CN205046552U

CN205046552U - 一种无扰动的碳化桩成桩设备

Info

Publication number: CN205046552U
Application number: CN201520603075.9U
Authority: CN
Inventors: 马林; 张军; 刘海; 赵建斌
Original assignee: Shanxi Province Transport Science Research Institute; Shanxi Jiaoke Highway Survey and Design Institute
Current assignee: Shanxi Province Transport Science Research Institute; Shanxi Jiaoke Highway Survey and Design Institute
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2025-08-11

Abstract

一种无扰动的碳化桩成桩设备，该设备包括桩机架、固化剂供给装置、泡沫供给装置和设在桩机架上的可升降式搅拌装置；可升降式搅拌装置包括成桩护套、外搅拌轴、内搅拌轴、外部旋转叶片和内部旋转叶片；内搅拌轴的长度大于外搅拌轴的长度；外搅拌轴套装在内搅拌轴的外部二者之间设置有空腔；外搅拌轴置于成桩护套内部；外部旋转叶片设置在外搅拌轴的底端部；内部旋转叶片设置在内搅拌轴底端部；外部旋转叶片的高度高于内部旋转叶片的高度；固化剂供给装置产生固化剂并将其输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间的空腔中；泡沫供给装置产生泡沫并将其输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间的空腔中。本实用新型结构合理、环保节能、操作简便。

Description

一种无扰动的碳化桩成桩设备

技术领域

本实用新型属于土木工程地基处理领域，涉及一种无扰动的碳化桩成桩设备。

背景技术

近年来由于交通运输业的飞速发展，出现了越来越多的重载交通甚至特重交通。虽然交通荷载的增大很大程度上促进了经济的增长，但由此带来了许多路基方面的病害，如路面开裂、车辙、路基沉陷、路基不均匀沉降等，也造成了许多交通事故。基于此种背景，地基加固技术应运而生，其中桩基加固是目前较为流行的一种地基加固技术。

目前的桩基加固技术主要有沉管灌注桩、挤扩多支盘桩、钻孔灌注桩、灰土挤密桩等，这些桩在提高桩基土体的承载力方面均有显著的优势，但在环境保护方面，则表现出明显的缺点，如桩在成型时对桩周土体的污染、对上覆建筑物的污染等，很大程度上影响的土壤环境和自然环境。这与目前提出的“环境岩土工程理论”相违背，表现出明显的滞后性。在此基础上，东南大学的刘松玉教授等人提出了“一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法”，该方法用活性氧化镁粉作为土体固化剂，在高浓度和高压二氧化碳环境下，极易吸收二氧化碳，可在几十分钟或几个小时内发生碳化反应，生成多种镁的碳酸化合物等胶结物并迅速产生较高强度，而水泥在7天甚至更长时间才会水化形成胶结物，出现强度的明显增长，且在相同掺量下氧化镁碳化土和水泥固化土所达到的最高强度相当，具有特殊的优势和前景。但通过实践发现，该技术在施工时由于旋转叶片单一方向转动，使得二氧化碳与土体中的镁粉反应不完全，甚至有一部分没有反应，致使该部分成桩效果较差。而且在成桩时由于外部是土体侧压，约束力较低，在成桩过程中易出现鼓胀现象，导致桩体承载力不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有的成桩技术在环境保护和承载力方面的不足，提出了一种绿色环保的碳化桩成桩设备，该设备组合结构合理，环保节能。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述无扰动的碳化桩成桩设备包括桩机架、固化剂供给装置、泡沫供给装置以及设置在桩机架上的可升降式搅拌装置；所述可升降式搅拌装置包括成桩护套、外搅拌轴、内搅拌轴、外部旋转叶片以及内部旋转叶片；所述内搅拌轴的长度大于外搅拌轴的长度；所述外搅拌轴套装在内搅拌轴的外部并与内搅拌轴之间设置有空腔；所述外搅拌轴置于成桩护套内部；所述外部旋转叶片设置在外搅拌轴的底端部且处于外搅拌轴的外壁上；所述内部旋转叶片设置在内搅拌轴底端部且置于内搅拌轴外壁上；所述外部旋转叶片的高度高于内部旋转叶片的高度；所述固化剂供给装置产生固化剂并将固化剂输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中；所述泡沫供给装置产生泡沫并将泡沫输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中。

