微纳米CO2碳化加固软弱地基的设备及施工方法

本发明属于土木建筑工程地基处理，尤其涉及一种微纳米co2碳化加固软弱地基的设备及施工方法。

背景技术：

1、目前以活性氧化镁的碳化反应为前提的软弱地基碳化加固技术得到了快速发展，例如碳化搅拌桩法、整体碳化法和碳化搅拌桩-透气管桩复合地基工法等。这些工法能够很好地满足桩体强度高的要求，且呈现低碳高效、绿色环保的特点，符合土木工程绿色施工的发展趋势。

2、然而，上述这些碳化加固软弱地基技术在工程应用中逐渐显现出一些局限性。例如，在浅层地基处理时，难以满足深厚软弱地基土的加固需要。中国发明专利cn106869120b公开了一种碳化搅拌桩-透气管桩复合地基及其施工方法，这是目前应用较为广泛的一种软弱地基碳化固化方法，其成型的复合地基承载力高，质量可靠，但是该方法“二次成桩”的施工工艺较为繁琐，且施工成本高。

3、对于碳化搅拌桩法，其施工方便，成本较低，但是该方法将搅拌轴直接作为co2气体的通道，极易产生气体泄露而造成二次污染，而且co2气体在搅拌桩体内扩散慢且不均匀。中国发明专利cn103981854b公开了一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法，该方法尝试将泡沫作为co2气体进入土体的临时媒介，虽在一定程度上解决了co2外泄问题，但地基加固效果通常不佳。

4、近年来，微纳米气泡因其独特的物化性质和潜在的应用价值而备受关注。相比于宏观大气泡，微纳米气泡直径小，比表面积大，具有自身增压溶解特性，能够有效将气体转移至水中，提高气体利用效率和气液传质效率。此外，微纳米气泡内部气体以高压高密度聚集态形式存在，具有独特的稳定性，其气泡上升速率慢，能够在水中悬浮稳定存在几个小时甚至几天，是一种较为理想的气体缓释和输运媒介。

5、因此，结合上述碳化加固软弱地基技术存在的问题和微纳米气泡所独具的优势，本发明研发了一种微纳米co2碳化加固软弱地基的设备及方法，对有效避免二次污染、充分利用co2气体以及高效施工、低碳环保等方面具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，有效解决现有碳化加固软弱地基技术中co2气体在搅拌桩体内扩散慢且不均匀的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，包括主机系统、微纳米co2发生系统和供料系统。

4、所述主机系统包括钻杆、用于带动钻杆运动的上传动装置、输料装置、用于控制上传动装置的控制系统、立架和可移动的底盘，所述立架设于底盘上，所述控制系统设于立架上，所述上传动装置设置于立架的上部，所述控制系统与上传动装置连接，所述钻杆与上传动装置连接，所述输料装置设于所述上传动装置的内部，所述输料装置包括输液通道和输粉通道。

5、所述钻杆包括钻头和杆部，所述杆部由互不相通的内管和外管组成，所述内管位于外管的内部，所述内管的外径小于外管的内径，所述外管的底端位于内管的底端的上方，所述外管的底端与钻头的顶端相连接，所述内管插入钻头中并延伸至接近钻头的底端，所述外管的下部设有贯通的喷液口，所述内管的下部设有贯通的喷粉口，所述钻头上与所述喷粉口相对应的位置设有通孔。

6、所述微纳米co2发生系统包括co2储气罐、微纳米气泡发生装置、储水罐和液体加压装置，所述微纳米气泡发生装置包括进口、位于微纳米气泡发生装置的底部的第一循环入口及位于微纳米气泡发生装置的顶部的第二循环入口，所述储水罐包括位于储水罐底部一侧的储水罐入口、位于储水罐底部另一侧的储水罐第一出口和位于储水罐顶部的储水罐第二出口。

7、所述co2储气罐与微纳米气泡发生装置的进口连接，所述微纳米气泡发生装置的第一循环入口与储水罐入口连接，所述储水罐第二出口与微纳米气泡发生装置的第二循环入口连接，所述储水罐第一出口与液体加压装置的入口连接，所述液体加压装置的出口与所述输料装置的输液通道相连通，所述输液通道与所述外管相连通。

8、所述供料系统包括用于贮存粉末状固化剂的储料罐和粉体加压装置，所述储料罐与粉体加压装置的入口连接，所述粉体加压装置的出口与所述输料装置的输粉通道相连通，所述输粉通道与所述内管相连通。

