一種用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成樁方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成樁方法，該處理系統(tǒng)包括攪拌裝置、固化劑供給裝置、泡沫供給裝置和加速固化裝置，利用該系統(tǒng)對(duì)地基進(jìn)行加固，通過輕燒活性氧化鎂粉或輕燒活性氧化鎂粉和生石灰粉的混合物作為固化劑，根據(jù)發(fā)泡劑不同半衰期特點(diǎn)，選用陰離子表面活性發(fā)泡劑、蛋白類發(fā)泡劑或復(fù)合型發(fā)泡劑中的一種或幾種混合物來生產(chǎn)二氧化碳泡沫；利用密封膜和可動(dòng)密封罩作為加速固化土層形成的臨時(shí)屏障，為下部樁體碳化提供致密高強(qiáng)的覆蓋層。本發(fā)明采用了節(jié)能環(huán)保的新型固化劑，同時(shí)減少施工中的二氧化碳?xì)怏w的泄露和通氣導(dǎo)管的使用量，從原材料生產(chǎn)和施工過程中具有節(jié)能減排、持續(xù)發(fā)展和高效施工的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成粧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程地基處理領(lǐng)域，具體涉及一種用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成樁方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳等溫室氣體的排放量與日俱增，已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境發(fā)展的瓶頸之一。我國(guó)處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快速階段，建筑業(yè)所輻射出的相關(guān)工業(yè)鏈，對(duì)資源消耗和環(huán)境影響負(fù)有不可推卸的社會(huì)責(zé)任，發(fā)展低碳建筑、倡導(dǎo)節(jié)能減排已成為國(guó)際建筑界的主流，也是我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展的客觀必然。
[0003]據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全球波特蘭水泥的生產(chǎn)量超過25億噸，且逐年增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2050年可翻一倍，水泥生產(chǎn)所排放的二氧化碳占人為排放的5?10%，而我國(guó)2008年水泥量超過7億噸，水泥生產(chǎn)所排放的二氧化碳總量約占人為排放總量的18%?22%。目前我國(guó)乃至全球正試圖尋求新的途徑來減少二氧化碳排放,在國(guó)外,法國(guó)科學(xué)家所瑞爾(Sorel)在1867年發(fā)明了 Sorel水泥；澳大利亞科學(xué)家John Harrison在2001、2003和2004年利用活性氧化鎂和水泥混合，發(fā)明了三種新型“綠色水泥”:Tec_cements、Eco-cements和Enviro-cements。這些新型水泥有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):理論上，與生產(chǎn)相同質(zhì)量的氧化鎂相比，生產(chǎn)傳統(tǒng)水泥所消耗的燃料和排放的二氧化碳量均較高；2004年至今，英國(guó)劍橋大學(xué)環(huán)境工程系的Dr.Al-Tabbaa課題組對(duì)活性氧化鎂水泥的基本特性及在建筑砌塊上的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在國(guó)內(nèi)，發(fā)明人所在課題組提出了碳化攪拌樁技術(shù)，對(duì)土體碳化加固進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究，并發(fā)明了相關(guān)專利(如:一種土壤的碳化固化方法，專利號(hào)CN201210097042.2 ；一種土壤的碳化固化方法及其裝置，專利號(hào)ZL 201010604013.1 ;一種利用工業(yè)廢氣熱加固軟土地基的處理系統(tǒng)及方法，專利號(hào)CN201310122135.0)。研究表明，用活性氧化鎂粉作為土體固化劑，在高濃度和高壓二氧化碳環(huán)境下，極易吸收二氧化碳，可在幾十分鐘或幾個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)生碳化反應(yīng)，生成多種鎂的碳酸化合物等膠結(jié)物并迅速產(chǎn)生較高強(qiáng)度，而水泥在7天甚至更長(zhǎng)時(shí)間才會(huì)水化形成膠結(jié)物，出現(xiàn)強(qiáng)度的明顯增長(zhǎng)，且在相同摻量下氧化鎂碳化土和水泥固化土所達(dá)到的最高強(qiáng)度相當(dāng)。故研究采用碳化攪拌樁法進(jìn)行地基加固，有著其特殊的優(yōu)勢(shì)和前景，符合綠色建筑發(fā)展的趨勢(shì)。
[0004]但根據(jù)現(xiàn)有專利“一種土壤的碳化固化方法及其裝置(專利號(hào):CN201010604013.1)”和“一種利用工業(yè)廢氣熱加固軟土地基的處理系統(tǒng)及方法(專利號(hào):CN201310122135.0)”所提出的方法，若用攪拌軸直接作為二氧化碳?xì)怏w的通道極易出現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w沿?cái)嚢栎S的外泄，產(chǎn)生二次污染；若將帶孔的通氣管道直接插入活性氧化鎂和土體混合樁體土中，進(jìn)行頂部密封后通氣碳化并留在其中，雖然樁體可以達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度，但此方法費(fèi)材、費(fèi)時(shí)、不經(jīng)濟(jì)。
