本發(fā)明涉及構(gòu)筑物工程，具體來講，涉及一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法。

背景技術(shù)：

1、獨立淺基礎(chǔ)，也被稱為單獨基礎(chǔ)，是一種常見的基礎(chǔ)類型，主要用于將構(gòu)筑物的載荷傳遞至地基中，保證構(gòu)筑物變形和強度上的穩(wěn)定。它通常位于地下較淺的位置，且基礎(chǔ)的受力與變形是獨立的，與其他基礎(chǔ)之間無直接聯(lián)系，因此得名“獨立淺基礎(chǔ)”。

2、獨立淺基礎(chǔ)因施工便捷、成本較低，在建筑工程中得到了廣泛的采用。然而當?shù)鼗^為軟弱，或地基存在塌陷、不均勻變形等不良條件時，或?qū)Τ休d力要求較高時，獨立淺埋基礎(chǔ)的使用得到很大的約束。因此，從基礎(chǔ)的地基變形與破壞的機理出發(fā)，提出一種能夠在施工期和長期使用階段都能提高地基穩(wěn)定性的獨立淺埋基礎(chǔ)，將極大的擴展獨立淺埋基礎(chǔ)的使用路徑，起到降本增效的作用。

3、因此，為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法，具備在施工期和長期提升地基穩(wěn)定性，提高承載力的作用，同時還具備固碳減碳的生態(tài)效益。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足中的至少一項。例如，本發(fā)明的目的之一在于提供一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法，能用于在各種可以使用獨立淺埋基礎(chǔ)的構(gòu)筑物工程中，且其獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)傳統(tǒng)獨立基礎(chǔ)承載作用的同時，進行固碳增效，提高穩(wěn)固性和材料的強度，提高工程結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性和生態(tài)收益。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括位于地基土體中的固氣強化區(qū)域，所述固氣強化區(qū)域其頂部與基坑底面位于同一平面；所述固氣強化區(qū)域包括加氣管，以及設(shè)置在加氣管外部設(shè)有多孔隙顆粒層；所述加氣管豎向設(shè)置于固氣強化區(qū)域的軸心處，以用于向固氣強化區(qū)域內(nèi)輸入co2氣體；所述多孔隙顆粒層內(nèi)分布有生石灰。

3、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述多孔隙顆粒層包括內(nèi)外依次設(shè)置的內(nèi)圈填充層、外圈填充層，且內(nèi)圈填充層孔隙大小大于外圈填充層。

4、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述內(nèi)圈填充層為生石灰塊體和碎石的混合物，外圈填充層為生石灰顆粒和砂的混合物。

5、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述生石灰塊體的粒徑為30～40mm，內(nèi)圈填充層的生石灰塊體質(zhì)量含量為5～15％；和/或生石灰顆粒的粒徑為1～5mm，外圈層的生石灰顆粒質(zhì)量含量為5％～9％。

6、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述固氣強化區(qū)域的直徑為40～90cm；外圈填充層厚度為10～20cm，內(nèi)圈填充層的外徑為20～50cm。

7、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，當且僅當?shù)鼗馏w持力層處于地下水位以下時，外圈填充層為以下物質(zhì)的混合物：細沙和/或粉砂，以及生石灰顆粒和砂。

8、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，當?shù)鼗馏w處于地下水位以下時，外圈填充層中生石灰顆粒質(zhì)量含量為5％～9％，細沙和/或粉砂的質(zhì)量含量為5％～30％，旨在降低外圈層的透水系數(shù)。

9、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，獨立淺基礎(chǔ)為正方形基礎(chǔ)或圓形基礎(chǔ)；固氣強化區(qū)域的豎向高度大于其中，b為正方形基礎(chǔ)底面寬度或圓形基礎(chǔ)底面的直徑為b。保證作用范圍處于有效范圍內(nèi)。

