一種碳化攪拌樁-透氣管樁復合地基及其施工方法技術

本發明專利技術涉及一種碳化攪拌樁?透氣管樁復合地基及其施工方法，屬于土木建筑工程地基處理的技術領域。針對目前深厚軟弱地基復合樁的加固技術和氧化鎂碳化加固方法中所存在的不足和問題提供一種承載力高、施工效率高、質量可靠和低碳環保的碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基（CMP）及其施工方法，該碳化攪拌樁?透氣管樁復合地基是由碳化氧化鎂水泥土攪拌樁和透氣管樁構成，透氣管樁復合在碳化氧化鎂水泥土攪拌樁內部。達到加固軟弱地基和二氧化碳資源化利用的需求。

【技術實現步驟摘要】
一種碳化攪拌樁-透氣管樁復合地基及其施工方法
本專利技術涉及一種碳化攪拌樁-透氣管樁復合地基及其施工方法，屬于土木建筑工程地基處理的

技術介紹
在現有的土木建筑工程建設中，經常需要對強度低、壓縮性大和滲透性差的深厚軟土地基進行加固處理，常用的地基處理方法有強夯法、換填法、水泥/石灰攪拌樁法、鋼筋混凝土樁和鉆孔灌注樁等。而強夯法施工噪聲大、適用范圍小，不適合高含水率的淤泥質軟土；采用換填法處理工程量大、造價高，僅適用于淺層地基。水泥/石灰土攪拌樁法因施工速度快、擾動小、成本低而被廣泛應用，但該方法因加固深度受限使承載力和強度較低、質量控制難，有時難以滿足工程要求。鋼筋混凝土樁雖強度高、剛度高但造價也高，并且在復合樁達到極限承載力時，樁周土已先發生破壞，使樁身強度得不到充分發揮、經濟性較差。鉆孔灌注樁施工時易出現塌孔、縮頸等現象，甚至出現地下水對混凝土的侵蝕問題。為此，科研工作者積極尋找新的施工方法或固化材料以提高地基加固的處理效果?！禞CJ/T327-2014勁性復合樁技術規程》提出將散體樁、柔性樁（如水泥攪拌樁）和剛性樁（如鋼筋混凝土預制樁或灌注樁）中的兩種或三種結合形成復合地基來處理軟土，目前關于復合樁地基已有不少專利，如復合樁的施工方法（201410088076.4）、高強勁芯復合樁施工方法（201510504437.3）、超高承載力勁性復合樁的施工方法（201510098526.2）、多元勁性復合樁的施工方法（201610079641.X）、具有高耐久性保護層的復合樁及其制作和施工方法（200810118790.8）、大粒徑多孔混凝土-砂芯樁復合地基及處理方法（201410155063.4）、樁土混凝土一體化復合樁及其施工方法（201610027425.2）和鋼筋混凝土復合樁及其制造裝置和制造方法（201410453494.9）等，與單一樁體相比，這些復合樁地基具有獨特優勢，如砂樁復合地基多用來加固砂土和粉土地基，可提高承載力、降低沉降、防止土體液化；水泥土攪拌樁與鋼筋混凝土樁結合形成的勁性復合樁既可充分發揮鋼筋混凝土樁的高承載力來承擔大部分荷載，又可通過水泥土攪拌樁體將荷載傳遞到樁周土體中，顯著降低施工成本。但是這些復合樁的外圍樁體大部分為水泥/石灰土攪拌樁，與前述的鋼筋混凝土樁和鉆孔灌注樁等相似，強度增長緩慢，所用固化材料主要為水泥，且材料在生產過程中耗能高、二氧化碳排放量大、環境污染嚴重。此外，專利技術人課題組提出了采用氧化鎂的碳化攪拌樁法和整體碳化法來進行軟弱地基的加固處理，申請了系列專利技術專利，這些專利技術專利的相似特點和有益效果是：均以活性氧化物作為土體固化劑，并通入二氧化碳進行碳化以實現軟弱地基土的快速加固。相比于水泥固化土或傳統攪拌樁法，這些方法具有加固速度快、強度高、環境效益好的特點，符合土木工程綠色施工的發展趨勢。