CN118110154A - 一种多重固废协同增强软基结构、模具和制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑基础施工技术领域，主要提供一种多重固废协同增强软基结构、模具和制备方法。该多重固废协同增强软基结构包括复合增强桩和加筋垫层模块。复合增强桩包括桩体和第一纤维增强外壁，桩体的两端分别设置有锥形桩尖和桩帽，第一纤维增强外壁包括连接层和增强桩壁，连接层包覆于桩体上，连接层内埋设有沿桩体的长度方向布置的加强筋，增强桩壁包覆于连接层外部且呈螺旋结构。加筋垫层模块包括第二纤维增强外壁和浇筑内芯，浇筑内芯填充于第二纤维增强外壁内，加筋垫层模块设置于复合增强桩的桩帽上方。采用该多重固废协同增强软基结构能够克服相关技术中传统地基加工方式所存在的施工周期长且加固后承载力和稳定性差的技术缺陷。

Description

一种多重固废协同增强软基结构、模具和制备方法

技术领域

本发明属于建筑基础施工技术领域，具体涉及一种多重固废协同增强软基结构、模具和制备方法。

背景技术

软土地基是一种常见的不良地基，其天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限，包括淤泥、淤泥质土(淤泥质粘性土粉土)、泥炭、泥炭质土等。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。其承载力低、易于变形和稳定性差等特点使其成为建筑工程中常见的挑战。

在相关技术中，对于软土地基进行加固施工，通常采用换填法、预压法。换填法通过将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖除，然后用强度高、压缩性低且无侵蚀性的材料进行回填。这种方法的目的是提高地基的承载力和减少沉降量。而预压发这是通过在地基上堆放重物进行预压，或者铺设砂垫层形成薄膜后利用真空泵抽出薄膜下的空气，形成负压环境使地基土壤中的水分排出，土壤固结，以提高地基的承载力和减少建筑物的沉降量。

采用相关技术中的地基加固方式，虽然能够取得一定的加固效果，但均需要对软土地基表面进行大面积挖除替换以及填设其他材料进行预处理，存在施工周期长、费用高的问题，且由于对软土地基的表层进行了大面积动工处理，容易因施工误差出现地基变形等问题，导致承载力和稳定性差。

发明内容

本发明实施例提供了一种多重固废协同增强软基结构、模具和制备方法，能够克服相关技术中传统地基加工方式所存在的施工周期长且加固后承载力和稳定性差的技术缺陷，其具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种多重固废协同增强软基结构，包括：复合增强桩和加筋垫层模块，

所述复合增强桩包括桩体和第一纤维增强外壁，所述桩体在长度方向上的两端分别设置有锥形桩尖和桩帽，所述第一纤维增强外壁包括连接层和增强桩壁，所述连接层包覆于所述桩体上，所述连接层内埋设有沿所述桩体的长度方向布置的加强筋，所述增强桩壁包覆于所述连接层外部且呈螺旋结构；

所述加筋垫层模块包括第二纤维增强外壁和浇筑内芯，所述第二纤维增强外壁呈多面体状，所述浇筑内芯填充于所述第二纤维增强外壁内，所述加筋垫层模块设置于所述复合增强桩的所述桩帽上方。

可选地，所述桩体和所述浇筑内芯均采用多组分复合增强体材料制成，所述复合增强体材料的组分包括磷石膏、粉煤灰、石灰、碱渣、循环骨料和水泥。

可选地，所述连接层和所述增强桩壁均采用成纤高聚物制成，所述成纤高聚物的组分包括ABS塑料、丁苯-顺丁橡胶、高、低压聚乙烯、环氧乙烷、硅烷偶联剂和抗氧剂。

可选地，所述浇筑内芯中埋设有双向纤维增强网。

可选地，所述第二纤维增强外壁的转角处设置有连锁固定环。

可选地，所述锥形桩尖和所述桩帽采用C30混凝土浇筑而成。

可选地，所述桩帽呈正多边形。

第二方面，本发明实施例提供了一种模具，适用于制备所述第一方面所提供的多重固废协同增强软基结构，包括：控温筒、桩帽模体、桩尖模体和连接支架，所述控温筒的外径与所述桩体的直径相匹配，所述控温筒的外壁上设置有与所述加强筋相匹配的轴向凹槽，所述桩帽模体和所述桩尖模体间隔布置且通过所述连接支架可拆卸连接，所述桩帽模体上设置有桩帽浇筑孔，所述桩尖模体上设置有与所述桩帽浇筑孔相匹配的桩尖浇筑槽，所述桩帽模体和所述桩尖模体的间距与所述控温筒的长度相匹配。

