一種淺層軟弱地基原位碳化固化處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程地基處理領(lǐng)域，具體涉及一種淺層軟弱地基原位碳化固化處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用地基處理方法包括強(qiáng)夯法、砂石粧法、振沖法、水泥/石灰粉煤灰攪拌粧法、注漿法、高壓旋噴粧、預(yù)壓法、夯實(shí)水泥/石灰土法、灰土擠密粧法、單液硅化法和換填法等，而軟弱地基處理還包括堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法及加筋法。而強(qiáng)夯法、振沖法施工噪聲大；傳統(tǒng)換填法工程量大、造價(jià)較高，易出現(xiàn)強(qiáng)度的不均勻分布；砂石粧、水泥/石灰土粧、注漿法、高壓旋噴粧等粧基礎(chǔ)加固法，處理周期長，所用固化材料主要為環(huán)境污染嚴(yán)重的水泥和石灰。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球波特蘭水泥的年產(chǎn)量超過25億噸，且逐年增長，生產(chǎn)所排放的二氧化碳占人為排放量的5~10%，而我國水泥量已超7億噸，二氧化碳排放量約占人為排放量的18~22%，全球二氧化碳排放量的增加已給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類生活帶來了不可估量的諸多負(fù)面效應(yīng)。為此，國內(nèi)外科研者試圖尋求新型的固化材料或環(huán)保型施工方法來減少二氧化碳的排放。在固化劑方面，法國的所瑞爾(Sorel)在1867年首先發(fā)明了 Sorel水泥；澳大利亞的Harrison在2001年發(fā)明了利用活性氧化鎂和水泥混合而成的新型“綠色水泥”；英國劍橋大學(xué)的Al-Tabbaa提出了將活性氧化鎂摻入水泥中并進(jìn)行碳化來快速提高建筑砌塊的強(qiáng)度。這些新型水泥理論上比生產(chǎn)傳統(tǒng)水泥所消耗的燃料和排放的二氧化碳量要高。在地基處理方法上，發(fā)明人所在課題組提出了碳化攪拌粧和整體碳化加固軟弱地基的方法，對土體碳化加固進(jìn)行了基礎(chǔ)性研宄，并申請了相關(guān)專利(如:一種土壤的碳化固化方法，申請?zhí)?ZL 201210097042.2 ;一種土壤的碳化固化方法及其裝置，專利號:ZL 201010604013.1 ;一種利用工業(yè)廢氣熱加固軟土地基的處理系統(tǒng)及方法，專利號:ZL 201310122135.0 ;一種用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成粧方法，申請?zhí)?2014102039788 ;一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法，申請?zhí)?2014102729571 )。這些方法的相似特點(diǎn)和有益效果是:均采用活性氧化物粉末(主要為活性氧化鎂)作為土體固化劑，在高濃度和高壓二氧化碳環(huán)境下，可在幾十分鐘或幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成碳化反應(yīng)，所產(chǎn)生的鎂化合物能迅速提高土體強(qiáng)度；相比水泥固化土，具有固化速度快、強(qiáng)度高、環(huán)境效益好等特點(diǎn)，符合土木工程綠色施工的發(fā)展趨勢。
[0003]但根據(jù)現(xiàn)有專利“一種土壤的碳化固化方法及其裝置(專利號:ZL201010604013.1)”和“一種利用工業(yè)廢氣熱加固軟土地基的處理系統(tǒng)及方法(專利號:ZL201310122135.0)”所提出的方法，二氧化碳?xì)怏w極易沿?cái)嚢栎S外泄，產(chǎn)生二次污染；若將帶孔的通氣管道直接插入活性氧化鎂處理的粧土體中，雖提高了粧體強(qiáng)度，但費(fèi)材、費(fèi)時(shí)。一種用于地基加固的處理系統(tǒng)及碳化成粧方法(申請?zhí)?2014102039788) —定程度上解決了二氧化碳?xì)怏w的外泄問題，但對二氧化碳泡沫發(fā)泡劑及其穩(wěn)定時(shí)間的要求較高，額外增加了地基土的含水率和孔隙率，強(qiáng)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。一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法(申請?zhí)?2014102729571)雖采用了不同粒徑的混合料進(jìn)行換填碳化，保證了地基處理的均勻性和地基強(qiáng)度的明顯提高，但大面積的地基換填，增加了地基處理的工程量和成本，降低了施工效率。此外，已有研宄表明，土體初始含水率對碳化效果的影響較大，較高的含水率將減弱乃至阻滯二氧化碳?xì)怏w的入滲和土體的碳化，因此合理的含水率范圍對增強(qiáng)碳化加固的效果至關(guān)重要。
