋，花管位于土工布袋内部分的周围挤满粉碎的秸秆，且土工布袋的直径略小于发酵孔洞的直径；

加入的秸秆发酵剂有两种选择，实施例1：由切碎的秸秆、畜禽粪和人粪尿混合而成，且三者的重量比为7:2:1；其中，切碎的秸秆的含水率为75%，切碎的秸秆的长度小于5cm；

实施例2：由切碎的秸秆、畜禽粪、人粪尿和低温发酵剂混合而成，且四者的重量比为6.995:2:1:0.005；其中，切碎的秸秆的含水率为75%，切碎的秸秆的长度小于5cm；

针对实施例2的选择，是因为方便在冬天施工，因此放入一些低温发酵剂，加速发酵；

第四步：将第三步中制作完毕的土工布袋装入每个发酵孔洞中，在水泥土桩表面覆设土工膜，花管具有一定的强度，在土工布袋中起导向作用，在水泥土桩表面覆设土工膜，防止发酵产生的热能散失；

第五步：将伸出土工布袋的若干根花管的另一端均连接软管，若干软管均与总管连通，总管的端头与空气压缩机连接；

第六步：置于土工布袋中的秸秆在水泥土桩内发酵，每7天作为一个周期，通过空气压缩机向发酵孔洞内通入空气；通空气的目的是使得发酵在有氧环境下进行，提高发酵速率；现有研究显示，一般7-10天左右，堆肥发酵需要翻倒一次，促进空气流通，所以本发明中采取7天通一次气；

第七步：土工布袋内的秸秆在发酵过程中，定期打开土工布袋，向土工布袋内添加粉碎后的秸秆，确保发酵持续到需要的时间；

第八步：对水泥土桩养护达到90天后，停止向土工布袋内添加新的粉碎后的秸秆，将土工布袋取出，向发酵孔洞内灌入流态固化土，直至发酵孔洞填满流态固化土；

对水泥土桩养护的时间选定90天的原因是，试验证明，一般90天以后，水泥水化反应完全，水泥土强度不再增加，此时再提高温度的话，影响并不显著；

第九步：将土工布袋内的秸秆发酵残留物收集整理，用作肥料；

本发明利用农作物秸秆在发酵过程中会产生大量热量的特点，在水泥土桩施工后的七天内，在桩中心形成可以形成发酵孔洞，其内存放搅拌了发酵剂的秸秆，让秸秆在发酵孔内发酵形成热量，为水泥土桩水化反应提供良好的高温环境，改善水泥土水化反应质量，提高水泥土桩的强度。相对于传统的技术，本方法能够在发酵孔中形成50-60度的高温，在此温度环境下，水泥土的强度能提高50%以上；本质上，本发明是利用秸秆生物能，改善水泥土桩地下水化反应温度环境，提高成桩质量，同时，发酵后的产物，还可以回田或用于植物生长的肥料；综上，本技术不但可以提高水泥土桩的强度，还可以大量消耗秸秆等废弃物，所以具有良好的应用前景。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：搅拌形成水泥土桩或灌注形成水泥土桩；

第二步：水泥土桩施工1-2天后，向水泥土桩内贯入一根钢管，接着将贯入的钢管抽出，在水泥土桩中形成发酵孔洞；

第三步：将秸秆粉碎，加入秸秆发酵剂搅拌，搅拌后的秸秆放置在土工布袋中，在土工布袋中心插入花管，花管的一端插入土工布袋中，其另一端伸出土工布袋；第四步：将第三步中制作完毕的土工布袋装入发酵孔洞中，在水泥土桩表面覆设土工膜；

第五步：将伸出土工布袋的若干根花管的另一端均连接软管，若干软管均与总管连通，总管的端头与空气压缩机连接；

第六步：置于土工布袋中的秸秆在水泥土桩内发酵，定期通过空气压缩机向发酵孔洞内通入空气；

第七步：土工布袋内的秸秆在发酵过程中，定期打开土工布袋，向土工布袋内添加粉碎后的秸秆；

第八步：对水泥土桩养护达到90天后，停止向土工布袋内添加新的粉碎后的秸秆，将土工布袋取出，向发酵孔洞内贯入流态固化土，直至发酵孔洞填满流态固化土；

第九步：将土工布袋内的秸秆发酵残留物收集整理，用作肥料。

2.根据权利要求1所述的利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，其特征在于：前述发酵孔洞的直径为水泥土桩直径的0.1-0.3倍。

3.根据权利要求1所述的利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，其特征在于：前述的钢管贯入水泥土桩，钢管的底端与水泥土桩底部之间的距离为50cm。

4.根据权利要求1所述的利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，其特征在于：前述的秸秆发酵剂由切碎的秸秆、畜禽粪和人粪尿混合而成，且三者的重量比为7:2:1；其中，切碎的秸秆的含水率为75%，切碎的秸秆的长度小于5cm。

5.根据权利要求1所述的利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，其特征在于：前述的秸秆发酵剂由切碎的秸秆、畜禽粪、人粪尿和低温发酵剂混合而成，且四者的重量比为6.995:2:1:0.005；其中，切碎的秸秆的含水率为75%，切碎的秸秆的长度小于5cm。

6.根据权利要求1所述的利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，其特征在于：在第六步中，置于土工布袋中的秸秆在水泥土桩内发酵，每发酵七天作为一个周期，通过空气压缩机向发酵孔洞内融入空气。

7.根据权利要求1所述的利用秸秆生物能的水泥土桩原位保温养护工艺，其特征在于：前述花管选用PVC材质制成。

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