[发明专利]基于飞灰的软土地基加固方法、飞灰桩及地基加固用桩套管

说明书

技术领域

本发明属于建筑工程领域，涉及一种地基加固方法，尤其涉及一种基于垃圾焚烧飞灰的软土地基加固方法、飞灰桩及地基加固用桩套管。

背景技术

伴随着国民经济发展以及人民生活水平的提升，生活垃圾产量大幅提高。“垃圾围城”现象屡见不鲜，并已逐渐成为制约城市进一步发展的瓶颈。生活垃圾经焚烧后减量化显著(减容90％,减重70％)，焚烧热量及蒸汽可回收并加以利用以缓解日趋严峻的能源危机，因此垃圾焚烧获得了世界范围内的认同并被广泛采用。在一些发达国家，如波兰、法国等，焚烧比率都超过了60％，在丹麦、日本、德国和瑞士，该百分比甚至超过80％。经过多年的发展，我国生活垃圾焚烧量从2001年的178.38万吨增加到2014年的5329.9万吨，焚烧比率对应从2001年的1％增加到了2014年的32.5％。现阶段我国垃圾焚烧能力约为23.3万吨/日，根据相关规划，全国生活垃圾焚烧能力2020年将超过40万吨/日，2025年可达50万吨/日。

然而，由于垃圾成分复杂且常含有废旧电池、电器元器件等重金属成分较多的物件，在焚烧过程中重金属会被释放出来并富集在随之产生的飞灰上，如图1所示。

飞灰中重金属含量极高，甚至可高达天然土体重金属背景值的1114.6倍。我国《国家危险废物名录》、日本及欧盟标准均指出，飞灰属于危险废弃物；《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485—2014)及《生活垃圾焚烧处理工程技术规范(CJJ90－2009)》均规定，飞灰必须进行必要的前处理之后方可进一步处置。尽管如此，飞灰中Si、Ca元素含量较高，且含有一定量CaO成分，与火山灰组成较为相似，通过特定的固化稳定化处理方法后，能够形成一定强度且大幅降低其中重金属的浸出特性，因此具有了潜在资源化利用的可能性。

随着我国经济的发展，公路建设也得到快速发展。以高速公路为例，中国高速公路总里程已从1994年的1603公里、2004年的3.42万公里增长到2015年底的12.54万公里。根据《国家公路网规划》，2030年前，还有2.6万公里国家高速公路将建成通车运营。在公路建设过程中，特别是在江浙地区，常遇到具有深厚软土层的不良地基。软土地基尚无确切的定义，一般指包括淤泥、淤泥质粘土、亚粘土、亚砂土组成的地基。《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)中将软土定义为:滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水率高、孔隙比较大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。软土地基天然含水率较大、压缩性高、透水性差、强度低，在软土地基上修筑路基不仅承载力难以保证，而且极易发生较大的沉降变形，严重影响工程安全，若处理不当则会出现路堤失稳、沉降破坏等现象。

针对软土地基的特殊力学特性，目前在公路工程中常见的软土地基加固方法有换土垫层法、强夯法、加筋法、排水固结法、胶结法和桩基－复合地基处理方法等。其中，桩基－复合地基处理方法，特别是碎(砂)石桩法，因工时较短、处理深度较大、地基加固效果明显而获得了广泛的应用。碎(砂)石桩法按其成桩过程和作用又可分为四类，包括挤密法、置换法、排土法及其他方法。在利用沉管挤密法成桩过程中，碎(砂)石桩一方面通过挤密桩间土体，另一方面通过桩体本身具有的较高强度，从而大幅增加桩土的整体性，使得桩土共同作用，有效地提高了地基承载力、增大了地基变形模量及抗变形能力。

沉管挤密碎(砂)石桩法是指利用打桩机将下端带有活瓣的桩管打入土层，通过挤密周围土体在桩管内形成一定的空间，再压入碎(砂)石构成密实桩体，通过碎(砂)石骨料的掺加及骨料间的咬合作用以提高单桩抗压强度、地基承载力、增加地基变形模量及抗变形能力的地基加固方法。沉管挤密碎(砂)石桩桩体如图2所示，桩体为密实的碎(砂)石，具有较大强度。桩周土体的主动土压力为碎(砂)石桩提供较大围压，使得桩身与桩周土体相互咬合，桩土共同作用，形成较好的整体性。

其施工工艺如图3所示：

①使下端带有活瓣的桩套管在指定位置垂直就位；

②利用打桩机将桩套管沉入到设计深度；

③将料斗插入桩套管，并向桩套管内灌碎(砂)石；

④打开桩套管下端活瓣，向上拔桩套管；

⑤桩套管拔出地面，桩体留于土层。

目前，飞灰处理及沉管挤密碎(砂)石桩技术的缺点主要表现为以下4点：

(1)螯合飞灰填埋处理成本高。