一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统.pdf

本发明公开了一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，属于土木工程地基加固领域。该处理系统包括履带式均混装置、固化剂供给装置、插板装置、压实密封装置、通气碳化装置；均混装置和插板装置均通过液压动力装置驱动，用活性氧化物和无水镁盐粉末作为固化剂，通过含水率传感器监测并实时调整固化剂含量，适应不同含水率软弱地基处理；用二氧化碳气体进行碳化，可在数小时内完成软弱地基加固；履带式均混装置、插板装置及安装在履带车上的固化剂供给装置和动力装置通过连有含水率传感器和电磁阀的控制操作装置进行同步作业。该处理系统及方法简捷可靠、施工安全高效、可适应复杂环境，实现了地基处理中固化剂的定量化和二氧化碳资源化利用。

1.  一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，包括履带式均混装置和固化剂供给装置，所述履带式均混装置包括搅拌装置以及喷粉口，所述固化剂供给装置包括固化剂储存罐以及固化剂输送管道，所述喷粉口与该固化剂输送管道连通，其特征在于：所述搅拌装置包括第一搅拌装置（110）和第二搅拌装置（114），所述第一搅拌装置（110）连接和第二搅拌装置（114）连接在一传力板（108）上，所述第一搅拌装置（110）具有第一搅拌深度，所述第二搅拌装置（114）具有第二搅拌深度，在第一搅拌装置（110）上设有第一喷粉口（111），在第二搅拌装置（114）上设有第二喷粉口（115）；在所述第一搅拌装置（110）或第二搅拌装置（114）上设有含水率传感器（113），在所述固化剂输送管道上设置有用于根据所述含水率传感器（113）获取的含水率数据来调整固化剂输送量的调节阀；所述系统还包括插板装置、压实密封装置和通气碳化装置，所述插板装置包括插板框架以及设置在所述插板框架上用于插入排水板（129）的滑动装置；所述压实密封装置包括压实装置（301）和铺膜装置（304），铺膜装置（304）通过连接杆（303）与压实装置（301）连接；所述通气碳化装置包括储气罐（401）以及输气管（402），所述输气管（402）输出端连接至所述排水板（129）的端部。

2.  根据权利要求1所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述履带式均混装置还包括履带式搅拌机（101）、控制集合器（102）、控制操作系统（103）、可动臂架（104）以及液压动力装置（105）；所述控制集合器（102）、控制操作系统（103）、可动臂架（104）和液压动力装置（105）设置在履带式搅拌机（101）上，在可动臂架（104）的端头固定有第一液压杆（106），第一液压杆（106）与所述传力板（108）通过法兰盘（107）连接，传力板（108）底部固定有第二液压杆（109）和第三液压杆（112），第二液压杆（109）的端部安设所述第一搅拌装置（110），第三液压杆（112）的端部安设所述第二搅拌装置（114）；所述含水率传感器（113）沿第二液压杆（109）外侧附设于第一搅拌装置（110）上或沿第三液压杆（112）外侧附设于第二搅拌装置（114）上，所述第一液压杆（106）、第二液压杆（109）和第三液压杆（112）均通过液压管连接在所述液压动力装置（105）上。

3.  根据权利要求1所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述固化剂供给装置包括履带车（201）、气压动力装置（202）、储气及干燥装置（205）、第一粉剂储存罐（208）、第二粉剂储存罐（211），所述气压动力装置（202）、储气及干燥装置（205）、第一粉剂储存罐（208）和第二粉剂储存罐（211）设置在履带车（201）上；所述气压动力装置（202）与储气及干燥装置（205）通过通气管A（204）连接，通气管A（204）上设有第一压力控制阀（203），所述第一粉剂储存罐（208）顶部与储气及干燥装置（205）通过通气管B（206）连接，通气管B（206）上设有第二压力控制阀（207），所述第二粉剂储存罐（211）顶部与储气及干燥装置（205）通过通气管C（209）连接，通气管C（209）上设有第三压力控制阀（210）；所述第一粉剂储存罐（208）底部通过粉剂输送管A（213）与合并接头（216）的第一支端连接，粉剂输送管A（213）上设有第一粉剂计量传感器（212）；所述第二粉剂储存罐（211）底部通过粉剂输送管B（215）与合并接头（216）的第二支端连接，粉剂输送管B（215）上设有第二粉剂计量传感器（214）；所述合并接头（216）的并端通过粉剂输送管C（217）与分流接头（218）的总端连接；所述分流接头（218）的第一支端与第一喷粉口（111）通过粉剂输送管D（219）连接，分流接头（218）的第二支端与第二喷粉口（115）通过粉剂输送管E（220）连接。