作为优选，本实用新型所采用的成桩护套包括自外而内依次套装在一起的套筒、高强度水膜以及高强度土工格栅；所述外搅拌轴置于高强度土工格栅内部。

作为优选，本实用新型所采用的套筒的底部设置有钢靴。

作为优选，本实用新型所采用的高强度水膜的内部水压力不低于200kN/m²；所述高强度土工格栅在伸长率为0.5％时抗拉强度不低于160kN/m²。

作为优选，本实用新型所采用的外搅拌轴和内搅拌轴的转速均为40r/min，外部旋转叶片的直径为300mm，内部旋转叶片的直径为200mm；所述可升降式搅拌装置的提升速度不大于0.5m/mim。

作为优选，本实用新型所采用的固化剂供给装置包括空气压缩机、干燥器、第一控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀；所述空气压缩机依次通过干燥器、第一控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述固化剂储藏罐中含有氧化镁以及氧化钙的混合物。

作为优选，本实用新型所采用的泡沫供给装置包括控制阀、发泡装置、流量控制阀以及二氧化碳高压罐；所述二氧化碳高压罐依次通过流量控制阀、发泡装置以及控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述发泡装置中含有发泡剂；所述发泡剂是阴离子表面活性剂与蒸馏水的混合液。

本实用新型的优点是：

本实用新型提供了一种无扰动的碳化桩成桩设备，成桩设备充分利用了高强度水膜和高强度土工格栅组合结构的整体高强度特性，节能环保，同时高强度水膜使得水泥浆液与土体间有效隔离，使得成桩效果较好，无扰动，而且该技术也避免了传统技术在成桩时易出现桩体塌落、鼓胀的现象，极大地提高了桩体的承载力。同时通过通入二氧化碳与氧化镁反应，生成的碳酸镁可有效中和土体中的碱性物质，形成碳化桩，对周围土体起到了净化的作用，绿色环保。通过上内部旋转叶片的双向转动，可充分搅拌土体，使得二氧化碳与氧化镁能反应完全，节约能源。综上所述，该设备应用于地基加固处理时，可有效降低施工成本，极大提高桩体的承载力，改善了土体中的碱性环境，增加了地基的使用寿命。本实用新型通过双轴双向旋转叶片疏松土体，并双向喷洒固化剂和二氧化碳，使得固化剂与二氧化碳的结合更均匀，更完全，利用率更高，有效提高了碳化桩成桩质量。同时装置匹配的套筒顶端设置刚靴，使得其能较为容易的插入土体至指定深度，较好的完成套筒内部土体的碳化工作。特别值得一提的是注浆刚靴套筒和高强度水膜加高强度土工格栅的组合结构，使得水泥浆在注浆完成后取出时与碳化桩的摩擦减小，极大的提高了碳化桩的承载力。本实用新型绿色环保、节约能源，制备的碳化桩承载力高，是一种新型的地基加固桩基，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型所公开的无扰动的碳化桩成桩设备的整体结构示意图；

附图标记说明如下：

1-空气压缩机；2-干燥器；3-控压阀；4-固化剂储藏罐；5-固化剂流量控制阀；6-桩机架；7-控制阀；8-发泡装置；9-流量控制阀；10-二氧化碳高压罐；11-套筒；12-高强度水膜；13-高强度土工格栅；14-钢靴；15-搅拌装置；16-外搅拌轴；17-内搅拌轴；18-外部旋转叶片；19-内部旋转叶片。

具体实施方式

本实用新型提供了一种绿色环保、无扰动、承载力较高的无损碳化桩，有效利用高强度水膜12和高强度土工格栅13的合理组合，极大提高了成桩效果及桩体承载力，具有很好的市场前景和推广价值。

本实用新型提供了一种无扰动的碳化桩成桩设备，该无扰动的碳化桩成桩设备包括桩机架6、固化剂供给装置、泡沫供给装置以及设置在桩机架6上的可升降式搅拌装置15；可升降式搅拌装置15包括成桩护套、外搅拌轴16、内搅拌轴17、外部旋转叶片18以及内部旋转叶片19；内搅拌轴17的长度大于外搅拌轴16的长度；外搅拌轴16套装在内搅拌轴17的外部并与内搅拌轴17之间设置有空腔；外搅拌轴16置于成桩护套内部；外部旋转叶片18设置在外搅拌轴16的底端部且处于外搅拌轴16的外壁上；内部旋转叶片19设置在内搅拌轴17底端部且置于内搅拌轴17外壁上；外部旋转叶片18的高度高于内部旋转叶片19的高度；固化剂供给装置产生固化剂并将固化剂输送至外搅拌轴16与内搅拌轴17之间所形成的空腔中；泡沫供给装置产生泡沫并将泡沫输送至外搅拌轴16与内搅拌轴17之间所形成的空腔中。

