CN114645536B - 一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法，属于岩土工程技术领域。解决了废弃塑料工程再利用及缺陷排水桩修复问题。其技术方案为：成桩装备包括成桩装置、材料混合装置及液体外循环装置；施工方法包括以下步骤：a)预挖定位孔；b)固定成桩装置；c)开挖桩体空间；d)排空废弃泥浆；e)注入材料混合浆液；f)提升支护外壳；g)成桩阶段；h)桩基检测；i)桩基修复；j)放置排水板；k)重复步骤a)‑j)，完成施工场地内排水桩布置；l)回收设备及养护。本发明的有益效果为：本发明的塑料排水桩具有一定承载能力，且成桩过程受温度影响在一定程度上可逆，能够满足排水桩施工的要求，解决施工问题。

Description

一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法。

背景技术

废旧塑料的回收和再利用是解决塑料污染问题的有效方法之一，但在实际工程中对于废旧塑料的应用却较少。这主要是由于塑料在施工现场不便操作，施工难度较大。目前，市场上缺乏一种能够加工废旧塑料使之用于实际施工的装置。

软土主要由淤泥沉积物及少量腐殖质物质所组成土，其具有天然含水量大、压缩性高、承载能力低和抗剪强度很低的特点；因此，当建筑物使用软土作为地基土时，需要对软土地基进行处理。工程上通常采用排水固结法进行处理。排水固结法通常会用到具有一定承载能力和良好透水性的排水桩作为排水通道，可以起到加快排水固结的作用。现浇混凝土排水桩具有成桩过程不可逆的缺点，桩体出现质量缺陷时，仅能通过拔桩重做，无法进行修复，势必造成资源的浪费问题，而且水泥的烧制过程中往往会带来严重的环境污染。

因此，有必要研发一种利用废弃塑料及口罩纤维的现浇排水桩成桩装备及施工方法，以满足施工技术的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法，塑料排水桩具有一定承载能力，且成桩过程受温度影响在一定程度上可逆，能够满足排水桩施工的要求，解决施工问题。

本发明是通过如下措施实现的：一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法，包括成桩装置、材料混合装置及液体外循环装置，成桩装置包括圆筒状支护外壳和圆柱状开挖组件，支护侧壁内嵌有四根注水管道和四根抽水管道，注水管道下端连接高压喷嘴，上端连接液体外循环装置内注水软管，抽水管道上端与液体外循环装置内软管连接；支撑圆柱下端连接旋转刮刀，支撑圆柱下部安装环形加热器，支撑圆柱中空部分为注水管道，注水管道上端与液体外循环装置内注水软管连接，下端为八个水平管道与高压喷嘴连接，外部套有排水板管靴，开挖阶段，利用高压喷嘴喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件中旋转刮刀切割土体，并将切割下土体与水搅拌混合，由抽水管道将切割下的土体循环到外部沉淀池内，达到开挖桩体的效果；成桩阶段，将材料混合装置出料口与液体外循环装置进料管连接，关闭抽水阀门，并打开进料阀门，通过双向泵和抽水管道将混合后材料注入开挖的桩体空间内，使用加压板对混合材料进行加压操作，待混合材料冷却硬化后缓缓提升开挖组件至指定标高，开启单向加压泵，使高压喷嘴喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道。

进一步地，所述材料混合装置包括保护外壳、电热丝、搅拌叶片和出料口，在混合材料时，首先将废弃塑料放置于材料混合装置中，打开电热丝和搅拌叶片对塑料加热直至塑料变为熔融状态，之后投入砂料和口罩纤维，并保持温度充分搅拌后，由出料口通过连接管道注入开挖的桩体空间内；所述保护外壳与装置底板连接，装置底板上安装电热丝，电热丝上部具有两条支撑杆，支撑杆中心连接搅拌叶片，出料口安装在保护外壳下端靠近底板处。

进一步地，所述液体外循环装置包括沉淀池、注水软管、单向加压泵、软管、双向泵、进料管、进料阀门和抽水阀门，注水软管一端连接沉淀池上层，另一端与注水管道相连。

进一步地，所述成桩装置包括圆筒状支护外壳和圆柱状开挖组件，支护侧壁内嵌有四根注水管道和四根抽水管道，支撑圆柱下端连接旋转刮刀，外部套有排水板管靴。

进一步地，所述注水管道下端连接高压喷嘴，上端连接液体外循环装置内注水软管，抽水管道上端与液体外循环装置内软管连接，材料混合装置出料口与液体外循环装置进料管连接。

进一步地，当进行开挖阶段，高压喷嘴喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件中旋转刮刀切割土体，并将切割下土体与水搅拌混合，开启抽水阀门，关闭进料阀门，由抽水管道将切割下的土体循环到外部沉淀池内，达到开挖桩体的效果。

