一種淺層軟弱地基原位碳化固化處理系統(tǒng)的制作方法
【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系統(tǒng)。
【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(zhǎng)，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(zhǎng)，生產(chǎn)所排放的二氧化碳占人為排放量的5~10%，而我國(guó)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(lái)了不可估量的諸多負(fù)面效應(yīng)。為此，國(guó)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(lái)減少二氧化碳的排放。在固化劑方面，法國(guó)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(guó)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(lái)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(duì)土體碳化加固進(jìn)行了基礎(chǔ)性研宄，并申請(qǐng)了相關(guān)專利(如:一種土壤的碳化固化方法，申請(qǐng)?zhí)?ZL 201210097042.2 ;一種土壤的碳化固化方法及其裝置，專利號(hào):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(hào):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(qǐng)?zhí)?2014102039788 ;一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法，申請(qǐng)?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(shì)。
[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(hào):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(hào):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(qǐng)?zhí)?2014102039788) —定程度上解決了二氧化碳?xì)怏w的外泄問題，但對(duì)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(duì)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(qǐng)?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(duì)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(duì)增強(qiáng)碳化加固的效果至關(guān)重要。
[0004]立足于我國(guó)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(shì)，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(jiǎn)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系統(tǒng)及方法，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系統(tǒng)，包括履帶式均混裝置和固化劑供給裝置，所述履帶式均混裝置包括攪拌裝置以及噴粉口，所述固化劑供給裝置固化劑儲(chǔ)存罐以及固化劑輸送管道，所述噴粉口與該固化劑輸送管道連通，其特征在于:所述攪拌裝置包括第一攪拌裝置和第二攪拌裝置，所述第一攪拌裝置和第二攪拌裝置連接在一傳力板上，所述第一攪拌裝置具有第一攪拌深度，所述第二攪拌裝置具有第二攪拌深度，在第一攪拌裝置上設(shè)置第一噴粉口，在第二攪拌裝置上設(shè)有第二噴粉口 ；在所述第一攪拌裝置或第二攪拌裝置上設(shè)有含水率傳感器，在所述固化劑輸送管道上設(shè)置有用于根據(jù)所述含水率傳感器獲取的含水率數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整固化劑輸送量的調(diào)節(jié)閥；所述系統(tǒng)還包括插板裝置、壓實(shí)密封裝置和通氣碳化裝置，所述插板裝置包括插板框架以及設(shè)置在所述插板框架上用于插入排水板的滑動(dòng)裝置；所述壓實(shí)密封裝置包括壓實(shí)裝置和鋪膜裝置，鋪膜裝置通過連接桿與壓實(shí)裝置連接；所述通氣碳化裝置包括儲(chǔ)氣罐以及輸氣管，所述輸氣管輸出端連接至所述排水板的端部。
[0007]所述履帶式均混裝置還包括履帶式攪拌機(jī)、控制集合器、控制操作系統(tǒng)、可動(dòng)臂架以及液壓動(dòng)力裝置；所述控制集合器、控制操作系統(tǒng)、可動(dòng)臂架以及液壓動(dòng)力裝置設(shè)置在履帶式攪拌機(jī)上，在可動(dòng)臂架的端頭固定有第一液壓桿，第一液壓桿與所述傳力板通過法蘭盤連接，傳力板底部固定有第二液壓桿和第三液壓桿，第二液壓桿的端部安設(shè)所述第一攪拌裝置，第三液壓桿的端部安設(shè)所述第二攪拌裝置；所述含水率傳感器沿第二液壓桿外側(cè)附設(shè)于第一攪拌裝置上或沿第三液壓桿外側(cè)附設(shè)于第二攪拌裝置上，所述第一液壓桿、第二液壓桿和第三液壓桿均通過液壓管連接在所述液壓動(dòng)力裝置上。
[0008]所述固化劑供給裝置包括履帶車、氣壓動(dòng)力裝置、儲(chǔ)氣及干燥裝置、第一粉劑儲(chǔ)存罐、第二粉劑儲(chǔ)存罐，所述氣壓動(dòng)力裝置、儲(chǔ)氣及干燥裝置、第一粉劑儲(chǔ)存罐和第二粉劑儲(chǔ)存罐設(shè)置在履帶車上；所述氣壓動(dòng)力裝置與儲(chǔ)氣及干燥裝置通過通氣管A連接，通氣管A上設(shè)有第一壓力控制閥，所述第一粉劑儲(chǔ)存罐頂部與儲(chǔ)氣及干燥裝置通過通氣管B連接，通氣管B上設(shè)有第二壓力控制閥，所述第二粉劑儲(chǔ)存罐頂部與儲(chǔ)氣及干燥裝置通過通氣管C連接，通氣管C上設(shè)有第三壓力控制閥；所述第一粉劑儲(chǔ)存罐底部通過粉劑輸送管A與合并接頭的第一支端連接，粉劑輸送管A上設(shè)有第一粉劑計(jì)量傳感器；所述第二粉劑儲(chǔ)存罐底部通過粉劑輸送管B與合并接頭的第二支端連接，粉劑輸送管B上設(shè)有第二粉劑計(jì)量傳感器；所述合并接頭的并端通過粉劑輸送管C與分流接頭的總端連接；所述分流接頭的第一支端與第一噴粉口通過粉劑輸送管D連接，分流接頭的第二支端與第二噴粉口通過粉劑輸送管E連接；
所述插板框架包括插板框架頂梁、插板框架柱、插板框架底梁以及第五液壓桿，所述滑動(dòng)裝置包括滑動(dòng)架上梁、滑動(dòng)柱、剪刀、第六液壓桿、滑動(dòng)架中梁、滑動(dòng)架底梁和脫模板，所述插板框架頂梁的中側(cè)部與第四液壓桿活動(dòng)連接，第四液壓桿與可動(dòng)臂架活動(dòng)連接；所述插板框架頂梁和插板框架底梁均與插板框架柱固定連接，滑動(dòng)架上梁、滑動(dòng)架中梁和滑動(dòng)架底梁均與滑動(dòng)柱固定連接；所述第五液壓桿安設(shè)在插板裝置框架梁的中底部；所述滑動(dòng)架上梁的中頂部與第五液壓桿的端部固定連接；所述第六液壓桿安設(shè)在滑動(dòng)架中梁的中底部，第六液壓桿的端部固定有脫模板，所述第四液壓桿、第五液壓桿和第三液壓桿也均通過液壓管連接在所述液壓動(dòng)力裝置上。
[0009]所述通氣碳化裝置還包括二氧化碳罐車、第四控制閥和密封咬合帶，所述儲(chǔ)氣罐固定在二氧化碳罐車上，儲(chǔ)氣罐與密封咬合帶通過所述輸氣管連接，在輸氣管上設(shè)有第四控制閥，所述密封咬合帶與排水板緊密咬合并穿過密封膜至壓實(shí)土體中。
[0010]所述第一攪拌裝置通過齒輪與第二液壓桿端部連接，第二攪拌裝置通過齒輪與第三液壓桿端部連接；所述液壓動(dòng)力裝置和含水率傳感器均與控制集合器連接。
[0011]所述第二壓力控制閥、第三壓力控制閥、第一粉劑計(jì)量傳感器和第二粉劑計(jì)量傳感器均與控制集合器連接，控制集合器通過電磁閥與控制操作系統(tǒng)連接。
[0012]所述滑動(dòng)架底梁為空心的開