[0005]此外，泡沫除了用于傳統(tǒng)的滅火之外，其用途越來越廣，目前國(guó)內(nèi)外主要研究將泡沫混凝土、泡沫輕質(zhì)土用于隔聲、保溫、特殊路堤回填等方面；以及將泡沫用于油井的開采方面，用二氧化碳泡沫作為攜砂、驅(qū)油的媒介，這些用途主要利用了泡沫的媒介作用和穩(wěn)定性，但不同發(fā)泡劑所成的泡沫也具有不同的不穩(wěn)定性或半衰期，將泡沫作為二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入土體的臨時(shí)媒介，具有一定的潛在優(yōu)勢(shì)。
[0006]我國(guó)處于工程建設(shè)的快速發(fā)展時(shí)期，地基加固工程和技術(shù)方法日新月異，但同時(shí)給資源利用和環(huán)境保護(hù)帶來了沉重負(fù)擔(dān)，與人類所追求的低碳經(jīng)濟(jì)和施工高效等方面的目標(biāo)仍存較大差距。
[0007]因此，結(jié)合以上存在的問題和泡沫所獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的借助泡沫用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成樁方法，在避免二次污染、有效利用二氧化碳、省材、省時(shí)、高效施工方面具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)快速加固地基的處理系統(tǒng)及碳化成樁方法，采用發(fā)泡裝置將二氧化碳有效拌入土中并在加速固化裝置作用下形成的致密高強(qiáng)覆蓋層下進(jìn)行碳化加固，解決了碳化過程中表層二氧化碳?xì)怏w泄露嚴(yán)重和表層難以加固的問題，且可連續(xù)施工，顯著提高了地基處理的效率。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明用于地基加固的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括攪拌裝置、固化劑供給裝置；所述的攪拌裝置包括螺旋切割鉆頭，攪拌葉片，攪拌軸以及樁機(jī)架；所述螺旋切割鉆頭設(shè)置于攪拌軸的底部；所述攪拌葉片固定于攪拌軸上且位于螺旋切割鉆頭的上方；所述攪拌軸內(nèi)設(shè)有攪拌軸內(nèi)管，所述攪拌軸與所述樁機(jī)架活動(dòng)連接。
[0010]所述固化劑供給裝置包括固化劑輸送管、固化劑儲(chǔ)藏罐、干燥裝置和空氣壓縮機(jī)；所述的固化劑輸送管的一端與攪拌軸頂端密封連接，所述的固化劑輸送管的另一端與固化劑儲(chǔ)藏罐底部連接；所述固化劑儲(chǔ)藏罐頂部通過通氣管c與干燥裝置頂部連接；所述干燥裝置底部通過通氣管d與空氣壓縮機(jī)連接；
該系統(tǒng)還包括泡沫供給裝置和加速固化裝置，所述的泡沫供給裝置包括發(fā)泡裝置和二氧化碳高壓罐；所述發(fā)泡裝置的一端通過二氧化碳泡沫管與所述攪拌軸內(nèi)管頂端密封連接；所述發(fā)泡裝置的另一端通過通氣管a與所述二氧化碳高壓罐連接；
所述的加速固化裝置包括帶孔噴粉管、旋耕鏵犁、帶孔通氣管和密封罩；所述的加速固化裝置附設(shè)在所述樁機(jī)架的底座上；所述的帶孔噴粉管、旋耕鏵犁、密封罩沿所述樁機(jī)架的底座長(zhǎng)度方向依次設(shè)置，所述帶孔噴粉管平行布設(shè)于所述樁機(jī)架底座的下表面，且所述帶孔噴粉管通過通粉管與所述固化劑儲(chǔ)藏罐底部連接；所述密封罩的內(nèi)側(cè)面上固定有帶孔通氣管，且所述帶孔通氣管通過通氣管b與二氧化碳高壓罐相連接，所述密封罩能夠插入地表層將所述地表層碳化形成加速固化土層。
[0011]所述的攪拌葉片為多層，每層攪拌葉片對(duì)稱布設(shè)于所述攪拌軸兩側(cè)；在所述攪拌葉片的上表面、下表面或者攪拌葉片間設(shè)置有至少一個(gè)排二氧化碳泡沫孔和至少一個(gè)噴粉孔a，且所述排二氧化碳泡沫孔與所述攪拌軸內(nèi)管的底端密封連接。
[0012]所述攪拌葉片下表面設(shè)有若干個(gè)錐刺。
[0013]所述發(fā)泡裝置內(nèi)裝有發(fā)泡液。
[0014]所述加速固化裝置還包括密封膜，所述密封膜位于密封罩內(nèi)。
[0015]所述旋耕鏵犁和所述密封罩寬度與所述樁機(jī)架的底座寬度相同；所述旋耕鏵犁能夠升降移動(dòng)，所述密封罩能夠上下或者前后移動(dòng)。
[0016]具體地，利用本發(fā)明用于地基加固的處理系統(tǒng)的碳化成樁方法包括以下步驟:
a.將發(fā)泡劑裝入發(fā)泡裝置中進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡，以及將干燥的固化劑裝入固化劑儲(chǔ)藏罐，并通過干燥裝置進(jìn)行氣體干燥；
b.將螺旋切割鉆頭移至一預(yù)設(shè)樁位處，啟動(dòng)攪拌裝置于貫入狀態(tài)，所述螺旋切割鉆頭破碎土體，所述攪拌葉片攪拌所述破碎土體并貫入至所述預(yù)設(shè)樁位的預(yù)定深度處；
c.啟動(dòng)攪拌裝置于提升狀態(tài)，開啟控制閥a、控制閥d和固化劑流量控制閥，并根據(jù)預(yù)設(shè)固化劑摻量、攪拌葉片半徑和攪拌軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度來調(diào)節(jié)固化劑流量控制閥，一邊噴固化劑粉末和二氧化碳泡沫，一邊進(jìn)行攪拌和提升；當(dāng)螺旋切割鉆頭提升至地表層的下表面時(shí)，關(guān)閉控制閥a和控制閥d，提升螺旋切割鉆頭至地表層的上表面，完成攪拌樁體的攪拌；
