CN114908731A - 一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩及其施工方法 - Google Patents

一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩及其施工方法 Download PDF

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孙立强
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Abstract

本发明属于地基处理技术领域，公开了一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩及其施工方法，是将固体废弃物颗粒填充在土工织物层内部并且振捣密实，流态固化土浇筑在固体废弃物颗粒之间填充孔隙，养护成型的一种新型桩体；现场施工方法可提高成桩质量和承载力，主要包括钢套筒成孔并放置土工织物层，填筑固体废弃物颗粒，浇筑流态固化土，振动拔出钢套筒，养护成型等过程。本发明可增强桩体粘结强度，减小桩体空隙，充分保障成桩质量，克服传统散体桩自身强度低、变形大、粘结力低的缺点，施工简单，整体造价低，提高散体桩在软土地基中承载力和应用范围；并且实现较好的对固体废弃物和废弃泥土进行资源无害化利用，降低碳排放效果显著。

Description

一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩及其施工方法
技术领域
本发明属于地基处理技术领域，具体的说，是涉及一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩及其施工方法。
背景技术
我国每年均会产生大体量的固体废弃物和废弃泥土；其中，固体废弃物包括建筑废弃砖渣、混凝土废弃物、硬塑料等，废弃泥土包括河湖底泥、河道疏浚、工程渣土等。固体废弃物和废弃泥土的堆放问题已经给环境带来了巨大挑战。因此，对其进行资源化处置可大量消耗上述废弃物，同时能够变废为宝，降低社会碳排放。
散体桩作为一种地基处理中常用的桩型，具有固结快、施工成本低等优势，但存在沉降大、桩身强度低、粘结强度低等问题，亟需提出一种能够减小散体桩变形，提高其桩身强度的桩型和施工技术。
发明内容
本发明要解决的是传统散体桩自身强度低、变形大、粘结力低等技术问题，提供了一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩及其施工方法，将固体废弃物颗粒通过振捣密实至土工织物层内部，并浇筑流态固化土填充散体孔隙，养护成型后具有成桩质量好、承载力高等优点；并且施工方便简单，后期固结快；同时能够高效消耗大量固体废弃物，实现其资源化利用，经济效益和社会效益明显。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩，包括土工织物层，固体废弃物颗粒、流态固化土，所述固体废弃物颗粒填充在土工织物层内部并且振捣密实，流态固化土浇筑在所述固体废弃物颗粒之间填充孔隙。
进一步地，所述土工织物层由土工织物围制而成，所述土工织物能够透水且阻挡所述流态固化土。
进一步地，所述固体废弃物颗粒为建筑废弃砖渣颗粒、废弃混凝土颗粒、废弃硬塑料颗粒中的至少一种。
进一步地，所述流态固化土包括固化原料土、固化剂和水，所述固化剂占固化原料土的质量百分数为5％-20％；所述固化原料土为地下工程渣土、疏浚泥、现场泥土中的至少一种，所述固化剂包括水泥、矿渣、粉煤灰。
根据本发明的另一个方面，提供了上述土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工方法，包括如下步骤：
(1)清理整平地表，在变形锥端闭合状态下，将钢套筒打入地基中，直至所述钢套筒底端达到至桩体的设计标高后，停止打入并将其拔出；
所述变形锥端设置在所述钢套筒的底端，由多个叶片拼合构成，每个叶片顶端与所述钢套筒底端边缘铰接，实现所述变形锥端的闭合和敞开两种状态；所述变形锥端的闭合状态下，通过临时固定使所述叶片拼合为尖端朝下的圆锥形壳体；所述变形锥端的敞开状态下，所述叶片不受外力约束而自然垂落；
所述钢套筒顶部设置有进料口，所述进料口用于所述固体废弃物颗粒的进料；
(2)通过连接钢丝绳的环状体将所述土工织物层由下到上套进所述钢套筒内部；所述环状体通过所述钢丝绳悬吊能够在所述钢套筒内部移动；
(3)在所述变形锥端闭合状态下，将内部套有所述土工织物层的所述钢套筒打入地基中，直至所述钢套筒打入至桩体的设计标高后，停止打入；并且在所述土工织物层内部插入喷射管，所述喷射管用于喷射流态固化土；
(4)通过所述进料口向所述土工织物层内部灌入设定量的所述固体废弃物颗粒，灌入后通过振捣所述钢套筒使所述固体废弃物颗粒密实，振捣时间不少于2分钟；
(5)在保持振捣的条件下，利用所述喷射管喷射所述流态固化土，每次喷射所述流态固化土的喷射量需满足填充孔隙比达到85％以上，达到设定喷射量后静置5-10分钟；
(6)通过边振捣边上拔的方式同步提升所述钢套筒与所述喷射管，所述钢套筒和所述喷射管的每次提升高度为步骤(4)中所述固体废弃物颗粒的振捣后高度；
(7)重复步骤(4)-步骤(6)，直至所述钢套筒完全拔出地基，并且满足所述固体废弃物颗粒的灌入量、所述流态固化土的浇筑量不小于设计要求，成桩完成后进行养护。
进一步地，所述土工织物层的直径小于所述钢套筒的内径1-5cm，所述钢套筒的高度大于桩体长度2-4m，所述进料口设置在距离钢套筒顶端50-100cm处。
进一步地，步骤(2)的所述土工织物层由下到上套进所述钢套筒内部的具体操作为：所述土工织物层顶部与所述环状体固定连接后，通过所述钢丝绳将所述环状体在所述钢套筒内部由下到上提升，使所述土工织物层完全进入所述钢套筒内部；所述土工织物层提升至所述进料口的下端。
进一步地，步骤(4)中每次灌入所述固体废弃物颗粒的设定量按照填充桩身长度的15％-30％进行计算。
进一步地，步骤(5)中所述流态固化土的喷射速度为0.8～1.8m/min。
进一步地，步骤(6)中所述钢套筒与所述喷射管的提升速度为0.4-0.8m/min，并且每提升0.5m后停拔留振30-60s。
本发明的有益效果是：
本发明的土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩及其施工方法，将固体废弃物破碎成颗粒用作成桩材料，利用流态固化土填充其孔隙，并在外侧设置土工织物套筒以增强其抵抗变形能力；通过分层填筑的方式，振动密实固体废弃物颗粒，浇筑流态固化土，上拔钢套筒成桩。一方面，养护成型后可增强桩体粘结强度，减小桩体空隙，充分保障成桩质量，克服传统散体桩自身强度低、变形大、粘结力低的缺点，施工简单，整体造价低，提高散体桩在软土地基中承载力和应用范围。另一方面，实现较好的对固体废弃物和废弃泥土进行资源无害化利用，降低碳排放效果显著。
附图说明
图1为本发明所提供土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的结构示意图；
图2为本发明所提供土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的地基处理示意图；
图3为本发明所提供土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工过程示意图。
上述图中：1、土工织物层；2、固体废弃物颗粒；3、流态固化土；4、软土地基；5、钢套筒；6、变形锥端；7、环状体；8、喷射管；9、进料口；10、钢丝绳。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1和图2所示，本发明提供了一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩，包括土工织物层1，固体废弃物颗粒2、流态固化土3，固体废弃物颗粒2填充在土工织物层1内部振捣密实，并且浇筑流态固化土3填充孔隙。
土工织物层1由土工织物围制成顶部和底部均敞口的圆筒状，该土工织物能够透水，且阻挡流态固化土3流出。土工织物强度不低于60kN/m，屈服应变不低于5％。土工织物层1能够保障固体废弃物颗粒2颗粒分布均匀，从而增大散体材料抵抗变形能力和抗剪强度，避免发生缩颈等不良现象，进而提高单桩承载能力和抵抗变形能力。
固体废弃物颗粒2可为建筑废弃砖渣颗粒、废弃混凝土颗粒、废弃硬塑料颗粒等，实现变废为宝，节能环保。固体废弃物颗粒2的破碎指数不超过28，密实度不低于0.83，含泥量小于5％，级配连续。固体废弃物颗粒2的具体原材料选择、颗粒级配等，应根据桩身强度、刚度和地基承载力、变形等要求确定。其中，选用硬塑料作为桩体材料时，由于其自身密度较小，具有减轻地基中应力的特点，能够大大提高地基的承载能力。
流态固化土3由固化原料土、固化剂和水配置而成，其中固化剂占固化原料土的质量百分数为5％-20％为宜，水占固化原料土的质量百分数为70％-200％为宜。固化原料土可为地下工程渣土、疏浚泥、现场泥土等，固化剂主要由水泥、矿渣、粉煤灰等组成，固化剂的技术性能指标应符合现行行业标准《土壤固化外加剂》的有关规定。本发明提供了一种流态固化土3中固化剂的优选配比，即水泥：矿渣：粉煤灰的质量比为(2-4)：(2-4)：1。根据需求，还可在流态固化土3掺入一定量纤维以提高其强度。其中，优选采用玄武岩纤维，玄武岩纤维占固化原料土的质量百分数为0.3％-0.5％。
流态固化土3的混合料应使用专门机械搅拌，搅拌时间不少于2分钟，以搅拌均匀、和易性流动性满足要求为准。养护完成后，流态固化土3的强度要求不低于0.6MPa，塌落度为80mm-220mm，符合固化土现行行业标准《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》。流态固化土3具有质量轻、现浇施工简单方便，免振捣的优点，具有极大的经济性。更重要的使，通过浇筑流态固化土3能够克服固体废弃物颗粒2粘结力低的缺点，提高桩体整体的抗拔承载力。
如图3所示，本发明的土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩，其施工方法按照以下步骤进行：
(1)清理整平地表，在变形锥端6闭合状态下，将钢套筒5打入软土地基4中，直至钢套筒5底端达到至桩体的设计标高后，停止打入并将其拔出，如图3a所示。这样，不仅可以检测地基的均匀程度，更方便二次打桩的顺利进行。
本发明的土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩除适用于软土地基4之外，还适用于除多年冻土、强盐渍土、过盐渍土地区的大多数地基。
钢套筒5为顶部和底部均敞口的钢制圆筒结构，钢套筒5的高度以大于桩体长度2-4m为佳。变形锥端6设置在钢套筒5的底端，有闭合和敞开两种状态。变形锥端6由6-8瓣叶片拼合构成，每个叶片顶端与钢套筒5底端边缘铰接。变形锥端6的闭合状态下，通过钢丝环等套在所有叶片外部进行临时固定，所有叶片拼合为尖端朝下的圆锥形壳体；变形锥端6的敞开状态下，叶片不受外力约束自然垂落。叶片顶端与钢套筒5底端边缘铰接可以有多种形式，只要满足叶片能够相对于钢套筒5灵活转动即可；例如叶片顶端设置单耳板，钢套筒5底端边缘设置双耳板，单耳板插入双耳板并在耳孔中插装销轴，销轴的轴线于钢套筒5底端圆形相切。
钢套筒5打入软土地基4之前，通过钢丝环等套在所有叶片外部进行临时固定，变形锥端6为闭合状态。钢套筒5打入软土地基4过程中，变形锥端6始终为闭合状态，其朝下的尖端能够减小灌入阻力，并且保持钢套筒5内部无地基土进入。钢套筒5拔出软土地基4过程中，用于临时固定的钢丝环自然脱落，变形锥端6的叶片在重力作用下自动张开，变形锥端6变为敞开状态。
钢套筒5顶部侧壁设置有进料口9，进料口9与进料装置连接，用于后续固体废弃物颗粒2的进料施工操作。进料口9一般设置在距离钢套筒5顶端50-100cm处。
(2)钢套筒5完全拔出软土地基4后，通过连接钢丝绳10的环状体7，将土工织物层1由下到上套进钢套筒5内部，如图3b和图3c所示。土工织物层1的直径小于钢套筒5的内径1-5cm。
环状体7通常为钢制圆环形结构，其外径小于钢套筒5的内径2-3cm。环状体7通过钢丝绳10悬吊能够在钢套筒5内部自由移动。
土工织物层1顶部与环状体7固定连接后，通过钢丝绳10将环状体7在钢套筒5内部由下到上提升，则使土工织物层1完全进入钢套筒5内部。土工织物层1提升至进料口9下端停止，避免遮挡进料口9。
(3)在变形锥端6闭合状态下，将内部套有土工织物层1的钢套筒5打入软土地基4中，直至钢套筒5打入至桩体的设计标高后，停止打入；并且在土工织物层1内部插入喷射管8，一般插入至距离钢套筒5底部50-100cm处，喷射管8用于喷射流态固化土3；如图3d所示。
(4)通过钢套筒5顶部的进料口9向土工织物层1内部灌入设定量的固体废弃物颗粒2，如图3e所示；灌入后通过振捣钢套筒5使固体废弃物颗粒密实，振捣时间不少于2分钟，此时间确定由室内模拟实验得出，振捣2分钟后固体废弃物颗粒2的密实度达到85％。
每次灌入固体废弃物颗粒2的设定量按照填充桩身长度的15％-30％进行计算。
振捣可保障固体废弃物颗粒2颗粒密实度达到相应要求，保障桩体强度。
(5)在保持振捣钢套筒5的条件下，利用喷射管8喷射流态固化土3，如图3f所示；喷射速度控制在0.8～1.8m/min为宜。每次喷射流态固化土3的喷射量需满足填充孔隙比达到85％以上，达到设定喷射量后静置5-10分钟。
可使流态固化土3在自身重力、喷射管8压力和桩机振捣三者共同作用下充分填满固废空隙，可最大程度提升桩体强度。
(6)流态固化土3的喷射量达到设定要求后，通过边振捣边上拔的方式同步提升钢套筒5与喷射管8，钢套筒5与喷射管8的提升速度最好保持在0.4-0.8m/min范围内，并且每提升0.5m后停拔留振30-60s。钢套筒5和喷射管8的每次提升高度为步骤(4)中固体废弃物颗粒2的振捣后高度。
钢套筒5提升过程中，变形锥端6自动变为敞开状态，并且土工织物层1和环状体7的位置均不发生变化；如图3g所示。
(7)重复步骤(4)-步骤(6)，直至钢套筒5完全拔出软土地基4，如图3h所示；并且满足固体废弃物颗粒2的灌入量、流态固化土3的浇筑量不小于设计要求，成桩完成后养护48小时。