成桩护套包括自外而内依次套装在一起的套筒11、高强度水膜12以及高强度土工格栅13；外搅拌轴16置于高强度土工格栅13内部；套筒11的底部设置有钢靴14。

固化剂供给装置包括空气压缩机1、干燥器2、第一控压阀3、固化剂储藏罐4以及固化剂流量控制阀95；空气压缩机1依次通过干燥器2、第一控压阀3、固化剂储藏罐4以及固化剂流量控制阀95与外搅拌轴16和内搅拌轴17之间所形成的空腔相贯通；固化剂储藏罐4中含有氧化镁以及氧化钙的混合物。

泡沫供给装置包括控制阀、发泡装置8、流量控制阀9以及二氧化碳高压罐10；二氧化碳高压罐10依次通过流量控制阀9、发泡装置8以及控制阀与外搅拌轴16和内搅拌轴17之间所形成的空腔相贯通；发泡装置8中含有发泡剂；发泡剂是阴离子表面活性剂与蒸馏水的混合液。

基于本实用新型所提供的无扰动的碳化桩成桩设备进行无扰动的碳化桩施工时，其施工方法包括以下步骤：

1)对预加固地基进行整平处理；

2)确定桩基的深度，并确定桩基的孔位以及桩间距；

3)将干燥的固化剂装入固化剂储藏罐中，并通过干燥器进行气体干燥，同时将发泡剂装入发泡装置中进行二氧化碳气体发泡；所述固化剂是氧化镁以及氧化钙按常规体积比混合后得到的混合物；所述发泡剂是阴离子表面活性剂与蒸馏水的混合液；所述阴离子表面活性剂与蒸馏水的体积比为1：45；

4)将可升降式搅拌装置移动到预设桩位处，启动可升降式搅拌装置于下降状态，当内部旋转叶片入土深度为20m时停止贯入；

5)通过高压设备往高强度水膜中注入水，拧紧高强度水膜的封口并做密封处理；将套筒、高强度水膜以及高强度土工格栅组合形成组合构件，借助外力将带有钢靴的组合构件整体压入土体中至步骤2)所确定的桩基的深度；

6)启动可升降式搅拌装置于上升状态，开启控制阀、控压阀以及固化剂流量控制阀，根据预设固化剂掺量、外部旋转叶片的半径、内部旋转叶片的半径、外搅拌轴的转动速度、内搅拌轴的转动速度以及可升降式搅拌装置的上升速度调节固化剂流量控制阀，在外部旋转叶片以及内部旋转叶片的旋转上升过程中均匀的将固化剂粉末和二氧化碳泡沫埋入土体中；当外部旋转叶片上升至地表层的下表面时，关闭控压阀以及控制阀，提升旋转叶片至地表层的上表面，完成搅拌桩体的搅拌。其中内旋转叶片空腔中送入的是二氧化碳气体，外旋转叶片中送入的是固化剂粉。目的是为了让二者在送入过程中不发生反应。内外旋转叶片上都有若干通道，可使二氧化碳和固化剂粉末送入土体中。