4.  根据权利要求1所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述插板框架包括插板框架顶梁（117）、插板框架柱（118）、插板框架底梁（123）以及第五液压杆（119），所述滑动装置包括滑动架上梁（120）、滑动柱（121）、剪刀（122）、第六液压杆（124）、滑动架中梁（125）、滑动架底梁（126）和脱模板（127），所述插板框架顶梁（117）的中侧部与第四液压杆（116）活动连接，第四液压杆（116）与可动臂架（104）活动连接；所述插板框架顶梁（117）和插板框架底梁（123）均与插板框架柱（118）固定连接，滑动架上梁（120）、滑动架中梁（125）和滑动架底梁（126）均与滑动柱（121）固定连接；所述第五液压杆（119）安设在插板框架顶梁（117）的中底部；所述滑动架上梁（120）的中顶部与第五液压杆（119）的端部固定连接；所述第六液压杆（124）安设在滑动架中梁（125）的中底部，第六液压杆（124）的端部固定有脱模板（127），所述第四液压杆（116）、第五液压杆（119）和第三液压杆（124）也均通过液压管连接在所述液压动力装置（105）上。

5.  根据权利要求1所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述通气碳化装置还包括二氧化碳罐车（400）、第四控制阀（403）和密封咬合带（404），所述储气罐（401）固定在二氧化碳罐车（400）上，储气罐（401）与密封咬合带（404）通过所述输气管（402）连接，在输气管（402）上设有第四控制阀（403），所述密封咬合带（404）与排水板（129）紧密咬合并穿过密封膜（305）至压实土体中。

6.  如权利要求1或2所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述第一搅拌装置（110）通过齿轮与第二液压杆（109）端部连接，第二搅拌装置（114）通过齿轮与第三液压杆（112）端部连接；所述液压动力装置（105）和含水率传感器（113）均与控制集合器（102）连接。

7.  如权利要求3所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述第二压力控制阀（207）、第三压力控制阀（210）、第一粉剂计量传感器（212）和第二粉剂计量传感器（214）均与控制集合器（102）连接，控制集合器（102）通过电磁阀与控制操作系统（103）连接。

8.  如权利要求4所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述滑动架底梁（126）为空心的开口楔形梁，滑动架底梁（126）内设有弹簧撑（128）和中轴板（130），中轴板（130）在弹簧撑（128）的下部，所述弹簧撑（128）布设在滑动架底梁（126）的内顶部并与滑动架底梁（126）的两侧面固定连接，相邻弹簧撑（128）的间距根据弹簧撑（128）的弹性系数确定，可为30~100cm，中轴板（130）与滑动架底梁（126）的两侧面通过转轴进行活动连接；脱模板（127）置于滑动架底梁（126）中并在中轴板（130）的下部，第六液压杆（124）穿过中轴板（130）与脱模板（127）垂直连接；所述插板框架柱（118）的内侧设有滑槽，插板框架底梁（123）底部与传力板（108）侧部活动连接，插板框架柱（118）上设有水平向剪刀（122）。

9.  如权利要求4或7所述的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，其特征在于：所述滑动架底梁（126）下部在弹簧撑（128）的弹力作用下闭合，在脱模板（127）的下压作用下撑开并将排水板（129）脱出滑动架底梁（126）；所述中轴板（130）宽度大于脱模板（127）的宽度，所述脱模板（127）的宽度大于排水板（129）的宽度。

一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统
技术领域
本发明涉及土木工程地基处理领域，具体涉及一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统。
背景技术
目前，常用地基处理方法包括强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥/石灰粉煤灰搅拌桩法、注浆法、高压旋喷桩、预压法、夯实水泥/石灰土法、灰土挤密桩法、单液硅化法和换填法等，而软弱地基处理还包括堆载预压法、真空预压法及加筋法。而强夯法、振冲法施工噪声大；传统换填法工程量大、造价较高，易出现强度的不均匀分布；砂石桩、水泥/石灰土桩、注浆法、高压旋喷桩等桩基础加固法，处理周期长，所用固化材料主要为环境污染严重的水泥和石灰。据统计，全球波特兰水泥的年产量超过25亿吨，且逐年增长，生产所排放的二氧化碳占人为排放量的5~10%，而我国水泥量已超7亿吨，二氧化碳排放量约占人为排放量的18~22%，全球二氧化碳排放量的增加已给社会经济和人类生活带来了不可估量的诸多负面效应。为此，国内外科研者试图寻求新型的固化材料或环保型施工方法来减少二氧化碳的排放。