d.將攪拌裝置向前移動(dòng)，開啟控制閥c和旋耕鏵犁，固化劑通過帶孔噴粉管噴出，土體和固化劑通過旋耕鏵犁進(jìn)行拌合，待拌合地表層完全覆蓋所述攪拌樁體且螺旋切割鉆頭移至下一預(yù)設(shè)樁位時(shí)，停止攪拌裝置的移動(dòng)并關(guān)閉控制閥c和旋耕鏵犁；
e.移動(dòng)密封罩至拌合地表層的上方，在拌合地表層的上表面鋪設(shè)密封膜，將密封罩垂直下壓至拌合地表層中，使密封罩的內(nèi)頂面與密封膜緊密接觸；
f.重復(fù)步驟b-c過程，開啟調(diào)壓閥b，對(duì)拌合地表層進(jìn)行強(qiáng)制密封碳化，過一段時(shí)間，關(guān)閉調(diào)壓閥b，從而使拌合地表層碳化形成加速固化土層；同時(shí)攪拌樁體中的二氧化碳泡沫開始破裂并釋放二氧化碳?xì)怏w，對(duì)攪拌樁體進(jìn)行碳化加固；
g.重復(fù)步驟a-f過程，不斷完成拌合地表層的加速碳化和攪拌樁體的碳化加固，進(jìn)行預(yù)加固地基的加固處理。
[0017]所述步驟(a)中，根據(jù)預(yù)設(shè)固化劑摻量、攪拌葉片的半徑和攪拌軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度分別調(diào)節(jié)調(diào)壓閥a和調(diào)壓閥C，使壓力分別隨著預(yù)設(shè)固化劑摻量、攪拌葉片的半徑、攪拌軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度的增大而增大。
[0018]所述發(fā)泡劑為陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑、蛋白類發(fā)泡劑和復(fù)合型發(fā)泡劑中任一種或多種混合物。
[0019]所述的固化劑為活性氧化鎂粉末和生石灰粉末中任一種或多種混合物。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
1)地基處理所用材料替代了傳統(tǒng)的波特蘭水泥，同時(shí)有效使用了溫室氣體二氧化碳，可在短時(shí)間內(nèi)完成碳化，從材料使用和固化速度上具有節(jié)能環(huán)保、低碳高效；
2)采用密封膜和密封罩形式進(jìn)行地表層土體的快速碳化，以構(gòu)建致密高強(qiáng)的碳化覆蓋層，解決了碳化過程中表層二氧化碳?xì)怏w泄露嚴(yán)重和表層難以加固的問題；
3)在碳化攪拌樁實(shí)施過程中，采用了泡沫形式將二氧化碳?xì)怏w攪拌于樁體中，并暫時(shí)儲(chǔ)存于氧化鎂-土體樁中，過一段時(shí)間后泡沫逐漸破裂，減少了深層土體中二氧化碳?xì)怏w沿?cái)嚢栎S泄露，同時(shí)也可省去在碳化樁體中插通氣管，節(jié)約了地基處理的成本；
4)由于樁體攪拌和表層加速碳化覆蓋層的同時(shí)進(jìn)行、連續(xù)施工，顯著提高了地基處理的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】[0021]圖1為本發(fā)明用于地基加固的處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明地基加固的處理系統(tǒng)中加速固化裝置的A-A剖面圖
圖中:1、螺旋切割鉆頭，2、排二氧化碳泡沫孔，3、噴粉孔a，4、錐刺，5、攪拌葉片，6、攪拌軸內(nèi)管，7、攪拌軸，9、樁機(jī)架，10、固化劑輸送管，11、二氧化碳泡沫管，12、控制閥a, 13、發(fā)泡裝置，14、調(diào)壓閥a，15、二氧化碳高壓罐，16、調(diào)壓閥b，18、控制閥C，19、帶孔噴粉管，20、旋耕鏵犁，21、固化劑儲(chǔ)藏罐，22、控制閥d，23、干燥裝置，24、調(diào)壓閥C，25、空氣壓縮機(jī)，27、密封罩，28、密封膜，29、待加速固化土，30、帶孔通氣管，31、攪拌樁體，32、預(yù)加固地基，33、通氣管a，34、通氣管b，35、通氣管C，36、通粉管，37、固化劑流量控制閥，38、通氣管d。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
如圖1所示，本發(fā)明用于地基加固的處理系統(tǒng)包括攪拌裝置、固化劑供給裝置、泡沫供給裝置和加速固化裝置；所述的攪拌裝置包括螺旋切割鉆頭1，攪拌葉片5，攪拌軸7，樁機(jī)架9 ;所述螺旋切割鉆頭I設(shè)置于攪拌軸7的底部；所述攪拌葉片5固定于攪拌軸7上且位于螺旋切割鉆頭I的上方；所述攪拌軸7內(nèi)設(shè)有攪拌軸內(nèi)管6，所述攪拌軸(7)與所述樁機(jī)架(9)活動(dòng)連接；所述固化劑供給裝置包括固化劑輸送管10、固化劑儲(chǔ)藏罐21、干燥裝置23和空氣壓縮機(jī)25 ;所述的固化劑輸送管10的一端與攪拌軸7頂端密封連接，所述的固化劑輸送管10的另一端與固化劑儲(chǔ)藏罐21底部連接，且在所述固化劑輸送管10上設(shè)有固化劑流量控制閥37 ;由于固化劑儲(chǔ)藏罐21中儲(chǔ)存干燥粉體，在有少量水分的情況下，極易引起固化劑輸送管10、噴粉孔a3和帶孔噴粉管19的堵塞，因此需要對(duì)固化劑的施壓氣體進(jìn)行干燥，即所述固化劑儲(chǔ)藏罐21頂部通過通氣管c35與干燥裝置23頂部連接，且所述通氣管c35上設(shè)有控制閥d22 ;所述干燥裝置23底部通過通氣管d38與空氣壓縮機(jī)25連接，且所述通氣管d38上設(shè)有調(diào)壓閥c24，干燥裝置23具有快速干燥氣體并能儲(chǔ)存一定壓力的氣體。
