一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩及其施工方法

1.本发明涉及软土固化技术领域，具体来说，涉及一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩及其施工方法。


背景技术：

2.在软土固化领域中，粉喷桩是一种常见的技术方法，有施工简单、快速、扰动小等优点，常用水泥作为固化剂制得粉喷桩。但对于含水量高的淤泥土，水泥的使用量少会使其强度及整体性能低，使用量大则使粉喷桩的成本增加。同时粉喷桩的抗弯刚度较差，有学者提出，在固化桩芯中插入钢材或者毛竹等加筋材料，以提高其抗弯、抗剪强度。但仍存在一些不足，前者加筋范围有限，加筋效果不佳，且使用成本较高。后者因竹材为不均匀材质，不同部位对固化桩物理力学性能的影响不同，毛竹长度有限，部分部位太细，导致竹材的利用段有限，加筋长度有限。
3.磷尾矿砂是在开采磷矿时产生的尾矿，主要矿物成分为白云石、方解石、云母等。我国磷矿储量较大，但富矿少，采选难度大，采选后会产生大量的磷尾矿砂，而我国磷尾矿砂的综合利用率极低，大量的磷尾矿砂都是采用堆放的处理方式，不仅大量侵占土地资源，对周围的大气和水土也造成严重的污染。目前对于磷尾矿砂的应用主要是制作建筑材料，用于软土加固中却很少。
4.我国是秸秆资源生产大国，据农业部统计，我国每年秸秆量约7亿吨，棉花秸秆2400万吨。秸秆的利用率低，传统的焚烧、堆积和遗弃等处理方式会对环境造成了极大的破坏。2008年7月国务院下发了《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》，对于加快推进秸秆综合利用，实现秸秆的资源化、商品化，促进资源节约、环境保护和农民增收具有重要作用。
5.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.针对相关技术中的问题，本发明提出一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩及其施工方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
7.为此，本发明采用的具体技术方案如下：
8.一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩，包括桩体与加筋材料，所述加筋材料位于所述桩体的内部，所述桩体由碎石块、has固化材料、水泥以及磷尾矿砂四者浇筑而成，所述加筋材料为棉花秸秆束。
9.优选的，所述棉花秸秆束由若干根棉花秸秆，采用横向连接与竖向连接的方式通过棉绳或麻绳捆扎在一起。
10.优选的，所述棉花秸秆是去除根部和稍部的茎秆部分，且长度保持在800mm，每捆的直径保持在150-200mm，横向连接时相邻的所述棉花秸秆按枝蔓自然生长方向相异的方式捆扎，竖向连接时采用劈接的方式捆扎。
11.优选的，其特征在于，所述棉花秸秆束的整体长度下雨所述桩体长度100mm。
12.根据本发明另一个方面，提供了一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩的施工方法，用于掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩，包括以下步骤；
13.平整场地：在场地上进行整平与测量，对各个粉喷桩桩体施工的位置进行标识，形成完整的布桩图，根据桩点放样并且垂直放置桩机，桩机垂直、稳定放置在场地上，钻机钻杆倾斜度小于1.0％，场地上需建立能够满足施工要求的供水、排水、供电、道路以及临时建筑等基础设施；
14.下钻与提升：首先，进行第一次下钻，钻机对土层进行切土并搅拌，然后进行第一次提升、第一次喷灰，第一次喷灰的材料为磷尾矿砂，第一次提升后20min-30min内进行第二次下钻，第二次喷灰，第二次喷灰的材料为碎石块，然后进行第二次提升，第二次提升后20min-30min内进行第三次下钻，第三次喷灰，第三次喷灰的材料为水泥，然后进行第三次提升，第三次提升后20min-30min内进行第四次下钻，第四次喷灰，然后形成粉喷桩，第四次喷灰的材料为has固化材料，然后进行第四次提升，桩机叶片搅拌速度最优为30r/min；
15.桩内加筋：在粉喷桩施工完毕后，桩体初凝前，将绑扎好的棉花秸秆束分三段利用挖掘机缓慢插入其中，每段之间连接绑扎紧密，使棉花秸秆束没入粉喷桩内，完成粉喷桩制备；
16.养护与检测：成桩后3d，采用轻型动力触探检查上部桩身的均匀性，均匀性良好；成桩7天后，采用浅部开挖桩头进行检查，开挖深度超过停灰面以下0.5m，检查搅拌均匀性，测量桩体直径，均符合要求；成桩28d后，单桩静载荷试验采用堆载法，测试单桩平均承载力特征值为154.3kn，满足设计要求；成桩28d后，采用双管单动取样钻取芯样，做碱渣水泥土无侧限抗压强度试验，试样平均值达到1.02mpa。
17.优选的，所述下钻与提升步骤中第一次下钻的速度为0.8-1.2m/min，最优为1.0m/min，第一次提升速度为0.8-1.0m/min，最优为0.9m/min，第二次下钻的速度为0.6-0.8m/min，最优为0.7m/min，第二次提升速度为0.5-0.7m/min，最优为0.6m/min。