进一步地，当进行成桩阶段，将材料混合装置出料口与液体外循环装置进料管连接，关闭抽水阀门，并打开进料阀门，通过双向泵和抽水管道将混合后材料注入开挖的桩体空间内，使用加压板对混合材料进行加压操作，待混合材料冷却硬化后缓缓提升开挖组件至指定标高，开启单向加压泵，使高压喷嘴喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道。

进一步地，在混合材料时，首先将废弃塑料放置于材料混合装置中，打开电热丝和搅拌叶片对塑料加热直至塑料变为熔融状态，之后投入砂料和口罩纤维，并保持温度充分搅拌后，由出料口通过连接管道注入开挖的桩体空间内。

进一步地，所述加压板位于成桩装置圆筒状支护外壳与圆柱状开挖组件中间成桩区域内，注浆完成时放置于桩端位置，材质使用钢材制作，为薄圆筒状，不与其他结构相连。

为了更好地实现上述发明目的，本发明还提供了一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法的施工方法，包括以下步骤：

a)预挖定位孔：定位开挖排水桩位置，挖取成桩的直径大小的定位孔；

b)固定成桩装置：将成桩装置放置到定位孔中，调整开挖角度；

c)开挖桩体空间：利用高压喷嘴喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件中旋转刮刀切割土体，并将切割下土体与水搅拌混合，由抽水管道将切割下的土体循环到外部沉淀池内，达到开挖桩体的效果；

d)排空废弃泥浆：关闭单向加压泵和旋转刮刀，停止开挖土体，继续抽出废弃泥浆直至适宜注浆；

e)注入材料混合浆液：关闭抽水阀门，并打开进料阀门，通过双向泵和抽水管道将混合后材料注入开挖的桩体空间内；

f)提升支护外壳：随着混凝土浆的注入，缓慢提升支护外壳，直至满足工程注浆要求；

g)成桩阶段：完成注浆，使用加压板对混合材料进行加压操作，静置等待浆液冷却成型后，缓缓提升开挖组件至指定标高，开启单向加压泵，使高压喷嘴喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道；

h)桩基检测：使用传统检测手段，如低应变法、声波透射法和高应变法等，对桩身完整性进行检测；

i)桩基修复：若桩基存在缺陷，将开挖组件放置于排水管套靴内，使支撑圆柱下部安装的环形加热器对准桩基缺陷部位，进行加热融化缺陷处桩基材料重新养护，修复桩基缺陷；

j)放置排水板：放置环形排水板至排水管套靴内；

k)重复步骤a)-j)，完成施工场地内排水桩布置，将排水板管靴连接真空泵，并对施工场地铺设砂垫层。

l)回收设备及养护：回收成桩装置，并对成桩装置进行清洁和养护。

进一步地，步骤c中开挖方式为利用高压喷嘴喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件中旋转刮刀切割土体，达到开挖的效果；

进一步地，步骤c中切割下土体与水在旋转刮刀的作用下搅拌混合，由抽水管道将切割下的土体循环到外部沉淀池内，完成将开挖土体运输至地面的效果；

进一步地，步骤e中可以通过关闭抽水阀门，打开进料阀门，利用通过双向泵和抽水管道将混合后材料注入开挖的桩体空间内。

进一步地，步骤g中使用加压板对混合材料进行加压操作，待浆液冷却成型后，缓缓提升开挖组件至指定标高，开启单向加压泵，使高压喷嘴喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道。

进一步地，步骤i中若桩基存在缺陷，将开挖组件放置于排水管套靴内，使支撑圆柱下部安装的环形加热器对准桩基缺陷部位，进行加热融化缺陷处桩基材料重新养护，修复桩基缺陷。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明具有材料混合装置，能够在施工现场将废旧塑料熔融，并与口罩纤维和砂料混合，解决了塑料在施工现场不便操作的问题，促进废旧塑料的回收和再利用；

(2)本发明排水桩制作材料使用废弃塑料、口罩纤维和砂料，实现了废弃塑料的工程再利用，并且利用塑料受热后软化融化的特性，在一定程度上解决了排水桩初次浇筑出现缺陷桩无法进行修复的缺点，提高资源的利用率，节约人工成本和建筑成本；