[0023]所述的泡沫供給裝置包括發(fā)泡裝置13和二氧化碳高壓罐15 ;所述發(fā)泡裝置13的一端通過二氧化碳泡沫管11與所述攪拌軸內(nèi)管6頂端密封連接，且在所述二氧化碳泡沫管11上設(shè)有控制閥al2 ;所述發(fā)泡裝置13的另一端通過通氣管a33與所述二氧化碳高壓罐15連接，且在所述通氣管a33上設(shè)有調(diào)壓閥al4 ;所述的加速固化裝置包括帶孔噴粉管19、旋耕鏵犁20、帶孔通氣管30和密封罩27 ;所述的加速固化裝置附設(shè)在所述樁機(jī)架(9)的底座上；所述的帶孔噴粉管19、旋耕鏵犁20、密封罩27沿所述樁機(jī)架9的底座的長(zhǎng)度方向依次設(shè)置，所述帶孔噴粉管19平行布設(shè)于所述樁機(jī)架(9)底座的下表面，且所述帶孔噴粉管19通過通粉管36與所述固化劑儲(chǔ)藏罐21底部連接，且所述通粉管36上設(shè)有控制閥cl8 ；所述密封罩27的內(nèi)側(cè)面上固定有帶孔通氣管30，且所述帶孔通氣管30通過通氣管b34與二氧化碳高壓罐15相連接，且所述通氣管b34上設(shè)有調(diào)壓閥bl6。所述的攪拌葉片5為多層，每層攪拌葉片5對(duì)稱布設(shè)于所述攪拌軸7兩側(cè)；在所述攪拌葉片5的上表面、下表面或者攪拌葉片5間設(shè)置有至少一個(gè)排二氧化碳泡沫孔2和至少一個(gè)噴粉孔a3，且所述排二氧化碳泡沫孔2與所述攪拌軸內(nèi)管6的底端密封連接。如果攪拌樁直徑較大(大于60cm)且噴粉和噴泡沫壓力不能滿足樁徑需要時(shí)，可在上層攪拌葉片5的下側(cè)面開設(shè)多個(gè)排二氧化碳泡沫孔2和多個(gè)噴粉孔a3，但應(yīng)對(duì)攪拌軸內(nèi)管6與開多個(gè)排二氧化碳泡沫孔2的攪拌葉片5連接處，以及攪拌軸7與攪拌葉片5連接處做好密封連接。[0024]所述攪拌葉片5下表面設(shè)有若干個(gè)錐刺4，錐刺4作用可保證在一次攪拌中完成固化劑粉末和二氧化碳泡沫的均勻拌合，排二氧化碳泡沫孔2與攪拌軸內(nèi)管6的底端密封連接。所述發(fā)泡裝置13內(nèi)裝有一定比例的發(fā)泡液，發(fā)泡裝置13的發(fā)泡功率應(yīng)根據(jù)發(fā)泡劑的發(fā)泡速度和攪拌樁所用的二氧化碳量來選擇。
[0025]如圖2所示，所述加速固化裝置還包括密封膜28，所述密封膜28位于密封罩27內(nèi)。所述旋耕鏵犁20和所述密封罩27寬度與所述樁機(jī)架9的底座寬度相同，旋耕鏵犁20主要是將表層20-100厘米范圍內(nèi)均勻拌合固化劑和土體，旋耕鏵犁20上帶有液壓裝置能夠進(jìn)行升降移動(dòng)，所述密封罩27能夠上下或者前后移動(dòng)；所述密封罩27能夠插入地表層中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土體的特性，包括土性、含水率等，同旋耕鏵犁20攪拌深度相同，可為20-100厘米且密封罩所包圍的地表層經(jīng)碳化形成加速固化土層29。
[0026]利用地基加固的處理系統(tǒng)的碳化成樁方法，其【具體實(shí)施方式】:
根據(jù)樁體中固化劑的預(yù)設(shè)摻量、攪拌樁的預(yù)設(shè)深度、攪拌葉片的半徑、攪拌軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、提升速度和泡沫半衰期，地基加固的碳化成樁法的具體實(shí)施主要包括發(fā)泡液的選擇和配制、固化劑的選擇、壓力閥的調(diào)節(jié)和加速固化土 29層的形成。
[0027]實(shí)施例1
a.選擇陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑，發(fā)泡劑與蒸餾水按質(zhì)量比1:30配制成發(fā)泡液，其泡沫的半衰期約為30min，并裝入發(fā)泡裝置13中；以及將干燥的活性氧化鎂裝入固化劑儲(chǔ)藏罐21 ;當(dāng)攪拌葉片5的半徑小于200 mm,攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度小于30 r/min時(shí),提升速度小于0.5 m/min，分別調(diào)節(jié)調(diào)壓閥al4的壓力為150 kPa，進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡，以及調(diào)節(jié)調(diào)壓閥c24壓力為200 kPa，并進(jìn)行氣體干燥；
b.將螺旋切割鉆頭I移至一預(yù)設(shè)樁位處，啟動(dòng)攪拌裝置于貫入狀態(tài)，所述螺旋切割鉆頭I削土，攪拌葉片5破碎土體并攪拌貫入至所述預(yù)設(shè)樁位的預(yù)定深度IOm處停止；
c.啟動(dòng)攪拌裝置于提升狀態(tài)，開啟控制閥al2、控制閥d22和固化劑流量控制閥37，根據(jù)上述攪拌葉片5的半徑和攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度，預(yù)設(shè)固化劑摻量為450 kg/m3,對(duì)所述固化劑流量控制閥37進(jìn)行調(diào)節(jié)，一邊噴固化劑粉末和二氧化碳泡沫，一邊進(jìn)行攪拌和提升；當(dāng)螺旋切割鉆頭I提升至地表層的下表面時(shí)，地表層厚度為70cm，關(guān)閉控制閥al2和控制閥d22，提升螺旋切割鉆頭I至地表層的上表面，完成攪拌樁體31的攪拌；
d.將攪拌裝置向前移動(dòng)，開啟控制閥cl8和旋耕鏵犁20，固化劑通過帶孔噴粉管19噴出，土體和固化劑通過旋耕鏵犁20進(jìn)行拌合，待拌合地表層完全覆蓋所述攪拌樁體31且螺旋切割鉆頭I移至下一預(yù)設(shè)樁位時(shí)，停止攪拌裝置的移動(dòng)并關(guān)閉控制閥cl8和旋耕鏵犁20 ；
