CN111335294B - 一种预碳化改性复合桩的制备方法 - Google Patents

一种预碳化改性复合桩的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111335294B
CN111335294B CN202010198238.5A CN202010198238A CN111335294B CN 111335294 B CN111335294 B CN 111335294B CN 202010198238 A CN202010198238 A CN 202010198238A CN 111335294 B CN111335294 B CN 111335294B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pile
soil
modified
carbonized
mixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010198238.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111335294A (zh
Inventor
崔春义
于春阳
易南概
赵九野
辛宇
梁志孟
王本龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Maritime University
Original Assignee
Dalian Maritime University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Maritime University filed Critical Dalian Maritime University
Priority to CN202010198238.5A priority Critical patent/CN111335294B/zh
Publication of CN111335294A publication Critical patent/CN111335294A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111335294B publication Critical patent/CN111335294B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/126—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and mixing by rotating blades
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/02—Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing inorganic compounds only
    • C09K17/10—Cements, e.g. Portland cement
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/08—Improving by compacting by inserting stones or lost bodies, e.g. compaction piles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2103/00—Civil engineering use

Abstract

本发明公开了一种预碳化改性复合桩，在设定桩位上打桩孔；启动搅拌桩机至提升状态，并在螺旋钻头提升的同时喷固化剂；搅拌桩机反复下钻和提钻，使土体和固化剂搅拌均匀形成混合土体；钻头撤出桩孔，封闭桩孔并向桩孔内通入温度高于50℃的CO2气体；使混合土体预碳化改性获得改性土；将改性土在桩孔外破碎，掺入固化剂、调整含水率获得混合改性土；将混合改性土分层填入桩孔并夯实，然后钻入透气钢管；将桩孔封闭，通过透气钢管向桩孔内注入CO2；混合改性土碳化后，在透气钢管内做碎石桩，碎石桩与碳化后的混合改性土复合成桩。通过对软土层土体预碳化改性处理，提高土体工程性能，大幅提高桩体强度，而且成桩速度快，工程造价低。

