CN104762956A - 一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，以建筑垃圾为骨料制成新型桩，成桩前先将建筑垃圾进行预处理。然后测定桩位，埋设护筒；用螺旋钻机成孔；在孔底浇筑混凝土垫层；在钻孔中下放钢筋笼；向套管内分层填入建筑垃圾，用柱锤压实，形成挤密层；往钢筋笼中浇筑混凝土，振捣密实成型，然后提升套管至一定高度，填入建筑垃圾，用柱锤压实，如此反复进行，直到填料厚度达到设计标高，拔出套管，提出护筒，形成基于建筑垃圾再生骨料新型桩。这种新型桩可以兼顾资源回收利用、节能降耗、绿色环保、抗剪及抗压效果好、变形小、结构稳定、平衡性好、单桩的承载力高、经久耐用等优点。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法。
背景技术
随着我国城镇化进程的发展，建筑垃圾排放量逐年增长，可再生组分比例也不断提高。然而，大部分建筑垃圾未经任何处理，被运往郊外或城市周边进行简单填埋或露天堆存，这不仅浪费了土地和资源，还污染了环境。另一方面，随着人口的日益增多，建筑业对砂石骨料的需求量不断增长。长期以来，由于砂石骨料来源广泛易得，价格低廉，被认为是取之不尽、用之不竭的原材料而被随意开采，从而导致资源枯竭、山体滑坡、河床改道，严重破坏了自然环境。利用建筑垃圾再生骨料对于节约资源、保护环境和实现建筑业的可持续发展具有重要意义。
目前工程领域存在的部分问题：预制桩、沉管灌注桩在用锤击或振动法下沉时，施工噪声大，污染环境，不宜在居住区周围使用；预制钢筋混凝土桩、沉管灌注桩(无论打入、压入或者振动)均属于挤土桩，在饱和软土中进行密集桩群施工将使土中超空隙水压力剧增、地表***(例如桩区内50m，***总体积约为桩入土体积的40％)、浅层土体水平位移、深层土体水平位移、先打设的桩被抬起挤偏甚至弯曲和断裂，由此将造成各种危害，包括原有建筑物下沉或局部抬起以致结构破坏；受设备能力限制，单节预制桩的长度不能过长，一般在30m以内，若更长时需要接桩，预制钢筋混凝土桩不易穿透较厚的坚硬土层，由于节长规格无法临时更改，沉桩无法达到设计高程时，就不得不截桩；预制桩的接头常为桩身的薄弱环节，沉桩的挤土效应可使先打设的桩被抬起，如果接桩不牢靠，可使上下两节桩脱开，沉管灌注桩的挤土效应也可能使混凝土尚未结硬的邻桩被剪断；在地基中打入外套管，进行分层填料夯击密实，充分调动所形成的复合地基中的挤密桩身材料和桩周土体来参与受力，该方式仅是形成了复合地基并没有形成桩基础。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法。本方案将建筑垃圾与适量水泥砂浆挤密成桩，构成一种高适应性的新型桩。
本发明采用如下技术方案：
一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，以建筑垃圾为骨料制成新型桩，成桩前先将建筑垃圾进行预处理，将建筑垃圾用作再生骨料的成桩方法采用如下步骤：
(1)测定桩位，在桩位处埋设护筒；
(2)在桩位处的地基中，利用螺旋钻机成孔；
(3)往孔底填适当建筑垃圾填料，用重锤夯击填料使其往周围土体扩散挤密，改善桩底持力层承载能力；
(4)拌制混凝土垫层用料，在孔底浇筑混凝土垫层；
(5)在钻孔中下放钢筋笼，钢筋笼底部空心圆柱体中灌注混凝土振捣密实成型；
(6)在上部钢筋笼孔心处设置一个直径小于钢筋笼内环直径的套管；
(7)向套管内分层填入符合强度要求的建筑垃圾，用柱锤压实，形成挤密层；
(8)往包裹该挤密层的钢筋笼中浇筑与该挤密层等厚度的混凝土，振捣密实成型，然后提升套管至一定高度，重复步骤(7)，如此反复进行，直到填料厚度达到设计标高，最后浇筑混凝土拌合料厚度高于设计标高0.5m，拔出套管，提出护筒，形成基于建筑垃圾再生骨料新型桩。
进一步地，所述建筑垃圾进行预处理包括分类、粉碎、筛分，使建筑垃圾的粒径在35mm-40mm之间，清洗经破碎处理后的建筑垃圾去除混入的有害杂质，拌制成符合国家用于桩强度要求的混凝土拌合料。
进一步地，所述混凝土拌合料包括建筑垃圾骨料、石屑、水泥、及外加剂；
所述建筑垃圾骨料粒径在35mm-40mm之间、松散密度1.39t/m3，杂质含量小于5％；
所述石屑粒径在2.5mm-10mm之间、松散密度1.47t/m3,杂质含量小于5％；