e.移動(dòng)密封罩27至拌合地表層的上方，在拌合地表層的上表面鋪設(shè)密封膜28，將密封罩27垂直下壓至拌合地表層中，壓入深度為70cm，使密封罩27的內(nèi)頂面與密封膜28緊密接觸；
f.重復(fù)步驟b-c過程，開啟調(diào)壓閥bl6，對(duì)拌合地表層進(jìn)行強(qiáng)制密封碳化，從而使所述拌合地表層形成加速固化土層29，過一段時(shí)間，關(guān)閉調(diào)壓閥bl6;同時(shí)攪拌樁體31中的二氧化碳泡沫開始破裂并釋放二氧化碳?xì)怏w，對(duì)攪拌樁體31進(jìn)行碳化加固，根據(jù)實(shí)際施工，力口速碳化時(shí)間約40分鐘；
g.重復(fù)步驟a-f過程，不斷完成待拌合地表層的加速碳化和攪拌樁體31的碳化加固，進(jìn)行預(yù)加固地基32的加固處理。
[0028]實(shí)施例2
a.選擇蛋白類發(fā)泡劑，并將發(fā)泡劑與蒸餾水按質(zhì)量比1:40配制成發(fā)泡液，泡沫的半衰期約為45min，并裝入發(fā)泡裝置13中；以及將干燥的活性氧化鎂裝入固化劑儲(chǔ)藏罐21 ；當(dāng)攪拌葉片5的半徑為200-300 mm，攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-100 r/min時(shí)，提升速度為
0.5-1.0 m/min，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥al4的壓力為300 kPa，進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡，以及調(diào)節(jié)調(diào)壓閥c24壓力為300 kPa，并進(jìn)行氣體干燥；
b.將螺旋切割鉆頭I移至一預(yù)設(shè)樁位處，啟動(dòng)攪拌裝置于貫入狀態(tài)，所述螺旋切割鉆頭I削土，攪拌葉片5破碎土體并攪拌貫入至所述預(yù)設(shè)樁位的預(yù)定深度20m處停止；
c.啟動(dòng)攪拌裝置于提升狀態(tài)，開啟控制閥al2、控制閥d22和固化劑流量控制閥37，根據(jù)上述攪拌葉片5的半徑和攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度，預(yù)設(shè)固化劑摻量為550 kg/m3,對(duì)所述固化劑流量控制閥37進(jìn)行調(diào)節(jié)，一邊噴固化劑粉末和二氧化碳泡沫，一邊進(jìn)行攪拌和提升；當(dāng)螺旋切割鉆頭I提升至地表層的下表面時(shí)，地表層厚度為50cm，關(guān)閉控制閥al2和控制閥d22，提升螺旋切割鉆頭I至地表層的上表面，完成攪拌樁體31的攪拌；
d.將攪拌裝置向前移動(dòng)，開啟控制閥cl8和旋耕鏵犁20，固化劑通過帶孔噴粉管19噴出，土體和固化劑通過旋耕鏵犁20進(jìn)行拌合，待拌合地表層完全覆蓋所述攪拌樁體31且螺旋切割鉆頭I移至下一預(yù)設(shè)樁位時(shí)，停止攪拌裝置的移動(dòng)并關(guān)閉控制閥cl8和旋耕鏵犁20 ；
e.移動(dòng)密封罩27至拌合地表層的上方，在拌合地表層的上表面鋪設(shè)密封膜28，將密封罩27垂直下壓至拌合地表層中，壓入深度為50cm，使密封罩27的內(nèi)頂面與密封膜28緊密接觸；
f.重復(fù)步驟b-c過程，開啟調(diào)壓閥bl6，對(duì)拌合地表層進(jìn)行強(qiáng)制密封碳化，從而使所述拌合地表層形成加速固化土層29，過一段時(shí)間，關(guān)閉調(diào)壓閥bl6 ;同時(shí)攪拌樁體31中的二氧化碳泡沫開始破裂并釋放二氧化碳?xì)怏w，對(duì)攪拌樁體31進(jìn)行碳化加固，根據(jù)實(shí)際施工，力口速碳化時(shí)間約40分鐘；
g.重復(fù)步驟a-f過程，不斷完成拌合地表層的加速碳化和攪拌樁體31的碳化加固，進(jìn)行預(yù)加固地基32的加固處理。
[0029]實(shí)施例3
a.選擇陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑和蛋白類發(fā)泡劑，并按質(zhì)量比1:1混合，陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑起泡速度要快于蛋白類發(fā)泡劑，但穩(wěn)泡時(shí)間短于蛋白類發(fā)泡劑，并將混合發(fā)泡劑與蒸餾水按質(zhì)量比1:40配制成發(fā)泡液，并裝入發(fā)泡裝置13中；以及將干燥的活性氧化鎂和生石灰粉末按質(zhì)量比4:1混合裝入固化劑儲(chǔ)藏罐21 ;當(dāng)攪拌葉片5的半徑為300-400 mm，攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-100 r/min時(shí)，提升速度為0.5-1.0 m/min，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥al4的壓力為400 kPa，進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡，泡沫的半衰期約為30min，以及調(diào)節(jié)調(diào)壓閥c24壓力為400 kPa，并進(jìn)行氣體干燥；
b.將螺旋切割鉆頭I移至一預(yù)設(shè)樁位處，啟動(dòng)攪拌裝置于貫入狀態(tài)，所述螺旋切割鉆頭I削土，攪拌葉片5破碎土體并攪拌貫入至所述預(yù)設(shè)樁位的預(yù)定深度20m處停止；
