一种适于钛石膏渣场排渗加固的新方法与流程

本发明属于工业固体废物堆场安全环保治理领域，具体涉及一种钛石膏渣场边坡排渗和加固的方法，对于渗透系数小、稳定性较差、地下水浸润线高的山谷型粘渣场等场地的边坡排水和加固尤为适用。

背景技术：

1、我国是钛白粉生产大国，截止2022年我国钛白粉总产能占全球的约53％，常见的钛白粉硫酸法生产工艺，每生产一吨产品往往会有6-12吨钛石膏渣相伴而生。钛石膏渣场主要成份为黏土状渣土，该类土层具有高含水量、大孔隙比、高压缩性、低强度、低透水性、遇水膨胀、失水收缩等工程特性。

2、目前我国每年钛白粉生产形成的钛石膏渣约有800万吨，现今在国内还没有很好的方法将其综合利用，钛石膏的主要处置方式为渣场堆存，巨大的生产规模导致渣场的不断扩容，一方面占用土地，另一方面安全事故频发。大量实验表明钛石膏渣土在干燥条件下力学强度相对较高，自稳固性能较好，但是巨大的产量使得创造干燥的堆存条件十分困难，一般性采用自然山谷堆存的方法难免受到雨水入渗的影响，长期降雨雨水会逐渐入渗渣场坡体内部，由于钛石膏渣具有含水量高、低透水性等特点，雨水入渗后滞水无法顺利排出，抬升浸润线，增加渣场下滑力的同时降低土体抗剪强度，影响渣场边坡稳定性，威胁渣场下游人民生命财产安全。

3、为了解决黏土状渣土堆场排渗难度大的问题，中国专利申请cn201210261185.2公开了一种铺膜防渗磷石膏堆场底部排渗的方法及装置，包括对上游坡面铺设有hdpe膜的磷石膏初期坝以下的磷石膏中的含水进行排出,使初期坝以下的磷石膏固结；在初期坝上游面的坝踵位置设置钢筋混凝土箱涵，在钢筋混凝土箱涵中充填塑料盲沟，钢筋混凝土箱涵收集渗水并经塑料盲沟过滤后汇集进入钢筋混凝土箱涵尾部的不锈钢管中引出钢筋混凝土箱涵，并从贯通埋设在初期坝底部的hdpe管排向下游，并将堆场初期坝高程以下库盆所堆存磷石膏所含水分及降水积蓄的水分导出并从坝底引向下游至库外调节水池，从而尽快将磷石膏内的水分排出，加快磷石膏的排水固结，确保磷石膏堆场的稳定。但该方法及装置无法在整个堆场形成立体排渗，对大规模黏土状渣土堆场排渗效果差。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有低透水性黏土状渣土渣场存在的整体透水性差、排渗速度慢、渣场边坡稳定性低等缺陷，而提供一种适于钛石膏渣场排渗加固的新方法，以增加渣场整体透水性，加快边坡内部滞水排出，同时还可以提高土体密实性，增加渣场土体之间的有效应力，达到降低边坡浸润线，提高渣场整体稳定性的目的。

2、为实现本发明的上述目的，本发明一种适于钛石膏渣场排渗加固的新方法采用以下技术方案实施：

3、1)首先在钛石膏渣场台阶的平台位置布置振冲碎石桩，挤密压实减小渣土土体颗粒之间的空隙；所述的振冲振冲碎石桩在加固区域呈矩形状分布，桩间距2～4m，桩径0.6～1.2m；桩长根据堆场边坡台阶高度和原始地形情况不同适当调整

4、2)从钛石膏渣场台阶的坡脚位置向渣场内部钻孔铺设水平排渗管，水平排渗管位于两排振冲碎石桩中间，间距2～6m，水平排渗管轴线从坡内向外倾斜，与水平面夹角坡度为3％～5％，以利于滞水排出；所述水平排渗管分为排水段和花眼段，其中排水段长度为5～10m，其余部分均为花眼段；

5、3)在钛石膏渣场台阶位置埋设的水平排渗管两侧布置垂直排渗插板，垂直排渗插板深度根据渣场台阶高度设置，垂直排渗插板底部距离水平排渗管0.3～0.6m，垂直排渗插板(3)间距为0.5～1.0m，垂直排渗插板垂直贯通渣土从而增加渣土土体垂直入渗能力。

