一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法，该处理系统包括搅拌装置、固化剂供给装置、泡沫供给装置和加速固化装置，利用该系统对地基进行加固，通过轻烧活性氧化镁粉或轻烧活性氧化镁粉和生石灰粉的混合物作为固化剂，根据发泡剂不同半衰期特点，选用阴离子表面活性发泡剂、蛋白类发泡剂或复合型发泡剂中的一种或几种混合物来生产二氧化碳泡沫；利用密封膜和可动密封罩作为加速固化土层形成的临时屏障，为下部桩体碳化提供致密高强的覆盖层。本发明专利技术采用了节能环保的新型固化剂，同时减少施工中的二氧化碳气体的泄露和通气导管的使用量，从原材料生产和施工过程中具有节能减排、持续发展和高效施工的优点。

【技术实现步骤摘要】
—种用于地基加固的处理系统及碳化成粧方法
本专利技术涉及土木工程地基处理领域，具体涉及。
技术介绍
二氧化碳等温室气体的排放量与日俱增，已成为制约社会经济和生态环境发展的瓶颈之一。我国处于经济发展的快速阶段，建筑业所辐射出的相关工业链，对资源消耗和环境影响负有不可推卸的社会责任，发展低碳建筑、倡导节能减排已成为国际建筑界的主流，也是我国建筑业发展的客观必然。据统计，每年全球波特兰水泥的生产量超过25亿吨，且逐年增长，预计到2050年可翻一倍，水泥生产所排放的二氧化碳占人为排放的5?10%，而我国2008年水泥量超过7亿吨，水泥生产所排放的二氧化碳总量约占人为排放总量的18%?22%。目前我国乃至全球正试图寻求新的途径来减少二氧化碳排放,在国外,法国科学家所瑞尔(Sorel)在1867年专利技术了 Sorel水泥；澳大利亚科学家John Harrison在2001、2003和2004年利用活性氧化镁和水泥混合，专利技术了三种新型“绿色水泥”:Tec_cements、Eco-cements和Enviro-cements。这些新型水泥有其独特的优势:理论上，与生产相同质量的氧化镁相比，生产传统水泥所消耗的燃料和排放的二氧化碳量均较高；2004年至今，英国剑桥大学环境工程系的Dr.Al-Tabbaa课题组对活性氧化镁水泥的基本特性及在建筑砌块上的应用进行了系统研究。在国内，专利技术人所在课题组提出了碳化搅拌桩技术，对土体碳化加固进行了基础性研究，并专利技术了相关专利(如:一种土壤的碳化固化方法，专利号CN201210097042.2 ；一种土壤的碳化固化方法及其装置，专利号ZL 201010604013.1 ;一种利用工业废气热加固软土地基的处理系统及方法，专利号CN201310122135.0)。研究表明，用活性氧化镁粉作为土体固化剂，在高浓度和高压二氧化碳环境下，极易吸收二氧化碳，可在几十分钟或几个小时内发生碳化反应，生成多种镁的碳酸化合物等胶结物并迅速产生较高强度，而水泥在7天甚至更长时间才会水化形成胶结物，出现强度的明显增长，且在相同掺量下氧化镁碳化土和水泥固化土所达到的最高强度相当。故研究采用碳化搅拌桩法进行地基加固，有着其特殊的优势和前景，符合绿色建筑发展的趋势。但根据现有专利“一种土壤的碳化固化方法及其装置(专利号:CN201010604013.1)”和“一种利用工业废气热加固软土地基的处理系统及方法(专利号:CN201310122135.0)”所提出的方法，若用搅拌轴直接作为二氧化碳气体的通道极易出现二氧化碳气体沿搅拌轴的外泄，产生二次污染；若将带孔的通气管道直接插入活性氧化镁和土体混合桩体土中，进行顶部密封后通气碳化并留在其中，虽然桩体可以达到预期的强度，但此方法费材、费时、不经济。此外，泡沫除了用于传统的灭火之外，其用途越来越广，目前国内外主要研究将泡沫混凝土、泡沫轻质土用于隔声、保温、特殊路堤回填等方面；以及将泡沫用于油井的开采方面，用二氧化碳泡沫作为携砂、驱油的媒介，这些用途主要利用了泡沫的媒介作用和稳定性，但不同发泡剂所成的泡沫也具有不同的不稳定性或半衰期，将泡沫作为二氧化碳气体进入土体的临时媒介，具有一定的潜在优势。我国处于工程建设的快速发展时期，地基加固工程和技术方法日新月异，但同时给资源利用和环境保护带来了沉重负担，与人类所追求的低碳经济和施工高效等方面的目标仍存较大差距。