《Results in Engineering》：Ground Improvement Using Construction and Demolition Waste-Bottom Ash Stone Columns in Soft Clay: Model Tests and Numerical Analyses
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建筑与拆除废弃物（Construction and Demolition Waste, CDW）石柱达到天然骨料柱承载力的95.2%。CDW与底灰（Bottom Ash, BA）显著增强软黏土承载能力，性能提升最高达153.8%。经校核的PLAXIS 3D分析
建筑与拆除废弃物（Construction and Demolition Waste, CDW）石柱达到天然骨料柱承载力的95.2%。CDW与底灰（Bottom Ash, BA）显著增强软黏土承载能力，性能提升最高达153.8%。经校核的PLAXIS 3D分析准确再现试验荷载–沉降行为与鼓胀破坏。柱直径对性能影响最大，而将柱长增加至超过3d仅带来边际效益。
建筑与拆除废弃物（Construction and Demolition Waste, CDW）和底灰（Bottom Ash, BA）等废料资源化用于软黏土石柱（stone columns，又称粒料桩 granular piles）加固，是岩土工程可持续地基处理的重要方向。石柱可提高承载力、改善路堤边坡稳定、减小沉降、限制侧向扩展，并因其粒料组成和较高渗透性加速固结、降低工后沉降；其适用于软压缩黏土至砂性沉积物，并在松散砂中提高抗液化能力。为增强常规石柱性能，土工合成材料加筋被广泛研究，可提供附加侧向约束、限制鼓胀并改善承载与沉降控制。与此同时，全球环境法规日益关注减少填埋，CDW是城市固废主要来源之一，欧盟约占25%～30%，美国2015年5.48亿吨CDW中逾70%被回收，而印度每年约1.5亿吨CDW中仅约1%被回收。CDW颗粒粗糙、不规则、棱角较多，机械破碎产生内部微裂纹，且旧砂浆或未水化水泥浆导致表面粗糙、孔隙较多。BA是燃煤电厂热力燃烧副产物，约占煤灰总产量20%～25%，颗粒呈灰色至黑色、不规则、多孔且表面粗糙，工程性质可与天然砂相近。已有研究虽探索了CDW或BA单独作为石柱填料，但对BA-CDW混合废物基柱料的系统认识不足，尤其BA-CDW比例对荷载–沉降响应、鼓胀行为以及柱径、柱长、周围黏土不排水抗剪强度（undrained shear strength, c
u）的影响，尚未在经校核的试验-数值框架下系统评价。因此，研究人员开展实验室模型试验和三维有限元分析予以填补。
研究人员通过五种BA-CDW组成和天然骨料（natural aggregate, NA）参考柱，在软黏土中进行模型试验，并用PLAXIS 3D进行验证和参数研究。总体结论为：所有柱料均显著提高软黏土承载能力；CDW含量增加持续改善承载与沉降控制，100% CDW柱达到938.50 N，为NA柱1020.84 N的91.93%；柱径影响最大，柱长超过3d后收益边际；c
u对承载能力控制显著。该研究意义在于表明处理后的CDW可作为技术上可行的石柱替代填料，有利于减少天然骨料需求和填埋负担，但其环境与经济优势需项目特定评估。
关键技术方法概括：采用单元胞法（unit-cell approach），假设三角形布桩，桩距2.81d，柱径d=50.8 mm，端承柱长5d，面积置换率（area replacement ratio, A
r）11.5%；圆柱罐直径150 mm、高300 mm，黏土床厚254 mm，c
u=20 kPa，含水率27%，干密度15.2 kN/m
3。填料为NA、BA、CDW及BA:CDW=25:75、50:50、75:25、100:0、0:100，相对密度（relative density, D
r）取70%。黏土取自Gharuan, Mohali；BA取自Nabha Power Limited, Rajpura, Punjab；CDW取自Chandigarh的C&D plant。石柱采用置换法安装，10 mm加载板以1.25 mm/min加载至35 mm沉降；数值分析采用PLAXIS 3D和Mohr-Coulomb模型；参数研究包括d=50.8、60、70 mm，L/d=3、4、5，c
u=10、15、20 kPa。