可选地，所述桩帽模体上阵列布置有多个所述桩帽浇筑孔，所述桩尖模体上阵列布置有与多个所述桩帽浇筑孔一一对应的多个所述桩尖浇筑槽。

第三方面，本发明实施例提供了一种多重固废协同增强软基结构制备方法，基于前述第二方面所述的模具实现，包括：

对废旧橡胶塑料进行分类粉碎筛分，并在设定压力和催化剂作用下强制搅拌熔合聚合为成纤高聚物；对磷石膏、粉煤灰、石灰、碱渣、循环骨料和水泥组成的多组分固态废料按照预设比例进行混合、加水、搅拌、强度发展和养护操作以加工为复合增强体材料拌合物；

将熔融的成纤高聚物挤出成第一熔合带和第二熔合带，将加强筋安装于所述轴向凹槽中后，将第一熔合带等距缠绕于所述控温筒上并于所述加强筋充分接触形成所述连接层，之后将第二熔合带等距缠绕于所述连接层上以形成所述增强桩壁，待所述增强桩壁的外壁温度冷却到预设温度后，沿轴向将所述增强桩壁、所述连接层和所述加强筋形成的所述第一纤维增强外壁由所述控温筒上脱模；

将所述第一纤维增强外壁设置于所述桩帽模体和所述桩尖模体之间，使其两端分别与所述桩帽浇筑孔和所述桩尖浇筑槽连接，将所述复合增强体材料拌合物由所述桩帽模体上的所述桩帽浇筑孔开口处浇筑入所述桩帽浇筑孔、所述第一纤维增强外壁和所述桩尖浇筑槽中，同步振捣密实，排除内部气孔并凝固后，拆除所述制备模具并脱模形成所述复合增强桩；

将所述成纤高聚物注塑成型所述第二纤维增强外壁，将所述复合增强体材料拌合物浇筑于所述第二纤维增强外壁内，振捣密实后利用环氧树脂密封形成所述加筋垫层模块。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果至少包括：

采用本发明实施例所提供的多重固废协同增强软基结构，其通过在软土地基位置沉桩布设复合增强桩，并在复合增强桩上方铺设加筋垫层模块的方式，在布设时进需要对地表进行简单清理和平整处理即可开始施工。植入软土地基下方的复合增强桩具有多层嵌套结构，其内部桩体与第一纤维增强外壁之间埋设有沿桩体的长度方向布置的加强筋，加强筋可以为钢筋、玻璃纤维或加强钢条，于复合增强桩内部提高整体机械强度，进一步增强埋设区域的整体承载能力。第一纤维增强外壁上呈螺旋结构且具有柔性的增强桩壁也能和软土地基充分接触，提高抗沉降能力。而上方铺设加筋垫层模块后，加筋垫层模块上第二纤维增强外壁利用其柔性和承载能力，能够进一步改善软土地基的不均匀沉降问题。从而有效克服相关技术中传统地基加工方式所存在的施工周期长且加固后承载力和稳定性差的技术缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例提供的复合增强桩的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的控温筒的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的控温筒上缠绕第一熔合带的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的在第一熔合带外侧缠绕第二熔合带的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一纤维增强外壁、加强筋与控温筒脱模后的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的桩帽模体、桩尖模体和连接支架的装配结构示意图；

图7是图6中结构处于浇筑工况时的状态示意图；

图8是本发明实施例提供的加筋垫层模块的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的加筋垫层模块的内部结构示意图；

图10是本发明实施例提供的制备方法的流程图。

图中：

1-复合增强桩；2-加筋垫层模块；3-控温筒；4-桩帽模体；5-桩尖模体；6-连接支架；11-桩体；12-第一纤维增强外壁；13-加强筋；21-第二纤维增强外壁；22-浇筑内芯；23-双向纤维增强网；24-连锁固定环；31-轴向凹槽；41-桩帽浇筑孔；51-桩尖浇筑槽；111-锥形桩尖；112-桩帽；121-连接层；122-增强桩壁；a-第一熔合带；b-第二熔合带。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