(3)本发明改变传统使用预制桩施工排水桩的方法，利用装置进行现浇排水桩，能够极大的减少预制桩堆叠场地的使用，增加场地空间利用率；并且本发明利用高压水射流进行桩孔的开挖，在施工过程中，不会产生巨大的噪声对环境影响较小，且使用挖孔的方式而非预制静压桩，不具有挤土效应，有利于施工的进行，加快施工效率，节约时间；

(4)本发明利用装置的支护侧壁承担挖孔过程中孔壁的支护任务，可以有效避免因桩壁脱落导致挖孔错位或残缺，发生成桩质量问题，可以有效提高成桩质量；

(5)本发明的施工方法在不更改装置的基础上将开挖阶段的抽水管道和成桩阶段的注浆管道共用，提高装置的利用率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明的成桩装置剖面图。

图2为本发明的成桩装置顶视图。

图3为本发明中开挖组件内注水管道布置图。

图4为本发明中材料混合装置。

图5为本发明中材料混合装置剖面图。

图6为本发明中液体外循环装置示意图。

图7为本发明的施工方法示意图。

其中，附图标记为：1-1、支护侧壁；1-2、注水管道；1-3、抽水管道；1-4、高压喷嘴；1-5、加压板；2、圆柱状开挖组件；2-1、支撑圆柱；2-2、排水板管靴；2-3、旋转刮刀；2-4、注水管道；2-5、高压喷嘴；2-6、环形加热器；3-1、保护外壳；3-2、电热丝； 3-3、搅拌叶片；3-4、出料口；3-5、支撑杆；4-1、沉淀池；4-2、注水软管；4-3、单向加压泵；4-4、软管；4-5、双向泵；4-6、进料管；4-7、进料阀门；4-8、抽水阀门。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参见图1至图7，本发明提供其技术方案为，一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法，包括成桩装置、材料混合装置及液体外循环装置，成桩装置包括圆筒状支护外壳1和圆柱状开挖组件2，支护侧壁1-1内嵌有四根注水管道1-2和四根抽水管道1-3，注水管道1-2下端连接高压喷嘴1-4，上端连接液体外循环装置内注水软管4-2，抽水管道1-3上端与液体外循环装置内软管4-4连接；支撑圆柱2-1下端连接旋转刮刀2-3，支撑圆柱2-1下部安装环形加热器2-6，支撑圆柱2-1中空部分为注水管道2-4，注水管道 2-4上端与液体外循环装置内注水软管4-2连接，下端为八个水平管道与高压喷嘴2-5连接，外部套有排水板管靴2-2，开挖阶段，利用高压喷嘴1-4喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件2中旋转刮刀2-3切割土体，并将切割下土体与水搅拌混合，由抽水管道1-3 将切割下的土体循环到外部沉淀池4-1内，达到开挖桩体的效果；成桩阶段，将材料混合装置出料口3-4与液体外循环装置进料管4-6连接，关闭抽水阀门4-8，并打开进料阀门 4-7，通过双向泵4-5和抽水管道1-3将混合后材料注入开挖的桩体空间内，使用加压板1-5 对混合材料进行加压操作，待混合材料冷却硬化后缓缓提升开挖组件2至指定标高，开启单向加压泵4-3，使高压喷嘴2-5喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道。

优选地，材料混合装置包括保护外壳3-1、电热丝3-2、搅拌叶片3-3和出料口3-4，在混合材料时，首先将废弃塑料放置于材料混合装置中，打开电热丝3-2和搅拌叶片3-3 对塑料加热直至塑料变为熔融状态，之后投入砂料和口罩纤维，并保持温度充分搅拌后，由出料口3-4通过连接管道注入开挖的桩体空间内。

优选地，保护外壳3-1与装置底板连接，装置底板上安装电热丝3-2，电热丝3-2上部具有两条支撑杆3-5，支撑杆3-5中心连接搅拌叶片3-3，出料口3-4安装在保护外壳3-1下端靠近底板处。

优选地，液体外循环装置包括沉淀池4-1、注水软管4-2、单向加压泵4-3、软管4-4、双向泵4-5、进料管4-6、进料阀门4-7和抽水阀门4-8，注水软管4-2一端连接沉淀池4-1 上层，另一端与注水管道1-2相连。

本实施例中，成桩装置包括圆筒状支护外壳1和圆柱状开挖组件2，支护侧壁1-1内嵌有四根注水管道1-2和四根抽水管道1-3，支撑圆柱2-1下端连接旋转刮刀2-3，外部套有排水板管靴2-2。