因此，结合以上存在的问题和泡沫所独具的优势，研发了一种具有自主知识产权的借助泡沫用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法，在避免二次污染、有效利用二氧化碳、省材、省时、高效施工方面具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种节能环保、经济快速加固地基的处理系统及碳化成桩方法，采用发泡装置将二氧化碳有效拌入土中并在加速固化装置作用下形成的致密高强覆盖层下进行碳化加固，解决了碳化过程中表层二氧化碳气体泄露严重和表层难以加固的问题，且可连续施工，显著提高了地基处理的效率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是: 本专利技术用于地基加固的处理系统，该系统包括搅拌装置、固化剂供给装置；所述的搅拌装置包括螺旋切割钻头，搅拌叶片，搅拌轴以及桩机架；所述螺旋切割钻头设置于搅拌轴的底部；所述搅拌叶片固定于搅拌轴上且位于螺旋切割钻头的上方；所述搅拌轴内设有搅拌轴内管，所述搅拌轴与所述桩机架活动连接。所述固化剂供给装置包括固化剂输送管、固化剂储藏罐、干燥装置和空气压缩机；所述的固化剂输送管的一端与搅拌轴顶端密封连接，所述的固化剂输送管的另一端与固化剂储藏罐底部连接；所述固化剂储藏罐顶部通过通气管c与干燥装置顶部连接；所述干燥装置底部通过通气管d与空气压缩机连接； 该系统还包括泡沫供给装置和加速固化装置，所述的泡沫供给装置包括发泡装置和二氧化碳高压罐；所述发泡装置的一端通过二氧化碳泡沫管与所述搅拌轴内管顶端密封连接；所述发泡装置的另一端通过通气管a与所述二氧化碳高压罐连接； 所述的加速固化装置包括带孔喷粉管、旋耕铧犁、带孔通气管和密封罩；所述的加速固化装置附设在所述桩机架的底座上；所述的带孔喷粉管、旋耕铧犁、密封罩沿所述桩机架的底座长度方向依次设置，所述带孔喷粉管平行布设于所述桩机架底座的下表面，且所述带孔喷粉管通过通粉管与所述固化剂储藏罐底部连接；所述密封罩的内侧面上固定有带孔通气管，且所述带孔通气管通过通气管b与二氧化碳高压罐相连接，所述密封罩能够插入地表层将所述地表层碳化形成加速固化土层。所述的搅拌叶片为多层，每层搅拌叶片对称布设于所述搅拌轴两侧；在所述搅拌叶片的上表面、下表面或者搅拌叶片间设置有至少一个排二氧化碳泡沫孔和至少一个喷粉孔a，且所述排二氧化碳泡沫孔与所述搅拌轴内管的底端密封连接。所述搅拌叶片下表面设有若干个锥刺。所述发泡装置内装有发泡液。所述加速固化装置还包括密封膜，所述密封膜位于密封罩内。所述旋耕铧犁和所述密封罩宽度与所述桩机架的底座宽度相同；所述旋耕铧犁能够升降移动，所述密封罩能够上下或者前后移动。具体地，利用本专利技术用于地基加固的处理系统的碳化成桩方法包括以下步骤: a.将发泡剂装入发泡装置中进行二氧化碳气体发泡，以及将干燥的固化剂装入固化剂储藏罐，并通过干燥装置进行气体干燥； b.将螺旋切割钻头移至一预设桩位处，启动搅拌装置于贯入状态，所述螺旋切割钻头破碎土体，所述搅拌叶片搅拌所述破碎土体并贯入至所述预设桩位的预定深度处； c.启动搅拌装置于提升状态，开启控制阀a、控制阀d和固化剂流量控制阀，并根据预设固化剂掺量、搅拌叶片半径和搅拌轴的转动速度和提升速度来调节固化剂流量控制阀，一边喷固化剂粉末和二氧化碳泡沫，一边进行搅拌和提升；当螺旋切割钻头提升至地表层的下表面时，关闭控制阀a和控制阀d，提升螺旋切割钻头至地表层的上表面，完成搅拌桩体的搅拌； d.将搅拌装置向前移动，开启控制阀c和旋耕铧犁，固化剂通过带孔喷粉管喷出，土体和固化剂通过旋耕铧犁进行拌合，待拌合地表层完全覆盖所述搅拌桩体且螺旋切割钻头移至下一预设桩位时，停止搅拌装置的移动并关闭控制阀c和旋耕铧犁； e.移动密封罩至拌合地表层的上方，在拌合地表层的上表面铺设密封膜，将密封罩垂直下压至拌合地表层中，使密封罩的内顶面与密封膜紧密接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于地基加固的处理系统，该系统包括搅拌装置、固化剂供给装置；所述的搅拌装置包括螺旋切割钻头（1），搅拌叶片（5），搅拌轴（7）以及桩机架（9）；所述螺旋切割钻头（1）设置于搅拌轴（7）的底部；所述搅拌叶片（5）固定于搅拌轴（7）上且位于螺旋切割钻头（1）的上方；所述搅拌轴（7）内设有搅拌轴内管（6），所述搅拌轴（7）与所述桩机架（9）活动连接；所述固化剂供给装置包括固化剂输送管（10）、固化剂储藏罐（21）、干燥装置（23）和空气压缩机（25）；所述的固化剂输送管（10）的一端与搅拌