研究结果如下。4.1 荷载–沉降行为：模型试验表明，未处理黏土极限荷载为402.30 N，所有加固配置均显著提高承载能力；NA柱最高为1020.84 N，100% CDW柱为938.50 N，100% BA柱最低为716.07 N，提升幅度为77.99%～153.75%。随CDW含量由0%增至100%，曲线趋陡并移向更高荷载；CDW-rich柱承载和沉降控制优于BA-rich柱，BA低密度、高孔隙导致更大压缩和颗粒重排。4.2 环境与经济意义：文献比较显示，CDW回收骨料具有12.97 kg CO
2/t的碳收益，碳排放低69.44%，环境影响低77.01%，经济成本低43.88%，但运输距离超过175.57和47.55 km后收益转负；BA资源化亦报告能源和温室气体（greenhouse gas, GHG）节约及部分欧洲国家经济盈利。本研究未评价成本、能耗或环境影响，因此需项目特定生命周期评价（life cycle assessment, LCA）和成本分析。4.3 试验与有限元结果比较：PLAXIS 3D再现了非线性荷载–沉降曲线和鼓胀模式；极限荷载预测接近试验值，例如NA为1020.84 N对1039.51 N，CDW为938.50 N对950.08 N；变形均显示上部侧向变形明显、底部相对受限。4.4 破坏机理：所有柱配置均因鼓胀破坏，最大侧向变形位于柱上部，最大鼓胀深度约0.49d～0.76d；BA含量由50%增至100%使最大鼓胀位置上移。CDW棱角粗糙、摩擦角高，促进颗粒互锁和应力传递；BA摩擦角低、多孔低刚度，促进颗粒重排和压缩。颗粒破碎可能对BA-rich柱有作用，但未直接测量。4.5 Mohr-Coulomb模型局限：该模型参数易由室内试验确定，并得到试验验证，但不显式捕捉应力相关刚度、非线性硬化和发展剪胀，因此参数结果应主要作为数值范围内的比较趋势。4.6 参数研究：选用纯CDW柱M6并以NA柱M1为参考。4.6.1 直径影响：柱长254 mm不变，直径由50.8 mm增至70 mm使A
r由11.5%增至21.8%；CDW柱极限荷载由950.08 N增至1618.95 N，增幅约70.4%；NA柱由1039.51 N增至1784.78 N，增幅约71.7%。4.6.2 长度影响：L/d由3增至5时，NA柱极限荷载由1008.97 N增至1039.51 N，仅增约3.03%；CDW柱由908.37 N增至950.08 N，仅增约4.59%，表明超过活动鼓胀区后增益有限。4.6.3 不排水抗剪强度影响：c
u由10增至20 kPa时，NA柱由522.75 N增至1039.51 N，增约98.9%；CDW柱由477.23 N增至950.08 N，增约99.1%，说明周围黏土约束是鼓胀控制破坏的关键。
讨论部分总结：废物衍生填料可降低天然骨料需求和填埋量，但环境与经济收益受处理、运输和当地条件影响；实验室尺度、短期加载、置换法安装和Mohr-Coulomb模型限制了结果外推。研究结论翻译如下：1. 所有柱料均显著提高软黏土承载能力，提升范围为77.99%～153.75%，100% CDW柱提升133.28%。2. CDW含量增加持续改善承载和沉降控制；100% CDW柱为938.50 N，NA柱为1020.84 N，约为NA的91.93%；CDW-rich填料适合沉降控制，含BA混合料可用于容许刚度与承载降低的情形。3. 所有柱均鼓胀破坏，最大侧向变形位于约0.49d～0.76d深度；BA增加使最大变形上移，颗粒破碎可能有作用；上覆数倍柱径为关键区。4. 柱径由50.8 mm增至70 mm时，CDW柱由950.08 N增至1618.95 N，增约70.4%；NA柱增约71.7%；A
r由11.5%增至21.8%。5. 柱长由3d增至5d时，NA柱仅增3.03%，CDW柱仅增4.59%，超过活动鼓胀区后极限承载增益有限。6. c
u由10增至20 kPa时，NA柱由522.75 N增至1039.51 N，CDW柱由477.23 N增至950.08 N，约翻倍，表明周围黏土约束控制无加筋粒料柱性能。7. 100% CDW最接近NA且沉降控制有利，处理后的CDW可视为技术可行替代填料。8. CDW和BA环境经济效益取决于处理、运输和当地条件，需项目特定LCA和成本分析。限制与未来方向包括现场尺度验证、挤土法安装、长期与循环加载、颗粒破碎与退化、先进本构模型如Hardening Soil模型，以及基于扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）的微观表征和耦合岩土-环境-经济评估。评审时需注意：论文高亮摘要称CDW石柱达到NA柱承载力的95.2%，而正文结果与结论给出91.93%，二者不一致，建议作者核对。
