一種無擾動的碳化樁成樁設(shè)備及其施工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程地基處理領(lǐng)域，涉及一種無擾動的碳化粧成粧設(shè)備及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來由于交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的重載交通甚至特重交通。雖然交通荷載的增大很大程度上促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的增長，但由此帶來了許多路基方面的病害，如路面開裂、車轍、路基沉陷、路基不均勻沉降等，也造成了許多交通事故?；诖朔N背景，地基加固技術(shù)應(yīng)運而生，其中粧基加固是目前較為流行的一種地基加固技術(shù)。
[0003]目前的粧基加固技術(shù)主要有沉管灌注粧、擠擴(kuò)多支盤粧、鉆孔灌注粧、灰土擠密粧等，這些粧在提高粧基土體的承載力方面均有顯著的優(yōu)勢，但在環(huán)境保護(hù)方面，則表現(xiàn)出明顯的缺點，如粧在成型時對粧周土體的污染、對上覆建筑物的污染等，很大程度上影響的土壤環(huán)境和自然環(huán)境。這與目前提出的“環(huán)境巖土工程理論”相違背，表現(xiàn)出明顯的滯后性。在此基礎(chǔ)上，東南大學(xué)的劉松玉教授等人提出了 “一種用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成粧方法”，該方法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小時內(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天甚至更長時間才會水化形成膠結(jié)物，出現(xiàn)強(qiáng)度的明顯增長，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)，具有特殊的優(yōu)勢和前景。但通過實踐發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)在施工時由于旋轉(zhuǎn)葉片單一方向轉(zhuǎn)動，使得二氧化碳與土體中的鎂粉反應(yīng)不完全，甚至有一部分沒有反應(yīng)，致使該部分成粧效果較差。而且在成粧時由于外部是土體側(cè)壓，約束力較低，在成粧過程中易出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，導(dǎo)致粧體承載力不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一個目的在于針對現(xiàn)有的成粧技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和承載力方面的不足，提出了一種綠色環(huán)保的碳化粧成粧設(shè)備，該設(shè)備組合結(jié)構(gòu)合理，環(huán)保節(jié)能。
[0005]本發(fā)明的第二個目的在于提供了一種無擾動碳化粧成粧的施工方法，該方法操作簡便且節(jié)能環(huán)保。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種無擾動的碳化粧成粧設(shè)備，其特征在于:所述無擾動的碳化粧成粧設(shè)備包括粧機(jī)架、固化劑供給裝置、泡沫供給裝置以及設(shè)置在粧機(jī)架上的可升降式攪拌裝置；所述可升降式攪拌裝置包括成粧護(hù)套、外攪拌軸、內(nèi)攪拌軸、外部旋轉(zhuǎn)葉片以及內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片；所述內(nèi)攪拌軸的長度大于外攪拌軸的長度；所述外攪拌軸套裝在內(nèi)攪拌軸的外部并與內(nèi)攪拌軸之間設(shè)置有空腔；所述外攪拌軸置于成粧護(hù)套內(nèi)部；所述外部旋轉(zhuǎn)葉片設(shè)置在外攪拌軸的底端部且處于外攪拌軸的外壁上；所述內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片設(shè)置在內(nèi)攪拌軸底端部且置于內(nèi)攪拌軸外壁上；所述外部旋轉(zhuǎn)葉片的高度高于內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片的高度；所述固化劑供給裝置產(chǎn)生固化劑并將固化劑輸送至外攪拌軸與內(nèi)攪拌軸之間所形成的空腔中；所述泡沫供給裝置產(chǎn)生泡沫并將泡沫輸送至外攪拌軸與內(nèi)攪拌軸之間所形成的空腔中。
[0008]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的成粧護(hù)套包括自外而內(nèi)依次套裝在一起的套筒、高強(qiáng)度水膜以及高強(qiáng)度土工格柵；所述外攪拌軸置于高強(qiáng)度土工格柵內(nèi)部。
