一种新型建筑填料和垃圾挡坝拓建营造方法

1.本发明涉及土木工程领域，具体涉及一种新型建筑填料和垃圾挡坝拓建营造方法。


背景技术：

2.目前垃圾填埋场增加库容的方式大致可以分为横向扩建和竖向扩建，横向扩建是在原来的堆体上继续往外堆填增加库容进行扩建；而纵向扩建是通过改变垃圾堆体的坡度来增加纵向库容或者是将原来的垃圾挡坝上进行加高处理。其中，横向扩建这种依托老场的扩建方式，自身设计相对简单，但往往需要有较大的横向空间，一般在实际工程中难以满足。而通过改变外垃圾堆体的边坡进行扩建，其实就是让堆体的边坡变陡，从而容纳更多的垃圾，我国的《生活垃圾卫生填埋技术规范》建议的垃圾堆体极限坡度为1：3，这个坡度值本身依托了大量的工程实际经验和详细的理论计算，实际工程中再次对其进行调整的幅度非常小，此外，堆体坡度的增加不利于推土机等作业器械的实际操作，这类施工方式一般较少采用。
3.目前将原有的垃圾挡坝加高扩建是比较有用的方式，这对场地空间要求较小，且不影响原垃圾堆体的坡度,但在实际设计和施工过程中存在以下问题：
4.(1)、新坝体筑坝材料的选择，传统的水泥等建筑材料需要从较远的加工厂运输到施工现场，不满足设计中的减少土方运输量、就地取材等原则，此外，大量水泥的应用将消耗大量的自然资源和排放大量的二氧化碳，与我国提出的“碳达峰、碳中和”双碳国家战略部署相悖。
5.(2)、滑动面位于新旧坝体连接处时其对应的安全系数较低,难以满足规范要求，需要对垃圾填埋场的滑动界面做进一步的设计，保证坝体的安全。
6.(3)、一方面，早期建造设计的垃圾堆体挡坝仅有黏土、碎石夯填成的土石坝，部分垃圾填埋场运行时间较长，并且存在负荷超标等问题。另一方面，垃圾堆体沉降、结垢影响堆体内部渗滤液导排体系，以致填埋场内渗滤液水位很高。受上述多方面原因的影响，原有坝体随时都有极高的失稳、溃坝风险，这为保证新建坝体及垃圾堆体的稳定性增加了难度。
7.综上所述，如何持续发挥老填埋场的处理效用,对老场的垃圾挡坝进行竖向扩建，挖掘老场的可填剩余库容,将老场库容最大化,成为众多城市生活垃圾填埋场所面临的技术难题。


技术实现要素：

8.本发明在于克服现有技术的不足，提供了一种新型建筑填料，所述新型填筑材料通过对已有垃圾堆填料进行二次利用，最大程度的减少了土方运输量，同时能做到对废物进行充分利用，可以实现“以废治废”。
9.本发明的第二个目的在于提供一种采用上述新型建筑填料的垃圾挡坝拓建营造方法，所述拓建营造方法形成的新旧坝体的连接结构不仅可靠，而且还可以大大增加接触
面的抗滑力，且具有简单易行、投资少、且环保的特点，并且所述垃圾挡坝拓建营造方法具有施工简便、工期短的特点，能够较好地拓建原有垃圾挡坝，具有较大的推广应用价值和显著的经济和社会效益。
10.本发明用于解决现有技术问题的技术方案是：
11.一种新型建筑填料，各组分占比为：浓缩液污泥54％-61％，矿粉11％-14％，垃圾焚烧飞灰/底渣15％-20％，碱激发溶液12％-15％。
12.优选的，所述浓缩液污泥取自生活垃圾填埋场，由浸没式燃烧工艺产生，呈现深黑色，流塑状；该浓缩液污泥的性能为：含水率为26.76％；土体相对密度为2.31％；ph值为9.31；天然密度为1.88g.cm-3；塑限为9.62％；液限为19.18％；有机质含量为5.87/％。
13.优选的，所述浓缩液污泥的各组分为：na2o为35.08％；cl为28.14％；k2o为17.05％；so3为14.14％；mgo为2.44％；cao为2.07％；sio2为0.40％；fe2o3为0.13％；p2o5为0.07％；al2o3为0.48％。