首先需要强调的是，采用相关技术中的换填法、预压法等地基加固方式，虽然能够取得一定的效果，但均需要对软土地基表面进行大面积挖除替换以及填设其他材料进行预处理，存在施工周期长、费用高的问题，且由于对软土地基的表层进行了大面积动工处理，容易因施工误差出现地基变形等问题，导致承载力和稳定性差。

进一步的，磷石膏、建筑废渣、粉煤灰、碱渣、废旧塑料等工业固体废弃物综合利用附加值低，且处理技术不成熟，治标不治本。截止目前，砂石材料及沥青类废弃料体量极其庞大。磷矿工业的副产物磷石膏主要成分是CaSO4·2H2O，其资源化利用是当今世界性难题。数量如此巨大的工业废料，不合理处置会造成新的土地和资源浪费，更是污染和破坏了周边的生态环境，继而引发环保次生灾害。并且统计数据表明，材料生产环节耗能占据了建筑生命周期总耗能的57%。因此，利用上述固体废弃物开发一种高效、环保且经济的软土地基加固方法成为了一个迫切需要解决的技术课题。

图1为本发明实施例提供的复合增强桩的结构示意图；图2为本发明实施例提供的控温筒的结构示意图；图3为本发明实施例提供的控温筒上缠绕第一熔合带的结构示意图；图4为本发明实施例提供的在第一熔合带外侧缠绕第二熔合带的结构示意图；图5为本发明实施例提供的第一纤维增强外壁、加强筋与控温筒脱模后的结构示意图；图6为本发明实施例提供的桩帽模体、桩尖模体和连接支架的装配结构示意图；图7是图6中结构处于浇筑工况时的状态示意图；图8是本发明实施例提供的加筋垫层模块的结构示意图；图9是本发明实施例提供的加筋垫层模块的内部结构示意图。基于前述考量，如图1和图8所示，本发明实施例提供了一种多重固废协同增强软基结构，包括复合增强桩1和加筋垫层模块2。

参考图1和图5，其中，复合增强桩1包括桩体11和第一纤维增强外壁12，桩体11在长度方向上的两端分别设置有锥形桩尖111和桩帽112。第一纤维增强外壁12包括连接层121和增强桩壁122，连接层121包覆于桩体11上，连接层121内埋设有沿桩体11的长度方向布置的加强筋13，增强桩壁122包覆于连接层121外部且呈螺旋结构。

加筋垫层模块2包括第二纤维增强外壁21和浇筑内芯22，第二纤维增强外壁21呈多面体状。浇筑内芯22填充于第二纤维增强外壁21内，加筋垫层模块2设置于复合增强桩1的桩帽112上方。

在本发明实施例中，该多重固废协同增强软基结构由复合增强桩1和加筋垫层模块2两部分配合使用。其中复合增强桩1由多组分复合增强体材料浇筑而成的桩体11，和由成纤高聚物制成的连接层121和增强桩壁122组成。加筋垫层模块2由成纤高聚物制成的第二纤维增强外壁21，和在制备时整体呈混凝土状，浇筑填充于第二纤维增强外壁21内部，最终凝固成为整体的复合增强体材料拌合物组成。

多组分复合增强体材料的组分包括磷石膏、粉煤灰、石灰、碱渣、循环骨料和水泥，均取自前述内容所描述的各工业领域固体废弃物。

具体地，磷石膏是生产磷酸的工业副产品，产量大，需无害与规模化处理。主要含有硫酸钙和少量的其他杂质。其在胶凝体中的应用可以在一定程度上提高复合增强体材料的强度和耐久性。磷石膏具有细粒度和活性，可以在胶凝体中发挥类似水泥的胶凝作用。同时，磷石膏中的硫酸盐也可以与水泥中的硫酸盐发生反应，形成硬磺酸盐水化物，进一步增强了复合增强体材料的强度。其具体组分为：CaO、MgO、SO2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、P2O、F，各组分之间的百分比质量分数分别为：32.14、0.4、43.38、0.18、0.04、9.45、1.18、0.8。