可见，本发明的施工过程不产生对环境影响的有害物质，施工简单、环保、快速，整体经济性极强。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明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，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩，其特征在于，包括土工织物层，固体废弃物颗粒、流态固化土，所述固体废弃物颗粒填充在土工织物层内部并且振捣密实，流态固化土浇筑在所述固体废弃物颗粒之间填充孔隙。
2.根据权利要求1所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩，其特征在于，所述土工织物层由土工织物围制而成，所述土工织物能够透水且阻挡所述流态固化土。
3.根据权利要求1所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩，其特征在于，所述固体废弃物颗粒为建筑废弃砖渣颗粒、废弃混凝土颗粒、废弃硬塑料颗粒中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩，其特征在于，所述流态固化土包括固化原料土、固化剂和水，所述固化剂占固化原料土的质量百分数为5％-20％；所述固化原料土为地下工程渣土、疏浚泥、现场泥土中的至少一种，所述固化剂包括水泥、矿渣、粉煤灰。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)清理整平地表，在变形锥端闭合状态下，将钢套筒打入地基中，直至所述钢套筒底端达到至桩体的设计标高后，停止打入并将其拔出；
所述变形锥端设置在所述钢套筒的底端，由多个叶片拼合构成，每个叶片顶端与所述钢套筒底端边缘铰接，实现所述变形锥端的闭合和敞开两种状态；所述变形锥端的闭合状态下，通过临时固定使所述叶片拼合为尖端朝下的圆锥形壳体；所述变形锥端的敞开状态下，所述叶片不受外力约束而自然垂落；
所述钢套筒顶部设置有进料口，所述进料口用于所述固体废弃物颗粒的进料；
(2)通过连接钢丝绳的环状体将所述土工织物层由下到上套进所述钢套筒内部；所述环状体通过所述钢丝绳悬吊能够在所述钢套筒内部移动；
(3)在所述变形锥端闭合状态下，将内部套有所述土工织物层的所述钢套筒打入地基中，直至所述钢套筒打入至桩体的设计标高后，停止打入；并且在所述土工织物层内部插入喷射管，所述喷射管用于喷射流态固化土；
(4)通过所述进料口向所述土工织物层内部灌入设定量的所述固体废弃物颗粒，灌入后通过振捣所述钢套筒使所述固体废弃物颗粒密实，振捣时间不少于2分钟；
(5)在保持振捣的条件下，利用所述喷射管喷射所述流态固化土，每次喷射所述流态固化土的喷射量需满足填充孔隙比达到85％以上，达到设定喷射量后静置5-10分钟；
(6)通过边振捣边上拔的方式同步提升所述钢套筒与所述喷射管，所述钢套筒和所述喷射管的每次提升高度为步骤(4)中所述固体废弃物颗粒的振捣后高度；
(7)重复步骤(4)-步骤(6)，直至所述钢套筒完全拔出地基，并且满足所述固体废弃物颗粒的灌入量、所述流态固化土的浇筑量不小于设计要求，成桩完成后进行养护。
6.根据权利要求5所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工方法，其特征在于，所述土工织物层的直径小于所述钢套筒的内径1-5cm，所述钢套筒的高度大于桩体长度2-4m，所述进料口设置在距离钢套筒顶端50-100cm处。
7.根据权利要求5所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工方法，其特征在于，步骤(2)的所述土工织物层由下到上套进所述钢套筒内部的具体操作为：所述土工织物层顶部与所述环状体固定连接后，通过所述钢丝绳将所述环状体在所述钢套筒内部由下到上提升，使所述土工织物层完全进入所述钢套筒内部；所述土工织物层提升至所述进料口的下端。
8.根据权利要求5所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工方法，其特征在于，步骤(4)中每次灌入所述固体废弃物颗粒的设定量按照填充桩身长度的15％-30％进行计算。
9.根据权利要求5所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工方法，其特征在于，步骤(5)中所述流态固化土的喷射速度为0.8～1.8m/min。
10.根据权利要求5所述的一种土工织物包裹固体废弃物颗粒固化土桩的施工方法，其特征在于，步骤(6)中所述钢套筒与所述喷射管的提升速度为0.4-0.8m/min，并且每提升0.5m后停拔留振30-60s。
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