c.啟動(dòng)攪拌裝置于提升狀態(tài)，開啟控制閥al2、控制閥d22和固化劑流量控制閥37，根據(jù)上述攪拌葉片5的半徑和攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度，預(yù)設(shè)固化劑摻量為650 kg/m3，對(duì)所述固化劑流量控制閥37進(jìn)行調(diào)節(jié)，一邊噴固化劑粉末和二氧化碳泡沫，一邊進(jìn)行攪拌和提升；當(dāng)螺旋切割鉆頭I提升至地表層的下表面時(shí)，地表層厚度為70cm，關(guān)閉控制閥al2和控制閥d22，提升螺旋切割鉆頭I至地表層的上表面，完成攪拌樁體31的攪拌；
d.將攪拌裝置向前移動(dòng)，開啟控制閥cl8和旋耕鏵犁20，固化劑通過帶孔噴粉管19噴出，土體和固化劑通過旋耕鏵犁20進(jìn)行拌合，待拌合地表層完全覆蓋所述攪拌樁體31且螺旋切割鉆頭I移至下一預(yù)設(shè)樁位時(shí)，停止攪拌裝置的移動(dòng)并關(guān)閉控制閥cl8和旋耕鏵犁20 ；
e.移動(dòng)密封罩27至拌合地表層的上方，在拌合地表層的上表面鋪設(shè)密封膜28，將密封罩27垂直下壓至拌合地表層中，壓入深度為70cm，使密封罩27的內(nèi)頂面與密封膜28緊密接觸；
f.重復(fù)步驟b-c過程，開啟調(diào)壓閥bl6，對(duì)拌合地表層進(jìn)行強(qiáng)制密封碳化，從而使所述拌合地表層層形成加速固化土層29，過一段時(shí)間，關(guān)閉調(diào)壓閥bl6 ;同時(shí)攪拌樁體31中的二氧化碳泡沫開始破裂并釋放二氧化碳?xì)怏w，對(duì)攪拌樁體31進(jìn)行碳化加固，根據(jù)實(shí)際施工，加速碳化時(shí)間約40分鐘；
g.重復(fù)步驟a-f過程，不斷完成拌合地表層的加速碳化和攪拌樁體31的碳化加固，進(jìn)行預(yù)加固地基32的加固處理。
[0030] 實(shí)施例4
a.選擇陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑和蛋白類發(fā)泡劑，并按質(zhì)量比1:2混合，陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑起泡速度要快于蛋白類發(fā)泡劑，但穩(wěn)泡時(shí)間短于蛋白類發(fā)泡劑，并將混合發(fā)泡劑與蒸餾水按質(zhì)量比1:40配制成發(fā)泡液，并裝入發(fā)泡裝置13中；以及將干燥的活性氧化鎂和生石灰粉末按質(zhì)量比3:1混合裝入固化劑儲(chǔ)藏罐21 ;當(dāng)攪拌葉片5的半徑為300-400 mm，攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-100 r/min時(shí)，提升速度為0.5-1.0 m/min，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥al4的壓力為400 kPa，進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡，泡沫的半衰期約為45min，以及調(diào)節(jié)調(diào)壓閥c24壓力為500 kPa，并進(jìn)行氣體干燥；
b.將螺旋切割鉆頭I移至一預(yù)設(shè)樁位處，啟動(dòng)攪拌裝置于貫入狀態(tài)，所述螺旋切割鉆頭I削土，攪拌葉片5破碎土體并攪拌貫入至所述預(yù)設(shè)樁位的預(yù)定深度15m處停止；
c.啟動(dòng)攪拌裝置于提升狀態(tài)，開啟控制閥al2、控制閥d22和固化劑流量控制閥37，根據(jù)上述攪拌葉片5的半徑和攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度，預(yù)設(shè)固化劑摻量為550 kg/m3,對(duì)所述固化劑流量控制閥37進(jìn)行調(diào)節(jié)，一邊噴固化劑粉末和二氧化碳泡沫，一邊進(jìn)行攪拌和提升；當(dāng)螺旋切割鉆頭I提升至地表層的下表面時(shí)，地表層厚度為50cm，關(guān)閉控制閥al2和控制閥d22，提升螺旋切割鉆頭I至地表層的上表面，完成攪拌樁體31的攪拌；
d.將攪拌裝置向前移動(dòng)，開啟控制閥cl8和旋耕鏵犁20，固化劑通過帶孔噴粉管19噴出，土體和固化劑通過旋耕鏵犁20進(jìn)行拌合，待拌合地表層完全覆蓋所述攪拌樁體31且螺旋切割鉆頭I移至下一預(yù)設(shè)樁位時(shí)，停止攪拌裝置的移動(dòng)并關(guān)閉控制閥cl8和旋耕鏵犁20 ；
e.移動(dòng)密封罩27至拌合地表層的上方，在拌合地表層的上表面鋪設(shè)密封膜28，將密封罩27垂直下壓至拌合地表層中，壓入深度為50cm，使密封罩27的內(nèi)頂面與密封膜28緊密接觸；
f.重復(fù)步驟b-c過程，開啟調(diào)壓閥bl6，對(duì)拌合地表層進(jìn)行強(qiáng)制密封碳化，從而使所述拌合地表層形成加速固化土層29，過一段時(shí)間，關(guān)閉調(diào)壓閥bl6 ;同時(shí)攪拌樁體31中的二氧化碳泡沫開始破裂并釋放二氧化碳?xì)怏w，對(duì)攪拌樁體31進(jìn)行碳化加固，根據(jù)實(shí)際施工，力口速碳化時(shí)間約60分鐘；
g.重復(fù)步驟a- f過程，不斷完成拌合地表層的加速碳化和攪拌樁體31的碳化加固，進(jìn)行預(yù)加固地基32的加固處理。
[0031] 實(shí)施例5