10、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括多個固氣強化區(qū)域，多個固氣強化區(qū)域頂部均與基坑底部相齊平；多個固氣強化區(qū)域的頂部設(shè)有集氣罩，集氣罩連接有排氣管路，加氣管頂部連通有用于送入co2氣體的導氣管。

11、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述相鄰兩固氣強化區(qū)域之間的間距小于等于4m。

12、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述加氣管為包括內(nèi)管和外管的雙層套管結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)管其底部設(shè)有導氣孔，并經(jīng)導氣孔與外管底部相連通；所述外管其管壁四周開設(shè)有多個氣孔以用于向多孔隙顆粒層排出co2氣體，其頂部設(shè)有節(jié)流閥，并經(jīng)節(jié)流閥與集氣罩內(nèi)部相連通；導氣管為包括內(nèi)導氣管、外導氣管的雙層套管結(jié)構(gòu)，加氣管的內(nèi)管頂部連通內(nèi)導氣管，集氣罩頂部與外導氣管相連通，并經(jīng)外導氣管連接至排氣管路。

13、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述內(nèi)管底部、外管底部均設(shè)有吸潮防腐物質(zhì)；外管的管壁四周氣孔處均設(shè)有防異物進入的結(jié)構(gòu)特征。

14、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置于基坑內(nèi)的透氣頂墊；所述透氣頂墊為能夠承壓的多孔性結(jié)構(gòu)，集氣罩罩設(shè)在透氣頂墊上；內(nèi)導氣管穿出透氣頂墊、集氣罩后連通有用于捕獲并輸送co2的碳捕捉裝置。

15、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述碳捕捉裝置包括氣缸，氣缸的一側(cè)設(shè)有吸氣口和排氣口，排氣口與內(nèi)導氣管頂部相連通，吸氣口和排氣口分別設(shè)有co2半透膜；所述氣缸的另一側(cè)設(shè)有活塞，以用于自吸氣口抽吸入空氣，之后再將抽吸的氣體自排氣口壓入加氣管。

16、另一方面，本發(fā)明還提供了一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，用于構(gòu)建上述的固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其包括以下步驟：

17、s1、開挖基坑至設(shè)計標高，然后使用鉆機進行豎向鉆井，形成固氣強化區(qū)域豎孔；

18、s2、在固氣強化區(qū)域豎孔內(nèi)下入一套管和加氣管；

19、所述套管分為內(nèi)、外套管兩層，且內(nèi)、外套管兩層套管均為薄壁剛性且兩端開口的管子，內(nèi)套管直徑等于內(nèi)圈填充層直徑，內(nèi)外套管直徑差值等于外圈填充層厚度；

20、s3、充填內(nèi)圈填充層：

21、向外套管和內(nèi)套管之間充填生石灰顆粒和砂的混合物，填到基坑底部標高；填充完成后，拔出外套管；

22、s4、充填外圈填充層：

23、向內(nèi)套管內(nèi)充填生石灰塊體和碎石的混合物，填到基坑底部標高；填充完成后，拔出內(nèi)套管；

24、s5、將加氣管的內(nèi)管與導氣管的內(nèi)導氣管連通，集氣罩頂部與導氣管的外導氣管相連通，并在加氣管的外管頂部安裝節(jié)流閥，以使得安裝完成后外管頂部可經(jīng)節(jié)流閥與集氣罩內(nèi)部空間連通；

25、在固氣強化區(qū)域的頂部放置透氣頂墊，并安裝好集氣罩。

26、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的施工方法，還包括步驟s6和步驟s7：

27、s6、進行基礎(chǔ)墊層施工，施工過程中埋住集氣罩，并將導氣管架設(shè)在基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)架中，并引出到地面；

28、s7、當基礎(chǔ)工程(即，將整個基礎(chǔ)建完后，基礎(chǔ)墊層施工后，安裝鋼筋，綁扎模板，澆筑混凝土，拆模板；或者對于砌體基礎(chǔ)可以現(xiàn)場用磚石砌筑基礎(chǔ))完工并回填后，通過導氣管將加氣管的內(nèi)管與co2搜集供給裝置連通。