在固化剂方面，法国的所瑞尔（Sorel）在1867年首先发明了Sorel水泥；澳大利亚的Harrison在2001年发明了利用活性氧化镁和水泥混合而成的新型“绿色水泥”；英国剑桥大学的Al-Tabbaa提出了将活性氧化镁掺入水泥中并进行碳化来快速提高建筑砌块的强度。这些新型水泥理论上比生产传统水泥所消耗的燃料和排放的二氧化碳量要高。在地基处理方法上，发明人所在课题组提出了碳化搅拌桩和整体碳化加固软弱地基的方法，对土体碳化加固进行了基础性研究，并申请了相关专利（如：一种土壤的碳化固化方法，申请号：ZL 201210097042.2；一种土壤的碳化固化方法及其装置，专利号：ZL 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，专利号：ZL 201310122135.0；一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法，申请号：2014102039788；一种软土地基的换填垫层碳化加固方法，申请号：2014102729571）。这些方法的相似特点和有益效果是：均采用活性氧化物粉末（主要为活性氧化镁）作为土体固化剂，在高浓度和高压二氧化碳环境下，可在几十分钟或几个小时内完成碳化反应，所产生的镁化合物能迅速提高土体强度；相比水泥固化土，具有固化速度快、强度高、环境效益好等特点，符合土木工程绿色施工的发展趋势。
但根据现有专利“一种土壤的碳化固化方法及其装置（专利号：ZL 201010604013.1）”和“一种利用工业废气热加固软土地基的处理系统及方法（专利号：ZL 201310122135.0）”所提出的方法，二氧化碳气体极易沿搅拌轴外泄，产生二次污染；若将带孔的通气管道直接插入活性氧化镁处理的桩土体中，虽提高了桩体强度，但费材、费时。一种用于地基加固的处理系统及碳化成桩方法（申请号：2014102039788）一定程度上解决了二氧化碳气体的外泄问题，但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。一种软土地基的换填垫层碳化加固方法（申请号：2014102729571）虽采用了不同粒径的混合料进行换填碳化，保证了地基处理的均匀性和地基强度的明显提高，但大面积的地基换填，增加了地基处理的工程量和成本，降低了施工效率。此外，已有研究表明，土体初始含水率对碳化效果的影响较大，较高的含水率将减弱乃至阻滞二氧化碳气体的入渗和土体的碳化，因此合理的含水率范围对增强碳化加固的效果至关重要。
立足于我国工程建设快速发展的现状和新型碳化加固地基方法的优势，结合目前碳化加固法所存在的不足和问题，亟待研发一项低碳经济、资源利用合理和施工高效的浅层软弱地基原位碳化固化处理系统及方法，在有效利用二氧化碳、省材、省时、高效施工方面及在解决高含水率地基碳化难方面具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种简捷可靠、施工持续稳定、安全高效的软弱地基原位碳化固化处理系统及方法，可适应不同含水率等复杂地基环境，且根据实际含水率实现了地基处理中固化剂掺量的自动控制和二氧化碳资源化利用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，包括履带式均混装置和固化剂供给装置，所述履带式均混装置包括搅拌装置以及喷粉口，所述固化剂供给装置固化剂储存罐以及固化剂输送管道，所述喷粉口与该固化剂输送管道连通，其特征在于：所述搅拌装置包括第一搅拌装置和第二搅拌装置，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置连接在一传力板上，所述第一搅拌装置具有第一搅拌深度，所述第二搅拌装置具有第二搅拌深度，在第一搅拌装置上设置第一喷粉口，在第二搅拌装置上设有第二喷粉口；在所述第一搅拌装置或第二搅拌装置上设有含水率传感器，在所述固化剂输送管道上设置有用于根据所述含水率传感器获取的含水率数据来调整固化剂输送量的调节阀；所述系统还包括插板装置、压实密封装置和通气碳化装置，所述插板装置包括插板框架以及设置在所述插板框架上用于插入排水板的滑动装置；所述压实密封装置包括压实装置和铺膜装置，铺膜装置通过连接杆与压实装置连接；所述通气碳化装置包括储气罐以及输气管，所述输气管输出端连接至所述排水板的端部。
所述履带式均混装置还包括履带式搅拌机、控制集合器、控制操作系统、可动臂架以及液压动力装置；所述控制集合器、控制操作系统、可动臂架以及液压动力装置设置在履带式搅拌机上，在可动臂架的端头固定有第一液压杆，第一液压杆与所述传力板通过法兰盘连接，传力板底部固定有第二液压杆和第三液压杆，第二液压杆的端部安设所述第一搅拌装置，第三液压杆的端部安设所述第二搅拌装置；所述含水率传感器沿第二液压杆外侧附设于第一搅拌装置上或沿第三液压杆外侧附设于第二搅拌装置上，所述第一液压杆、第二液压杆和第三液压杆均通过液压管连接在所述液压动力装置上。