9、进一步地，所述内管的底端和外管的底端均封闭，所述内管穿过外管的底端向下延伸至接近钻头的底端。

10、进一步地，所述喷粉口和喷液口均有多个。

11、进一步地，所述喷粉口环绕内管一圈均匀设置，所述喷液口环绕外管一圈均匀设置。

12、本发明的另一个目的在于提供一种微纳米co2碳化加固软弱地基的施工方法，有效解决现有碳化加固软弱地基技术中co2气体在搅拌桩体内扩散慢且不均匀的问题。

13、一种微纳米co2碳化加固软弱地基的施工方法，采用上述实施例所述的微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，包括以下步骤：

14、s1、整平场地；

15、s2、钻杆定位；

16、移动底盘，将钻杆垂直对准天然地基的设定桩位；

17、s3、制备微纳米co2气泡溶液；

18、开启co2储气罐，启动微纳米气泡发生装置，制备微纳米co2气泡溶液；

19、s4、搅拌下沉；

20、通过控制系统启动上传动装置，将钻杆贯入至天然地基的设定桩位的设定深度处；

21、s5、喷粉、喷液、搅拌提升；

22、通过控制系统控制钻杆至提升状态，启动液体加压装置，将微纳米co2气泡溶液输送至外管并由喷液口喷出，同时启动粉体加压装置，将粉末状固化剂输送至内管并由喷粉口喷出，边喷粉边搅拌和提升；

23、s6、完成搅拌桩体的成型，软弱地基加固成型。

24、进一步地，在步骤s5中所述搅拌提升后，进行复搅，复搅后将钻杆提升至地面。

25、进一步地，所述粉末状固化剂为活性氧化镁粉末。

26、本发明的有益技术效果是：

27、(1)本发明将co2气体以微纳米气泡的形式注入到活性氧化镁与软弱地基的搅拌桩体内，最大程度地提高了co2气体的传质效率与利用效率，进一步地提高了co2气体与活性氧化镁的反应效率，有效解决了现有碳化固化技术中co2气体在搅拌桩体内扩散慢且不均匀的问题，缩短了地基处理工期。

28、(2)本发明直接将微纳米co2气泡溶液、活性氧化镁与软弱地基进行搅拌后形成搅拌桩体，省去了现有技术中在搅拌桩体中插入通气管或透气管桩的步骤，施工更为方便，且节约了地基处理的成本。

29、(3)本发明采用活性氧化镁来替代传统的波特兰水泥，同时有效利用了温室气体co2，具有节能环保和低碳高效的优点。

30、(4)本发明适用于深层地基处理，能够满足深厚软弱地基土的加固。

技术特征：

1.一种微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，其特征在于，包括主机系统、微纳米co2发生系统和供料系统；

2.根据权利要求1所述的微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，其特征在于，所述内管的底端和外管的底端均封闭，所述内管穿过外管的底端向下延伸至接近钻头的底端。

3.根据权利要求2所述的微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，其特征在于，所述喷粉口和喷液口均有多个。

4.根据权利要求3所述的微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，其特征在于，所述喷粉口环绕内管一圈均匀设置，所述喷液口环绕外管一圈均匀设置。

5.一种微纳米co2碳化加固软弱地基的施工方法，其特征在于，采用权利要求1-4中任一项所述的微纳米co2碳化加固软弱地基的设备，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的微纳米co2碳化加固软弱地基的施工方法，其特征在于，在步骤s5中所述搅拌提升后，进行复搅，复搅后将钻杆提升至地面。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的微纳米co2碳化加固软弱地基的施工方法，其特征在于，所述粉末状固化剂为活性氧化镁粉末。

技术总结
本发明属于土木建筑工程地基处理技术领域，具体公开了一种微纳米CO<subgt;2</subgt;碳化加固软弱地基的设备及施工方法。所述设备包括主机系统、微纳米CO<subgt;2</subgt;发生系统和供料系统，能将CO<subgt;2</subgt;气体以微纳米气泡的形式注入到活性氧化镁与软弱地基的搅拌桩体内，最大程度提高CO<subgt;2</subgt;气体的传质效率与利用效率，进而提高CO<subgt;2</subgt;气体与活性氧化镁的反应效率，有效解决现有碳化固化技术中CO<subgt;2</subgt;气体在搅拌桩体内扩散慢且不均匀的问题，缩短了地基处理工期。此外，本发明直接将微纳米CO<subgt;2</subgt;气泡溶液、活性氧化镁与软弱地基进行搅拌，省去了现有技术中在搅拌桩体中插入通气管或透气管桩的步骤，施工更为方便，且节约了地基处理的成本。

技术研发人员：高常辉,白梅,杜广印,刘松玉,杨泳,徐雄,邹国春
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14