a.選擇陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑，蛋白類發(fā)泡劑和復(fù)合型發(fā)泡劑，并按質(zhì)量比2:1:1混合，陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑起泡速度要快于蛋白類發(fā)泡劑，但穩(wěn)泡時(shí)間短于蛋白類發(fā)泡劑，而復(fù)合型發(fā)泡劑兼有陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑和蛋白類發(fā)泡劑的優(yōu)點(diǎn)，并將混合發(fā)泡劑與蒸餾水按質(zhì)量比1:40配制成發(fā)泡液，并裝入發(fā)泡裝置13中；以及將干燥的活性氧化鎂和生石灰粉末按質(zhì)量比2:1混合裝入固化劑儲(chǔ)藏罐21 ;當(dāng)攪拌葉片5的半徑為300-400 mm，攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為30-100 r/min時(shí)，提升速度為0.5-1.0 m/min，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥al4的壓力為400 kPa，進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡，泡沫的半衰期約為45min，以及調(diào)節(jié)調(diào)壓閥c24壓力為400 kPa，并進(jìn)行氣體干燥；
b.將螺旋切割鉆頭I移至一預(yù)設(shè)樁位處，啟動(dòng)攪拌裝置于貫入狀態(tài)，所述螺旋切割鉆頭I削土，攪拌葉片5破碎土體并攪拌貫入至所述預(yù)設(shè)樁位的預(yù)定深度15m處停止；
c.啟動(dòng)攪拌裝置于提升狀態(tài)，開啟控制閥al2、控制閥d22和固化劑流量控制閥37，根據(jù)上述攪拌葉片5的半徑和攪拌軸7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度，預(yù)設(shè)固化劑摻量為550 kg/m3,對(duì)所述固化劑流量控制閥37進(jìn)行調(diào)節(jié)，一邊噴固化劑粉末和二氧化碳泡沫，一邊進(jìn)行攪拌和提升；當(dāng)螺旋切割鉆頭I提升至地表層的下表面時(shí)，地表層厚度為30cm，關(guān)閉控制閥al2和固化劑流量控制閥37，提升螺旋切割鉆頭I至地表層的上表面，完成攪拌樁體31的攪拌；
d.將攪拌裝置向前移動(dòng)，開啟控制閥c18和旋耕鏵犁20，固化劑通過帶孔噴粉管19噴出，土體和固化劑通過旋耕鏵犁20進(jìn)行拌合，待地表層完全覆蓋所述攪拌樁體31且螺旋切割鉆頭I移至下一預(yù)設(shè)樁位時(shí)，停止攪拌裝置的移動(dòng)并關(guān)閉控制閥cl8和旋耕鏵犁20 ；
e.移動(dòng)密封罩27至拌合地表層的上方，在拌合地表層的上表面鋪設(shè)密封膜28，將密封罩27垂直下壓至拌合地表層中，壓入深度為30cm，使密封罩27的內(nèi)頂面與密封膜28緊密接觸；
f.重復(fù)步驟b-c過程，開啟調(diào)壓閥bl6，對(duì)拌合地表層進(jìn)行強(qiáng)制密封碳化，從而使所述拌合地表層形成加速固化土層29，過一段時(shí)間，關(guān)閉調(diào)壓閥bl6 ;同時(shí)攪拌樁體31中的二氧化碳泡沫開始破裂并釋放二氧化碳?xì)怏w，對(duì)攪拌樁體31進(jìn)行碳化加固，根據(jù)實(shí)際施工，力口速碳化時(shí)間約60分鐘；
g.重復(fù)步驟a-f過程，不斷完成拌合地表層的加速碳化和攪拌樁體31的碳化加固，進(jìn)行預(yù)加固地基32的加固處理。
【權(quán)利要求】
1.一種用于地基加固的處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括攪拌裝置、固化劑供給裝置；所述的攪拌裝置包括螺旋切割鉆頭(1)，攪拌葉片(5)，攪拌軸(7)以及樁機(jī)架(9);所述螺旋切割鉆頭(I)設(shè)置于攪拌軸(7)的底部；所述攪拌葉片(5)固定于攪拌軸(7)上且位于螺旋切割鉆頭(I)的上方；所述攪拌軸(7 )內(nèi)設(shè)有攪拌軸內(nèi)管(6 )，所述攪拌軸(7 )與所述樁機(jī)架(9 )活動(dòng)連接； 所述固化劑供給裝置包括固化劑輸送管(10)、固化劑儲(chǔ)藏罐(21)、干燥裝置(23)和空氣壓縮機(jī)(25);所述的固化劑輸送管(10)的一端與攪拌軸(7)頂端密封連接，所述的固化劑輸送管(10)的另一端與固化劑儲(chǔ)藏罐(21)底部連接；所述固化劑儲(chǔ)藏罐(21)頂部通過通氣管c (35)與干燥裝置(23)頂部連接；所述干燥裝置(23)底部通過通氣管d (38)與空氣壓縮機(jī)(25)連接； 其特征在于，該系統(tǒng)還包括泡沫供給裝置和加速固化裝置，所述的泡沫供給裝置包括發(fā)泡裝置(13)和二氧化碳高壓罐(15);所述發(fā)泡裝置(13)的一端通過二氧化碳泡沫管(11)與所述攪拌軸內(nèi)管(6)頂端密封連接；所述發(fā)泡裝置(13)的另一端通過通氣管a (33)與所述二氧化碳高壓罐(15)連接； 所述的加速固化裝置包括帶孔噴粉管(19)、旋耕鏵犁(20)、帶孔通氣管(30)和密封罩(27);所述的加速固化裝置附設(shè)在所述樁機(jī)架(9)的底座上；所述的帶孔噴粉管(19)、旋耕鏵犁(20)、密封罩(27)沿所述樁機(jī)架(9)的底座長(zhǎng)度方向依次設(shè)置，所述帶孔噴粉管(19)平行布設(shè)于所述樁機(jī)架(9 )底座的下表面，且所述帶孔噴粉管(19 )通過通粉管(36 )與所述固化劑儲(chǔ)藏罐(21)底部連接；所述密封罩(27)的內(nèi)側(cè)面上固定有帶孔通氣管(30)，且所述帶孔通氣管(30)通過通氣管b (34)與二氧化碳高壓罐(15)相連接，所述密封罩(27)能夠插入地表層將所述地表層碳化形成加速固化土層(29 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于地基加固的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述的攪拌葉片(5)為多層，每層攪拌葉片(5)對(duì)稱布設(shè)于所述攪拌軸(7)兩側(cè)；在所述攪拌葉片(5)的上表面、下表面或者攪拌葉片(5)間設(shè)置有至少一個(gè)排二氧化碳泡沫孔(2)和至少一個(gè)噴粉孔a (3)，且所述排二氧化碳泡沫孔(2)與所述攪拌軸內(nèi)管(6)的底端密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的于地基加固的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述攪拌葉片(5)下表面設(shè)有若干個(gè)錐刺(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地基加固的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)泡裝置(13)內(nèi)裝有發(fā)泡液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地基加固的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述加速固化裝置還包括密封膜(28)，所述密封膜(28)位于密封罩(27)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地基加固的處理系統(tǒng)，其特征在于:所述旋耕鏵犁(20)和所述密封罩(27 )寬度與所述樁機(jī)架(9 )的底座寬度相同；所述旋耕鏵犁(20 )能夠升降移動(dòng)，所述密封罩(27)能夠上下或者前后移動(dòng)。
7.—種如權(quán)利要求1所述的用于地基加固的處理系統(tǒng)的碳化成樁方法，其特征在于:包括以下步驟: a.將發(fā)泡劑裝入發(fā)泡裝置(13)中進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡，以及將干燥的固化劑裝入固化劑儲(chǔ)藏罐(21)，并通過干燥裝置(23)進(jìn)行氣體干燥； b.將螺旋切割鉆頭(I)移至一預(yù)設(shè)樁位處，啟動(dòng)攪拌裝置于貫入狀態(tài)，所述螺旋切割鉆頭(1)破碎土體，所述攪拌葉片(5)攪拌所述破碎土體并貫入至所述預(yù)設(shè)樁位的預(yù)定深度處； c.啟動(dòng)攪拌裝置于提升狀態(tài)，開啟控制閥a(12)、控制閥(1 (22)和固化劑流量控制閥(37)，并根據(jù)預(yù)設(shè)固化劑摻量、攪拌葉片(5)半徑和攪拌軸(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度來調(diào)節(jié)固化劑流量控制閥(37)，一邊噴固化劑粉末和二氧化碳泡沫，一邊進(jìn)行攪拌和提升；當(dāng)螺旋切割鉆頭(1)提升至地表層的下表面時(shí)，關(guān)閉控制閥a (12)和控制閥d (22)，提升螺旋切割鉆頭(1)至地表層的上表面，完成攪拌樁體(31)的攪拌； d.將攪拌裝置向前移動(dòng)，開啟控制閥c(18)和旋耕鏵犁(20)，固化劑通過帶孔噴粉管(19)噴出，土體和固化劑通過旋耕鏵犁(20)進(jìn)行拌合，待拌合地表層完全覆蓋所述攪拌樁體(31)且螺旋切割鉆頭(1)移至下一預(yù)設(shè)樁位時(shí)，停止攪拌裝置的移動(dòng)并關(guān)閉控制閥c(18)和旋耕鏵犁(20)； e.移動(dòng)密封罩(27)至拌合地表層的上方，在拌合地表層的上表面鋪設(shè)密封膜(28)，將密封罩(27 )垂直下壓至拌合地表層中，使密封罩(27 )的內(nèi)頂面與密封膜(28 )緊密接觸； f.重復(fù)步驟b-c過程，開啟調(diào)壓閥b(16)，對(duì)拌合地表層進(jìn)行強(qiáng)制密封碳化，過一段時(shí)間，關(guān)閉調(diào)壓閥b (16)，從而使拌合地表層碳化形成加速固化土層(29);同時(shí)攪拌樁體(31)中的二氧化碳泡沫開始破裂并釋放二氧化碳?xì)怏w，對(duì)攪拌樁體(31)進(jìn)行碳化加固； g.重復(fù)步驟a-f過程，不斷完成拌合地表層的加速碳化和攪拌樁體(31)的碳化加固，進(jìn)行預(yù)加固地基(32)的加固處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化成樁方法，其特征在于:所述步驟(a)中，根據(jù)預(yù)設(shè)固化劑摻量、攪拌葉片(5)的半徑和攪拌軸(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度分別調(diào)節(jié)調(diào)壓閥a (14)和調(diào)壓閥c (24)，使壓力分別隨著預(yù)設(shè)固化劑摻量、攪拌葉片(5)的半徑、攪拌軸(7)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和提升速度的增大而增大。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化成樁方法，其特征在于:所述發(fā)泡劑為陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑、蛋白類發(fā)泡劑和復(fù)合型發(fā)泡劑中任一種或多種混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳化成樁方法，其特征在于:所述的固化劑為活性氧化鎂粉末和生石灰粉末中任一種或多種混合物。
【文檔編號(hào)】E02D5/46GK103981854SQ201410203978
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】劉松玉, 蔡光華, 易耀林, 楊泳, 章定文 申請(qǐng)人:東南大學(xué)