所述固化剂供给装置包括履带车、气压动力装置、储气及干燥装置、第一粉剂储存罐、第二粉剂储存罐，所述气压动力装置、储气及干燥装置、第一粉剂储存罐和第二粉剂储存罐设置在履带车上；所述气压动力装置与储气及干燥装置通过通气管A连接，通气管A上设有第一压力控制阀，所述第一粉剂储存罐顶部与储气及干燥装置通过通气管B连接，通气管B上设有第二压力控制阀，所述第二粉剂储存罐顶部与储气及干燥装置通过通气管C连接，通气管C上设有第三压力控制阀；所述第一粉剂储存罐底部通过粉剂输送管A与合并接头的第一支端连接，粉剂输送管A上设有第一粉剂计量传感器；所述第二粉剂储存罐底部通过粉剂输送管B与合并接头的第二支端连接，粉剂输送管B上设有第二粉剂计量传感器；所述合并接头的并端通过粉剂输送管C与分流接头的总端连接；所述分流接头的第一支端与第一喷粉口通过粉剂输送管D连接，分流接头的第二支端与第二喷粉口通过粉剂输送管E连接；
所述插板框架包括插板框架顶梁、插板框架柱、插板框架底梁以及第五液压杆，所述滑动装置包括滑动架上梁、滑动柱、剪刀、第六液压杆、滑动架中梁、滑动架底梁和脱模板，所述插板框架顶梁的中侧部与第四液压杆活动连接，第四液压杆与可动臂架活动连接；所述插板框架顶梁和插板框架底梁均与插板框架柱固定连接，滑动架上梁、滑动架中梁和滑动架底梁均与滑动柱固定连接；所述第五液压杆安设在插板装置框架梁的中底部；所述滑动架上梁的中顶部与第五液压杆的端部固定连接；所述第六液压杆安设在滑动架中梁的中底部，第六液压杆的端部固定有脱模板，所述第四液压杆、第五液压杆和第三液压杆也均通过液压管连接在所述液压动力装置上。
所述通气碳化装置还包括二氧化碳罐车、第四控制阀和密封咬合带，所述储气罐固定在二氧化碳罐车上，储气罐与密封咬合带通过所述输气管连接，在输气管上设有第四控制阀，所述密封咬合带与排水板紧密咬合并穿过密封膜至压实土体中。
所述第一搅拌装置通过齿轮与第二液压杆端部连接，第二搅拌装置通过齿轮与第三液压杆端部连接；所述液压动力装置和含水率传感器均与控制集合器连接。
所述第二压力控制阀、第三压力控制阀、第一粉剂计量传感器和第二粉剂计量传感器均与控制集合器连接，控制集合器通过电磁阀与控制操作系统连接。
所述滑动架底梁为空心的开口楔形梁，脱模板置于滑动架底梁中，与第六液压杆垂直连接；所述插板框架柱的内侧设有滑槽，插板框架底梁底部与传力板活动连接，插板框架柱上设有水平向的剪刀；所述滑动架底梁的内顶部布设有弹簧撑，弹簧撑在脱模板的上部，相邻弹簧撑的间距为30~100cm。
所述滑动架底梁为空心的开口楔形梁，滑动架底梁内设有弹簧撑和中轴板，中轴板在弹簧撑的下部，所述弹簧撑布设在滑动架底梁的内顶部并与滑动架底梁的两侧面固定连接，相邻弹簧撑的间距根据弹簧撑的弹性系数确定，可为30~100cm，中轴板与滑动架底梁的两侧面通过转轴进行活动连接；脱模板置于滑动架底梁中并在中轴板的下部，第六液压杆穿过中轴板与脱模板垂直连接；所述插板框架柱的内侧设有滑槽，插板框架底梁底部与传力板侧部活动连接，插板框架柱上设有水平向剪刀。
所述滑动架底梁下部在弹簧撑的弹力作用下闭合，在脱模板的下压作用下撑开并将排水板脱出滑动架底梁；所述中轴板宽度大于脱模板的宽度，所述脱模板的宽度大于排水板的宽度。
具体地，利用本发明浅层软弱地基原位碳化固化处理系统的方法包括以下步骤：
a. 通过履带式搅拌机在预处理地基土下采用具有不同搅拌深度的第一搅拌装置和第二搅拌装置通过液压动力装置对预处理地基土进行破土搅拌；
b. 先将第一、第二固化剂进行混合，然后将混合固化剂从位于第一搅拌装置上的第一喷粉口和位于第二搅拌装置上的第二喷粉口喷入在地基土中，同时通过第一搅拌装置和第二搅拌装置完成混合固化剂和地基土的均匀搅拌；
c. 在搅拌后的地基土中，通过插板装置间隔的插入U型排水板，其中，插板装置包括插板框架及设置在插板框架上滑动装置，U型排水板滑动装置上，先将滑动装置压至预定深度处，然后将U型排水板从滑动装置上分离；
d. 开动压实装置和铺膜装置，对上述处理过的地基土进行边碾压边铺膜；
e. 密封连接输气管和排水板端部，通入二氧化碳气体，对拌合过混合固化剂并经压实后的地基土进行通气碳化；
f. 重复上述步骤a~e过程，不断完成预处理地基土的固化剂拌合、排水板插入、处理后地基土的压实密封和碳化加固。
第一固化剂输送率是根据地基土加固的预设固化剂掺量、履带式搅拌机的行走速度及第一搅拌装置和第二搅拌装置的搅拌半径及搅拌速度来设置；第二固化剂输送率是根据地基土的实测含水率而设置。
所述第一固化剂为活性氧化物粉末；所述第二固化剂可为无水镁盐粉末。
所述活性氧化物粉末为氧化镁粉末、生石灰粉末或两者的混合物。
所述无水镁盐粉末为无水氯化镁、无水氯化钙或两者的混合物。
所述排水板为波浪型、口琴型的条带状塑料板，中间是塑料芯板，两面土工织物，宽度为10cm。
由于采用了以上技术方案，本发明的一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统具有以下有益效果：
1）系统所用搅拌装置和插板装置均通过液压动力装置驱动，液压伸缩杆和搅拌装置采用了法兰盘连接，使用稳定可靠、拆卸方便，不易出现故障；采用的传力板兼有覆盖作用，避免了喷固化剂和搅拌过程中固化剂的外冒；
2）搅拌装置采用双层同步搅拌，可方便调整地基搅拌的深度，减小了削土搅拌的阻力和难度，提高了固化剂搅拌的均匀性；