然而，現有這些專利也存在相應的缺陷，如：一種土壤的碳化固化方法及其裝置（201010604013.1）、一種利用工業廢氣熱加固軟土地基的處理系統及方法（201310122135.0）和一種用于地基加固的處理系統及碳化成樁方法（201410203978.8）均屬于碳化攪拌樁方法，施工中攪拌樁深度有限，難以滿足工程承載力需要；二氧化碳氣體極易沿攪拌軸外泄，產生二次污染；對二氧化碳泡沫發泡劑及其穩定時間的要求較高，額外增加了天然地基土的含水率和孔隙率，強度增加不甚明顯，尤其對于高含水率的天然地基而言，加固效果更差。此外，一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法（201410272957.1）和一種淺層軟弱地基原位碳化固化處理方法（201510348797.9）均屬于淺層地基處理的范疇，加固深度有限，易出現不均勻沉降，難以滿足深厚軟弱地基土的加固需要；且采用不同粒徑的混合料進行大面積換填，增加了地基處理的工程量和施工成本，降低了施工效率。結合目前深厚軟弱地基復合樁的加固技術和氧化鎂碳化加固方法中所存在的不足和問題，立足于我國工程建設快速發展的現狀和兩種加固技術的優勢，如何形成一種具有樁土體共同作用、承載力協同提高、施工高效和低碳環保的新型復合地基，已成為業界亟待研發的一項重要課題。
技術實現思路
本專利技術針對上述復合地基和碳化加固方法中的不足，提供一種承載力高、施工效率高、質量可靠和低碳環保的碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基（CMP）及其施工方法，達到加固深厚軟弱地基和二氧化碳資源化利用的需求。為了實現這一專利技術目的，我們公開了一種碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基，該碳化攪拌樁-透氣管樁復合地基是由碳化氧化鎂水泥土攪拌樁和透氣管樁構成，透氣管樁復合在碳化氧化鎂水泥土攪拌樁內部。其也可以理解為，透氣管樁位于碳化氧化鎂水泥土攪拌樁內部，與碳化氧化鎂水泥土攪拌樁進行復合。進一步地，所述碳化氧化鎂水泥土攪拌樁中的氧化鎂水泥為活性氧化鎂、活性氧化鎂與生石灰的混合物、活性氧化鎂與水泥的混合物或者活性氧化鎂與生石灰和水泥的混合物。同時，在本專利技術中我們還進一步公開了所述透氣管樁為鋼筋混凝土預制樁。作為另一部分，我們還公開了這一碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基的施工方法，包括下列步驟：a.場地整平，攪拌樁機就位，將樁機鉆桿和螺旋鉆頭垂直對準天然地基的設定樁位；b.啟動攪拌樁機至貫入狀態，直至將螺旋鉆頭旋壓貫入至天然地基的設定深度處，所述螺旋鉆頭切削天然地基土，攪拌葉片破碎并攪拌天然地基土；c.啟動攪拌樁機至提升狀態，一邊噴氧化鎂水泥一邊攪拌和提升，完成氧化鎂水泥土攪拌樁體的初步成型；d.按照步驟b、c中的方式再次下鉆和提鉆，對氧化鎂水泥土攪拌樁進行復攪，直至氧化鎂水泥均勻分散于氧化鎂水泥土攪拌樁中；e.在氧化鎂水泥土固化前，將透氣管樁垂直壓入氧化鎂水泥土攪拌樁中；f.在氧化鎂水泥土攪拌樁和透氣管樁的頂部壓入密封罩，穿過該密封罩向透氣管樁中插入通氣管，該通氣管另一端連接至二氧化碳儲氣罐，通氣管上設置有調壓閥；g.開啟調壓閥并調整通氣壓力，使二氧化碳氣體通過透氣管樁擴散至氧化鎂水泥土攪拌樁樁體中，對氧化鎂水泥土攪拌樁樁體進行通氣碳化形成碳化氧化鎂水泥土攪拌樁，完成碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基的施工。優選地，所述樁機鉆桿的上部為空心狀，下部為實心狀，在樁機鉆桿的底部設置有螺旋鉆頭，樁機鉆桿的上部固定有攪拌葉片；所述攪拌葉片包括上攪拌葉片和下攪拌葉片，上攪拌葉片和下攪拌葉片之間依次錯位設有噴粉孔和噴漿孔，樁機鉆桿內還固定有噴漿管，噴漿管與噴漿孔密封連接；所述上攪拌葉片和下攪拌葉片的攪拌方向可以相同也可以相反。