Description

一种预碳化改性复合桩的制备方法
技术领域
本发明涉及软土层桩基础领域，尤其涉及一种预碳化改性复合桩的制备方法。
背景技术
软土层是天然含水量大、压缩性高、承载力低和抗剪强度很低的呈软塑-流塑状态的黏性土层。在现有的土木建筑工程中，经常需要在软土层进行桩基础的建设。
常用的桩基础有水泥搅拌桩和钢筋混凝土桩等，软土的土体含水量高、强度低，形成的搅拌桩桩身强度较低，再加上软土层的承载力低、抗剪强度很低等特点，使搅拌桩的强度很难满足大工程的需要；钢筋混凝土桩虽然强度高，但造价也很高，而且，在桩体受力时，桩周围的软土层容易先发生破坏，使桩身强度不能充分发挥。
发明内容
本发明提供一种预碳化改性复合桩的制备方法，可以在软土层制备高强度的桩基础，而且成本较低。
一种预碳化改性复合桩的制备方法，包括以下步骤：
S1：在设定桩位上启动搅拌桩机至贯入状态，直至螺旋钻头旋压贯入至设定深度；
S2：启动搅拌桩机至提升状态，并在螺旋钻头提升的同时喷固化剂；
S3：搅拌桩机反复下钻和提钻，使土体和固化剂搅拌均匀形成混合土体；
S4：钻头撤出桩孔，封闭桩孔并向桩孔内通入温度高于50℃的CO2气体；
S5：使混合土体预碳化改性获得改性土；
S6：将改性土取出，在桩孔外破碎，并掺入固化剂、调整含水率获得混合改性土；
S7：将混合改性土分层填入桩孔并夯实；
S8：在夯实的改性土桩中打孔，并钻入透气钢管；
S9：将桩孔封闭，通过透气钢管向桩孔内注入CO2；
S10：混合改性土碳化后，在透气钢管内做碎石桩，碎石桩与碳化后的混合改性土复合成桩。
进一步地，S4中CO2气体温度为70℃-80℃，并维持桩孔内气体压力0.4MPa。
进一步地，所述固化剂包括钢渣微粉85-95份、水泥1-10份和碳化增强剂1-5份，其中钢渣微粉的比表面积为250m2/kg-350m2/kg，碳化增强剂为碱土金属氧化物。
进一步地，CO2气体纯度大于95％，
进一步地，S5中预碳化时间为2h-6h。
进一步地，S9中注入CO2使管内气压稳定在0.1MPa-0.3MPa之间并持续6h-10h。
进一步地，S2中当原位土体的含水率大于20％时，则喷洒固化剂粉体，原位土体的含水率小于10％时，则喷洒固化剂浆体，原位土体的含水率介于10％-20％之间时，固化剂粉体和浆体同时喷出。
进一步地，S6中调整含水率至8％-12％。
本发明提供的一种预碳化改性复合桩的制备方法，通过对软土层土体预碳化改性处理，提高土体工程性能，大幅提高桩体强度，而且成桩速度快，强度高，工程造价低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中预碳化改性复合桩的制备方法示意图；
图2为本发明实施例中预碳化改性复合桩的成桩结构示意图。
图中：1、软土层；2、预碳化改性复合桩；3、透气钢管；4、密封罩；5、CO2气罐；6、气体加热装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，一种预碳化改性复合桩的制备方法，步骤如下：
场地平整，搅拌桩机就位，将桩机的螺旋钻头垂直对准设定的桩孔位置，启动搅拌桩机至贯入状态，螺旋钻头转动切削软土层1的土体，搅拌叶片破碎并搅拌桩孔内土体并不断深入，直至螺旋钻头旋压贯入至设定深度；启动搅拌桩机至提升状态，并在螺旋钻头提升的同时喷固化剂；
固化剂的状态根据原位土体含水率而定，土体含水率大于20％时，则喷洒固化剂粉体，土体含水率小于10％时，则喷洒固化剂浆体，土体含水率介于10％-20％之间时，固化剂粉体和浆体同时喷出。螺旋钻头旋转搅拌的同时喷洒粉体或浆体为现有技术，此处不再赘述。
固化剂包括钢渣微粉85-95份、水泥1-10份和碳化增强剂1-5份(份为重量份)，其中钢渣微粉的比表面积为250m2/kg-350m2/kg，碳化增强剂为碱土金属氧化物。比表面积为250m2/kg-350m2/kg的钢渣微分可以具有较好的反应活性，同时价格适中，适合工程广泛使用。碳化增强剂为碱土金属氧化物，如氧化镁、氧化钙等，碳化增强剂可以增强碳化反应的进行。
钢渣是伴随炼钢过程中排放的一种固体废弃物，约占粗钢产量的10％-15％，与水泥矿物组成相似，但水化活性低，且含有大量的导致安定性不良的游离CaO和游离MgO，但也因此使钢渣具有很高的碳化潜力。钢渣微粉具有较高的水化活性，钢渣中的钙容易溶出发生碳化反应，而且价格适中，成本可控。碳化反应为自发热反应，反应迅速，无需外部热源，主要的反应方程式为：
Cx-S-Hy+xCO2→SiO2·yH2O+xCaCO3
3CaO·SiO2+3CO2+nH2O→SiO2·nH2O+3CaCO3
2CaO·SiO2+2CO2+nH2O→SiO2·nH2O+2CaCO3
CH/MH+CO2→Ca/MgCO3+H2O
反应生成的碳酸盐晶体、凝胶态二氧化硅可以起到很好的孔隙填充作用，强度发展迅速，碳化数小时内强度便可超过养护28d的水泥土。且其结构致密，耐久性和对粘粒的封存效果优异。钢渣的施用不仅可以大体量消纳工业固废，相比其他水泥基固化剂在大规模淤泥固化项目中的施用，更有经济性。
搅拌桩机反复下钻和提钻，使土体和固化剂搅拌均匀形成混合土体；将固化剂与土体充分混合后，将钻头撤出桩孔，并使用密封罩将顶部封闭，密封罩主体材质为不锈钢，密封罩内设有保温层，密封罩一部分插入涂层中，插入的高度不小于400mm，用于保证密封罩的密封性。密封罩上设有温度传感器和压力传感器，用于检测密封罩内的温度和气压，密封罩上设有通气孔，通过通气孔向桩孔内通入温度高于50℃的CO2气体，CO2气体的纯度大于95％，保持气体压力为0.4MPa，使混合土体进行预碳化，预碳化时间为6h-8h；向孔内通入较高温度的CO2气体，并将CO2气体封闭在桩孔内，使混合土体发生碳化，优选地，CO2气体的温度为70℃-80℃，CO2气体热稳定性高，高温CO2气体使碳化反应更容易发生。混合土体预碳化改性后获得改性土。
软土层土体含水量大，粘度高，直接碳化强度低。通过预碳化，将土体中的粘粒预先包裹，使土体改性，使土体具备高强度碳化的条件。