本实施例中，注水管道1-2下端连接高压喷嘴1-4，上端连接液体外循环装置内注水软管4-2，抽水管道1-3上端与液体外循环装置内软管4-4连接，材料混合装置出料口3-4与液体外循环装置进料管4-6连接。

本实施例中，开挖阶段，高压喷嘴1-4喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件2 中旋转刮刀2-3切割土体，并将切割下土体与水搅拌混合，开启抽水阀门4-8，关闭进料阀门4-7，由抽水管道1-3将切割下的土体循环到外部沉淀池4-1内，达到开挖桩体的效果。

本实施例中，成桩阶段，将材料混合装置出料口3-4与液体外循环装置进料管4-6连接，关闭抽水阀门4-8，并打开进料阀门4-7，通过双向泵4-5和抽水管道1-3将混合后材料注入开挖的桩体空间内，待混合材料冷却硬化后缓缓提升开挖组件2至指定标高，开启单向加压泵4-3，使高压喷嘴2-5喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道。

本实施例中，在混合材料时，首先将废弃塑料放置于材料混合装置中，打开电热丝3-2 和搅拌叶片3-3对塑料加热直至塑料变为熔融状态，之后投入砂料和口罩纤维，并保持温度充分搅拌后，由出料口3-4通过连接管道注入开挖的桩体空间内。

本实施例中，加压板1-5位于成桩装置圆筒状支护外壳1与圆柱状开挖组件2中间成桩区域内，注浆完成时放置于桩端位置，材质使用钢材制作，为薄圆筒状，不与其他结构相连。

为了更好地实现本发明的目的，本实施例还提供了一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备及施工方法，包括以下步骤：

a)预挖定位孔：定位开挖排水桩位置，挖取成桩的直径大小的定位孔；

b)固定成桩装置：将成桩装置放置到定位孔中，调整开挖角度；

c)开挖桩体空间：利用高压喷嘴1-4喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件2 中旋转刮刀2-3切割土体，并将切割下土体与水搅拌混合，由抽水管道1-3将切割下的土体循环到外部沉淀池4-1内，达到开挖桩体的效果；

d)排空废弃泥浆：关闭单向加压泵4-3和旋转刮刀，停止开挖土体，继续抽出废弃泥浆直至适宜注浆；

e)注入材料混合浆液：关闭抽水阀门4-8，并打开进料阀门4-7，通过双向泵4-5和抽水管道1-3将混合后材料注入开挖的桩体空间内；

f)提升支护外壳：随着混凝土浆的注入，缓慢提升支护外壳1，直至满足工程注浆要求；

g)成桩阶段：完成注浆，使用加压板1-5对混合材料进行加压操作，静置等待浆液冷却成型后，缓缓提升开挖组件2至指定标高，开启单向加压泵4-3，使高压喷嘴2-5喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道；

h)桩基检测：使用传统检测手段，如低应变法、声波透射法和高应变法等，对桩身完整性进行检测；

i)桩基修复：若桩基存在缺陷，将开挖组件2放置于排水管套靴2-2内，使支撑圆柱2-1下部安装的环形加热器2-6对准桩基缺陷部位，进行加热融化缺陷处桩基材料重新养护，修复桩基缺陷；

j)放置排水板：放置环形排水板至排水管套靴2-2内；

k)重复步骤a)～j)，完成施工场地内排水桩布置，将排水板管靴2-2连接真空泵，并对施工场地铺设砂垫层。

l)回收设备及养护：回收成桩装置，并对成桩装置进行清洁和养护。

本实施例中，步骤c中开挖方式为利用高压喷嘴1-4喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件2中旋转刮刀2-3切割土体，达到开挖的效果；

本实施例中，步骤c中切割下土体与水在旋转刮刀2-3的作用下搅拌混合，由抽水管道1-3将切割下的土体循环到外部沉淀池4-1内，完成将开挖土体运输至地面的效果；

本实施例中，步骤e中可以通过关闭抽水阀门4-8，打开进料阀门4-7，利用通过双向泵4-5和抽水管道1-3将混合后材料注入开挖的桩体空间内。

本实施例中，步骤g中使用加压板1-5对混合材料进行加压操作，待浆液冷却成型后，缓缓提升开挖组件2至指定标高，开启单向加压泵4-3，使高压喷嘴2-5喷射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道。

本实施例中，步骤i中若桩基存在缺陷，将开挖组件2放置于排水管套靴2-2内，使支撑圆柱2-1下部安装的环形加热器2-6对准桩基缺陷部位，进行加热融化缺陷处桩基材料重新养护，修复桩基缺陷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备，其特征在于，包括成桩装置、材料混合装置及液体外循环装置；