優選地，所述氧化鎂水泥為粉末或漿液，粉末從噴粉孔噴出，漿液從噴漿孔噴出，根據天然地基的含水率，選擇氧化鎂水泥以粉末或漿液形式噴出；當含水率小于10%時，氧化鎂水泥以漿液形式噴出；當含水率大于20%時，氧化鎂水泥以粉末形式噴出；當含水率在10%和20%之間時，可選擇粉末和漿液同時噴出。作為一種優選地方式，所述氧化鎂水泥土攪拌樁的直徑為500–2000mm，透氣管樁的外徑為300–1000mm。另外，本專利技術中還公開了所述透氣管樁通過液壓或捶打壓入氧化鎂水泥土攪拌樁樁體中；所述透氣管樁的長度不小于氧化鎂水泥土攪拌樁的樁體長度；當透氣管樁的長度大于氧化鎂水泥攪拌樁的樁體長度時，在透氣管樁中充填氧化鎂水泥固化土或混凝土，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基，其特征在于：該碳化攪拌樁?透氣管樁復合地基是由碳化氧化鎂水泥土攪拌樁（15）和透氣管樁（10）構成，透氣管樁（10）復合在碳化氧化鎂水泥土攪拌樁（15）內部。

【技術特征摘要】
1.一種碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基，其特征在于：該碳化攪拌樁-透氣管樁復合地基是由碳化氧化鎂水泥土攪拌樁（15）和透氣管樁（10）構成，透氣管樁（10）復合在碳化氧化鎂水泥土攪拌樁（15）內部。2.根據權利要求1所述的碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基，其特征在于：所述碳化氧化鎂水泥土攪拌樁（15）中的氧化鎂水泥為活性氧化鎂、活性氧化鎂與生石灰的混合物、活性氧化鎂與水泥的混合物或者活性氧化鎂與生石灰和水泥的混合物。3.根據權利要求1所述的碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基，其特征在于：所述透氣管樁（10）為鋼筋混凝土預制樁。4.權利要求1所述的碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基的施工方法，其特征在于，包括下列步驟：a.場地整平，攪拌樁機就位，將樁機鉆桿（2）和螺旋鉆頭（5）垂直對準天然地基（1）的設定樁位；b.啟動攪拌樁機至貫入狀態，直至將螺旋鉆頭（5）旋壓貫入至天然地基（1）的設定深度處，所述螺旋鉆頭（5）切削天然地基（1）土，攪拌葉片破碎并攪拌天然地基（1）土；c.啟動攪拌樁機至提升狀態，一邊噴氧化鎂水泥一邊攪拌和提升，完成氧化鎂水泥土攪拌樁體（9）的初步成型；d.按照步驟b、c中的方式再次下鉆和提鉆，對氧化鎂水泥土攪拌樁（9）進行復攪，直至氧化鎂水泥均勻分散于氧化鎂水泥土攪拌樁（9）中；e.在氧化鎂水泥土固化前，將透氣管樁（10）垂直壓入氧化鎂水泥土攪拌樁（9）中；f.在氧化鎂水泥土攪拌樁（9）和透氣管樁（10）的頂部壓入密封罩（11），穿過該密封罩（11）向透氣管樁（10）中插入通氣管（12），該通氣管（12）另一端連接至二氧化碳儲氣罐（14），通氣管（12）上設置有調壓閥（13）；g.開啟調壓閥（13）并調整通氣壓力，使二氧化碳氣體通過透氣管樁（10）擴散至氧化鎂水泥土攪拌樁（9）樁體中，對氧化鎂水泥土攪拌樁（9）樁體進行通氣碳化形成碳化氧化鎂水泥土攪拌樁（15），完成碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基的施工。5.根據權利要求4所述的碳化攪拌樁–透氣管樁復合地基的施工方法，其特征在于：所述樁機鉆桿（2）的上部為空心狀...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉松玉，蔡光華，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32