轴（7）顶端密封连接，所述的固化剂输送管（10）的另一端与固化剂储藏罐（21）底部连接；所述固化剂储藏罐（21）顶部通过通气管c（35）与干燥装置（23）顶部连接；所述干燥装置（23）底部通过通气管d（38）与空气压缩机（25）连接；其特征在于，该系统还包括泡沫供给装置和加速固化装置，所述的泡沫供给装置包括发泡装置（13）和二氧化碳高压罐（15）；所述发泡装置（13）的一端通过二氧化碳泡沫管（11）与所述搅拌轴内管（6）顶端密封连接；所述发泡装置（13）的另一端通过通气管a（33）与所述二氧化碳高压罐（15）连接；所述的加速固化装置包括带孔喷粉管（19）、旋耕铧犁（20）、带孔通气管（30）和密封罩（27）；所述的加速固化装置附设在所述桩机架（9）的底座上；所述的带孔喷粉管（19）、旋耕铧犁（20）、密封罩（27）沿所述桩机架（9）的底座长度方向依次设置，所述带孔喷粉管（19）平行布设于所述桩机架（9）底座的下表面，且所述带孔喷粉管（19）通过通粉管（36）与所述固化剂储藏罐（21）底部连接；所述密封罩（27）的内侧面上固定有带孔通气管（30），且所述带孔通气管（30）通过通气管b（34）与二氧化碳高压罐（15）相连接，所述密封罩（27）能够插入地表层将所述地表层碳化形成加速固化土层（29）。...

【技术特征摘要】
1.一种用于地基加固的处理系统，该系统包括搅拌装置、固化剂供给装置；所述的搅拌装置包括螺旋切割钻头(1)，搅拌叶片(5)，搅拌轴(7)以及桩机架(9);所述螺旋切割钻头(I)设置于搅拌轴(7)的底部；所述搅拌叶片(5)固定于搅拌轴(7)上且位于螺旋切割钻头(I)的上方；所述搅拌轴(7 )内设有搅拌轴内管(6 )，所述搅拌轴(7 )与所述桩机架(9 )活动连接； 所述固化剂供给装置包括固化剂输送管(10)、固化剂储藏罐(21)、干燥装置(23)和空气压缩机(25);所述的固化剂输送管(10)的一端与搅拌轴(7)顶端密封连接，所述的固化剂输送管(10)的另一端与固化剂储藏罐(21)底部连接；所述固化剂储藏罐(21)顶部通过通气管c (35)与干燥装置(23)顶部连接；所述干燥装置(23)底部通过通气管d (38)与空气压缩机(25)连接； 其特征在于，该系统还包括泡沫供给装置和加速固化装置，所述的泡沫供给装置包括发泡装置(13)和二氧化碳高压罐(15);所述发泡装置(13)的一端通过二氧化碳泡沫管(11)与所述搅拌轴内管(6)顶端密封连接；所述发泡装置(13)的另一端通过通气管a (33)与所述二氧化碳高压罐(15)连接； 所述的加速固化装置包括带孔喷粉管(19)、旋耕铧犁(20)、带孔通气管(30)和密封罩(27);所述的加速固化装置附设在所述桩机架(9)的底座上；所述的带孔喷粉管(19)、旋耕铧犁(20)、密封罩(27)沿所述桩机架(9)的底座长度方向依次设置，所述带孔喷粉管(19)平行布设于所述桩机架(9 )底座的下表面，且所述带孔喷粉管(19 )通过通粉管(36 )与所述固化剂储藏罐(21)底部连接；所述密封罩(27)的内侧面上固定有带孔通气管(30)，且所述带孔通气管(30)通过通气管b (34)与二氧化碳高压罐(15)相连接，所述密封罩(27)能够插入地表层将所述地表层碳化形成加速固化土层(29 )。2.根据权利要求1所述的于地基加固的处理系统，其特征在于:所述的搅拌叶片(5)为多层，每层搅拌叶片(5)对称布设于所述搅拌轴(7)两侧；在所述搅拌叶片(5)的上表面、下表面或者搅拌叶片(5)间设置有至少一个排二氧化碳泡沫孔(2)和至少一个喷粉孔a (3)，且所述排二氧化碳泡沫孔(2)与所述搅拌轴内管(6)的底端密封连接。3.根据权利要求1或2所述的于地基加固的处理系统，其特征在于:所述搅拌叶片(5)下表面设有若干个锥刺(4)。4.根据权利要求1所述的用于地基加固的处理系统，其特征在于:所述发泡装置(13)内装有发泡液。5.根据权利要求1所述的用于地基加固的处理系统，其特征在于:所述加速固化装置还包括密封膜(28)，所述密封膜(28)位于密封罩(27)内。6.根据权利要求1所述的用于地基加固的处理系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松玉，蔡光华，易耀林，杨泳，章定文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32