碳化桩形成后，套筒拔出，高强度水膜中的水抽出，高强度土工格栅留在土体中成为碳化桩的一部分，极大提高碳化桩的承载力。

作为优选，该施工方法在步骤6)之后还包括步骤7)：重复步骤1)至步骤6)直至完成所有孔位的碳化桩的施工工作。

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型的结构及具体使用方式做进一步的详细说明：

实施例1：

参见图1，本实用新型提供了一种无扰动的碳化桩成桩设备，包括固化剂供给装置、泡沫供给装置、搅拌装置15。

固化剂储藏罐4的承压能力为2.1MPa。

发泡装置8为阴离子表面活性剂，其与蒸馏水的配比为1：45。

外搅拌轴16和内搅拌轴17的转速均为40r/min，外部旋转叶片18的直径为300mm，内部旋转叶片19的直径为200mm。

高强度土工格栅13在伸长率为0.5％时抗拉强度为160kN/m²。

高强度水膜12其内部水压力为200kN/m²。

搅拌装置15提升速度为0.5m/mim。

二氧化碳调压阀的压力为200kPa。

无扰动碳化桩成桩的施工方法，其步骤如下：

A)采用推土机将地基地表选定区域进行整平处理，一般整平面积应大于布设桩位之间所形成的面积，地表平整度以安放施工机械平台能够平稳作业为宜。

B)按设计图纸在整平区域选取桩孔位，共计400个，并确定桩长和桩间距等指标，本实例确定的桩长为20m，桩间距为4m。

C)将干燥的固化剂装入固化剂储藏罐4，并通过干燥装置进行气体干燥，同时将发泡剂装入发泡装置8中进行二氧化碳气体发泡。

D)将搅拌装置15移动至预设桩位处，开启搅拌装置15至贯入状态，内部旋转叶片19入土深度为20m时停止贯入。

E)通过高压设备往高强度水膜12中注入水，拧紧高强度水膜12的封口并做密封处理；将套筒11、高强度水膜12以及高强度土工格栅13组合形成组合构件，借助外力将带有钢靴14的组合构件整体压入土体中至指定深度；

F)将搅拌装置15改为提升状态，并打开控制阀7和控制阀，调节固化剂流量控制阀95以及流量控制阀9，根据预设固化剂掺量、旋转叶片半径和旋转轴的转动速度和上升速度来调节固化剂流量控制阀95，在旋转叶片旋转上升过程中均匀的将固化剂粉末和二氧化碳泡沫埋入土体中。当外部旋转叶片18上升至地表层的下表面时，关闭控制阀和控制阀，提升旋转叶片至地表层的上表面，完成搅拌桩体的搅拌。

G)移动施工车辆至下一孔位，重复步骤A-F，直至完成底400#孔位的碳化桩施工工作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照最佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述无扰动的碳化桩成桩设备包括桩机架、固化剂供给装置、泡沫供给装置以及设置在桩机架上的可升降式搅拌装置；所述可升降式搅拌装置包括成桩护套、外搅拌轴、内搅拌轴、外部旋转叶片以及内部旋转叶片；所述内搅拌轴的长度大于外搅拌轴的长度；所述外搅拌轴套装在内搅拌轴的外部并与内搅拌轴之间设置有空腔；所述外搅拌轴置于成桩护套内部；所述外部旋转叶片设置在外搅拌轴的底端部且处于外搅拌轴的外壁上；所述内部旋转叶片设置在内搅拌轴底端部且置于内搅拌轴外壁上；所述外部旋转叶片的高度高于内部旋转叶片的高度；所述固化剂供给装置产生固化剂并将固化剂输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中；所述泡沫供给装置产生泡沫并将泡沫输送至外搅拌轴与内搅拌轴之间所形成的空腔中。

2.根据权利要求1所述的无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述成桩护套包括自外而内依次套装在一起的套筒、高强度水膜以及高强度土工格栅；所述外搅拌轴置于高强度土工格栅内部。

3.根据权利要求2所述的无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述套筒的底部设置有钢靴。

4.根据权利要求3所述的无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述高强度水膜的内部水压力不低于200kN/m²；所述高强度土工格栅在伸长率为0.5%时抗拉强度不低于160kN/m²。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述外搅拌轴和内搅拌轴的转速均为40r/min，外部旋转叶片的直径为300mm，内部旋转叶片的直径为200mm；所述可升降式搅拌装置的提升速度不大于0.5m/mim。

6.根据权利要求5所述的无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述固化剂供给装置包括空气压缩机、干燥器、控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀；所述空气压缩机依次通过干燥器、控压阀、固化剂储藏罐以及固化剂流量控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述固化剂储藏罐中含有氧化镁以及氧化钙的混合物。

7.根据权利要求6所述的无扰动的碳化桩成桩设备，其特征在于：所述泡沫供给装置包括控制阀、发泡装置、流量控制阀以及二氧化碳高压罐；所述二氧化碳高压罐依次通过流量控制阀、发泡装置以及控制阀与外搅拌轴和内搅拌轴之间所形成的空腔相贯通；所述发泡装置中含有发泡剂；所述发泡剂是阴离子表面活性剂与蒸馏水的混合液。