一种无扰动的碳化桩成桩设备及其施工方法技术

一种无扰动的碳化桩成桩设备及其施工方法，该设备包括桩机架、固化剂供给装置、泡沫供给装置和设在桩机架上的可升降式搅拌装置；可升降式搅拌装置包括成桩护套、外搅拌轴、内搅拌轴、外部旋转叶片和内部旋转叶片；内搅拌轴的长度大于外搅拌轴的长度；外搅拌轴套装在内搅拌轴的外部二者之间设置有空腔；外搅拌轴置于成桩护套内部；外部旋转叶片设置在外搅拌轴的底端部；内部旋转叶片设置在内搅拌轴底端部；外部旋转叶片的高度高于内部旋转叶片的高度；固化剂供给装置产生固化剂并将其输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间的空腔中；泡沫供给装置产生泡沫并将其输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间的空腔中。本发明专利技术结构合理、环保节能、操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种无扰动的碳化桩成桩设备及其施工方法
本专利技术属于土木工程地基处理领域，涉及一种无扰动的碳化桩成桩设备及其施工方法。
技术介绍
近年来由于交通运输业的飞速发展，出现了越来越多的重载交通甚至特重交通。虽然交通荷载的增大很大程度上促进了经济的增长，但由此带来了许多路基方面的病害，如路面开裂、车辙、路基沉陷、路基不均匀沉降等，也造成了许多交通事故。基于此种背景，地基加固技术应运而生，其中桩基加固是目前较为流行的一种地基加固技术。目前的桩基加固技术主要有沉管灌注桩、挤扩多支盘桩、钻孔灌注桩、灰土挤密桩等，这些桩在提高桩基土体的承载力方面均有显著的优势，但在环境保护方面，则表现出明显的缺点，如桩在成型时对桩周土体的污染、对上覆建筑物的污染等，很大程度上影响的土壤环境和自然环境。这与目前提出的“环境岩土工程理论”相违背，表现出明显的滞后性。在此基础上，东南大学的刘松玉教授等人提出了“一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法”，该方法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，具有特殊的优势和前景。但通过实践发现，该技术在施工时由于旋转叶片单一方向转动，使得二氧化碳与土体中的镁粉反应不完全，甚至有一部分没有反应，致使该部分成桩效果较差。而且在成桩时由于外部是土体侧压，约束力较低，在成桩过程中易出现鼓胀现象，导致桩体承载力不足。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于针对现有的成桩技术在环境保护和承载力方面的不足，提出了一种绿色环保的碳化桩成桩设备，该设备组合结构合理，环保节能。本专利技术的第二个目的在于提供了一种无扰动碳化桩成桩的施工方法，该方法操作简便且节能环保。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述无扰动的碳化桩成桩设备包括桩机架、固化剂供给装置、泡沫供给装置以及设置在桩机架上的可升降式搅拌装置；所述可升降式搅拌装置包括成桩护套、外搅拌轴、内搅拌轴、外部旋转叶片以及内部旋转叶片；所述内搅拌轴的长度大于外搅拌轴的长度；所述外搅拌轴套装在内搅拌轴的外部并与内搅拌轴之间设置有空腔；所述外搅拌轴置于成桩护套内部；所述外部旋转叶片设置在外搅拌轴的底端部且处于外搅拌轴的外壁上；所述内部旋转叶片设置在内搅拌轴底端部且置于内搅拌轴外壁上；所述外部旋转叶片的高度高于内部旋转叶片的高度；所述固化剂供给装置产生固化剂并将固化剂输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中；所述泡沫供给装置产生泡沫并将泡沫输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中。作为优选，本专利技术所采用的成桩护套包括自外而内依次套装在一起的套筒、高强度水膜以及高强度土工格栅；所述外搅拌轴置于高强度土工格栅内部。作为优选，本专利技术所采用的套筒的底部设置有钢靴。作为优选，本专利技术所采用的高强度水膜的内部水压力不低于200kN/m2；所述高强度土工格栅在伸长率为0.5％时抗拉强度不低于160kN/m2。作为优选，本专利技术所采用的外搅拌轴和内搅拌轴的转速均为40r/min，外部旋转叶片的直径为300mm，内部旋转叶片的直径为200mm；所述可升降式搅拌装置的提升速度不大于0.5m/mim。作为优选，本专利技术所采用的固化剂供给装置包括空气压缩机、干燥器、控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀；所述空气压缩机依次通过干燥器、控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述固化剂储藏罐中含有氧化镁以及氧化钙的混合物。作为优选，本专利技术所采用的泡沫供给装置包括控制阀、发泡装置、流量控制阀以及二氧化碳高压罐；所述二氧化碳高压罐依次通过流量控制阀、发泡装置以及控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述发泡装置中含有发泡剂；所述发泡剂是阴离子表面活性剂与蒸馏水的混合液。