一种节能型水泥灰土深层搅拌桩.pdf

本发明公开了一种节能型水泥灰土深层搅拌桩，属于土木工程施工的技术领域。与传统水泥土搅拌桩相比，本发明主要采用一种新材料：城市垃圾焚烧灰，利用搅拌机将城市垃圾焚烧灰、水泥按一定比例混合与地基土相拌和，形成一种桩体。其施工方法包含有下述步骤：a.定位；b.预拌下沉；c.制备水泥和垃圾灰浆体；d.提升喷浆和搅拌；e.重复向上、向下搅拌；f.清洗；g.移位。本发明既加固了地基土，提高了地基土的承载力，适当的施工方法又可以达到止水的目的，更显著的优点是，比采用预制桩、灌注桩、土层锚杆等更能节省了水泥，更加经济、适用，大大降低了成本、变废为宝，具有良好的经济效益和社会效益。

1.  一种节能型水泥灰土深层搅拌桩，桩体包括城市垃圾焚烧灰和水泥，其施工工艺流程为:
1）定位：搅拌机运行到指定的桩位处,对中并保证桩架垂直，当地面起伏不平时，应调整基座保持水平；
2）预拌下沉：起动搅拌机电动机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉,下沉的速度可由电动机的电流监测表控制，如果下沉太慢,可从输浆系统补给清水以利钻进；
3）制备水泥和城市垃圾焚烧灰的浆体：等搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥和垃圾灰的浆体,并计算每1m³水泥土加固体中应注入的浆体体积量，以及浆液的密度，待压浆前将浆体倒入集料斗中；
4）提升喷浆和搅拌：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将制备的水泥灰浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机；
5）重复向上、向下搅拌：搅拌机是提升至设计加固层的的顶面标高时，集料斗中的水泥灰浆应正好排空，为了使软土和水泥灰浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面；
6）清洗：各集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥灰浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净；
7）移位：重复上述1~6步骤，再进行下一根桩的施工。