所述水泥标号不低于32.5级，水灰比在0.44左右，每立方米混凝土水泥用量不少于350kg，粉煤灰和水泥之比在1.02-1.65，宜用细度模数2.3-2.5的沙，40％的沙率；
掺合一定量的外加剂来调节混凝土拌合物的性能，浇筑的混凝土强度等级不得低于C20，坍落度宜控制在150mm-200mm。
更进一步地，所述外加剂包括改善混凝土拌合物流变性能的减水剂、用来改善混凝土耐久性的防水剂、有效改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性的引气剂。
进一步地，所述步骤(1)中的护筒由3mm-5mm厚的钢板组成，其内径大于钻头直径，比桩直径大20cm-30cm，每节2m，顶部焊加强筋和吊耳，开泥浆口，高出地面20cm，护筒采用挖埋式方法埋设，护筒的中心线与桩位的中心线偏差不得大于30mm，护筒的埋设应牢靠密实，护筒底部埋至地下水位以下30cm，当埋于砂土时不宜小于1.5m，埋于粘土中不宜小于1m，在护筒和坑壁之间应用粘土分层夯实，必要时在面层铺设20mm厚的水泥砂浆，以防止漏水，在护筒上设置2个溢浆口，便于溢出的泥浆流回泥浆池回收利用，护筒应高出地面0.4m-0.6m。
进一步地，所述步骤(2)中，利用螺旋钻机1成孔，钻孔达到要求深度后将其提出并及时清孔，钻孔的同时注入泥浆，清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并保持浆面稳定，泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实，使孔内渗漏水达最低限度，维持孔内一定的水压以稳定孔壁，为使桩间土均匀挤密，桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离亦为桩孔直径的2.0-2.5倍。
更进一步地，所述钻孔中心偏差不超过钻径设计值的1/4，桩孔的垂直度偏差不应大于1.5％，桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5％，钻孔一般为6m-12m，桩顶位移不大于100mm。
进一步地，所述步骤(4)中，混凝土垫层含泥量不应大于2％，砂为中粗砂，含泥量不大于3％，垫层的厚度为100mm，混凝土强度等级不低于C15。
进一步地，所述步骤(7)中，向套管内分层填入符合强度要求的混凝土碎块、碎砖块填料，用柱锤压实，压实系数大于0.95，浇灌适量的水泥砂浆，使其按一定的比例填充在建筑垃圾填料空隙，得到有一定厚度的建筑垃圾填料挤密层。
进一步地，所述步骤(8)中，提升套管的速度控制在0.5m/min-1.0m/min，保证碎石填充料的密实度，保证不改变桩径。
采用如上技术方案取得的有益技术效果为：
基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法艺施工振动小、噪声小，可以在城区推广使用。采用本成桩方法形成的新型桩最大桩径或截面可达2000mm以上，最大桩长或深度可以超过100m，可适用于各类土层，桩端不仅可以进入微风化基岩而且可扩底。
基于建筑垃圾再生骨料新型桩可以兼顾资源回收利用、节能降耗、绿色环保、抗剪及抗压效果好、变形小、结构稳定、平衡性好、单桩的承载力高、经久耐用等优点。
附图说明
图1为基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法步骤(1)(2)示意图。
图2为步骤(3)示意图。
图3为步骤(4)(5)(6)示意图。
图4为步骤(7)示意图。
图5为步骤(8)示意图。
图6为步骤(8)中拔出套管示意图。
图7为基于建筑垃圾再生骨料新型桩结构示意图。
图8为钢筋笼结构示意图。
图中序号说明：1、螺旋钻机；2、护筒；3、重锤(m>2t)；4、建筑垃圾填料；5、钢筋笼；6、套管；7、混凝土钢筋笼层；8、混凝土垫层；9、柱锤；10、挤密层；11、混凝土层；12、建筑垃圾骨料柱。
具体实施方式
结合附图1至8对本发明的具体实施方式做进一步说明：
实施例1：
某工业园预建造面积20000m2建筑厂房，单层轻钢结构。地质条件为：自然地面以下15m-18m为淤泥，地基土承载力特征值fak＝42KPa，Es＝1.46MPa；持力层为粉土，地基承载力特征值fak＝192KPa，Es＝10.38MPa.设计要求地坪以下地基土承载力特征值fak＝110KPa。
