[发明专利]一种无扰动的碳化桩成桩设备及其施工方法

权利要求书

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；

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；

所述套筒的底部设置有钢靴；

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/min；

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；

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。

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：所述高强度水膜的内部水压力不低于200 kN/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。

3.一种基于如权利要求1或2所述的无扰动的碳化桩成桩设备的无扰动的碳化桩施工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

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。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法在步骤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。