一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法，涉及一種地基處理方法，特別涉及一種大面積淺層軟弱不均勻地基的換填碳化加固方法。本發(fā)明步驟包括坑土方開挖、配制換填材料、坑底處置及初壓、通氣管網(wǎng)鋪設(shè)、換填材料攤鋪及碾壓、設(shè)置密封系統(tǒng)、臨時壓載、通二氧化碳氣體碳化。換填材料用原土、細粒料、粗粒料、堿性固化劑粉，細粒料和粗粒料包含了砂子、粉煤灰、礦渣、礫石、建筑垃圾等低廉材料，采用細管通氣，使用了溫室氣體二氧化碳碳化，可在數(shù)小時內(nèi)完成碳化，并達到較高強度，滿足工程需要。本發(fā)明采用換填墊層碳化加固可避免軟基上部構(gòu)筑物的不均勻沉降，具有承載力高、造價低廉、施工高效、低碳環(huán)保等優(yōu)點。
【專利說明】一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程地基處理領(lǐng)域，具體涉及一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法。
【背景技術(shù)】
[0002]土木工程相關(guān)工業(yè)發(fā)展所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境惡化、氣候變暖等問題給人類以深刻的教訓(xùn)，主要是建筑業(yè)材料(水泥、石灰等)生產(chǎn)中排放大量的塵埃和二氧化碳氣體，并且污染物與日俱增，成為制約經(jīng)濟環(huán)境和社會化平穩(wěn)發(fā)展的滯障。因此，尋求新型環(huán)保材料替代傳統(tǒng)波特蘭水泥是目前材料科學(xué)和環(huán)境巖土界研究的新方向。
[0003]地基處理的常用方法主要有孔內(nèi)深層強夯法、強夯法、砂石樁法、振沖法、水泥土攪拌法、高壓噴射注漿法、預(yù)壓法、夯實水泥土樁法、水泥粉煤灰碎石樁法、石灰樁法、灰土擠密樁法和土擠密樁法、柱錘沖擴樁法、單液硅化法、堿液法和換填法等，而對于軟弱地基還包括堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法及加筋法。上述的傳統(tǒng)方法各有優(yōu)劣，如強夯法、振沖法施工噪聲大；傳統(tǒng)換填法造價較高、換填部位和未換填部位強度懸殊較大，易引發(fā)上部構(gòu)筑物的不均勻沉降；砂石樁、水泥土樁、石灰樁、注漿法、高壓旋噴樁等樁基礎(chǔ)加固法，處理周期長、造價較高，并且所用材料環(huán)境污染較為嚴重。而新型的碳化攪拌樁法在材料環(huán)保方面和地基加固的周期方面具有獨特的優(yōu)勢，可在幾十分鐘或數(shù)小時內(nèi)達到較高強度，但是碳化攪拌樁方法處理淺層大面積軟土地基可謂小題大做。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的旨在提供一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法，該方法經(jīng)濟環(huán)保、加固高效，采用了砂石、粉煤灰、礦渣和建筑垃圾等低廉材料及溫室氣體二氧化碳進行碳化加固，解決了傳統(tǒng)換填法所導(dǎo)致的不均勻沉降問題，并且明顯增大了土體強度、施工縮短周期。
[0005]技術(shù)方案:為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法包括以下步驟:
[0006]I) 土方開挖:根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，確定軟土地基的處理深度和范圍，用挖掘機開挖換填坑槽，并將換填坑槽內(nèi)的浮土清除干凈；
[0007]2)配制換填材料:將下列材料按重量比配合，并用攪拌機均勻攪拌制備換填材料:
[0008]土:細粒料:粗粒料:堿性固化劑粉:水=100: (10?400): (5?50): (5 ?30): (5 ?30)；
[0009]3)坑底處置及初壓:對換填坑槽的坑底表層灑水濕潤，再噴灑堿性固化劑粉末，進行壓實；
[0010]4)鋪設(shè)通氣管網(wǎng):通氣管網(wǎng)由導(dǎo)氣管構(gòu)成，導(dǎo)氣管與通氣支管的下端連接，通氣支管的上端與供氣主管連接，供氣主管與通氣支管之間設(shè)有調(diào)壓閥，供氣主管的另一端與二氧化碳儲氣罐連接；通氣管網(wǎng)的鋪設(shè)根據(jù)換填坑槽的深度確定，坑槽深度小于2.5m時，