3）在搅拌装置处安设有含水率传感器，可监测地基土的含水率，实时调整固化剂的输送速率；
4）采用了活性氧化镁和无水氯化镁两种固化剂，活性氧化镁经水化碳化后产生大量的碳化产物且无水氯化镁具有明显的减水作用也兼有与氢氧化镁生成络合物的性能，对强度增加较为显著；
5）将排水板以“U”形间隔压入固化剂处理地基中，在碾压过程中可作为排水通道，在碳化过程中作为气体的运移通道，减小了通气时间，提高了碳化效率；
6） 均混装置、均混粉剂罐、气压动力装置、插板装置安置于履带车上，适应了复杂的施工环境；传感器与操作控制系统连接，实时处理记录数据，铺膜装置和碾压装置同步进行，大大提高了地基加固的效率。
附图说明
图1为浅层软弱地基原位碳化固化处理系统结构整体示意图；
图2为浅层软弱地基原位碳化固化处理系统插板装置的A-A剖面图；
图3为浅层软弱地基原位碳化固化处理系统插板装置的B-B剖面图；
图4为碳化固化后的浅层软弱地基；
图5为排水板129的C-C断面图。
图中：
100、地基土，101、履带式搅拌机，102、控制集合器，103、控制操作系统，104、可动臂架，105、液压动力装置，106、第一液压杆，107、法兰盘，108、传力板，109、第二液压杆，110、第一搅拌装置，111、第一喷粉口，112、第三液压杆，113、含水率传感器，114、第二搅拌装置，115、第二喷粉口，116、第四液压杆，117、插板框架顶梁，118、插板框架柱，119、第五液压杆，120、滑动架上梁，121、滑动柱，122、剪刀，123、插板框架底梁，124、第六液压杆，125、滑动架中梁，126、滑动架下梁，127、脱模板，128、弹簧撑，129、排水板，130、中轴板，131、芯板，132、土工织物，
201、履带车，202、气压动力装置，203、第一压力控制阀，204、通气管A，205、储气及干燥装置，206、通气管B，207、第二压力控制阀，208、第一粉剂储存罐，209、通气管C，210、第三压力控制阀，211、第二粉剂储存罐，212、第一粉剂计量传感器，213、粉剂输送管A，214、第二粉剂计量传感器， 215、粉剂输送管B，216、合并接头，217、粉剂输送管C，218、分流接头，219、粉剂输送管D，220、粉剂输送管E，
301 压实装置，302 碾压筒，303 连接杆，304 铺膜装置，305 密封膜，
400 二氧化碳罐车，401 储气罐，402 输气管，403 第四控制阀，404 密封咬合带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
一种浅层软弱地基原位碳化固化处理系统，包括履带式均混装置和固化剂供给装置，所述履带式均混装置包括搅拌装置以及喷粉口，所述固化剂供给装置包括固化剂储存罐以及固化剂输送管道，所述喷粉口与该固化剂输送管道连通，其特征在于：所述搅拌装置包括第一搅拌装置110和第二搅拌装置114，所述第一搅拌装置110连接和第二搅拌装置114连接在一传力板108上，所述第一搅拌装置110具有第一搅拌深度，所述第二搅拌装置114具有第二搅拌深度，在第一搅拌装置110上设有第一喷粉口111，在第二搅拌装置114上设有第二喷粉口115；在所述第一搅拌装置110或第二搅拌装置114上设有含水率传感器113，在所述固化剂输送管道上设置有用于根据所述含水率传感器113获取的含水率数据来调整固化剂输送量的调节阀；所述系统还包括插板装置、压实密封装置和通气碳化装置，所述插板装置包括插板框架以及设置在所述插板框架上用于插入排水板129的滑动装置；所述压实密封装置包括压实装置301和铺膜装置304，铺膜装置304通过连接杆303与压实装置301连接，压实装置301的前进速度和碾压筒302的直径和振动频率根据设计压实度和碾压厚度确定，铺膜装置304上的密封膜305宽度与压实筒和施工搅拌的宽度相同；所述通气碳化装置包括储气罐401以及输气管402，所述输气管402输出端连接至所述排水板129的端部。
所述履带式均混装置还包括履带式搅拌机101、控制集合器102、控制操作系统103、可动臂架104以及液压动力装置105；所述控制集合器102、控制操作系统103、可动臂架104和液压动力装置105设置在履带式搅拌机101上，在可动臂架104的端头固定有第一液压杆106，第一液压杆106与所述传力板108通过法兰盘107连接，传力板108底部固定有第二液压杆109和第三液压杆112，第二液压杆109的端部安设所述第一搅拌装置110，第三液压杆112的端部安设所述第二搅拌装置114；所述含水率传感器113沿第二液压杆109外侧附设于第一搅拌装置110上或沿第三液压杆112外侧附设于第二搅拌装置114上，所述第一液压杆106、第二液压杆109和第三液压杆112均通过液压管连接在所述液压动力装置105上。