[0009]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的套筒的底部設(shè)置有鋼靴。
[0010]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的高強(qiáng)度水膜的內(nèi)部水壓力不低于200kN/m2;所述高強(qiáng)度土工格柵在伸長率為0.5%時抗拉強(qiáng)度不低于160kN/m2。
[0011]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的外攪拌軸和內(nèi)攪拌軸的轉(zhuǎn)速均為40r/min，外部旋轉(zhuǎn)葉片的直徑為300mm，內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片的直徑為200mm ;所述可升降式攪拌裝置的提升速度不大于 0.5m/mim0
[0012]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的固化劑供給裝置包括空氣壓縮機(jī)、干燥器、第一控壓閥、固化劑儲藏罐以及固化劑流量控制閥；所述空氣壓縮機(jī)依次通過干燥器、第一控壓閥、固化劑儲藏罐以及固化劑流量控制閥與外攪拌軸和內(nèi)攪拌軸之間所形成的空腔相貫通；所述固化劑儲藏罐中含有氧化鎂以及氧化鈣的混合物。
[0013]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的泡沫供給裝置包括控制閥、發(fā)泡裝置、流量控制閥以及二氧化碳高壓罐；所述二氧化碳高壓罐依次通過流量控制閥、發(fā)泡裝置以及控制閥與外攪拌軸和內(nèi)攪拌軸之間所形成的空腔相貫通；所述發(fā)泡裝置中含有發(fā)泡劑；所述發(fā)泡劑是陰離子表面活性劑與蒸餾水的混合液。
[0014]—種基于如上所述的無擾動的碳化粧成粧設(shè)備的無擾動的碳化粧施工方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟:
[0015]I)對預(yù)加固地基進(jìn)行整平處理；
[0016]2)確定粧基的深度，并確定粧基的孔位以及粧間距；
[0017]3)將干燥的固化劑裝入固化劑儲藏罐中，并通過干燥器進(jìn)行氣體干燥，同時將發(fā)泡劑裝入發(fā)泡裝置中進(jìn)行二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡；所述固化劑是氧化鎂以及氧化鈣按常規(guī)體積比混合后得到的混合物；所述發(fā)泡劑是陰離子表面活性劑與蒸餾水的混合液；所述陰離子表面活性劑與蒸餾水的體積比為1:45 ；
[0018]4)將可升降式攪拌裝置移動到預(yù)設(shè)粧位處，啟動可升降式攪拌裝置于下降狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片入土深度為20m時停止貫入；
[0019]5)通過高壓設(shè)備往高強(qiáng)度水膜中注入水，擰緊高強(qiáng)度水膜的封口并做密封處理；將套筒、高強(qiáng)度水膜以及高強(qiáng)度土工格柵組合形成組合構(gòu)件，借助外力將帶有鋼靴的組合構(gòu)件整體壓入土體中至步驟2)所確定的粧基的深度；
[0020]6)啟動可升降式攪拌裝置于上升狀態(tài)，開啟控制閥、控壓閥以及固化劑流量控制閥，根據(jù)預(yù)設(shè)固化劑摻量、外部旋轉(zhuǎn)葉片的半徑、內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片的半徑、外攪拌軸的轉(zhuǎn)動速度、內(nèi)攪拌軸的轉(zhuǎn)動速度以及可升降式攪拌裝置的上升速度調(diào)節(jié)固化劑流量控制閥，在外部旋轉(zhuǎn)葉片以及內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片的旋轉(zhuǎn)上升過程中均勻的將固化劑粉末和二氧化碳泡沫埋入土體中；當(dāng)外部旋轉(zhuǎn)葉片上升至地表層的下表面時，關(guān)閉控壓閥以及控制閥，提升旋轉(zhuǎn)葉片至地表層的上表面，完成攪拌粧體的攪拌。