29、在本方案的一種優(yōu)選實施例中，所述步驟s2之前，還包括步驟s2’：

30、s2’、下入套管前，在內(nèi)外套管和加氣管底部固定有約束底帽。

31、約束底帽可同時固定內(nèi)套管，外套管和加氣管的底端，以便于后續(xù)步驟將套管與約束底帽一同安放到位，保障施工質(zhì)量。

32、需說明的是：本發(fā)明中，對于難以成孔的松散、軟弱地基，可以使用圓柱形套管鉆成孔，然后下入內(nèi)套管、外套管和加氣管。

33、需說明的是：本發(fā)明提供的一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法中，關(guān)于設(shè)計與施工過程若干要點：

34、(1)固氣強化區(qū)域的直徑與深度：固氣強化區(qū)域的深度需超過潛在滑移面的深度，因此，由極限平衡理論，并考慮到安全冗余，固氣強化區(qū)域的豎向高度超過b為基礎(chǔ)寬度。固氣強化區(qū)域的直徑可以根據(jù)安全系數(shù)需要進行計算確定，并結(jié)合工程施工條件選擇，一般來說直徑取值范圍為30～70cm。固氣強化區(qū)域為雙圈層構(gòu)造，其中：

35、a.固氣強化區(qū)域的生石灰+砂石(砂)層結(jié)構(gòu)(外圈層填充層)。宜采用生石灰(cao)顆粒(優(yōu)選粒徑2mm左右)加粗砂調(diào)配制成，建議施工現(xiàn)場拌均勻后盡快使用，以保證較好的效果。其中生石灰含量重量占比5％～9％，當工程所處區(qū)域地下水較為豐富時，可適當提高生石灰含量，并在粗砂中適當摻入一定量的細沙或粉砂，從而控制地下水的作用。生石灰+砂石層的厚度約10～20cm。

36、b.固氣強化區(qū)域的生石灰+碎石層(內(nèi)圈填充層)。采用生石灰(cao)塊體(優(yōu)選塊體粒徑35mm)加碎石調(diào)配制成，碎石最好采用具有棱角的不規(guī)則形狀碎石。同樣，也是建議施工現(xiàn)場拌均勻后盡快回填，以保證較好的效果。其中，粒徑35mm生石灰重量比例為5～15％左右，與碎石拌勻后的混合物為具有大量孔隙的材料。柱狀固氣強化區(qū)域的生石灰+碎石層直徑20～50cm為宜。

37、(2)設(shè)計時的穩(wěn)定性驗算，應采用碎石樁加固的土體強度為基準進行驗算，不考慮固定co2后的長期強度。因為固氣強化作用是長期增益作用，前期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對于工程至關(guān)重要。

38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括以下內(nèi)容中的至少一項：

39、(1)、本發(fā)明提供的一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其施工方法，從基礎(chǔ)墊層往下，在地基土體內(nèi)部豎向構(gòu)建了一定數(shù)量的固氣強化區(qū)域、加氣管，并預埋導氣管，通過加氣管向固氣強化區(qū)域內(nèi)輸入co2，利用co2和固氣強化區(qū)域內(nèi)ca2+作用，在地基土體形成鈣質(zhì)膠結(jié)體，將松散體固結(jié)，有助于鈣質(zhì)膠結(jié)在空間中對松散體的膠結(jié)效果，有助于提高地基的承載力和變形模量；能在施工期和長期提升地基穩(wěn)定性，提高承載力的作用，同時還具備固碳減碳的生態(tài)效益；

40、(2)、本發(fā)明提供的一種固碳增效獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征與傳統(tǒng)獨立基礎(chǔ)一致，包含基礎(chǔ)放大擴展結(jié)構(gòu)、墊層和上部傳遞荷載結(jié)構(gòu)(柱)；因此，本發(fā)明不需要對傳統(tǒng)獨立淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行較大改動，充分降低設(shè)計、施工難度和成本。