[发明专利]一种软土地基的换填垫层碳化加固方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程地基处理领域，具体涉及一种软土地基的换填垫层碳化加固方法。

背景技术

土木工程相关工业发展所引发的生态环境恶化、气候变暖等问题给人类以深刻的教训，主要是建筑业材料(水泥、石灰等)生产中排放大量的尘埃和二氧化碳气体，并且污染物与日俱增，成为制约经济环境和社会化平稳发展的滞障。因此，寻求新型环保材料替代传统波特兰水泥是目前材料科学和环境岩土界研究的新方向。

地基处理的常用方法主要有孔内深层强夯法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法、碱液法和换填法等，而对于软弱地基还包括堆载预压法、真空预压法及加筋法。上述的传统方法各有优劣，如强夯法、振冲法施工噪声大；传统换填法造价较高、换填部位和未换填部位强度悬殊较大，易引发上部构筑物的不均匀沉降；砂石桩、水泥土桩、石灰桩、注浆法、高压旋喷桩等桩基础加固法，处理周期长、造价较高，并且所用材料环境污染较为严重。而新型的碳化搅拌桩法在材料环保方面和地基加固的周期方面具有独特的优势，可在几十分钟或数小时内达到较高强度，但是碳化搅拌桩方法处理浅层大面积软土地基可谓小题大做。

发明内容

发明目的：本发明的目的旨在提供一种软土地基的换填垫层碳化加固方法，该方法经济环保、加固高效，采用了砂石、粉煤灰、矿渣和建筑垃圾等低廉材料及温室气体二氧化碳进行碳化加固，解决了传统换填法所导致的不均匀沉降问题，并且明显增大了土体强度、施工缩短周期。

技术方案：为了实现上述目的，本发明的一种软土地基的换填垫层碳化加固方法包括以下步骤：

1)土方开挖：根据地质勘探结果，确定软土地基的处理深度和范围，用挖掘机开挖换填坑槽，并将换填坑槽内的浮土清除干净；

2)配制换填材料：将下列材料按重量比配合，并用搅拌机均匀搅拌制备换填材料：

土∶细粒料∶粗粒料∶碱性固化剂粉∶水＝100∶(10～400)∶(5～50)∶(5～30)∶(5～30)；

3)坑底处置及初压：对换填坑槽的坑底表层洒水湿润，再喷洒碱性固化剂粉末，进行压实；

4)铺设通气管网：通气管网由导气管构成，导气管与通气支管的下端连接，通气支管的上端与供气主管连接，供气主管与通气支管之间设有调压阀，供气主管的另一端与二氧化碳储气罐连接；通气管网的铺设根据换填坑槽的深度确定，坑槽深度小于2.5m时，铺设一层导气管；

5)填料摊铺及压实：对配制好的换填材料按照先深后浅的原则进行分层摊铺，每层摊铺厚度控制在40～60cm，然后进行压实，压实度控制在90％以上，压实结束后将上表面层裸露的粗粒料剔除，换用细粒料补平；

6)设置密封系统：在压实平整的换填材料上方设置密封层；

7)临时压载：在密封层上方铺放荷载板，荷载板的面荷载应不小于10kPa；

8)通气碳化：根据荷载板的面荷载大小，开启并调设调压阀，通二氧化碳气体进行碳化，通气压力应小于荷载板的面荷载，通气时间不小于45min。

所述步骤2)中细粒料为粒径小于2mm的细砂、粉煤灰或粒化高炉矿渣中的一种或多种混合物；粗粒料为粒径大于2mm的石子、砾石或建筑垃圾中的一种或多种混合物；碱性固化剂粉末为轻烧氧化镁粉或生石灰粉中的一种或两种混合物。

所述步骤4)中供气主管、通气支管或导气管为钢管、尼龙管或塑料管；导气管上开设有小孔，碳化结束后导气管作为加筋材料留在土体中。

所述步骤5)中的压实是振动压实、机械碾压、重锤夯实或强夯方法中的任一种。

所述步骤6)中的密封层包括密封土层和密封土层上方的密封膜，密封土层用表层土或表层以下的土；所述密封膜为聚乙烯或聚氯乙烯复合土工膜。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1)地基处理所用材料替代了传统的波特兰水泥，有效使用了砂砾、粉煤灰、建筑垃圾等低廉材料，并使用了温室气体二氧化碳，在短时间内可显著提高强度，材料上节能环保、施工上低碳高效；

2)采用坑外搅拌并进行回填碾压，可有效避免上部构筑物的不均匀沉降；

3)采用了粗粒料和细粒料的结合，可保证通气畅通的同时增加压实度，并能在较低的气体压力下完成换填层的碳化，有效减小碳化过程中气体的逸散。

附图说明

图1为软弱地基换填垫层碳化加固法的结构示意图；

图2为粉土地基强度与掺砂比例的关系图；