鋪設(shè)一層導(dǎo)氣管；
[0011]5)填料攤鋪及壓實:對配制好的換填材料按照先深后淺的原則進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度控制在40?60cm，然后進行壓實，壓實度控制在90%以上，壓實結(jié)束后將上表面層裸露的粗粒料剔除，換用細粒料補平；
[0012]6)設(shè)置密封系統(tǒng):在壓實平整的換填材料上方設(shè)置密封層；
[0013]7)臨時壓載:在密封層上方鋪放荷載板,荷載板的面荷載應(yīng)不小于IOkPa ;
[0014]8)通氣碳化:根據(jù)荷載板的面荷載大小，開啟并調(diào)設(shè)調(diào)壓閥，通二氧化碳氣體進行碳化，通氣壓力應(yīng)小于荷載板的面荷載，通氣時間不小于45min。
[0015]所述步驟2)中細粒料為粒徑小于2mm的細砂、粉煤灰或?；郀t礦渣中的一種或多種混合物；粗粒料為粒徑大于2_的石子、礫石或建筑垃圾中的一種或多種混合物；堿性固化劑粉末為輕燒氧化鎂粉或生石灰粉中的一種或兩種混合物。
[0016]所述步驟4)中供氣主管、通氣支管或?qū)夤転殇摴?、尼龍管或塑料管；?dǎo)氣管上開設(shè)有小孔，碳化結(jié)束后導(dǎo)氣管作為加筋材料留在土體中。
[0017]所述步驟5)中的壓實是振動壓實、機械碾壓、重錘夯實或強夯方法中的任一種。
[0018]所述步驟6)中的密封層包括密封土層和密封土層上方的密封膜，密封土層用表層土或表層以下的土 ；所述密封膜為聚乙烯或聚氯乙烯復(fù)合土工膜。
[0019]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
[0020]I)地基處理所用材料替代了傳統(tǒng)的波特蘭水泥，有效使用了砂礫、粉煤灰、建筑垃圾等低廉材料，并使用了溫室氣體二氧化碳，在短時間內(nèi)可顯著提高強度，材料上節(jié)能環(huán)保、施工上低碳高效；
[0021]2)采用坑外攪拌并進行回填碾壓，可有效避免上部構(gòu)筑物的不均勻沉降；
[0022]3)采用了粗粒料和細粒料的結(jié)合，可保證通氣暢通的同時增加壓實度，并能在較低的氣體壓力下完成換填層的碳化，有效減小碳化過程中氣體的逸散。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為軟弱地基換填墊層碳化加固法的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為粉土地基強度與摻砂比例的關(guān)系圖；
[0025]圖3為軟土地基強度與摻砂比例的關(guān)系圖；
[0026]圖1中有:二氧化碳儲氣罐1，供氣主管2，調(diào)壓閥3，通氣支管4，導(dǎo)氣管5，軟土地基6，換填坑槽7，密封土層8，密封膜9，荷載板IO。
【具體實施方式】
[0027]實施例1
[0028]本發(fā)明方法包括以下步驟:
[0029](I) 土方開挖:根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，確定軟土地基6的處理深度和范圍，用挖掘機開挖換填坑槽7，開挖深度為2.5m,并將換填坑槽7內(nèi)的浮土清除干凈；
[0030](2)配制換填材料
[0031]將下列材料按重量比配合，并用攪拌機均勻攪拌制備換填材料:[0032]粉土:細砂:石子:輕質(zhì)氧化鎂:水=100: (10?300):5:15:20 ;細砂的粒徑小于2mm ；
[0033](3)坑底處置及初壓
[0034]對換填坑槽7的坑底表層灑水濕潤，再噴灑輕質(zhì)氧化鎂粉末，用夯錘壓實；
[0035](4)鋪設(shè)通氣管網(wǎng):通氣管網(wǎng)由導(dǎo)氣管5構(gòu)成，導(dǎo)氣管5與通氣支管4的一端連接，通氣支管4的另一端與供氣主管2連接，供氣主管2上設(shè)有調(diào)壓閥3，供氣主管2的另一端與二氧化碳儲氣罐I連接；在坑底鋪設(shè)一層導(dǎo)氣管5 ;供氣主管2、通氣支管4和導(dǎo)氣管5可為軟塑料管，導(dǎo)氣管5上開設(shè)有小孔；