14.优选的，所述矿粉的各组分为：cao为35.49％；sio2为35.0％；so3为2.38％；al2o3为18.0％；fe2o3为0.28％；mgo为6.74％；na2o为0.54％；k2o为0.42％。
15.优选的，所述垃圾焚烧飞灰的各组分为：cao为33.00％；sio2为14.85％；so3为9.22％；al2o3为3.83％；fe2o3为2.21％；mgo为3.17％；p2o5为1.39％；na2o为6.94％；k2o为6.66％；cl为14.08％。
16.优选的，所述垃圾焚烧底渣的各组分为：cao为57.70％；sio2为9.63％；so3为5.19％；al2o3为4.95％；fe2o3为5.47％；mgo为3.65％；p2o5为2.89％；na2o为2.25％；k2o为1.25％；cl为3.80％。
17.优选的，所述矿粉和所述垃圾焚烧飞灰/底渣的粒径需小于0.075mm，含水率不高于3％。
18.一种垃圾挡坝拓建营造方法，包括以下步骤：
19.s1、在旧垃圾挡坝上钻出注浆孔，并将钢花管插入该注浆孔内；接着采用权利要求1-7任一项所述的新型建筑填料进行注浆，浆体由设置在钢花管表面的孔洞流出，使得钢花管与旧垃圾挡坝形成一个整体；
20.s2、将钢管与钢花管的尾部进行连接，作为用于实现土工布与锚杆连接的中间连接件；
21.s3、将土工布穿过钢管并固定在指定位置上；接着在土工布之间分层填筑所述的新型建筑填料；
22.s4、在新边坡处钻出注浆孔，并将钢花管插入该注浆孔内；采用所述新型建筑填料进行注浆，浆体由钢花管表面的孔洞流出，与新垃圾堆体形成一个整体，并挂设镀锌钢丝网，然后进行喷浆，形成挂网喷浆壳；
23.s5、安装号排水系统。
24.优选的，所述注浆孔为多组，相邻两组注浆孔的间距约为1.5m-2m。
25.优选的，在新建垃圾挡坝的坝体前设置渗滤液井,收集渗滤液并进行集中抽排以降低并稳定垃圾堆体中的渗滤液水位。
26.本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
27.1、本发明的新型建筑填料的配方成分简单，且其中的矿粉来源于闲置或待处理的
工业固体废物，主要应用于尾矿这类的矿山残留废料处理，而渗滤液污泥和垃圾焚烧副产物直接来源于垃圾填埋场，整体运输量较少且易于获得，符合“以废治废”的可持续发展要求，整体工业成本较低。
28.2、本发明的新型建筑填料中的浓缩液污泥具有极高含盐量的特征，其可溶盐颗粒遇水极易溶解而导致固化试样的骨架坍塌，而飞灰和底渣的重金属含量较高，在垃圾填埋场属于难以处理的危废材料，将其组合后形成新型建筑填料，不仅无侧限抗压强度、水稳定性均能满足施工要求；通过浸出毒性测试，此固化体的飞灰、底渣中的重金属元素的固定效率达到99％以上，很好地达到垃圾焚烧副产物与浓缩液污泥的危废/固废“共处理”目标。
29.3、本发明针对新旧坝体连接处的抗滑移提出了一种新的方式，通过钢花管注浆锚固到旧垃圾挡坝上，新建垃圾挡坝上的土工布的拉力一部分由新型建筑填料承担，一部分通过钢管转换，从而有效的解决了新旧坝联合工作的抗滑移问题。
30.4、本发明针对旧坝扩建的难题提供了一种新的解法，可以针对不同填埋场扩建设计方案，且方案简单易懂，施工难度简单。
附图说明
31.图1为旧垃圾挡坝与土工布连接构造意图。
32.图2为新旧旧垃圾挡坝坝的施工示意图。
33.图中：1-钢花管；2-钢管；3-土工布；4-固定钉；5-沙包；6-镀锌铁丝网；7-旧垃圾堆体；8-新垃圾堆体；9-新建垃圾挡坝；10-排水系统；11-旧垃圾挡坝。
具体实施方式