所述成桩装置包括圆筒状支护外壳（1）和圆柱状开挖组件（2）；

所述圆筒状支护外壳（1）包括支护侧壁（1-1）、四根注水管道（1-2）、四根抽水管道（1-3）、高压喷嘴一（1-4）和加压板（1-5）；

所述支护侧壁（1-1）内嵌有四根注水管道（1-2）和四根抽水管道（1-3）；

所述圆柱状开挖组件（2）包括支撑圆柱（2-1）、排水板管靴（2-2）、旋转刮刀（2-3）、注水管道（2-4）、高压喷嘴二（2-5）和环形加热器（2-6）；

所述材料混合装置包括保护外壳（3-1）、电热丝（3-2）、搅拌叶片（3-3）、出料口（3-4）和支撑杆（3-5），保护外壳（3-1）与装置底板连接，装置底板上安装电热丝（3-2），电热丝（3-2）上部具有两条支撑杆（3-5），支撑杆（3-5）中心连接搅拌叶片（3-3），出料口（3-4）安装在保护外壳（3-1）下端靠近底板处；

所述液体外循环装置包括沉淀池（4-1）、注水软管（4-2）、单向加压泵（4-3）、软管（4-4）、双向泵（4-5）、进料管（4-6）、进料阀门（4-7）和抽水阀门（4-8），注水软管（4-2）一端连接沉淀池（4-1）上层，另一端与注水管道（1-2）相连接；

所述注水管道（1-2）下端连接高压喷嘴一（1-4），上端连接液体外循环装置内注水软管（4-2），抽水管道（1-3）上端与液体外循环装置内软管（4-4）连接；

所述加压板（1-5）位于成桩装置圆筒状支护外壳（1）与圆柱状1开挖组件（2）中间成桩区域内，注浆完成时放置于桩端位置，材质为钢材，形状为薄圆筒状；

所述支撑圆柱（2-1）下端连接旋转刮刀（2-3），支撑圆柱（2-1）下部安装环形加热器（2-6），支撑圆柱（2-1）中空部分为注水管道（2-4），注水管道（2-4）上端与液体外循环装置内注水软管（4-2）连接，下端为八个水平管道与高压喷嘴二（2-5）连接，外部套有排水板管靴（2-2）；

材料混合装置出料口（3-4）与液体外循环装置进料管（4-6）连接。

2.根据权利要求1所述的利用废弃塑料制作现浇排水桩的成桩装备的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)预挖定位孔：定位开挖排水桩位置，挖取成桩的直径大小的定位孔；

b)固定成桩装置：将成桩装置放置到定位孔中，调整开挖角度；

c)开挖桩体空间：利用高压喷嘴一（1-4）喷射高压水射流刮削软化土体，配合开挖组件（2）中旋转刮刀（2-3）切割土体，并将切割下土体与水搅拌混合，由抽水管道（1-3）将切割下的土体循环到外部沉淀池（4-1）内，用于开挖桩体；

d)排空废弃泥浆：关闭单向加压泵（4-3）和旋转刮刀（2-3），停止开挖土体，继续抽出废弃泥浆直至适宜注浆；

e)注入材料混合浆液：关闭抽水阀门（4-8），并打开进料阀门（4-7），通过双向泵（4-5）和抽水管道（1-3）将混合后材料注入开挖的桩体空间内；

f)提升支护外壳：随着材料混合浆液的注入，缓慢提升支护外壳（1），直至满足工程注浆要求；

g)成桩阶段：完成注浆，使用加压板（1-5）混合材料进行加压操作，静置等待浆液冷却成型后，缓缓提升开挖组件（2）至指定标高，开启单向加压泵（4-3），使高压喷嘴二（2-5）射高压水射流在桩体侧壁形成细小孔洞，作为排水桩的侧向透水通道；

h)桩基检测：使用传统检测手段，低应变法、声波透射法和高应变法，对桩身完整性进行检测；

i)桩基修复：若桩基存在缺陷，将开挖组件（2）置于排水板管靴（2-2）内，使支撑圆柱（2-1）下部安装的环形加热器（2-6）对准桩基缺陷部位，进行加热融化缺陷处桩基材料后重新养护，修复桩基缺陷；

j)放置排水板：放置环形排水板至排水板管靴（2-2）内；

k)重复步骤a)-j)，完成施工场地内排水桩布置，将排水板管靴（2-2）连接真空泵，并对施工场地铺设砂垫层；

l)回收设备及养护：回收成桩装置，并对成桩装置进行清洁和养护。

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