18.优选的，所述下钻与提升步骤中：第三次下钻的速度为0.7-0.9m/min，最优为0.8m/min，第三次提升速度为0.5-0.7m/min，最优为0.6m/min，第四次下钻的速度为0.5-0.8m/min，最优为0.7m/min，所述第四次提升速度为0.5-0.7m/min，最优为0.6m/min。
19.优选的，所述棉花秸秆在插入粉喷桩前需在防腐胶水总浸泡最优为4天，不得超过5天，浸泡后风干再插入粉喷桩；如果桩体过长可以将棉花秸秆束分段压入，粉喷桩加固软土深度最好保持在15m以内。
20.优选的，当钻头至粉喷桩顶标高下0.5m时，关闭调速电机，停止供灰，充分利用管内余灰喷搅；当需要移机为下个粉喷桩的制备做准备时，关闭搅拌机械，将钻头提升至地面以上0.2m。
21.优选的，所述磷尾矿砂掺量在60％-70％，所述碎石块用量在3％-5％，所述水泥用量在8％-20％、所述has固化材料用量在3％-5％。
22.本发明的有益效果为：
23.一、采用磷尾矿砂这一固体废料作为固化剂的一种，能够填充加固土体空隙，起到骨架作用，利用水泥的胶结性能将磷尾矿砂与碎石块以及土体凝固成整体，有利于提高桩体的强度，可以保证软土地基有一定的承载力。
24.二、用棉花秸秆对粉喷桩进行加筋处理，合理利用棉花秸秆这一农作物秸秆的同时提高了粉喷桩固化软土的能力，并且加强了粉喷桩的抗弯、抗剪性能。
25.三、采用磷尾矿砂和棉花秸秆制作粉喷桩而不完全采用水泥，大大减少了水泥的使用量，使粉喷桩的制备成本大大降低。并且这一粉喷桩的制作可以消耗磷尾矿砂、棉花秸秆等废弃物，对生态环境的保护起到促进作用，符合可持续发展的理念。此两种材料对地下土体和水体不会造成污染，提高粉喷桩的环保性；
26.四、磷尾矿砂颗粒很细、密度较大、属于细砂粒级，将磷尾矿砂与水泥一起作为固化材料喷入土体内，磷尾矿砂不仅可以填充加固土体的空隙，还可以起到骨架作用，通过水泥的胶结性，提高桩体的强度；
27.五、棉花秸秆浸胶后能够使表面形成一层保护层，提高棉花秸秆初期的抗腐蚀能力，可以使棉花秸秆养护成型后的桩体中被腐蚀的可能性大大减小；
28.六、横向连接时，相邻的秸秆按枝蔓自然生长方向相异的方式捆扎，使处理棉花秸秆只需简单的修剪，可以节约成本，同时略微突出的枝蔓能使棉花秸秆更好的搭接，并且更有利于捆扎，竖向连接时采用劈接的方式并捆扎，这种方法简单易操作并且无需借助外物连接，利用摩擦力进行竖向连接，捆扎后可以进一步的加强秸秆的竖向连接，棉花秸秆的横向捆扎和竖向劈接的两种连接方式能使棉花秸秆捆连接的更为紧密牢固且稳定性好，这利于施工时插入未硬化的粉喷桩。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩的结构示意图；
31.图2是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩中棉花秸秆束的横向连接结构示意图；
32.图3是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩中棉花秸秆束的竖向连接结构示意图；
33.图4是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩施工方法的桩机第一次钻进结构示意图；
34.图5是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩施工方法的第一次喷灰结构示意图；
35.图6是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩施工方法的第二次喷灰结构示意图；
36.图7是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩施工方法的第三次喷灰结构示意图；
37.图8是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩施工方法的第四次喷灰结构示意图；
38.图9是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩施工方法的插入加筋材料结构示意图；
39.图10是根据本发明实施例的一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩施工方法的步骤流程图。
40.图中：
41.1、磷尾矿砂；2、碎石块；3、水泥；4、has固化材料；5、棉花秸秆束。
具体实施方式
42.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
43.根据本发明的实施例，提供了一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩及其施工方法。
44.实施例一；