所述固化剂供给装置包括履带车201、气压动力装置202、储气及干燥装置205、第一粉剂储存罐208、第二粉剂储存罐211，所述气压动力装置202、储气及干燥装置205、第一粉剂储存罐208和第二粉剂储存罐211设置在履带车201上；所述气压动力装置202与储气及干燥装置205通过通气管A204连接，通气管A204上设有第一压力控制阀203，所述第一粉剂储存罐208顶部与储气及干燥装置205通过通气管B206连接，通气管B206上设有第二压力控制阀207，所述第二粉剂储存罐211顶部与储气及干燥装置205通过通气管C209连接，通气管C209上设有第三压力控制阀210；所述第一粉剂储存罐208底部通过粉剂输送管A213与合并接头216的第一支端连接，粉剂输送管A213上设有第一粉剂计量传感器212；所述第二粉剂储存罐211底部通过粉剂输送管B215与合并接头216的第二支端连接，粉剂输送管B215上设有第二粉剂计量传感器214；所述合并接头216的并端通过粉剂输送管C217与分流接头218的总端连接；所述分流接头218的第一支端与第一喷粉口111通过粉剂输送管D219连接，分流接头218的第二支端与第二喷粉口115通过粉剂输送管E220连接。
所述插板框架包括插板框架顶梁117、插板框架柱118、插板框架底梁123以及第五液压杆119，所述滑动装置包括滑动架上梁120、滑动柱121、剪刀122、第六液压杆124、滑动架中梁125、滑动架底梁126和脱模板127，所述插板框架顶梁117的中侧部与第四液压杆116活动连接，第四液压杆116与可动臂架104活动连接；所述插板框架顶梁117和插板框架底梁123均与插板框架柱118固定连接，滑动架上梁120、滑动架中梁125和滑动架底梁126均与滑动柱121固定连接；所述第五液压杆119）安设在插板框架顶梁117的中底部；所述滑动架上梁120的中顶部与第五液压杆119的端部固定连接；所述第六液压杆124安设在滑动架中梁125的中底部，第六液压杆124的端部固定有脱模板127，所述第四液压杆116、第五液压杆119和第三液压杆124也均通过液压管连接在所述液压动力装置105上。
所述通气碳化装置还包括二氧化碳罐车400、第四控制阀403和密封咬合带404，所述储气罐401固定在二氧化碳罐车400上，储气罐401与密封咬合带404通过所述输气管402连接，在输气管402上设有第四控制阀403，所述密封咬合带404与排水板129紧密咬合并穿过密封膜305至压实土体中。
所述第一搅拌装置110通过齿轮与第二液压杆109端部连接，第二搅拌装置114通过齿轮与第三液压杆112端部连接；所述液压动力装置105和含水率传感器113均与控制集合器102连接。
所述第二压力控制阀207、第三压力控制阀210、第一粉剂计量传感器212和第二粉剂计量传感器214均与控制集合器102连接，控制集合器102通过电磁阀与控制操作系统103连接，实现根据实测含水率的实时调控。
所述滑动架底梁126为空心的开口楔形梁，滑动架底梁126内设有弹簧撑128和中轴板130，中轴板130在弹簧撑128的下部，所述弹簧撑128布设在滑动架底梁126的内顶部并与滑动架底梁126的两侧面固定连接，相邻弹簧撑128的间距根据弹簧撑128的弹性系数确定，可为30～100cm，中轴板130与滑动架底梁126的两侧面通过转轴进行活动连接；脱模板127置于滑动架底梁126中并在中轴板130的下部，第六液压杆124穿过中轴板130与脱模板127垂直连接；所述插板框架柱118的内侧设有滑槽，插板框架底梁123底部与传力板108侧部活动连接，插板框架柱118上设有水平向剪刀122。
所述滑动架底梁126下部在弹簧撑128的弹力作用下闭合，在脱模板127的下压作用下撑开并将排水板129脱出滑动架底梁126；所述中轴板130宽度大于脱模板127的宽度，所述脱模板127的宽度大于排水板129的宽度。排水板129为波浪型、口琴型的条带状塑料板，宽度为10cm。
利用本发明浅层软弱地基原位碳化固化处理系统的方法包括以下步骤：
a. 通过履带式搅拌机101在预处理地基土100下采用具有不同搅拌深度的第一搅拌装置110和第二搅拌装置114通过液压动力装置105对预处理地基土100进行破土搅拌；
b. 先将第一、第二固化剂进行混合，然后将混合固化剂从位于第一搅拌装置110上的第一喷粉口111和位于第二搅拌装置114上的第二喷粉口115喷入在地基土100中，同时通过第一搅拌装置110和第二搅拌装置114完成混合固化剂和地基土100的均匀搅拌；
c. 在搅拌后的地基土100中，通过插板装置间隔的插入U型排水板129，其中，插板装置包括插板框架及设置在插板框架上滑动装置，U型排水板129滑动装置上，先将滑动装置压至预定深度处，然后将U型排水板129从滑动装置上分离；
d. 开动压实装置301和铺膜装置304，对上述处理过的地基土100进行边碾压边铺膜；
e. 密封连接输气管402和排水板129端部，通入二氧化碳气体，对拌合过混合固化剂并经压实后的地基土100进行通气碳化；
f. 重复上述步骤a~e过程，不断完成预处理地基土100的固化剂拌合、排水板129插入、处理后地基土100的压实密封和碳化加固。
第一固化剂输送率是根据地基土100加固的预设固化剂掺量、履带式搅拌机101的行走速度及第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌半径及搅拌速度来设置；第二固化剂输送率是根据地基土100的实测含水率而设置。所述第一固化剂为活性氧化物粉末；所述第二固化剂可为无水镁盐粉末。所述活性氧化物粉末为氧化镁粉末、生石灰粉末或两者的混合物。所述无水镁盐粉末为无水氯化镁、无水氯化钙或两者的混合物。所述排水板129为波浪型或口琴型的条带状塑料板，中间是塑料芯板，两面土工织物，宽度为10cm。