将改性土取出，在桩孔外破碎磨细，过5mm筛，并掺入固化剂、调整含水率至8％-12％获得混合改性土；将混合改性土分层填入桩孔并夯实，压实系数不低于0.93；混合改性土夯实后，在桩孔中钻入透气钢管3，并在透气钢管3中然后将桩孔封闭，并通过透气钢管向桩孔内注入纯度大于95％的CO2气体，并保持桩孔内气压稳定在0.1MPa-0.3MPa之间，持续6h-12h后完成混合改性土的碳化。透气钢管内填满碎石，透气钢管3为管壁上设有透气孔的钢管，碎石为单一级配或间隔级配，碎石的粒径大于透气孔径。预碳化改性夯实桩成桩后，在透气钢管3内设碎石桩，形成预碳化改性复合桩。
制备预碳化改性复合桩的具体过程如下：
对天然地基软土层1测定，深度小于5米的含水率为15％，深度大于5米的含水率大于20％，选用比表面积300m2/kg的钢渣微粉90份、水泥7份
和氧化钙3份混合获得固化剂，并按水/干粉质量比为0.5制得固化剂浆体。根据设计要求，桩孔直径600mm，深度为10m，透气钢管3的外径为300mm，长度为10m。
首先清理场地，设定桩位，在设定桩位上启动搅拌桩机至贯入状态，直至螺旋钻头旋压贯入至地表下10m深度；启动搅拌桩机至提升状态，在距离地表5米以下的深度范围旋喷固化剂粉末同时钻头旋转搅拌，在距离地表5米以内的深度范围旋喷固化剂粉末和固化剂浆体，同时钻头旋转搅拌。
旋喷结束后，搅拌桩机反复下钻和提钻，使土体和固化剂搅拌均匀充分混合形成混合土体；钻头撤出桩孔，使用密封罩将桩孔封闭。密封罩4高1米，内径650mm，将密封罩4压入桩孔将桩孔封闭，密封罩4压入地下深度0.7米，并向桩孔内通入CO2气体。现场设CO2气罐5，CO2从CO2气罐5释放，经过气体加热装置6加热到80℃，然后从密封罩上的通气孔进入桩孔内，混合土体经过搅拌，土体较为疏松，CO2气体充满土体间空隙。不断向桩孔内通气，至桩孔内气压稳定维持在0.4MPa，对混合土体进行预碳化改性，持续时间4h后获得改性土。高温的CO2气体对混合土体进行加热，可以促进碳化的进行。
预碳化结束后，移除密封罩4，通过旋挖钻机将改性土取出，在桩孔外破碎磨细，过5mm筛，并掺入固化剂和水，使含水率为10％，获得混合改性土；将混合改性土分层填入桩孔并夯实，压实系数为0.93；在夯实的改性土桩中打孔，孔径等于透气钢管的外径，孔深10m，然后钻入透气钢管并在透气钢管中填充碎石，避免混合改性土进入透气钢管内。再次加盖密封罩4将桩孔封闭，向密封罩4内通入纯度为99％的CO2，通过透气钢管使CO2气体与混合改性土接触，维持气压稳定在0.3MPa，持续6h，使混合改性土碳化成型。混合改性土碳化成型后，在透气钢管内做碎石桩，碎石桩为现有技术，此处不再赘述。碎石桩与碳化成型的混合改性土复合成为预碳化改性复合桩。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在设定桩位上启动搅拌桩机至贯入状态，直至螺旋钻头旋压贯入至设定深度；
S2：启动搅拌桩机至提升状态，并在螺旋钻头提升的同时喷固化剂；
S3：搅拌桩机反复下钻和提钻，使土体和固化剂搅拌均匀形成混合土体；
S4：钻头撤出桩孔，封闭桩孔并向桩孔内通入温度高于50℃的CO2气体；
S5：使混合土体预碳化改性获得改性土；
S6：将改性土取出，在桩孔外破碎，并掺入固化剂、调整含水率获得混合改性土；
S7：将混合改性土分层填入桩孔并夯实；
S8：在夯实的改性土桩中打孔，并钻入透气钢管；
S9：将桩孔封闭，通过透气钢管向桩孔内注入CO2；
S10：混合改性土碳化后，在透气钢管内做碎石桩，碎石桩与碳化后的混合改性土复合成桩。
2.根据权利要求1所述的一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，S4中CO2气体温度为70℃-80℃，并维持桩孔内气体压力0.4MPa。
3.根据权利要求1所述的一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，所述固化剂包括钢渣微粉85-95份、水泥1-10份和碳化增强剂1-5份，份为重量份，其中钢渣微粉的比表面积为250m2/kg-350m2/kg，碳化增强剂为碱土金属氧化物。
4.根据权利要求1所述的一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，CO2气体纯度大于95％。
5.根据权利要求1所述的一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，S5中预碳化时间为2h-6h。
6.根据权利要求1所述的一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，S9中注入CO2使管内气压稳定在0.1MPa-0.3MPa之间并持续6h-10h。
7.根据权利要求1所述的一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，S2中当原位土体的含水率大于20％时，则喷洒固化剂粉体，原位土体的含水率小于10％时，则喷洒固化剂浆体，原位土体的含水率介于10％-20％之间时，固化剂粉体和浆体同时喷出。
8.根据权利要求1所述的一种预碳化改性复合桩的制备方法，其特征在于，S6中调整含水率至8％-12％。
CN202010198238.5A 2020-03-19 2020-03-19 一种预碳化改性复合桩的制备方法 Active CN111335294B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010198238.5A CN111335294B (zh) 2020-03-19 2020-03-19 一种预碳化改性复合桩的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010198238.5A CN111335294B (zh) 2020-03-19 2020-03-19 一种预碳化改性复合桩的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111335294A CN111335294A (zh) 2020-06-26
CN111335294B true CN111335294B (zh) 2021-05-25