[0021]作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的方法在步驟6)之后還包括步驟7):重復(fù)步驟I)至步驟6)直至完成所有孔位的碳化粧的施工工作。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0023]本發(fā)明提供了一種無擾動的碳化粧成粧設(shè)備以及無擾動的碳化粧成粧方法，成粧設(shè)備充分利用了高強(qiáng)度水膜和高強(qiáng)度土工格柵組合結(jié)構(gòu)的整體高強(qiáng)度特性，節(jié)能環(huán)保，同時高強(qiáng)度水膜使得水泥漿液與土體間有效隔離，使得成粧效果較好，無擾動，而且該技術(shù)也避免了傳統(tǒng)技術(shù)在成粧時易出現(xiàn)粧體塌落、鼓脹的現(xiàn)象，極大地提高了粧體的承載力。同時通過通入二氧化碳與氧化鎂反應(yīng)，生成的碳酸鎂可有效中和土體中的堿性物質(zhì)，形成碳化粧，對周圍土體起到了凈化的作用，綠色環(huán)保。通過上內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片的雙向轉(zhuǎn)動，可充分?jǐn)嚢柰馏w，使得二氧化碳與氧化鎂能反應(yīng)完全，節(jié)約能源。綜上所述，該設(shè)備應(yīng)用于地基加固處理時，可有效降低施工成本，極大提高粧體的承載力，改善了土體中的堿性環(huán)境，增加了地基的使用壽命。本發(fā)明通過雙軸雙向旋轉(zhuǎn)葉片疏松土體，并雙向噴灑固化劑和二氧化碳，使得固化劑與二氧化碳的結(jié)合更均勻，更完全，利用率更高，有效提高了碳化粧成粧質(zhì)量。同時裝置匹配的套筒頂端設(shè)置剛靴，使得其能較為容易的插入土體至指定深度，較好的完成套筒內(nèi)部土體的碳化工作。特別值得一提的是注漿剛靴套筒和高強(qiáng)度水膜加高強(qiáng)度土工格柵的組合結(jié)構(gòu)，使得水泥漿在注漿完成后取出時與碳化粧的摩擦減小，極大的提高了碳化粧的承載力。本發(fā)明綠色環(huán)保、節(jié)約能源，制備的碳化粧承載力高，是一種新型的地基加固粧基，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所公開的無擾動的碳化粧成粧設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]附圖標(biāo)記說明如下:
[0026]1-空氣壓縮機(jī)；2_干燥器；3_控壓閥；4_固化劑儲藏罐；5_固化劑流量控制閥；6-粧機(jī)架；7_控制閥；8_發(fā)泡裝置；9_流量控制閥；10-二氧化碳高壓罐；11_套筒；12_高強(qiáng)度水膜；13-高強(qiáng)度土工格柵；14_鋼靴；15-攪拌裝置；16_外攪拌軸；17_內(nèi)攪拌軸；18-外部旋轉(zhuǎn)葉片；19_內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片。
【具體實施方式】
[0027]本發(fā)明提供了一種綠色環(huán)保、無擾動、承載力較高的無損碳化粧，有效利用高強(qiáng)度水膜12和高強(qiáng)度土工格柵13的合理組合，極大提高了成粧效果及粧體承載力，具有很好的市場前景和推廣價值。
[0028]本發(fā)明提供了一種無擾動的碳化粧成粧設(shè)備，該無擾動的碳化粧成粧設(shè)備包括粧機(jī)架6、固化劑供給裝置、泡沫供給裝置以及設(shè)置在粧機(jī)架6上的可升降式攪拌裝置15 ;可升降式攪拌裝置15包括成粧護(hù)套、外攪拌軸16、內(nèi)攪拌軸17、外部旋轉(zhuǎn)葉片18以及內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片19 ;內(nèi)攪拌軸17的長度大于外攪拌軸16的長度；外攪拌軸16套裝在內(nèi)攪拌軸17的外部并與內(nèi)攪拌軸17之間設(shè)置有空腔；外攪拌軸16置于成粧護(hù)套內(nèi)部；外部旋轉(zhuǎn)葉片18設(shè)置在外攪拌軸16的底端部且處于外攪拌軸16的外壁上；內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片19設(shè)置在內(nèi)攪拌軸17底端部且置于內(nèi)攪拌軸17外壁上；外部旋轉(zhuǎn)葉片18的高度高于內(nèi)部旋轉(zhuǎn)葉片19的高度；固化劑供給裝置產(chǎn)生固化劑并將固化劑輸送至外攪拌軸16與內(nèi)攪拌軸17之間所形成的空腔中；泡沫供給裝置產(chǎn)生泡沫并將泡沫輸送至外攪拌軸16與內(nèi)攪拌軸17之間所形成的空腔中。
[0029]成粧護(hù)套包括自外而內(nèi)依次套裝在一起的套筒11、高強(qiáng)度水膜12以及高強(qiáng)度土工格柵13 ;外攪拌軸16置于高強(qiáng)度土工格柵13內(nèi)部；套筒11的底部設(shè)置有鋼靴14。
[0030]固化劑供給裝置包括空氣壓縮機(jī)1、干燥器2、第一控壓閥3、固化劑儲藏罐4以及固化劑流量控制閥95 ;空氣壓縮機(jī)I依次通過干燥器2、第一控壓閥3、固化劑儲藏罐4以及固化劑流量控制閥95與外攪拌軸16和內(nèi)攪拌軸17之間所形成的空腔相貫通；固化劑儲藏罐4中含有氧化鎂以及氧化鈣的混合物。
[0031]泡沫供給裝置包括控制閥、發(fā)泡裝置8、流量控制閥9以及二氧化碳高壓罐10 ;二氧化碳高壓罐10依次通過流量控制閥9、發(fā)泡裝置8以及控制閥與外攪拌軸16和內(nèi)攪拌軸17之間所形成的空腔相貫通；發(fā)泡裝置8中含有發(fā)泡劑；發(fā)泡劑是陰