具体地，根据地基土100加固的预设固化剂掺量、履带式搅拌机101的行走速度及第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌速度、搅拌半径、搅拌宽度来设置第一固化剂输送率，第一固化剂为活性氧化物粉末，可为氧化镁粉末、生石灰粉末或两者的混合物；根据含水率传感器113所测土体含水率来设置第二固化剂输送率，第二固化剂可为无水镁盐粉末，可为无水氯化镁、无水氯化钙或两者的混合物。并且，在实施中进行二氧化碳通气时，应根据地基土100的基本性质调整，孔隙率越大、含水率越低，则气压越低、通气时间可越短。
实施例1
若预处理地基土100为1.0m深度的砂土，第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌半径为0.3~0.5m，搅拌的正、反转速为15~25 r/min，履带式搅拌机101的行走速度为2.0~2.5 km/h，搅拌宽度为3.0~3.5m，固化剂的掺量300 kg/m³，含水率传感器113的测试读数小于25%时，选用第一固化剂为活性氧化镁粉末、第二固化剂为无水氯化钙粉末时，则固化剂的输送速率为2.5~5.0 kg/s；第二固化剂的输送速率为0.05~0.1 kg/s。
对第一搅拌装置110和第二搅拌装置114先设置为正转破土，然后在喷固化剂时改为反转搅拌。待完成预处理地基土100的现场搅拌后，将通气性排水板129按“U”字形压入搅拌地基土100下，采用压实装置301进行压实，确保压实度为94%，然后铺土工密封膜305进行密封，其中密封膜305的宽度为4.0m，在排水板129与密封膜305交叉处应避免漏气。
最后，密封咬合带404与排水板129紧密咬合，输气管402上的第四控制阀403打开，设置通气压力为25~50 kPa，采用间隔通气，每10分钟通一次，每次通气时间5分钟，总持续时间为1.5 h，最后完成地基土100的碳化加固。
实施例2
若预处理地基土100为1.0m深度的粉砂土，第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌半径为0.3~0.5m，搅拌的正、反转速为15~25 r/min，履带式搅拌机101的行走速度为2.0~2.5 km/h，搅拌宽度为3.0~3.5m，固化剂的掺量350 kg/m³时，选用第一固化剂为活性氧化镁粉末和氧化钙粉末（质量比为3:1）、第二固化剂为无水氯化钙粉末，含水率传感器113的测试读数25~30%时，则固化剂的输送速率为5.0~8.0 kg/s，第二固化剂的输送速率为0.05~0.1 kg/s。
对第一搅拌装置110和第二搅拌装置114先设置为正转破土，然后在喷固化剂时改为反转搅拌。待完成预处理地基土100的现场搅拌后，将通气性排水板129按“U”字形压入搅拌地基土100下，采用压实装置301进行压实，确保压实度为94%以上，然后铺土工密封膜305进行密封，其中密封膜305的宽度为4.0m，在排水板129与密封膜305交叉处应避免漏气。
最后，密封咬合带404与排水板129紧密咬合，输气管402上的第四控制阀403打开，设置通气压力为50~75 kPa，采用间隔通气，每10分钟通一次，每次通气时间5分钟，总持续时间为2 h，最后完成地基土100的碳化加固。
实施例3
若预处理地基土100为1.0m深度的粉土，第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌半径为0.3~0.5m，搅拌的正、反转速为25~40 r/min，履带式搅拌机101的行走速度为2.0~2.5 km/h，搅拌宽度为3.0~3.5m，固化剂的掺量300 kg/m³时，选用第一固化剂为活性氧化镁粉末、第二固化剂为无水氯化镁粉末，含水率传感器113的测试读数30~35%时，则固化剂的输送速率为5.0~8.0 kg/s，第二固化剂的输送速率为0.2~0.4 kg/s。
对第一搅拌装置110和第二搅拌装置114先设置为正转破土，然后在喷固化剂时改为反转搅拌。待完成预处理地基土100的现场搅拌后，将通气性排水板129按“U”字形压入搅拌地基土100下，采用压实装置301进行压实，确保压实度为96%以上，然后铺土工密封膜305进行密封，其中密封膜305的宽度为4.0m，在排水板129与密封膜305交叉处应避免漏气。
最后，密封咬合带404与排水板129紧密咬合，输气管402上的第四控制阀403打开，设置通气压力为50~75 kPa，采用间隔通气，每10分钟通一次，每次通气时间5分钟，总持续时间为3h，最后完成地基土100的碳化加固。
实施例4
