一种碳化搅拌桩-透气管桩复合地基及其施工方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化搅拌桩‑透气管桩复合地基及其施工方法，属于土木建筑工程地基处理的技术领域。针对目前深厚软弱地基复合桩的加固技术和氧化镁碳化加固方法中所存在的不足和问题提供一种承载力高、施工效率高、质量可靠和低碳环保的碳化搅拌桩–透气管桩复合地基（CMP）及其施工方法，该碳化搅拌桩‑透气管桩复合地基是由碳化氧化镁水泥土搅拌桩和透气管桩构成，透气管桩复合在碳化氧化镁水泥土搅拌桩内部。达到加固软弱地基和二氧化碳资源化利用的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化搅拌桩-透气管桩复合地基及其施工方法
本专利技术涉及一种碳化搅拌桩-透气管桩复合地基及其施工方法，属于土木建筑工程地基处理的

技术介绍
在现有的土木建筑工程建设中，经常需要对强度低、压缩性大和渗透性差的深厚软土地基进行加固处理，常用的地基处理方法有强夯法、换填法、水泥/石灰搅拌桩法、钢筋混凝土桩和钻孔灌注桩等。而强夯法施工噪声大、适用范围小，不适合高含水率的淤泥质软土；采用换填法处理工程量大、造价高，仅适用于浅层地基。水泥/石灰土搅拌桩法因施工速度快、扰动小、成本低而被广泛应用，但该方法因加固深度受限使承载力和强度较低、质量控制难，有时难以满足工程要求。钢筋混凝土桩虽强度高、刚度高但造价也高，并且在复合桩达到极限承载力时，桩周土已先发生破坏，使桩身强度得不到充分发挥、经济性较差。钻孔灌注桩施工时易出现塌孔、缩颈等现象，甚至出现地下水对混凝土的侵蚀问题。为此，科研工作者积极寻找新的施工方法或固化材料以提高地基加固的处理效果。《JCJ/T327-2014劲性复合桩技术规程》提出将散体桩、柔性桩（如水泥搅拌桩）和刚性桩（如钢筋混凝土预制桩或灌注桩）中的两种或三种结合形成复合地基来处理软土，目前关于复合桩地基已有不少专利，如复合桩的施工方法（201410088076.4）、高强劲芯复合桩施工方法（201510504437.3）、超高承载力劲性复合桩的施工方法（201510098526.2）、多元劲性复合桩的施工方法（201610079641.X）、具有高耐久性保护层的复合桩及其制作和施工方法（200810118790.8）、大粒径多孔混凝土-砂芯桩复合地基及处理方法（201410155063.4）、桩土混凝土一体化复合桩及其施工方法（201610027425.2）和钢筋混凝土复合桩及其制造装置和制造方法（201410453494.9）等，与单一桩体相比，这些复合桩地基具有独特优势，如砂桩复合地基多用来加固砂土和粉土地基，可提高承载力、降低沉降、防止土体液化；水泥土搅拌桩与钢筋混凝土桩结合形成的劲性复合桩既可充分发挥钢筋混凝土桩的高承载力来承担大部分荷载，又可通过水泥土搅拌桩体将荷载传递到桩周土体中，显著降低施工成本。但是这些复合桩的外围桩体大部分为水泥/石灰土搅拌桩，与前述的钢筋混凝土桩和钻孔灌注桩等相似，强度增长缓慢，所用固化材料主要为水泥，且材料在生产过程中耗能高、二氧化碳排放量大、环境污染严重。此外，专利技术人课题组提出了采用氧化镁的碳化搅拌桩法和整体碳化法来进行软弱地基的加固处理，申请了系列专利技术专利，这些专利技术专利的相似特点和有益效果是：均以活性氧化物作为土体固化剂，并通入二氧化碳进行碳化以实现软弱地基土的快速加固。相比于水泥固化土或传统搅拌桩法，这些方法具有加固速度快、强度高、环境效益好的特点，符合土木工程绿色施工的发展趋势。然而，现有这些专利也存在相应的缺陷，如：一种土壤的碳化固化方法及其装置（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（201310122135.0）和一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法（201410203978.8）均属于碳化搅拌桩方法，施工中搅拌桩深度有限，难以满足工程承载力需要；二氧化碳气体极易沿搅拌轴外泄，产生二次污染；对二氧化碳泡沫发泡剂及其稳定时间的要求较高，额外增加了天然地基土的含水率和孔隙率，强度增加不甚明显，尤其对于高含水率的天然地基而言，加固效果更差。此外，一种软土地基的换填垫层碳化加固方法（201410272957.1）和一种浅层软弱地基原位碳化固化处理方法（201510348797.9）均属于浅层地基处理的范畴，加固深度有限，易出现不均匀沉降，难以满足深厚软弱地基土的加固需要；且采用不同粒径的混合料进行大面积换填，增加了地基处理的工程量和施工成本，降低了施工效率。结合目前深厚软弱地基复合桩的加固技术和氧化镁碳化加固方法中所存在的不足和问题，立足于我国工程建设快速发展的现状和两种加固技术的优势，如何形成一种具有桩土体共同作用、承载力协同提高、施工高效和低碳环保的新型复合地基，已成为业界亟待研发的一项重要课题。
技术实现思路
本专利技术针对上述复合地基和碳化加固方法中的不足，提供一种承载力高、施工效率高、质量可靠和低碳环保的碳化搅拌桩–透气管桩复合地基（CMP）及其施工方法，达到加固深厚软弱地基和二氧化碳资源化利用的需求。为了实现这一专利技术目的，我们公开了一种碳化搅拌桩–透气管桩复合地基，该碳化搅拌桩-透气管桩复合地基是由碳化氧化镁水泥土搅拌桩和透气管桩构成，透气管桩复合在碳化氧化镁水泥土搅拌桩内部。其也可以理解为，透气管桩位于碳化氧化镁水泥土搅拌桩内部，与碳化氧化镁水泥土搅拌桩进行复合。进一步地，所述碳化氧化镁水泥土搅拌桩中的氧化镁水泥为活性氧化镁、活性氧化镁与生石灰的混合物、活性氧化镁与水泥的混合物或者活性氧化镁与生石灰和水泥的混合物。同时，在本专利技术中我们还进一步公开了所述透气管桩为钢筋混凝土预制桩。作为另一部分，我们还公开了这一碳化搅拌桩–透气管桩复合地基的施工方法，包括下列步骤：a.场地整平，搅拌桩机就位，将桩机钻杆和螺旋钻头垂直对准天然地基的设定桩位；b.启动搅拌桩机至贯入状态，直至将螺旋钻头旋压贯入至天然地基的设定深度处，所述螺旋钻头切削天然地基土，搅拌叶片破碎并搅拌天然地基土；c.启动搅拌桩机至提升状态，一边喷氧化镁水泥一边搅拌和提升，完成氧化镁水泥土搅拌桩体的初步成型；d.按照步骤b、c中的方式再次下钻和提钻，对氧化镁水泥土搅拌桩进行复搅，直至氧化镁水泥均匀分散于氧化镁水泥土搅拌桩中；e.在氧化镁水泥土固化前，将透气管桩垂直压入氧化镁水泥土搅拌桩中；f.在氧化镁水泥土搅拌桩和透气管桩的顶部压入密封罩，穿过该密封罩向透气管桩中插入通气管，该通气管另一端连接至二氧化碳储气罐，通气管上设置有调压阀；g.开启调压阀并调整通气压力，使二氧化碳气体通过透气管桩扩散至氧化镁水泥土搅拌桩桩体中，对氧化镁水泥土搅拌桩桩体进行通气碳化形成碳化氧化镁水泥土搅拌桩，完成碳化搅拌桩–透气管桩复合地基的施工。优选地，所述桩机钻杆的上部为空心状，下部为实心状，在桩机钻杆的底部设置有螺旋钻头，桩机钻杆的上部固定有搅拌叶片；所述搅拌叶片包括上搅拌叶片和下搅拌叶片，上搅拌叶片和下搅拌叶片之间依次错位设有喷粉孔和喷浆孔，桩机钻杆内还固定有喷浆管，喷浆管与喷浆孔密封连接；所述上搅拌叶片和下搅拌叶片的搅拌方向可以相同也可以相反。优选地，所述氧化镁水泥为粉末或浆液，粉末从喷粉孔喷出，浆液从喷浆孔喷出，根据天然地基的含水率，选择氧化镁水泥以粉末或浆液形式喷出；当含水率小于10%时，氧化镁水泥以浆液形式喷出；当含水率大于20%时，氧化镁水泥以粉末形式喷出；当含水率在10%和20%之间时，可选择粉末和浆液同时喷出。作为一种优选地方式，所述氧化镁水泥土搅拌桩的直径为500–2000mm，透气管桩的外径为300–1000mm。另外，本专利技术中还公开了所述透气管桩通过液压或捶打压入氧化镁水泥土搅拌桩桩体中；所述透气管桩的长度不小于氧化镁水泥土搅拌桩的桩体长度；当透气管桩的长度大于氧化镁水泥搅拌桩的桩体长度时，在透气管桩中充填氧化镁水泥固化土或混凝土，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化搅拌桩–透气管桩复合地基，其特征在于：该碳化搅拌桩‑透气管桩复合地基是由碳化氧化镁水泥土搅拌桩（15）和透气管桩（10）构成，透气管桩（10）复合在碳化氧化镁水泥土搅拌桩（15）内部。

【技术特征摘要】
1.一种碳化搅拌桩–透气管桩复合地基，其特征在于：该碳化搅拌桩-透气管桩复合地基是由碳化氧化镁水泥土搅拌桩（15）和透气管桩（10）构成，透气管桩（10）复合在碳化氧化镁水泥土搅拌桩（15）内部。2.根据权利要求1所述的碳化搅拌桩–透气管桩复合地基，其特征在于：所述碳化氧化镁水泥土搅拌桩（15）中的氧化镁水泥为活性氧化镁、活性氧化镁与生石灰的混合物、活性氧化镁与水泥的混合物或者活性氧化镁与生石灰和水泥的混合物。3.根据权利要求1所述的碳化搅拌桩–透气管桩复合地基，其特征在于：所述透气管桩（10）为钢筋混凝土预制桩。4.权利要求1所述的碳化搅拌桩–透气管桩复合地基的施工方法，其特征在于，包括下列步骤：a.场地整平，搅拌桩机就位，将桩机钻杆（2）和螺旋钻头（5）垂直对准天然地基（1）的设定桩位；b.启动搅拌桩机至贯入状态，直至将螺旋钻头（5）旋压贯入至天然地基（1）的设定深度处，所述螺旋钻头（5）切削天然地基（1）土，搅拌叶片破碎并搅拌天然地基（1）土；c.启动搅拌桩机至提升状态，一边喷氧化镁水泥一边搅拌和提升，完成氧化镁水泥土搅拌桩体（9）的初步成型；d.按照步骤b、c中的方式再次下钻和提钻，对氧化镁水泥土搅拌桩（9）进行复搅，直至氧化镁水泥均匀分散于氧化镁水泥土搅拌桩（9）中；e.在氧化镁水泥土固化前，将透气管桩（10）垂直压入氧化镁水泥土搅拌桩（9）中；f.在氧化镁水泥土搅拌桩（9）和透气管桩（10）的顶部压入密封罩（11），穿过该密封罩（11）向透气管桩（10）中插入通气管（12），该通气管（12）另一端连接至二氧化碳储气罐（14），通气管（12）上设置有调压阀（13）；g.开启调压阀（13）并调整通气压力，使二氧化碳气体通过透气管桩（10）扩散至氧化镁水泥土搅拌桩（9）桩体中，对氧化镁水泥土搅拌桩（9）桩体进行通气碳化形成碳化氧化镁水泥土搅拌桩（15），完成碳化搅拌桩–透气管桩复合地基的施工。5.根据权利要求4所述的碳化搅拌桩–透气管桩复合地基的施工方法，其特征在于：所述桩机钻杆（2）的上部为空心状...

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