34.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
35.实施例1
36.本发明的新型建筑填料包括浓缩液污泥54％-61％，矿粉11％-14％，垃圾焚烧飞灰/底渣15％-20％，碱激发溶液12％-15％。
37.所述浓缩液污泥取自生活垃圾填埋场，由浸没式燃烧工艺产生，呈现深黑色，流塑状，其基本物理性质如表1所示，而元素组成则如表2所示，可以看出浓缩液污泥以三种易溶盐为主，且含量均非常高，遇水易崩解。
[0038][0039]
表1浓缩液污泥基本物理性质
[0040]
成分na2oclk2oso3mgocaosio2fe2o3p2o5al2o3质量含量/％35.0828.1417.0514.142.442.070.400.130.070.48
[0041]
表2浓缩液污泥的元素组成
[0042]
agbabecdcrcunipbzn
未检出18未检出未检出4未检出18未检出未检出
[0043]
表3浓缩液污泥的重金属含量
[0044]
所述浓缩液污泥是由生活垃圾填埋场渗滤液污泥经过反渗透膜过滤和浸没式燃烧工艺产生，在形成过程中将继承渗滤液污泥的部分重金属元素，其重金属含量的测试结果如表3所示。其中，由表3可知，浓缩液污泥的重金属含量极低，远低于控制标准。
[0045]
所述矿粉为s95级粒化高炉矿渣或s105级粒化高炉矿渣，其sio2含量≥35％，cao含量≥35％，al2o3含量≥15％；所述垃圾焚烧底渣的颗粒粒径＜75μm，cao含量≥50％，sio2含量≥5％，fe2o3含量≥5％；所述垃圾焚烧飞灰的颗粒粒径＜75μm，cao含量≥30％，sio2含量≥10％，cl含量≥10％；在具体实施方式中，所述矿粉、所述垃圾焚烧底渣和所述垃圾焚烧飞灰的组分如表4、表5、表6所示。
[0046]
从整体上看，三种原料均含有较丰富的ca、si和al元素和硅铝酸盐矿物，可以作为新型建筑填料的原材料。
[0047][0048]
表4矿粉的元素组成
[0049]
种类caosio2so3al2o3fe2o3mgop2o5na2ok2ocl其他质量含量/％57.709.635.194.955.473.652.892.251.253.803.22
[0050]
表5垃圾焚烧底渣的元素组成
[0051]
种类caosio2so3al2o3fe2o3mgop2o5na2ok2ocl其他质量含量/％33.0014.859.223.832.213.171.396.946.6614.084.65
[0052]
表6垃圾焚烧飞灰的元素组成
[0053]
碱激发溶液选取模数为2.3的na2sio3加入浓度为8mol/l的相同质量的naoh溶液制备成碱激发溶液。
[0054]
实施例2
[0055]
按每千克新型建筑填料浓缩液污泥57％，矿粉12％，垃圾焚烧飞灰17％，碱激发溶液14％的按照试样方案称取相应的矿粉和垃圾焚烧飞灰粉末，将其混合搅拌至均匀后加入到浓缩液污泥中，然后将提前制备好的碱激发溶液加入到碱激发原料和浓缩液污泥的混合物中，先以62
±
5r/min的转速搅拌2min，再以126
±
10r/min的转速搅拌2min以形成均匀的混合浆体，将混合浆体分三层转移到圆柱形pvc模具中(39.1mm
×
80mm)中，在振动试验台上振动2min，以消除残留在式样内部的空气，在标准养护室中(温度20℃、湿度为98％)养护24h脱模，并继续养护到28d，养护完成后测定无侧限抗压强度试验、水稳定性试验、浸出毒性分析。
[0056]
试验结果：无侧限抗压强度可达14.9mpa，28d水稳定性可达2.5mpa且随浸泡时间保持不变而趋于稳定.