原方案是按4﹡4米设置混凝土承台，每个承台下设4根直径为580mm的预应力管桩，桩长28m，承台上设主次梁和160mm厚的钢筋混凝土楼板。
采用本方案，基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，形成基于建筑垃圾再生骨料新型桩。桩长为18m-20m，桩孔等边三角形满堂布桩，桩直径为800mm，桩孔之间的中心距离为1.8m。
以建筑垃圾为骨料制成新型桩，成桩前先将建筑垃圾进行预处理，建筑垃圾进行预处理包括分类、粉碎、筛分，使建筑垃圾的粒径在35mm-40mm之间，清洗经破碎处理后的建筑垃圾去除混入的有害杂质，拌制成符合国家用于桩强度要求的混凝土拌合料。混凝土拌合料包括建筑垃圾骨料、石屑、水泥、及外加剂；建筑垃圾骨料粒径在35mm-40mm之间、松散密度1.39t/m3，杂质含量小于5％；石屑粒径在2.5mm-10mm之间、松散密度1.47t/m3,杂质含量小于5％；水泥标号不低于32.5级，水灰比在0.44左右，每立方米混凝土水泥用量不少于350kg，粉煤灰和水泥之比在1.02-1.65，宜用细度模数2.3-2.5的沙，40％的沙率；掺合一定量的外加剂来调节混凝土拌合物的性能，浇筑的混凝土强度等级不得低于C20，坍落度宜控制在150mm-200mm。进一步地，所述外加剂包括改善混凝土拌合物流变性能的减水剂、用来改善混凝土耐久性的防水剂、有效改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性的引气剂。
将建筑垃圾用作再生骨料的成桩方法采用如下步骤：
(1)测定桩位，在桩位处埋设护筒2；
护筒2由3mm-5mm厚的钢板组成，其内径大于钻头直径，比桩直径大20cm-30cm，每节2m，顶部焊加强筋和吊耳，开泥浆口，高出地面20cm，护筒采用挖埋式方法埋设，护筒的中心线与桩位的中心线偏差不得大于30mm，护筒的埋设应牢靠密实，护筒底部埋至地下水位以下30cm，当埋于砂土时不宜小于1.5m，埋于粘土中不宜小于1m，在护筒和坑壁之间应用粘土分层夯实，必要时在面层铺设20mm厚的水泥砂浆，以防止漏水，在护筒上设置2个溢浆口，便于溢出的泥浆流回泥浆池回收利用，护筒应高出地面0.4m-0.6m。
(2)在桩位处的地基中，利用螺旋钻机1成孔；
利用螺旋钻机1成孔，钻孔达到要求深度后将其提出并及时清孔，钻孔的同时注入泥浆，清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并保持浆面稳定，泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实，使孔内渗漏水达最低限度，维持孔内一定的水压以稳定孔壁，为使桩间土均匀挤密，桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离亦为桩孔直径的2.0-2.5倍。
所述钻孔中心偏差不超过钻径设计值的1/4，桩孔的垂直度偏差不应大于1.5％，桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5％，钻孔一般为6m-12m，桩顶位移不大于100mm。
(3)往孔底填适当建筑垃圾填料4，用重锤3夯击填料使其往周围土体扩散挤密，改善桩底持力层承载能力；
(4)拌制混凝土垫层用料，在孔底浇筑混凝土垫层8；
混凝土垫层含泥量不应大于2％，砂为中粗砂，含泥量不大于3％，垫层的厚度为100mm，混凝土强度等级不低于C15。将建筑垃圾再生骨料的最大粒径不应大于垫层厚度的2/3。
(5)在钻孔中下放钢筋笼5，钢筋笼底部空心圆柱体中灌注混凝土振捣密实成型形成混凝土钢筋笼层7；
钢筋笼如图8所示，钢筋笼分为上下两部分，上部钢筋笼直径小长度长，下部钢筋笼直径大长度短。
(6)在上部钢筋笼孔心处设置一个直径小于钢筋笼内环直径的套管6；套管6壁上留有投料口。
(7)向套管内分层填入符合强度要求的建筑垃圾，用柱锤9压实，形成挤密层10；
向套管内分层填入符合强度要求的混凝土碎块、碎砖块填料，用柱锤压实，压实系数大于0.95，浇灌适量的水泥砂浆，使其按一定的比例填充在建筑垃圾填料空隙，得到有一定厚度的建筑垃圾填料挤密层。其中，柱锤质量大于2吨。
(8)往包裹该挤密层的钢筋笼中浇筑与该挤密层等厚度的混凝土，振捣密实成型，然后提升套管至一定高度，重复步骤(7)，如此反复进行，直到填料厚度达到设计标高，最后浇筑混凝土拌合料厚度高于设计标高0.5m左右，拔出套管，提出护筒，形成基于建筑垃圾再生骨料新型桩。
基于建筑垃圾再生骨料新型桩的中心为建筑垃圾骨料柱12，建筑垃圾骨料柱12的底部为混凝土钢筋笼,7，混凝土钢筋笼层的底部为混凝土垫层8，混凝土垫层下右建筑垃圾填料4。建筑垃圾骨料柱12的上部附盖有混凝土层，建筑垃圾骨料柱12的一周围有钢筋笼5，钢筋笼与混凝土层凝固为一体，其中钢筋笼上部高于建筑垃圾骨料柱12。再生骨料新型桩通过混泥土和钢筋笼紧密的凝固为一体。
当灌注接近设计要求的灌注高度时，进行详细测量，由于灌注的混凝土上部有乳浆，强度降低，在设计基础上多灌注50cm左右，待混凝土凝固后，将乳浆凿去，以保证桩身强度符合设计要求。另外，冬季施工时混凝土拌合料入孔温度不得低于5℃，对桩头要采取保温措施。提升套管的速度控制在0.5m/min-1.0m/min，保证碎石填充料的密实度，保证不改变桩径。
处理结果经过检测显示，地基承载力特征值达fak＝140kPa，符合设计要求。另外，施工工序相比简单易行，总工程造价比原方案节省34％。
实施例2：
某地区预修建一桥梁全长76米，8个墩台的基础，原设计是机械式打桩。改用本方案，基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，形成基于建筑垃圾再生骨料新型桩。
建筑垃圾的预处理同实施例1。
将建筑垃圾用作再生骨料的成桩方法步骤同实施例1。
施工结束后，先后钻了10根试验桩，其中有6根作了载重试验，证明桩的承载力、混凝土强度、实际桩径均符合设计标准。
采用该方案的螺旋灌注桩后，造价降低26％，改用该方案的螺旋灌注桩后，造价降低26％，下部结构造价比最初沉井方案降低达46％。基于建筑垃圾再生骨料新型桩在岸上、河滩、水中都可以使用。
通过实施例的分析，检测混凝土强度、灌浆效果、以及结合面质量等指标显示，采用该方案的新型桩后建筑物的承载力能够达到利用等量的实混凝土相近的强度要求，该新型桩具有抗剪、抗压效果好，变形小、结构稳定、平衡性好、单桩的承载力大及经久耐用等优点，而且，每立方建筑垃圾填料就相比节约等量实混凝土拌合料的费用，提高了建筑垃圾利用率，经济效益显著。
本发明解决了大部分建筑垃圾不能被充分利用的问题，开发了一条充分利用建筑垃圾的新途径，建筑垃圾再生骨料新型桩的制作大量采用其中的废旧混凝土碎石和粉煤灰等原料，减少了对砂石原料的开采和混凝土的耗量，而碎砖、混凝土碎块等具有较高的强度和耐久性，包裹在混凝土中，不受外界影响，不会产生风化而变成酥松体，能够长久地起骨料的作用，另外，碎砖、混凝土碎块等价格低廉(只需支付少许的加工费和运输费)，尤其在拆迁地，就可以就地取材，废物直接利用，提高了建筑垃圾附加值，节能降耗，符合当今社会节能减排的理念。这种新型桩承载力高、适应性强、结构稳定、平衡性好、变形小、单方混凝土提供的承载力高、工作性能好，能保证钢筋混凝土桩的整体强度，可以将荷载传递给深层土体以获得较大的承载能力，减小结构物的沉降量，能够广泛用于路桥、港口、水电及高层建筑等建筑工程中，实现了其经济效益和生产价值。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (10)
1.一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，以建筑垃圾为骨料制成新型桩，成桩前先将建筑垃圾进行预处理，将建筑垃圾用作再生骨料的成桩方法采用如下步骤：
(1)测定桩位，在桩位处埋设护筒；
(2)在桩位处的地基中，利用螺旋钻机成孔；
(3)往孔底填适当建筑垃圾填料，用重锤夯击填料使其往周围土体扩散挤密，改善桩底持力层承载能力；
(4)拌制混凝土垫层用料，在孔底浇筑混凝土垫层；
(5)在钻孔中下放钢筋笼，钢筋笼底部空心圆柱体中灌注混凝土振捣密实成型；
(6)在上部钢筋笼孔心处设置一个直径小于钢筋笼内环直径的套管；
(7)向套管内分层填入符合强度要求的建筑垃圾，用柱锤压实，形成挤密层；
(8)往包裹该挤密层的钢筋笼中浇筑与该挤密层等厚度的混凝土，振捣密实成型，然后提升套管至一定高度，重复步骤(7)，如此反复进行，直到填料厚度达到设计标高，最后浇筑混凝土拌合料厚度高于设计标高0.5m，拔出套管，提出护筒，形成基于建筑垃圾再生骨料新型桩。
2.根据权利要求1所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述建筑垃圾进行预处理包括分类、粉碎、筛分，使建筑垃圾的粒径在35mm-40mm之间，清洗经破碎处理后的建筑垃圾去除混入的有害杂质，拌制成符合国家用于桩强度要求的混凝土拌合料。
3.根据权利要求2所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述混凝土拌合料包括建筑垃圾骨料、石屑、水泥、及外加剂；
所述建筑垃圾骨料粒径在35mm-40mm之间、松散密度1.39t/m3，杂质含量小于5％；
所述石屑粒径在2.5mm-10mm之间、松散密度1.47t/m3,杂质含量小于5％；
所述水泥标号不低于32.5级，水灰比在0.44左右，每立方米混凝土水泥用量不少于350kg，粉煤灰和水泥之比在1.02-1.65，宜用细度模数2.3-2.5的沙，40％的沙率；
掺合一定量的外加剂来调节混凝土拌合物的性能，浇筑的混凝土强度等级不得低于C20，坍落度宜控制在150mm-200mm。
4.根据权利要求3所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述外加剂包括改善混凝土拌合物流变性能的减水剂、用来改善混凝土耐久性的防水剂、有效改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性的引气剂。
5.根据权利要求1所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤(1)中的护筒由3mm-5mm厚的钢板组成，其内径大于钻头直径，比桩直径大20cm-30cm，每节2m，顶部焊加强筋和吊耳，开泥浆口，高出地面20cm，护筒采用挖埋式方法埋设，护筒的中心线与桩位的中心线偏差不得大于30mm，护筒的埋设应牢靠密实，护筒底部埋至地下水位以下30cm，当埋于砂土时不宜小于1.5m，埋于粘土中不宜小于1m，在护筒和坑壁之间应用粘土分层夯实，必要时在面层铺设20mm厚的水泥砂浆，以防止漏水，在护筒上设置2个溢浆口，便于溢出的泥浆流回泥浆池回收利用，护筒应高出地面0.4m-0.6m。
6.根据权利要求1所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤(2)中，利用螺旋钻机1成孔，钻孔达到要求深度后将其提出并及时清孔，钻孔的同时注入泥浆，清孔过程中，必须及时补给足够的泥浆，并保持浆面稳定，泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实，使孔内渗漏水达最低限度，维持孔内一定的水压以稳定孔壁，为使桩间土均匀挤密，桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离亦为桩孔直径的2.0-2.5倍。
7.根据权利要求6所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述钻孔中心偏差不超过钻径设计值的1/4，桩孔的垂直度偏差不应大于1.5％，桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5％，钻孔一般为6m-12m，桩顶位移不大于100mm。
8.根据权利要求1所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤(4)中，混凝土垫层含泥量不应大于2％，砂为中粗砂，含泥量不大于3％，垫层的厚度为100mm，混凝土强度等级不低于C15。
9.根据权利要求1所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤(7)中，向套管内分层填入符合强度要求的混凝土碎块、碎砖块填料，用柱锤压实，压实系数大于0.95，浇灌适量的水泥砂浆，使其按一定的比例填充在建筑垃圾填料空隙，得到有一定厚度的建筑垃圾填料挤密层。
10.根据权利要求1所述的一种基于建筑垃圾再生骨料新型桩的成桩方法，其特征在于，所述步骤(8)中，提升套管的速度控制在0.5m/min-1.0m/min，保证碎石填充料的密实度，保证不改变桩径。
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