[0036](5)填料攤鋪及壓實:對配制好的換填材料按照先深后淺的原則進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度控制在50cm，然后進行壓實，壓實度控制為90% ；
[0037](6)設(shè)置密封系統(tǒng):在壓實平整的換填材料上方先鋪20cm厚的細粒黏土，用夯錘壓實，再鋪上一層聚乙烯密封膜9 ;
[0038](7)臨時壓載:在聚乙烯密封膜9上方鋪放平的荷載板10，荷載板10的面荷載為20kPa ；
[0039](8)通氣碳化:根據(jù)荷載板10的面荷載大小，開啟并調(diào)設(shè)調(diào)壓閥3，通二氧化碳氣體進行碳化，通氣壓力為20kPa,通氣時間為I?3h,碳化結(jié)束后,將導(dǎo)氣管5留在土中。
[0040]碳化結(jié)束后，鉆芯取樣，試樣直徑為5cm，高度10cm，進行無側(cè)限抗壓強度測試。碳化Ih和3h的強度結(jié)果如圖2所示，強度結(jié)果基本滿足工程需要。
[0041]實施例2
[0042]本發(fā)明方法包括以下步驟:
[0043](I) 土方開挖:根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，確定軟土地基6的處理深度和范圍，用挖掘機開挖換填坑槽7，開挖深度為2.5m,并將換填坑槽7內(nèi)的浮土清除干凈；
[0044](2)配制換填材料
[0045]將下列材料按重量比配合，并用攪拌機均勻攪拌制備換填材料:
[0046]軟土:細砂:石子:輕質(zhì)氧化鎂:水=100: (10?300): (5?15): (15?20):15 ；細砂的粒徑小于2mm ；
[0047](3)坑底處置及初壓
[0048]對換填坑槽7的坑底表層灑水濕潤，再噴灑輕質(zhì)氧化鎂粉末，用夯錘壓實；
[0049](4)鋪設(shè)通氣管網(wǎng):通氣管網(wǎng)由導(dǎo)氣管5構(gòu)成，導(dǎo)氣管5與通氣支管4的一端連接，通氣支管4的另一端與供氣主管2連接，供氣主管2上設(shè)有調(diào)壓閥3，供氣主管2的另一端與二氧化碳儲氣罐I連接；在坑底鋪設(shè)一層導(dǎo)氣管5 ;供氣主管2、通氣支管4和導(dǎo)氣管5可為軟塑料管，導(dǎo)氣管5上開設(shè)有小孔；
[0050](5)填料攤鋪及壓實:對配制好的換填材料按照先深后淺的原則進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度控制在50cm，然后進行壓實，壓實度控制為92% ；
[0051](6)設(shè)置密封系統(tǒng):在壓實平整的換填材料上方先鋪20cm厚的細粒黏土，用夯錘壓實，再鋪上一層聚乙烯密封膜9 ;
[0052](7)臨時壓載:在聚乙烯密封膜9上方鋪放平的荷載板10，荷載板10的面荷載為30kPa ；
[0053](8)通氣碳化:根據(jù)荷載板10的面荷載大小，開啟并調(diào)設(shè)調(diào)壓閥3，通二氧化碳氣體進行碳化，通氣壓力為20kPa,通氣時間為I?3h,碳化結(jié)束后,將導(dǎo)氣管5留在土中。
[0054]碳化結(jié)束后，鉆芯取樣，試樣直徑為5cm，高度10cm，進行無側(cè)限抗壓強度測試。碳化Ih和3h的強度結(jié)果如圖3所示，強度結(jié)果基本滿足工程需要。
[0055]實施例3
[0056]本發(fā)明方法包括以下步驟:
[0057](I) 土方開挖:根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，確定軟土地基6的處理深度和范圍，用挖掘機開挖換填坑槽7，開挖深度為2.5m,并將換填坑槽7內(nèi)的浮土清除干凈；
[0058](2)配制換填材料
[0059]將下列材料按重量比配合，并用攪拌機均勻攪拌制備換填材料:
[0060]粉土:粉煤灰:碌石:輕質(zhì)氧化鎂粉:水=100:(20?200): (15?30): (15?30):30 ;粉煤灰的粒徑小于2mm ；
[0061](3)坑底處置及初壓
[0062]對換填坑槽7的坑底表層灑水濕潤，再噴灑輕質(zhì)氧化鎂粉末，用壓路機壓實；
[0063](4)鋪設(shè)通氣管網(wǎng):通氣管網(wǎng)由導(dǎo)氣管5構(gòu)成，導(dǎo)氣管5與通氣支管4的一端連接，通氣支管4的另一端與供氣主管2連接，供氣主管2上設(shè)有調(diào)壓閥3，供氣主管2的另一端與二氧化碳儲氣罐I連接；在坑底鋪設(shè)一層導(dǎo)氣管5 ;供氣主管2、通氣支管4和導(dǎo)氣管5可為軟塑料管，導(dǎo)氣管5上開設(shè)有小孔；