若预处理地基土100为1.5~2.0 m深度的粉质粘土，第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌半径为0.3~0.5m，搅拌的正、反转速为40~60 r/min，履带式搅拌机101的行走速度为1.0~2.0 km/h，搅拌宽度为3.0~3.5m，固化剂的掺量350 kg/m³，含水率传感器113的测试读数30~35%时，应控制第一搅拌装置110的搅拌深度为地下0.0~1.0m，第二搅拌装置114的搅拌深度为地下1.0~2.0m。但在实际操作时，若第一搅拌装置110位于履带式搅拌机101的行走方向的前方时，第二搅拌装置114初期的搅拌深度应为地下0.0~1.0m，之后履带式搅拌机101向前行走，待第二搅拌装置114位置为第一搅拌装置110已搅拌完成位置时，再开启第三液压杆112使第二搅拌装置114的搅拌深度为地下1.0~2.0m。选用第一固化剂为活性氧化镁粉末、第二固化剂为无水氯化镁粉末和五水氯化钙粉末的混合物（混合质量比为1:1），则固化剂的输送速率为5.0~8.0 kg/s，第二固化剂的输送速率为0.4~0.8 kg/s。
对第一搅拌装置110和第二搅拌装置114先设置为正转破土，然后在喷固化剂时改为反转搅拌。待完成预处理地基土100的现场搅拌后，将通气性排水板129按“U”字形压入搅拌地基土100下，采用压实装置301进行压实，确保压实度为96%以上，然后铺土工密封膜305进行密封，其中密封膜305的宽度为4.0m，在排水板129与密封膜305交叉处应避免漏气。
最后，密封咬合带404与排水板129紧密咬合，输气管402上的第四控制阀403打开，设置通气压力为75~100 kPa，采用连续通气，通气时间为3.0 ~4.5 h，最后完成地基土100的碳化加固。
实施例5
若预处理地基土100为1.5~2.0 m深度的粉质粘土，第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌半径为0.3~0.5m，搅拌的正、反转速为40~60 r/min，履带式搅拌机101的行走速度为1.0~2.0 km/h，搅拌宽度为3.0~3.5m，固化剂的掺量450 kg/m³，含水率传感器113的测试读数30~35%时，应控制第一搅拌装置110的搅拌深度为地下0.0~1.0m，第二搅拌装置114的搅拌深度为地下1.0~2.0m。但在实际操作时，若第一搅拌装置110位于履带式搅拌机101的行走方向的前方时，第二搅拌装置114初期的搅拌深度应为地下0.0~1.0m，之后履带式搅拌机101向前行走，待第二搅拌装置114位置为第一搅拌装置110已搅拌完成位置时，再开启第三液压杆112使第二搅拌装置114的搅拌深度为地下1.0~2.0m。选用第一固化剂为活性氧化镁粉末、第二固化剂为无水氯化镁粉末和五水氯化钙粉末的混合物（混合质量比为1:1），则固化剂的输送速率为8.0~10.0 kg/s，第二固化剂的输送速率为0.4~0.8 kg/s。
对第一搅拌装置110和第二搅拌装置114先设置为正转破土，然后在喷固化剂时改为反转搅拌。待完成预处理地基土100的现场搅拌后，将通气性排水板129按“U”字形压入搅拌地基土100下，采用压实装置301进行压实，确保压实度为96%以上，然后铺土工密封膜305进行密封，其中密封膜305的宽度为4.0m，在排水板129与密封膜305交叉处应避免漏气。
最后，密封咬合带404与排水板129紧密咬合，输气管402上的第四控制阀403打开，设置通气压力为75~100 kPa，采用连续通气，通气时间为4.5~6.0 h，最后完成地基土100的碳化加固。
实施例6
若预处理地基土100为1.5~2.0 m深度的淤泥质粘土，第一搅拌装置110和第二搅拌装置114的搅拌半径为0.3~0.5m，搅拌的正、反转速为60~90 r/min，履带式搅拌机101的行走速度为0.8~1.0 km/h，搅拌宽度为3.0~3.5m，固化剂的掺量550 kg/m³，含水率传感器113的测试读数35~45%时，应控制第一搅拌装置110的搅拌深度为地下0.0~1.0m，第二搅拌装置114的搅拌深度为地下1.0~2.0m。但在实际操作时，若第一搅拌装置110位于履带式搅拌机101的行走方向的前方时，第二搅拌装置114初期的搅拌深度应为地下0.0~1.0m，之后履带式搅拌机101向前行走，待第二搅拌装置114位置为第一搅拌装置110已搅拌完成位置时，再开启第三液压杆112使第二搅拌装置114的搅拌深度为地下1.0~2.0m。选用第一固化剂为活性氧化镁粉末、第二固化剂为无水氯化镁粉末，则固化剂的输送速率为8.0~10.0 kg/s，第二固化剂的输送速率为0.5~1.0 kg/s。
对第一搅拌装置110和第二搅拌装置114先设置为正转破土，然后在喷固化剂时改为反转搅拌。待完成预处理地基土100的现场搅拌后，将通气性排水板129按“U”字形压入搅拌地基土100下，采用压实装置301进行压实，确保压实度为96%以上，然后铺土工密封膜305进行密封，其中密封膜305的宽度为4.0m，在排水板129与密封膜305交叉处应避免漏气。
最后，密封咬合带404与排水板129紧密咬合，输气管402上的第四控制阀403打开，设置通气压力为100~150 kPa，采用间隔通气，每30分钟通一次，每次通气时间20分钟，通气时间为6.0~12.0 h，最后完成地基土100的碳化加固。