45.如图1-3所示，根据本发明实施例的掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩，包括桩体与加筋材料，所述加筋材料位于所述桩体的内部，所述桩体由碎石块、has固化材料、水泥以及磷尾矿砂四者浇筑而成，所述加筋材料为棉花秸秆束5。
46.实施例二；
47.如图1-3所示，所述棉花秸秆束5由若干根棉花秸秆，采用横向连接与竖向连接的方式通过棉绳或麻绳捆扎在一起。
48.优选的，所述棉花秸秆是去除根部和稍部的茎秆部分，且长度保持在800mm，每捆的直径保持在150-200mm，横向连接时相邻的所述棉花秸秆按枝蔓自然生长方向相异的方式捆扎，竖向连接时采用劈接的方式捆扎，其特征在于，所述棉花秸秆束5的整体长度下雨所述桩体长度100mm。
49.实施例三；
50.如图1-10所示，根据本发明的实施例，还提供了一种掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩的施工方法，用于掺磷尾矿砂并有棉花秸秆加筋的粉喷桩，包括以下步骤；
51.步骤s101，平整场地：在场地上进行整平与测量，对各个粉喷桩桩体施工的位置进行标识，形成完整的布桩图，根据桩点放样并且垂直放置桩机，桩机垂直、稳定放置在场地上，钻机钻杆倾斜度小于1.0％，场地上需建立能够满足施工要求的供水、排水、供电、道路以及临时建筑等基础设施；
52.步骤s103，下钻与提升：首先，进行第一次下钻，钻机对土层进行切土并搅拌，然后进行第一次提升、第一次喷灰，第一次喷灰的材料为磷尾矿砂1，第一次提升后20min-30min内进行第二次下钻，第二次喷灰，第二次喷灰的材料为碎石块2，然后进行第二次提升，第二次提升后20min-30min内进行第三次下钻，第三次喷灰，第三次喷灰的材料为水泥3，然后进行第三次提升，第三次提升后20min-30min内进行第四次下钻，第四次喷灰，然后形成粉喷桩，第四次喷灰的材料为has固化材料4，然后进行第四次提升，桩机叶片搅拌速度最优为30r/min；
53.步骤s105，桩内加筋：在粉喷桩施工完毕后，桩体初凝前，将绑扎好的棉花秸秆束5分三段利用挖掘机缓慢插入其中，每段之间连接绑扎紧密，使棉花秸秆束5没入粉喷桩内，完成粉喷桩制备；
54.步骤s107，养护与检测：成桩后3d，采用轻型动力触探检查上部桩身的均匀性，均匀性良好；成桩7天后，采用浅部开挖桩头进行检查，开挖深度超过停灰面以下0.5m，检查搅拌均匀性，测量桩体直径，均符合要求；成桩28d后，单桩静载荷试验采用堆载法，测试单桩平均承载力特征值为154.3kn，满足设计要求；成桩28d后，采用双管单动取样钻取芯样，做碱渣水泥土无侧限抗压强度试验，试样平均值达到1.02mpa。
55.实施例四；
56.所述下钻与提升步骤中：第一次下钻的速度为0.8-1.2m/min，最优为1.0m/min，第一次提升速度为0.8-1.0m/min，最优为0.9m/min，第二次下钻的速度为0.6-0.8m/min，最优为0.7m/min，第二次提升速度为0.5-0.7m/min，最优为0.6m/min，所述下钻与提升步骤中：第三次下钻的速度为0.7-0.9m/min，最优为0.8m/min，第三次提升速度为0.5-0.7m/min，最优为0.6m/min，第四次下钻的速度为0.5-0.8m/min，最优为0.7m/min，所述第四次提升速度为0.5-0.7m/min，最优为0.6m/min，所述棉花秸秆在插入粉喷桩前需在防腐胶水总浸泡最优为4天，不得超过5天，浸泡后风干再插入粉喷桩；如果桩体过长可以将棉花秸秆束5分段压入，粉喷桩加固软土深度最好保持在15m以内，当钻头至粉喷桩顶标高下0.5m时，关闭调速电机，停止供灰，充分利用管内余灰喷搅；当需要移机为下个粉喷桩的制备做准备时，关闭搅拌机械，将钻头提升至地面以上0.2m，所述磷尾矿砂1掺量在60％-70％，所述碎石块2用量在3％-5％，所述水泥3用量在8％-20％、所述has固化材料4用量在3％-5％；
57.棉花秸秆浸胶后能够使表面形成一层保护层，提高棉花秸秆初期的抗腐蚀能力，可以使棉花秸秆养护成型后的桩体中被腐蚀的可能性大大减小；
58.利用软土、水泥、磷尾矿砂进行室内试验测得，水泥为425普通硅酸盐水泥，掺量为8％，当磷尾矿砂掺量0％时，其7d无侧限抗压强度为0.385mpa；当磷尾矿砂掺量20％时，其7d无侧限抗压强度为0.590mpa；当磷尾矿砂掺量40％时，其7d无侧限抗压强度为0.764mpa；当磷尾矿砂掺量60％时，其7d无侧限抗压强度为0.781mpa；当磷尾矿砂掺量80％时，其7d无侧限抗压强度为0.528mpa；由此可见无侧限抗压强度随着磷尾矿砂掺量的增加先上升后下降，考虑到桩体性能、经济性及大量利用磷尾矿砂建议水泥用量在8％-20％、磷尾矿砂掺量在60％-80％。。
59.综上所述，借助于本发明的上述技术方案，采用磷尾矿砂1和水泥3以及has固化材料4作为固化剂，并用棉花秸秆束5对粉喷桩进行加筋，解决软土的高含水率、承载力低等问题，并且合理利用磷尾矿砂、棉花秸秆等废弃物，解决传统粉喷桩的经济性、环保性问题。
60.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。