6、进一步地，所述水平排渗管至振冲碎石桩周围距离为0.5～1.0m。

7、进一步地，所述的花眼段的管身花眼分布按60°、梅花型布置，花眼间距为45～50mm；所述花眼段外包土工布绑扎牢固，端部采用浸油木塞堵塞。

8、进一步地，所述振冲碎石桩的材质采用质地坚硬的碎石，粒径2～4cm，含泥量不大于5％，施工前严格检验碎石质量。

9、进一步地，所述水平排渗管采用φ50～φ110upvc管材，管材外部抗压强度不小于0.8mpa，接管采用热承插式连接。

10、进一步地，所述垂直排渗插板宜采用b型塑料排水板，通水量不小于24cm/s，厚度不小于4mm，垂直排渗插板的宽度应不小于80mm。

11、进一步地，所述垂直排渗插板的材料选信心聚乙烯或聚丙烯为佳。

12、作为本发明的优选，所述的振冲碎石桩的桩体施工按照跳打法由里到外施工，先中部再两侧，先坡内再坡外，严禁采用由外到里的方式制桩。具体按照以下步骤施工：

13、①清理整平施工场地，进行桩位放样；

14、②桩机就位，校正桩管垂直度应≤1.5％；校正桩管长度及投料口位置，使之符合设计桩长，设置二次投料口，在桩位处铺设少量碎石；

15、③启动振动锤，将桩管下到设计深度，每下沉0.5m留振30秒；

16、④稍提升桩管使桩尖打开；

17、⑤停止振动，立即向管内装入规定数量的碎石；

18、⑥振动拔管，拔管前先振动1分钟以后边振动边拔管，每提升1m导管应反插30cm，留振10～20秒，拔管速度为1～2m/min；

19、⑦根据单桩体积碎石用量确定第一次投料的成桩长度，进行数次反插直至桩管内碎石全部拔出；

20、⑧提升桩管开启第二投料口并停止振动，进行第二次投料直至灌满；

21、⑨继续边拔管边振动，直至拔出地面；

22、⑩提升桩管高于地面，停止振动进行孔口投料(第三次投料)直至地表；

23、启动反插，并及时进行孔口补料至该桩碎石桩用量全部投完为止；

24、孔口加压至前机架抬起，完成一根桩施工；

25、移动桩架至另一孔位，重复以上操作。

26、作为本发明的优选，所述的水平排渗管铺设需从渣场台阶坡脚位置向渣场平台方向钻进，钻孔孔径为全孔套管跟进，清水钻进，严禁泥浆护壁，钻孔轴线与水平面夹角坡度为3％～5％，误差不得大于5‰；钻孔施工完成后应及时铺设水平排渗管，水平排渗管连接方式采用热承插式连接，并在周边用4根木螺纹固定，待完成水平排渗管铺设后再取出套管。

27、作为本发明的优选，所述的垂直排渗插板待水平排渗管施工完成后，在台阶平台位置沿水平排渗管两侧垂直打设，并按照以下步骤实施：

28、①垂直排渗插板打设平面位置偏差不大于50mm，套管垂直度偏差不大于1.5％；

29、②垂直排渗插板使用桩靴，若回带长度大于500mm，则在该板位旁450mm处重新补插一根，回带的根数不宜大于总根数的5％；

30、③先将垂直排渗插板套入套管中再打设，釆用振动式插板机施工，插板机配备“排水板深度自动记录仪”完成插板打设工作；

31、④打入渣场的塑料排水板应为整板，长度不足需要接长时要将待接板的滤膜完全剥开，将板芯对插搭接，搭接长度不小于200mm，再将滤膜包好，用细铁丝穿扎牢固或用大号订书钉钉接；接长板的使用量不超过总打设根数的10％，且分散使用，其相邻插板不应有接头；

32、⑤垂直排渗插板打设至设计深度后，在地面以下0.5m处切断，切断后将垂直排渗插板顶部折弯绑扎牢固，最后采用砂砾填满钻孔，孔口采用黏土封闭。

33、本发明一种适于钛石膏渣场排渗加固的新方法采用以上技术方案后，具体表现为以下积极效果：

34、(1)首先在钛石膏渣场台阶平台位置布置振冲碎石桩，挤密压实减小土体颗粒之间的空隙，减少地下水滞留空间，加速渣场地下水排出；

35、(2)再在边坡坡脚位置向平台方向布置水平排渗管至碎石桩周围，从而将渣场土体水流从水平排渗管导出，较大粒径的碎石有利于滞水垂直向的渗流至水平排渗管；

36、(3)最后在水平排渗管两侧均匀布置垂直向排渗插板，垂直贯通渣土从而增加土体垂直入渗能力，将插板内的水体快速导流至水平排渗管从而排出渣场，在重力作用下，插板影响半径范围内会形成降落漏斗，加速疏干周围地下水；水平排渗管将碎石桩和排渗插板竖向导流的水体排出渣场边坡外，降低渣场浸润线，增加渣场稳定性。

37、(4)本发明方法设计并采用“碎石桩+水平排渗管+垂直排渗插板”的联合排渗加固系统，形成纵横、垂直联合立体排渗的方式，大大降低了钛石膏渣场地下水位，显著降低钛石膏渣场地下水浸润线，并合理利用钛石膏渣在干燥条件下力学强度高，自稳固性能好的特点，以经济有效的处理方式提高渣场边坡稳定性。