[0064](5)填料攤鋪及壓實:對配制好的換填材料按照先深后淺的原則進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度控制在50cm，然后進行壓實，壓實度控制為92% ；
[0065](6)設(shè)置密封系統(tǒng):在壓實平整的換填材料上方先鋪20cm厚的細粒黏土，用壓路機壓實，再鋪上一層聚乙烯密封膜9 ;
[0066](7)臨時壓載:在聚乙烯密封膜9上方鋪放平的荷載板10，荷載板10的面荷載為30kPa ；
[0067](8)通氣碳化:根據(jù)荷載板10的面荷載大小，開啟并調(diào)設(shè)調(diào)壓閥3，通二氧化碳氣體進行碳化，通氣壓力為30kPa,通氣時間為45?90min,碳化結(jié)束后，將導(dǎo)氣管5留在土中。
[0068]實施例4
[0069]本發(fā)明方法包括以下步驟:
[0070](I) 土方開挖:根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，確定軟土地基6的處理深度和范圍，用挖掘機開挖換填坑槽7，開挖深度為2.5m,并將換填坑槽7內(nèi)的浮土清除干凈；
[0071](2)配制換填材料
[0072]將下列材料按重量比配合，并用攪拌機均勻攪拌制備換填材料:
[0073]粉土:粉煤灰:礫石:生石灰粉:水=100:(20?200): (30?50): (20?30):(15?30);粉煤灰的粒徑小于2mm ；
[0074](3)坑底處置及初壓
[0075]對換填坑槽7的坑底表層灑水濕潤，再噴灑生石灰粉，用壓路機壓實；
[0076](4)鋪設(shè)通氣管網(wǎng):通氣管網(wǎng)由導(dǎo)氣管5構(gòu)成，導(dǎo)氣管5與通氣支管4的一端連接，通氣支管4的另一端與供氣主管2連接，供氣主管2上設(shè)有調(diào)壓閥3，供氣主管2的另一端與二氧化碳儲氣罐I連接；在坑底鋪設(shè)一層導(dǎo)氣管5 ;供氣主管2、通氣支管4和導(dǎo)氣管5可為軟塑料管，導(dǎo)氣管5上開設(shè)有小孔；
[0077](5)填料攤鋪及壓實:對配制好的換填材料按照先深后淺的原則進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度控制在50cm，然后進行壓實，壓實度控制為92% ；
[0078](6)設(shè)置密封系統(tǒng):在壓實平整的換填材料上方先鋪20cm厚的細粒黏土，用壓路機壓實，再鋪上一層聚乙烯密封膜9 ;
[0079](7)臨時壓載:在聚乙烯密封膜9上方鋪放平的荷載板10，荷載板10的面荷載為30kPa ；
[0080](8)通氣碳化:根據(jù)荷載板10的面荷載大小，開啟并調(diào)設(shè)調(diào)壓閥3，通二氧化碳氣體進行碳化，通氣壓力為30kPa,通氣時間為6?12h,碳化結(jié)束后,將導(dǎo)氣管5留在土中。
[0081]實施例5
[0082]本發(fā)明方法包括以下步驟:
[0083](I) 土方開挖:根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，確定軟土地基6的處理深度和范圍，用挖掘機開挖換填坑槽7，開挖深度為2.5m,并將換填坑槽7內(nèi)的浮土清除干凈；
[0084](2)配制換填材料
[0085]將下列材料按重量比配合，并用攪拌機均勻攪拌制備換填材料:
[0086]軟土:粉煤灰:礫石:生石灰粉和輕質(zhì)氧化鎂粉混合物:水=100: (20?200):(30?50):(20?30):(15?30);粉煤灰的粒徑小于2mm，生石灰粉和輕質(zhì)氧化鎂粉按1:1混合；
[0087](3)坑底處置及初壓
[0088]對換填坑槽7的坑底表層灑水濕潤，再噴灑生石灰粉和輕質(zhì)氧化鎂粉等比例混合物，用壓路機壓實；
[0089](4)鋪設(shè)通氣管網(wǎng):通氣管網(wǎng)由導(dǎo)氣管5構(gòu)成，導(dǎo)氣管5與通氣支管4的一端連接，通氣支管4的另一端與供氣主管2連接，供氣主管2上設(shè)有調(diào)壓閥3，供氣主管2的另一端與二氧化碳儲氣罐I連接；在坑底鋪設(shè)一層導(dǎo)氣管5 ;供氣主管2、通氣支管4和導(dǎo)氣管5可為軟塑料管，導(dǎo)氣管5上開設(shè)有小孔；