[0057]
实施例3
[0058]
将实施例2中的垃圾焚烧飞灰替换成垃圾焚烧底渣，并按照相同的方法制作成圆
柱形试样，在标准养护室中(温度20℃、湿度为98％)养护24h脱模，并继续养护到28d，养护完成后测定无侧限抗压强度试验、水稳定性试验、浸出毒性分析。
[0059]
试验结果：无侧限抗压强度可达15.2mpa，28d水稳定性可达2.6mpa且随浸泡时间保持不变而趋于稳定。
[0060]
实施例2和实施例3中由于含有重金属含量较高的底渣和飞灰，因此，需要对其进行浸出毒性分析，测试结果如表7所示，从中可知，在新型建筑填料中，毒性远远低于标准限值；即本发明的新型建筑填料中，可以有效降低底渣和飞灰中的毒性。
[0061][0062][0063]
表7样品浸出毒性
[0064]
实施例4
[0065]
参见图1-图2，本发明的新旧坝体的连接方式由钢花管1，钢管2，土工布3组成,其中，钢花管1为一种带有细小孔洞的钢管，在旧垃圾挡坝11上进行钻孔，并将钢花管1插入，采用前文提到的新型建筑填料进行注浆，浆体由1钢花管1上的细小孔洞流出，与旧垃圾挡坝11紧密形成一个整体；钢管2与钢花管1的尾部连接在一起，为土工布3与锚杆的连接形成一个中间连接件；土工布3穿过钢管2，并在土工布3之间分层填筑建筑填料。
[0066]
实施例5
[0067]
参见图1和图2，本发明的垃圾挡坝拓建营造方法，包括以下步骤：
[0068]
s1.旧垃圾挡坝处理：
[0069]
根据旧垃圾挡坝11放坡需要,拆除原填埋厂的部分工程；若旧垃圾挡坝11的填筑质量不佳,坝体内存在孔洞，由于旧垃圾挡坝11须作为新坝体的一部分，故应对旧垃圾挡坝11进行注浆加固，可以采用新型建筑填料进行注浆，注浆孔间距约1.5m-2m。
[0070]
s2.钻孔、安装钢花管：
[0071]
在旧垃圾挡坝11的边缘按1m间距标记钢花管1的孔位，使用气动钻进行钻孔，用气钻将钢花管1推入，钢花管1的尾端露出足够的长度。严格按照施工图的要求制成钢花管1的外插角，尾部焊接在钢管2上，钢花管1大致平行于中心线。在灌浆之前，冲洗管道中的沉积物，并从下往上进行。单孔注浆压力达到设计要求值后，灌入新型填筑材料；灌浆后的钢花管1应立即堵塞孔口，以防止灌浆流出。
[0072]
s3.土工布的铺设与填料：
[0073]
将土工布3穿过钢管2，横向不允许搭接,纵向搭接宽度不少于200mm。土工布3摊铺后在靠近钢管3处可以采用固定钉4固定，土工布3的尾部应用沙包5固定,土工布3应张紧,
保证其平整,紧贴地面,加筋土体尾部应超碾压1.5m宽。土工布3需要进行预张拉；在浇筑新型建筑填料时应先浇筑土工布3受力方向两端的填料,再回填中间的填料,确保土工布3在初始状态下处于受拉状态。
[0074]
s4.锚杆挂网喷浆防护；
[0075]
在新边坡上重复步骤s2，但无需焊接钢管2，并在边坡锚杆上挂设镀锌铁丝网6，然后进行喷浆，形成挂网喷浆壳，从而防止边坡由表及里遭受风化侵蚀和降雨冲刷。
[0076]
s5.安装排水系统；
[0077]
在新建垃圾挡坝9设置了渗滤液井,收集渗滤液并进行集中抽排以降低并稳定垃圾堆体中的渗滤液水位，保证了新建垃圾挡坝9的坝体不易受水位变化带来的失稳。
[0078]
最后，采用本实施例中的施工方式拓建的垃圾坝体结构，不仅可以有效增强新旧坝体直接连接处的稳定性，而且可以有效保证坝体的安全。
[0079]