Family

ID=71180240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010198238.5A Active CN111335294B (zh) 2020-03-19 2020-03-19 一种预碳化改性复合桩的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111335294B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4468164A (en) * 1982-08-05 1984-08-28 Owens-Corning Fiberglas Corporation Method and apparatus for feeding raw material to a furnace
KR20070020309A (ko) * 2007-01-27 2007-02-20 박영웅 활성탄을 이용한 지하수에 포함된 라돈 저감화 방법
CN104018485A (zh) * 2014-06-18 2014-09-03 东南大学 一种软土地基的换填垫层碳化加固方法
CN106869120A (zh) * 2017-04-07 2017-06-20 东南大学 一种碳化搅拌桩‑透气管桩复合地基及其施工方法
CN109797741A (zh) * 2019-03-28 2019-05-24 中通建工城建集团有限公司 一种碳化搅拌桩复合地基及其施工方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4468164A (en) * 1982-08-05 1984-08-28 Owens-Corning Fiberglas Corporation Method and apparatus for feeding raw material to a furnace
KR20070020309A (ko) * 2007-01-27 2007-02-20 박영웅 활성탄을 이용한 지하수에 포함된 라돈 저감화 방법
CN104018485A (zh) * 2014-06-18 2014-09-03 东南大学 一种软土地基的换填垫层碳化加固方法
CN106869120A (zh) * 2017-04-07 2017-06-20 东南大学 一种碳化搅拌桩‑透气管桩复合地基及其施工方法
CN109797741A (zh) * 2019-03-28 2019-05-24 中通建工城建集团有限公司 一种碳化搅拌桩复合地基及其施工方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111335294A (zh) 2020-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105887837B (zh) 一种现场地面搅拌水泥土桩的施工方法
AU2020376449B2 (en) Construction method of pressurized grouting pile based on reinforcing fiber and metakaolin
KR100707492B1 (ko) 지하 공동부용 충전재 시공방법
CN101831901B (zh) 一种浅层软弱土复合地基加固处理方法
CN101858077B (zh) 袋装挤密浆固小直径碎石桩复合地基施工方法
CN108316346B (zh) 一种废弃地下人防洞的绿色处理方法
CN108517877B (zh) 杂填土超深基坑固结注浆结合双排钢管桩支护工法
CN107246267A (zh) 一种不良地层中的立井井壁结构、施工装置及方法
CN101439950B (zh) 柔性煤粉泡沫混凝土及其制备方法
Liu et al. Field investigation of shallow soft-soil highway subgrade treated by mass carbonation technology
CN103061224A (zh) 生石灰砂石桩促融加固多年冻土地基的方法
CN101899838A (zh) 注浆扩底小直径预应力管桩复合地基施工方法
CN207377562U (zh) 一种不良地层中的立井井壁结构及施工装置
KR101057487B1 (ko) 기초보강 확공압밀 인발주입공법
CN113174933B (zh) 一种微生物诱导碳酸钙沉淀砂石复合桩加固结构及施工方法
CN215758963U (zh) 一种微生物诱导碳酸钙沉淀砂石复合桩加固结构
CN111335294B (zh) 一种预碳化改性复合桩的制备方法
Ibragimov Soil stabilization with cement grouts
CN106192987A (zh) 一种对桩周边破碎地质加固的施工方法
CN110105016A (zh) 用于离子稀土矿污染场地的阻隔墙材料及其应用方法
CN112282638B (zh) 一种跟管钻进成孔回填灌浆施工方法
KR101057481B1 (ko) 기초보강 확공압밀 인발주입장치를 이용한 기초보강 확공압밀 인발주입공법
RU2804093C1 (ru) Способ получения горизонтального и наклонно направленного грунтоглинистого элемента методом струйного разрушения
CN204325834U (zh) 整治无砟轨道端刺水平变形病害的土钉群锚结构
RU2794444C1 (ru) Способ получения горизонтального и наклонно-направленного грунтоглинистого элемента методом перемешивания

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant