刘 娜1，呼 峰1，王选卓1，谢云爽2
（1．徐州徐工基础工程机械有限公司，江苏 徐州 221000；2．内蒙古赤峰市宁城县甸子镇人民政府，内蒙古 赤峰024234）
[摘要]从环保层面人手，提出了用炼钢炉渣填埋工程桩的概念。选取了炼钢炉渣和混合炉渣两种试验对象，并分别介绍了其成分、分析了基本特性，简述了填埋时的施工工法，最后通过实际工程得出了填埋桩的试验数据。随着我国对生态环境的重视，这种施工概念必将得到重视并推广。
[关键词]桩；炉渣；填埋桩；试验；施工技术
[中图分类号] TU753.3 [文章编号]1002-8498( 2016) 01-0046-03
0 引言
我国钢铁年产量超过10亿t，其中废弃炉渣可占产量的25%~30%，然而再利用的炉渣仅为10%，大部分炉渣仍然处于简单堆存和任意排放的状态。近年来我国越来越重视环境污染的综合治理并大力推进环保法，为了保护环境资源也不断呼吁和提倡资源再利用，建立节约型社会等。其实，炼钢炉渣可作为路基材料和压缩桩材料使用，但必须要经过老化处理以减小膨胀量。另一方面，如果作为桩节填埋材料使用，以前的填埋方法要一边植桩一边在桩周围填充砂砾和石材，存在很大的噪声和振动问题。如果采用低噪声、无振动的砂砾填充施工方法，砂砾的密度变小、桩节下沉、刚性变差，阻力不足。因此着眼于炼钢炉渣的缺点及其膨胀性，提出了在节型桩周围填充未进行老化处理的炼钢炉渣的施工工法，并分析了该方法使用炉渣的基本性能，得出了填埋桩试验的重要数据，为后续炉渣再利用奠定了一定的理论基础。通过炉渣的成分、粒径以及三轴试验结果对炉渣的基本特性进行描述，同时叙述了施工方法及试验结果。
1 炉渣的成分和粒径
制铁过程中产生的钢铁炉渣可分为由高炉炼出的高炉炉渣和由滚筒炉和电气炉炼出的炼钢炉渣。高炉炼钢时，在融化的炉渣中使用高压水流喷射以迅速冷却得到的炉渣又称为水淬炉渣。水淬炉渣具有固结性，可以作为水泥的原材料使用。炼钢炉渣具有膨胀性，为了抑制其膨胀性，多对其进行老化处理，本文的试验对象为不做老化处理的炼钢炉渣和水淬炉渣。
水淬炉渣和炼钢炉渣的成分试验和粒度试验结果如图1和表1所示。为了便于参考，在此也把水泥的成分一起列出。可以看出两者的成分都与水泥类似，都是以Ca0和Si02为主要成分。水淬炉渣的Al203和Mg0含量比水泥多，炼钢炉渣的Fe0和Mg0含量比水泥多，水淬炉渣的粒径多集中在1mm。
2 桩周围填充炉渣的基本特性
试验中，桩周围填充用的炉渣分为2种。一种全部为炼钢炉渣（以下简写为SS），这种形式的炉渣膨胀性很大，另一种为炼钢炉渣和水淬炉渣按照体积比7：3混合而成的混合炉渣（以下简写为MS）。混合炉渣中的炼钢炉渣有膨胀性，而水淬炉渣具备固结性，为了使混合炉渣具有较好的填充效果，选取了最合适的混合比例进行试验。
为了测量试验中炉渣的基本特性，进行了最大、最小密度试验，粒子密度试验，三轴压缩强度试验以及膨胀性试验。三轴压缩强度试验和膨胀性试验的试验对象相对密度为1. 50，用固结法固化而成并在15℃和80℃的恒温槽中放置。另外，三轴压缩强度试验的试验对象从制作时、1个月以及2个月以后还要进行压实排水处理。膨胀性试验的膨胀率是在试验对象放置90d以后测定的。其试验结果如表2，3以及图2所示。
从试验结果中可以看出：
1)加入了具有固结性水淬炉渣MS的黏着力比SS更大，随着放置时间的变化SS的黏着力几乎没有变化；MS的黏着力在1个月时有所下降，而在3个月时其黏着力增至制作时的1.5倍以上。
2)因为试验对象的密度很大，所以内摩擦角SS和MS的值都在430以上，但SS比MS的数值更大一些。随着时间的变化，两者都没有明显增加。
3)SS在恒温槽80℃时膨胀率超过了10%，而常温也就是15℃时其膨胀率只增加了2%左右。但是根据表3所示在80℃的恒温槽中放置90d后，SS的膨胀率几乎不发生变化，因此可以认为2~3年后其膨胀率与90d时的膨胀率基本相同。MS在80℃的恒温槽中膨胀率超过了6 %，而常温也就是15℃时只停留在0. 3%，比加入了膨胀剂的水泥的膨胀率（一般为0. 2%~0.3%）要稍大。
3 桩的施工方法
为了寻找一种适合的炉渣填充桩施工工法，在各种地层都进行了一些测试，最后选用了特殊紧固套管的预钻埋设工法。这种工法采用的桩型为PHC节型桩，如图3所示，其节部桩径为440mm、轴部桩径为300mm，厚度为60mm。施工顺序如图4所示。首先，用咖700mm螺旋钻杆掘削和排土，钻杆上安装有塌孔抑制板。其次，用0.4 m3的炉渣填充桩孔底部并植入桩节，在孔内插入套管，旋转压入到目标深度。确认深度后，在地表通过孔壁和套管之间的间隙向桩的周围填充炉渣。最后反向旋转套管渐渐提升，通过套管前端安装的钻具把炉渣填埋均匀，直到炉渣全部填埋到桩顶部，完成填埋过程。在这里对于大型桩的土槽试验暂未测定。
4 砂质地层现场试验
本试验选取地层是砂质堆积层，1年之间要进行4次压实试验并测量试验结果。
4.1试验地层
试验地点选择为盐城市海通镇，这里的地层多为海水冲击、搬运后的砂质堆积层。如图5所示，地表至地下7. 3m均为砂质土，7.3m以下为砂质淤泥。
4.2试验条件
按照第4节所述的施工顺序完成3根节型桩埋设，为了进行对比，在此加入了1根水泥填充桩。施工完成后，开始观察膨胀性和固结性随时间的变化，1年之间按照表4所示进行4次压实处理试验，表中GM表示水泥填充桩。在全部压实试验结束后，掘出桩并观察桩周围状态。
4.3试验结果
根据试验，SS的填充量约为6.3m3、MS约为5. 0m3。通过长螺旋钻杆的尺寸可以认定桩孔的孔隙为3. 42m3，施工时由于长螺旋钻杆和套管的少量振动，实际桩孔直径约为800mm，因此实际孔隙大小约为4. 75 m3。因为前述已经对地表放置的炉渣进行了密度测定，取其最小密度值进行计算，SS的填充质量为11. 0t，MS的填充质量为8.0t。同时按照相对密度计算，SS为110%处于密集状态，而MS仅为20%，处于非常松弛的状态。GM在测定时由于是在掘削泥土和水泥的混合物中埋入桩节，因此水泥的使用量很少，只有0. 55 m3。
桩的下沉量与桩的轴向摩擦力之间的关系如图6所示。可以看出，在地表至地下8m之间，桩的轴向摩擦力有偏大的趋势。整体来看，3种试验对象的摩擦力趋势是一样的。
5 结语
本文着眼于环保以及炼钢炉渣的处理，提出了用炼钢炉渣填埋工程桩的方法。通过试验测量了所用填埋炉渣的成分、对比分析了试验中的炼钢炉渣和混合炉渣的基本特性，得出了炉渣在填埋后性质变化以及轴向摩擦力变化等重要数据。本文也可为钢铁行业对炉渣的处理提供一定的理论参考。
下一篇:返回列表