一种基于如上所述的无扰动的碳化桩成桩设备的无扰动的碳化桩施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)对预加固地基进行整平处理；2)确定桩基的深度，并确定桩基的孔位以及桩间距；3)将干燥的固化剂装入固化剂储藏罐中，并通过干燥器进行气体干燥，同时将发泡剂装入发泡装置中进行二氧化碳气体发泡；所述固化剂是氧化镁以及氧化钙按常规体积比混合后得到的混合物；所述发泡剂是阴离子表面活性剂与蒸馏水的混合液；所述阴离子表面活性剂与蒸馏水的体积比为1：45；4)将可升降式搅拌装置移动到预设桩位处，启动可升降式搅拌装置于下降状态，当内部旋转叶片入土深度为20m时停止贯入；5)通过高压设备往高强度水膜中注入水，拧紧高强度水膜的封口并做密封处理；将套筒、高强度水膜以及高强度土工格栅组合形成组合构件，借助外力将带有钢靴的组合构件整体压入土体中至步骤2)所确定的桩基的深度；6)启动可升降式搅拌装置于上升状态，开启控制阀、控压阀以及固化剂流量控制阀，根据预设固化剂掺量、外部旋转叶片的半径、内部旋转叶片的半径、外搅拌轴的转动速度、内搅拌轴的转动速度以及可升降式搅拌装置的上升速度调节固化剂流量控制阀，在外部旋转叶片以及内部旋转叶片的旋转上升过程中均匀的将固化剂粉末和二氧化碳泡沫埋入土体中；当外部旋转叶片上升至地表层的下表面时，关闭控压阀以及控制阀，提升旋转叶片至地表层的上表面，完成搅拌桩体的搅拌。作为优选，本专利技术所采用的方法在步骤6)之后还包括步骤7)：重复步骤1)至步骤6)直至完成所有孔位的碳化桩的施工工作。本专利技术的优点是：本专利技术提供了一种无扰动的碳化桩成桩设备以及无扰动的碳化桩成桩方法，成桩设备充分利用了高强度水膜和高强度土工格栅组合结构的整体高强度特性，节能环保，同时高强度水膜使得水泥浆液与土体间有效隔离，使得成桩效果较好，无扰动，而且该技术也避免了传统技术在成桩时易出现桩体塌落、鼓胀的现象，极大地提高了桩体的承载力。同时通过通入二氧化碳与氧化镁反应，生成的碳酸镁可有效中和土体中的碱性物质，形成碳化桩，对周围土体起到了净化的作用，绿色环保。通过上内部旋转叶片的双向转动，可充分搅拌土体，使得二氧化碳与氧化镁能反应完全，节约能源。综上所述，该设备应用于地基加固处理时，可有效降低施工成本，极大提高桩体的承载力，改善了土体中的碱性环境，增加了地基的使用寿命。本专利技术通过双轴双向旋转叶片疏松土体，并双向喷洒固化剂和二氧化碳，使得固化剂与二氧化碳的结合更均匀，更完全，利用率更高，有效提高了碳化桩成桩质量。同时装置匹配的套筒顶端设置刚靴，使得其能较为容易的插入土体至指定深度，较好的完成套筒内部土体的碳化工作。特别值得一提的是注浆刚靴套筒和高强度水膜加高强度土工格栅的组合结构，使得水泥浆在注浆完成后取出时与碳化桩的摩擦减小，极大的提高了碳化桩的承载力。本专利技术绿色环保、节约能源，制备的碳化桩承载力高，是一种新型的地基加固桩基，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术所公开的无扰动的碳化桩成桩设备的整体结构示意图；附图标记说明如下：1-空气压缩机；2-干燥器；3-控压阀；4-固化剂储藏罐；5-固化剂流量控制阀；6-桩机架；7-控制阀；8-发泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述无扰动的碳化桩成桩设备包括桩机架、固化剂供给装置、泡沫供给装置以及设置在桩机架上的可升降式搅拌装置；所述可升降式搅拌装置包括成桩护套、外搅拌轴、内搅拌轴、外部旋转叶片以及内部旋转叶片；所述内搅拌轴的长度大于外搅拌轴的长度；所述外搅拌轴套装在内搅拌轴的外部并与内搅拌轴之间设置有空腔；所述外搅拌轴置于成桩护套内部；所述外部旋转叶片设置在外搅拌轴的底端部且处于外搅拌轴的外壁上；所述内部旋转叶片设置在内搅拌轴底端部且置于内搅拌轴外壁上；所述外部旋转叶片的高度高于内部旋转叶片的高度；所述固化剂供给装置产生固化剂并将固化剂输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中；所述泡沫供给装置产生泡沫并将泡沫输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中。

【技术特征摘要】
1.一种无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述无扰动的碳化桩成桩设备包括桩机架、固化剂供给装置、泡沫供给装置以及设置在桩机架上的可升降式搅拌装置；所述可升降式搅拌装置包括成桩护套、外搅拌轴、内搅拌轴、外部旋转叶片以及内部旋转叶片；所述内搅拌轴的长度大于外搅拌轴的长度；所述外搅拌轴套装在内搅拌轴的外部并与内搅拌轴之间设置有空腔；所述外搅拌轴置于成桩护套内部；所述外部旋转叶片设置在外搅拌轴的底端部且处于外搅拌轴的外壁上；所述内部旋转叶片设置在内搅拌轴底端部且置于内搅拌轴外壁上；所述外部旋转叶片的高度高于内部旋转叶片的高度；所述固化剂供给装置产生固化剂并将固化剂输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中；所述泡沫供给装置产生泡沫并将泡沫输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中；所述成桩护套包括自外而内依次套装在一起的套筒、高强度水膜以及高强度土工格栅；所述外搅拌轴置于高强度土工格栅内部；所述套筒的底部设置有钢靴；所述外搅拌轴和内搅拌轴的转速均为40r/min，外部旋转叶片的直径为300mm，内部旋转叶片的直径为200mm；所述可升降式搅拌装置的提升速度不大于0.5m/min；所述固化剂供给装置包括空气压缩机、干燥器、控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀；所述空气压缩机依次通过干燥器、控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述固化剂储藏罐中含有氧化镁以及氧化钙的混合物；所述泡沫供给装置包括控制阀、发泡装置、流量控制阀以及二氧化碳高压罐；所述二氧化碳高压罐依次通过流量控制阀、发泡装置以及控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述发泡装置中含有发泡剂；所述发泡剂是阴离子表面活性剂与蒸馏水的混合液。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马林，张军，刘海，赵建斌，
申请(专利权)人：山西省交通科学研究院，山西交科公路勘察设计院，
类型：发明
国别省市：山西;14