[发明专利]一种碳化搅拌桩-透气管桩复合地基及其施工方法

说明书

本发明涉及一种碳化搅拌桩‑透气管桩复合地基及其施工方法，属于土木建筑工程地基处理的技术领域。针对目前深厚软弱地基复合桩的加固技术和氧化镁碳化加固方法中所存在的不足和问题提供一种承载力高、施工效率高、质量可靠和低碳环保的碳化搅拌桩–透气管桩复合地基（CMP）及其施工方法，该碳化搅拌桩‑透气管桩复合地基是由碳化氧化镁水泥土搅拌桩和透气管桩构成，透气管桩复合在碳化氧化镁水泥土搅拌桩内部。达到加固软弱地基和二氧化碳资源化利用的需求。

技术领域

本发明涉及一种碳化搅拌桩-透气管桩复合地基及其施工方法，属于土木建筑工程地基处理的技术领域。

背景技术

在现有的土木建筑工程建设中，经常需要对强度低、压缩性大和渗透性差的深厚软土地基进行加固处理，常用的地基处理方法有强夯法、换填法、水泥/石灰搅拌桩法、钢筋混凝土桩和钻孔灌注桩等。而强夯法施工噪声大、适用范围小，不适合高含水率的淤泥质软土；采用换填法处理工程量大、造价高，仅适用于浅层地基。水泥/石灰土搅拌桩法因施工速度快、扰动小、成本低而被广泛应用，但该方法因加固深度受限使承载力和强度较低、质量控制难，有时难以满足工程要求。钢筋混凝土桩虽强度高、刚度高但造价也高，并且在复合桩达到极限承载力时，桩周土已先发生破坏，使桩身强度得不到充分发挥、经济性较差。钻孔灌注桩施工时易出现塌孔、缩颈等现象，甚至出现地下水对混凝土的侵蚀问题。为此，科研工作者积极寻找新的施工方法或固化材料以提高地基加固的处理效果。

《JCJ/T 327-2014劲性复合桩技术规程》提出将散体桩、柔性桩（如水泥搅拌桩）和刚性桩（如钢筋混凝土预制桩或灌注桩）中的两种或三种结合形成复合地基来处理软土，目前关于复合桩地基已有不少专利，如复合桩的施工方法（201410088076.4）、高强劲芯复合桩施工方法（201510504437.3）、超高承载力劲性复合桩的施工方法（201510098526.2）、多元劲性复合桩的施工方法（201610079641.X）、具有高耐久性保护层的复合桩及其制作和施工方法（200810118790.8）、大粒径多孔混凝土-砂芯桩复合地基及处理方法（201410155063.4）、桩土混凝土一体化复合桩及其施工方法（201610027425.2）和钢筋混凝土复合桩及其制造装置和制造方法（201410453494.9）等，与单一桩体相比，这些复合桩地基具有独特优势，如砂桩复合地基多用来加固砂土和粉土地基，可提高承载力、降低沉降、防止土体液化；水泥土搅拌桩与钢筋混凝土桩结合形成的劲性复合桩既可充分发挥钢筋混凝土桩的高承载力来承担大部分荷载，又可通过水泥土搅拌桩体将荷载传递到桩周土体中，显著降低施工成本。但是这些复合桩的外围桩体大部分为水泥/石灰土搅拌桩，与前述的钢筋混凝土桩和钻孔灌注桩等相似，强度增长缓慢，所用固化材料主要为水泥，且材料在生产过程中耗能高、二氧化碳排放量大、环境污染严重。

此外，发明人课题组提出了采用氧化镁的碳化搅拌桩法和整体碳化法来进行软弱地基的加固处理，申请了系列发明专利，这些发明专利的相似特点和有益效果是：均以活性氧化物作为土体固化剂，并通入二氧化碳进行碳化以实现软弱地基土的快速加固。相比于水泥固化土或传统搅拌桩法，这些方法具有加固速度快、强度高、环境效益好的特点，符合土木工程绿色施工的发展趋势。然而，现有这些专利也存在相应的缺陷，如：一种土壤的碳化固化方法及其装置（201010604013.1）、一种利用工业废气热加固软土地基的处理系统及方法（201310122135.0）和一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法（201410203978.8）均属于碳化搅拌桩方法，施工中搅拌桩深度有限，难以满足工程承载力需要；二氧化碳气体极易沿搅拌轴外泄，产生二次污染；对二氧化碳泡沫发泡剂及其稳定时间的要求较高，额外增加了天然地基土的含水率和孔隙率，强度增加不甚明显，尤其对于高含水率的天然地基而言，加固效果更差。此外，一种软土地基的换填垫层碳化加固方法（201410272957.1）和一种浅层软弱地基原位碳化固化处理方法（201510348797.9）均属于浅层地基处理的范畴，加固深度有限，易出现不均匀沉降，难以满足深厚软弱地基土的加固需要；且采用不同粒径的混合料进行大面积换填，增加了地基处理的工程量和施工成本，降低了施工效率。