[0004]立足于我國工程建設(shè)快速發(fā)展的現(xiàn)狀和新型碳化加固地基方法的優(yōu)勢，結(jié)合目前碳化加固法所存在的不足和問題，亟待研發(fā)一項(xiàng)低碳經(jīng)濟(jì)、資源利用合理和施工高效的淺層軟弱地基原位碳化固化處理系統(tǒng)及方法，在有效利用二氧化碳、省材、省時(shí)、高效施工方面及在解決高含水率地基碳化難方面具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種簡捷可靠、施工持續(xù)穩(wěn)定、安全高效的軟弱地基原位碳化固化處理方法，可適應(yīng)不同含水率等復(fù)雜地基環(huán)境，且根據(jù)實(shí)際含水率實(shí)現(xiàn)了地基處理中固化劑摻量的自動(dòng)控制和二氧化碳資源化利用。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種淺層軟弱地基原位碳化固化處理方法，其特征在于，步驟為:
a.通過履帶式攪拌機(jī)在預(yù)處理地基土下采用具有不同攪拌深度的第一攪拌裝置和第二攪拌裝置通過液壓動(dòng)力裝置對預(yù)處理地基土進(jìn)行破土攪拌；
b.先將第一、第二固化劑進(jìn)行混合，然后將混合固化劑從位于第一攪拌裝置上的第一噴粉口和位于第二攪拌裝置上的第二噴粉口噴入在地基土中，同時(shí)通過第一攪拌裝置和第二攪拌裝置完成混合固化劑和地基土的均勻攪拌；
c.在攪拌后的地基土中，通過插板裝置間隔的插入U(xiǎn)型排水板，其中，插板裝置包括插板框架及設(shè)置在插板框架上滑動(dòng)裝置，U型排水板滑動(dòng)裝置上，先將滑動(dòng)裝置壓至預(yù)定深度處，然后將U型排水板從滑動(dòng)裝置上分離；
d.開動(dòng)壓實(shí)裝置和鋪膜裝置，對上述處理過的地基土進(jìn)行邊碾壓邊鋪膜；
e.密封連接輸氣管和排水板端部，通入二氧化碳?xì)怏w，對拌合過混合固化劑并經(jīng)壓實(shí)后的地基土進(jìn)行通氣碳化；
f.重復(fù)上述步驟a~e過程，不斷完成預(yù)處理地基土的固化劑拌合、排水板插入、處理后地基土的壓實(shí)密封和碳化加固。
[0007]第一固化劑輸送率是根據(jù)地基土加固的預(yù)設(shè)固化劑摻量、履帶式攪拌機(jī)的行走速度及第一攪拌裝置和第二攪拌裝置的攪拌半徑及攪拌速度來設(shè)置；第二固化劑輸送率是根據(jù)地基土的實(shí)測含水率而設(shè)置。
[0008]所述第一固化劑為活性氧化物粉末；所述第二固化劑可為無水鎂鹽粉末。
[0009]所述活性氧化物粉末為氧化鎂粉末、生石灰粉末或兩者的混合物。
[0010]所述無水鎂鹽粉末為無水氯化鎂、無水氯化鈣或兩者的混合物。
[0011]所述排水板為波浪型、口琴型的條帶狀塑料板，中間是塑料芯板，兩面土工織物，寬度為10cm。
[0012]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的一種淺層軟弱地基原位碳化固化處理方法具有以下有益效果:
I)本發(fā)明方法將地基處理劃分為固化劑拌合、排水板插入、地基土壓實(shí)以及密封碳化等多個(gè)工序，攪拌裝置采用雙層同步攪拌，可方便調(diào)整地基攪拌的深度，減小了削土攪拌的阻力和難度，提高了固化劑攪拌的均勻性，通過監(jiān)測地基土的含水率，實(shí)時(shí)調(diào)整固化劑的輸送速率。
[0013]2 )采用了活性氧化鎂和無水氯化鎂兩種固化劑，無水氯化鎂具有明顯的減水作用也兼有與氫氧化鎂生成絡(luò)合物的性能，強(qiáng)度增加較為顯著。
[0014]5)將排水板以“U”形間隔壓入固化劑處理地基中，在碾壓過程中可作為排水通道，在碳化過程中作為氣體的運(yùn)移通道，減小了通氣時(shí)間，提高了碳化效率。
[0015]6)均混裝置、均混粉劑罐、氣壓動(dòng)力裝置、插板裝置安置于履帶車上，適應(yīng)了復(fù)雜的施工環(huán)境；傳感器與操作控制系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)處理記錄數(shù)據(jù)，鋪膜裝置和碾壓裝置同步進(jìn)行，大大提高了地基加固的效率。
【附圖說明】
[0016]圖1為淺層軟弱地基原位碳化固化處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體示意圖；
圖2為淺層軟弱地基原位碳化固化處理系統(tǒng)插板裝置的A-A剖面圖；
圖3是淺層軟弱地基原位碳化固化處理系統(tǒng)插板裝置的B-B剖面圖；
圖4為碳化固化后的淺層軟弱地基；
圖5為排水板的C-C斷面圖。
[0017]圖中:
100、地基土，101、履帶式攪拌機(jī)，102、控制集合器，103、控制操作系統(tǒng)，104、可動(dòng)臂架，105、液壓動(dòng)力裝置，106、第一液壓桿，107、法蘭盤，108、傳力