[0090](5)填料攤鋪及壓實:對配制好的換填材料按照先深后淺的原則進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度控制在50cm，然后進行壓實，壓實度控制為92% ；
[0091](6)設(shè)置密封系統(tǒng):在壓實平整的換填材料上方先鋪20cm厚的細粒黏土，用壓路機壓實，再鋪上一層聚乙烯密封膜9 ;
[0092](7)臨時壓載:在聚乙烯密封膜9上方鋪放平的荷載板10，荷載板10的面荷載為40kPa ；
[0093](8)通氣碳化:根據(jù)荷載板10的面荷載大小，開啟并調(diào)設(shè)調(diào)壓閥3，通二氧化碳氣體進行碳化，通氣壓力為40kPa,通氣時間為3?6h,碳化結(jié)束后,將導(dǎo)氣管5留在土中。
【權(quán)利要求】
1.一種軟土地基的換填墊層碳化加固方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 1)土方開挖:根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，確定軟土地基(6)的處理深度和范圍，用挖掘機開挖換填坑槽(7)，并將換填坑槽(7)內(nèi)的浮土清除干凈； 2)配制換填材料:將下列材料按重量比配合，并用攪拌機均勻攪拌制備換填材料: 土:細粒料:粗粒料:堿性固化劑粉:水=100: (10~400): (5~50): (5~30): (5 ~30)； 3)坑底處置及初壓:對換填坑槽(J)的坑底表層灑水濕潤，再噴灑堿性固化劑粉末，進行壓實； 4)鋪設(shè)通氣管網(wǎng):通氣管網(wǎng)由導(dǎo)氣管(5)構(gòu)成，導(dǎo)氣管(5)與通氣支管(4)的下端連接，通氣支管(4)的上端與供氣主管(2)連接，供氣主管(2)與通氣支管(4)之間設(shè)有調(diào)壓閥(3)，供氣主管(2)的另一端與二氧化碳儲氣罐(I)連接；通氣管網(wǎng)的鋪設(shè)根據(jù)換填坑槽(7)的深度確定，坑槽深度小于2.5m時，鋪設(shè)一層導(dǎo)氣管(5)； 5)填料攤鋪及壓實:對配制好的換填材料按照先深后淺的原則進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度控制在40~60cm，然后進行壓實，壓實度控制在90%以上，壓實結(jié)束后將上表面層裸露的粗粒料剔除， 換用細粒料補平； 6)設(shè)置密封系統(tǒng):在壓實平整的換填材料上方設(shè)置密封層； 7)臨時壓載:在密封層上方鋪放荷載板(10),荷載板(10)的面荷載應(yīng)不小于IOkPa； 8)通氣碳化:根據(jù)荷載板(10)的面荷載大小，開啟并調(diào)設(shè)調(diào)壓閥(3)，通二氧化碳氣體進行碳化，通氣壓力應(yīng)小于荷載板的面荷載，通氣時間不小于45min。
2.如權(quán)利要求1所述軟土地基的換填墊層碳化加固方法，其特征在于，所述步驟2)中細粒料為粒徑小于2mm的細砂、粉煤灰或?；郀t礦渣中的一種或多種混合物；粗粒料為粒徑大于2mm的石子、礫石或建筑垃圾中的一種或多種混合物；堿性固化劑粉末為輕燒氧化鎂粉或生石灰粉中的一種或兩種混合物。
3.如權(quán)利要求1所述軟土地基的換填墊層碳化加固方法，其特征在于，所述步驟4)中供氣主管(2)、通氣支管(4)或?qū)夤?5)為鋼管、尼龍管或塑料管；導(dǎo)氣管(5)上開設(shè)有小孔，碳化結(jié)束后導(dǎo)氣管(5)作為加筋材料留在土體中。
4.如權(quán)利要求1所述軟土地基的換填墊層碳化加固方法，其特征在于，所述步驟5)中的壓實是振動壓實、機械碾壓、重錘夯實或強夯方法中的任一種。
5.如權(quán)利要求1所述軟土地基的換填墊層碳化加固方法，其特征在于，所述步驟6)中的密封層包括密封土層(8)和密封土層上方的密封膜(9)，密封土層(8)用表層土或表層以下的土 ；所述密封膜(9)為聚乙烯或聚氯乙烯復(fù)合土工膜。
【文檔編號】E02D3/02GK104018485SQ201410272957
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】蔡光華, 劉松玉 申請人:東南大學(xué)