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、块合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种新型建筑填料，其特征在于，各组分占比为：浓缩液污泥54％-61％，矿粉11％-14％，垃圾焚烧飞灰/底渣15％-20％，碱激发溶液12％-15％。2.根据权利要求1所述的新型建筑填料，其特征在于，所述浓缩液污泥取自生活垃圾填埋场，由浸没式燃烧工艺产生，呈现深黑色，流塑状；该浓缩液污泥的性能为：含水率为26.76％；土体相对密度为2.31％；ph值为9.31；天然密度为1.88g.cm-3；塑限为9.62％；液限为19.18％；有机质含量为5.87/％。3.根据权利要求2所述的新型建筑填料，其特征在于，所述浓缩液污泥的各组分为：na2o为35.08％；cl为28.14％；k2o为17.05％；so3为14.14％；mgo为2.44％；cao为2.07％；sio2为0.40％；fe2o3为0.13％；p2o5为0.07％；al2o3为0.48％。4.根据权利要求1所述的新型建筑填料，其特征在于，所述矿粉的各组分为：cao为35.49％；sio2为35.0％；so3为2.38％；al2o3为18.0％；fe2o3为0.28％；mgo为6.74％；na2o为0.54％；k2o为0.42％。5.根据权利要求1所述的新型建筑填料，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰的各组分为：cao为33.00％；sio2为14.85％；so3为9.22％；al2o3为3.83％；fe2o3为2.21％；mgo为3.17％；p2o5为1.39％；na2o为6.94％；k2o为6.66％；cl为14.08％。6.根据权利要求1所述的新型建筑填料，其特征在于，所述垃圾焚烧底渣的各组分为：cao为57.70％；sio2为9.63％；so3为5.19％；al2o3为4.95％；fe2o3为5.47％；mgo为3.65％；p2o5为2.89％；na2o为2.25％；k2o为1.25％；cl为3.80％。7.根据权利要求1所述的新型建筑填料，其特征在于，所述矿粉和所述垃圾焚烧飞灰/底渣的粒径需小于0.075mm，含水率不高于3％。8.一种垃圾挡坝拓建营造方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在旧垃圾挡坝上钻出注浆孔，并将钢花管插入该注浆孔内；接着采用权利要求1-7任一项所述的新型建筑填料进行注浆，浆体由设置在钢花管表面的孔洞流出，使得钢花管与旧垃圾挡坝形成一个整体；s2、将钢管与钢花管的尾部进行连接，作为用于实现土工布与锚杆连接的中间连接件；s3、将土工布穿过钢管并固定在指定位置上；接着在土工布之间分层填筑所述的新型建筑填料；s4、在新边坡处钻出注浆孔，并将钢花管插入该注浆孔内；采用所述新型建筑填料进行注浆，浆体由钢花管表面的孔洞流出，与新垃圾堆体形成一个整体，并挂设镀锌钢丝网，然后进行喷浆，形成挂网喷浆壳；s5、安装号排水系统。9.根据权利要求8所述的垃圾挡坝拓建营造方法，其特征在于，所述注浆孔为多组，相邻两组注浆孔的间距约为1.5m-2m。10.根据权利要求8所述的垃圾挡坝拓建营造方法，其特征在于，在新建垃圾挡坝的坝体前设置渗滤液井,收集渗滤液并进行集中抽排以降低并稳定垃圾堆体中的渗滤液水位。

技术总结
本发明涉及一种新型建筑填料和垃圾挡坝拓建营造方法，其中的拓建营造方法为：在旧垃圾挡坝上钻出注浆孔，并将钢花管插入该注浆孔内；接着采用新型建筑填料进行注浆，浆体由钢花管表面的孔洞流出；随后将钢管与钢花管的尾部进行连接；然后将土工布穿过钢管并固定在指定位置上；接着在土工布之间分层填筑新型建筑填料；并在新边坡处钻出注浆孔，并将钢花管插入该注浆孔内；采用新型建筑填料进行注浆；在挂设镀锌钢丝网后进行喷浆，形成挂网喷浆壳；最后安装号排水系统。本发明形成的新旧坝体连接结构可以大大增加接触面的抗滑力，且具有简单易行、投资少、且环保、施工简便、工期短的特点，同时具有较大的推广应用价值和显著的经济和社会效益。和社会效益。和社会效益。


技术研发人员：冯德銮 余洋 梁仕华
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/20