2.  根据权利要求1所述的一种节能型水泥灰土深层搅拌桩，其特征在于：所述流程步骤3）中，水泥和垃圾灰的比例≤0.45。

3.  根据权利要求1或2所述的一种节能型水泥灰土深层搅拌桩，其特征在于：所述流程步骤4）中，搅拌机的提升速度≤0.8m/min。

一种节能型水泥灰土深层搅拌桩
技术领域
本发明涉及一种利用城市垃圾焚烧灰的地下深层搅拌桩，属于土木工程施工的技术领域。
背景技术
近年来,城市垃圾的产生量日益增加,已对环境造成越来越大的影响。为了保护我们的家园,可以将垃圾回收并合理利用,能变废为宝。通过研究,这种无害化的垃圾焚烧渣能够在建材、道路、桥梁工程等领域具有广泛的应用价值。
城市垃圾焚烧灰的化学分析表明：底灰的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃和未燃尽的炭,其中主要组成为SiO₂=34.32%～49.53%,CaO=15.66%～35.23%,Al₂O₃=8.59%～13.54%,Fe₂O₃=5.28%～10.23%；其次还含有Na₂O,K₂O,MgO等。在美国和荷兰,底灰(或混合灰渣)被用作混凝土中的部分替代骨料。最常见的是将底灰、水、水泥及其它骨料按一定比例制成混凝土砖,相关技术在美国已有商业化应用。
从1985年起,美国StonyBrook大学海洋科学研究中心废物管理所开始评估稳定后垃圾灰渣的各种海洋和陆地利用的可行性。他们在LongIslandSound海底,用稳定后焚烧灰渣制成的水泥砖建成了2座人工暗礁。在6年实验时间里,研究表明并没有有机或无机的有毒有害成分从焚烧灰渣水泥砖中渗出到环境中去。然后,他们进行了一系列的研究,评价垃圾灰渣作为建筑用水泥替代骨料的可行性。结果表明：采用不同产地的焚烧灰渣制成了符合或超过美国材料试验标准(ASTM)的水泥砖,证明了灰渣建材利用的技术可行性。此外,一个利用灰渣砖建造船库的示范工程也已经建立,在这个项目里,他们将350t灰渣(100t混合灰渣,250t底灰)与硅酸盐水泥混合,用传统制砖工艺将其制成标准空心砖,然后用此砖建成27m长、18m宽、7m高的船库。在建成后的30个月中,研究者周期性地收集船库里的空气样品进行测定(TSP、颗粒态和气态PC2DDPPCDF、挥发和半挥发有机物及挥发性Hg等)并与周围大气样品做比较分析,与船库围墙接触的雨水样品及船库建成前后的土壤样品也被采集用以分析其中的微量元素，结果表明：船库内的空气质量与周围大气相同；灰渣中的环境相关污染物能被有效地截留于水泥基质中；工程测试还表明该灰渣砖与标准混凝土砖的抗压强度相当。这些研究表明,垃圾灰渣的环境协调性和材料的使用性能安全可靠。
发明内容
本发明的目的是利用城市垃圾焚烧灰，提供一种节能型水泥灰土深层搅拌桩，既加固了地基土，提高了地基土的承载力，又可以解决目前社会难以解决的城市环境问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种节能型水泥灰土深层搅拌桩，桩体包括城市垃圾焚烧灰和水泥，其施工工艺流程为:
1）定位：搅拌机运行到指定的桩位处,对中并保证桩架垂直，当地面起伏不平时，应调整基座保持水平；
2）预拌下沉：起动搅拌机电动机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉,下沉的速度可由电动机的电流监测表控制，如果下沉太慢,可从输浆系统补给清水以利钻进；
3）制备水泥和城市垃圾焚烧灰的浆体：等搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥和垃圾灰的浆体,并计算每1m³水泥土加固体中应注入的浆体体积量，以及浆液的密度，待压浆前将浆体倒入集料斗中；
4）提升喷浆和搅拌：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将制备的水泥灰浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机；
5）重复向上、向下搅拌：搅拌机是提升至设计加固层的的顶面标高时，集料斗中的水泥灰浆应正好排空，为了使软土和水泥灰浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面；
6）清洗：各集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥灰浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净；
7）移位：重复上述1~6步骤，再进行下一根桩的施工。
本发明的深层搅拌桩，在进行深层搅拌桩施工时，将其部分所用水泥用城市垃圾焚烧灰代替，具有以下优点：1）这种深层搅拌桩挡土结构具有优良的抗渗特征，在基坑开挖时可以不用井点降水，从而避免对周围地下管线和建筑物造成危害；2）利用本方法施工无污染，基本上无振动和噪声，造价超低，如果能采用该法作为围护结构，无疑是一种最为经济的方案；3）此方法可以减少城市的垃圾，将垃圾变成宝贝，应用到建材、道路等领域，可以说是减轻了我们国家的环境问题；4）通过将垃圾灰与水泥按一定比列混合适用，减少了水泥的用量，由于水泥的造价远远高出垃圾灰的造价，故大大降低了工程造价。
附图说明
图1是本发明搅拌桩的生产工艺流程示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容特点及功效兹举例一下实施例，并配合附图详细说明如下。
如图1所示，本发明的生产工艺流程如下：
1）定位：搅拌机运行到指定的桩位处,对中并保证桩架垂直，当地面起伏不平时，应调整基座保持水平；
2）预拌下沉：起动搅拌机电动机,放松起重机钢丝绳,使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉,下沉的速度可由电动机的电流监测表控制，如果下沉太慢,可从输浆系统补给清水以利钻进；
3）制备水泥和垃圾灰浆体：等搅拌机下沉到一定深度时,即开始按设计确定的配合比拌制水泥和垃圾灰浆体,并计算每1m³水泥土加固体中应注入的浆体体积量m³，以及浆液的密度g/cm³，待压浆前将浆体倒入集料斗中；
例如:已知水灰比为0.45，水泥掺入比14%时，1m³水泥土中耗用的水泥和垃圾灰（简称水泥灰）的总量为14%×19.2kg=268.8kg=0.2688t。当水和水泥灰的密度分别取1.0g/cm³和3.0g/cm³时，则1m³水泥土中应注入浆液量V为V=0.2688×0.45+（0.2688/3.0）=0.1210+0.0896=0.2106m³，而浆液的密度p=（0.1210+0.2688）/0.2106=1.8510g/cm³；
4)提升喷浆和搅拌：搅拌机下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥灰浆压入地基中，边喷浆边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升搅拌机，一般提升速度不超过0.8m/min；
5)重复向上、向下搅拌：搅拌机是提升至设计加固层的的顶面标高时，集料斗中的水泥灰浆应正好排空，为了使软土和水泥灰浆搅拌均匀，可再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再将搅拌机提升出地面；
6）清洗：各集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥灰浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净；
7）移位：重复上述1~6步骤，再进行下一根桩的施工。
本发明的搅拌桩与传统的水泥土搅拌桩相比，把所用的主要材料水泥改为水泥和垃圾灰混合物，大大降低了成本，又可以把城市垃圾用于工程中，既加固了地基土，提高地基土的承载力，适当的施工方法又可以达到止水的目的，更显著的优点是，比采用预制桩、灌注桩、土层锚杆等更能节省了水泥，更加经济、适用，大大降低了成本、变废为宝。