粉煤灰在水泥中起到了补充水泥基体的作用。粉煤灰中主要含有硅酸、铝酸和氧化铁等成分，这些成分能够与水泥中的三氧化硅（C3S）和二氧化铝（C3A）和磷石膏发生反应，形成新的胶凝物质，增加了水泥基体的量。填充作用：粉煤灰在水泥水化胶凝过程中还具有一定的填充作用。粉煤灰颗粒细小且多孔，能够填充水泥颗粒之间的空隙，减少了胶浆的孔隙率。这样一方面改善了水泥胶浆的致密性，提高了复合增强体材料的强度和耐久性；另一方面还能减少水泥用量。水化反应：粉煤灰中的硅酸和铝酸化合物能够与水中的氢氧根离子进行反应，形成硅酸钙和铝酸钙等胶凝产物。这些胶凝产物能够填充水泥基体中的孔隙，并与水泥中形成的水化产物相互结合，形成更为致密和牢固的胶凝体网络结构。再胶凝作用：粉煤灰中含有一定的孔隙结构和硅酸铝水化产物，这些水化产物能够与水泥中的氢氧根离子重新发生水化反应，进一步形成胶凝物质，增加了水泥基体的强度和稳定性。对于粉煤灰的指标要求为细度小于或等于百分之25，需水比小于或等于百分之105，SO3小于或等于百分之3，游离CaO小于或等于百分之8，安定性小于或等于5mm。

石灰能参与水泥的水化反应中，调节水化反应的速度和控制水化产物的形成。熟石灰中的氢氧根离子（OH^-）参与了水泥中的水化反应，与硅酸根离子（SiO₄4^-）等形成稳定的水合物，加快水化反应的速度。石灰的存在还能稳定氢氧根离子的浓度，延缓水化反应的过程，使得水化产物更均匀地分布在水泥基体中。碱激发：石灰中的一些化学成分，如氢氧化钙（Ca(OH)₂）和氧化钠（Na₂O）、氧化钾（K₂O）等，可以作为碱激发剂，促进水泥中的硅酸盐反应和水化反应的进行。碱激发能够提高水泥胶凝体的硬化速率，增加水泥的强度和耐久性。石灰中的氢氧化钙与二氧化碳（CO₂）反应，生成碳酸钙（CaCO₃）。碳酸钙会与水泥水化产生的钙固体反应，形成更稳定的硅酸盐和碳酸盐水合物。这种钙石化作用能够进一步增加水泥的强度和耐久性，提高材料的长期稳定性。能与磷石膏中酸性氧化物胶凝中和生成磷酸钙化物。

水泥是多组分复合增强体材料（本发明实施例中呈混凝土状态呈现）的主要胶凝材料，其主要成分是硅酸盐、铝酸盐和石膏等。水泥的强度形成主要是通过水化反应来实现。水泥与水发生反应产生胶凝物，填充混凝土中的孔隙，并与骨料相互作用形成胶结体系，提高混凝土的强度和耐久性。

碱渣是一种炉渣副产品，主要含有硅酸和铝酸盐等成分。其在胶凝体中的应用可以提高混凝土的早期和长期强度。碱渣具有玻璃体相和活性，可以作为补充材料参与胶凝反应。碱渣中的硅酸盐和水泥中的硅酸盐发生反应，生成胶凝材料，填充胶凝体的孔隙，提高混凝土的致密性和强度。其具体组分为：CaCO3、Mg2+、SO2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、P2O5、H2O，各组分之间的百分比质量分数分别为：28.1、1.4、43.38、0.35、0.57、1.45、1.18、0.8、≥45。

循环骨料是从废弃混凝土中回收的颗粒状材料，可以用于替代传统天然骨料。循环骨料在胶凝体中的应用可以降低增强体拌合物的成本，同时具有环境保护和可持续发展的优势。循环骨料在混凝土中的强度形成机理主要是通过与水泥石灰胶凝物的作用，填充胶凝体的孔隙，并增加石料与胶凝体的物理结合。

成纤高聚物的组分包括ABS塑料、丁苯-顺丁橡胶、高、低压聚乙烯、环氧乙烷、硅烷偶联剂和抗氧剂。其在制备时通过将回收的废旧橡胶塑料分类粉碎，按比例选取有效物料类别过筛储存，其组分比例为ABS塑料：丁苯-顺丁橡胶：高、低压聚乙烯：环氧乙烷：硅烷偶联剂：抗氧剂=100:20：20：10:1：0.5。其注塑工艺参数如下：料筒前区温度设定在245℃，料筒中区温度设定在250℃，料筒后区温度设定在260℃，注塑口温度设定在265℃。在1.2MPa压力和催化剂作用下强制搅拌熔合，重新聚合成高聚物，即成纤高聚物。

采用上述复合增强体材料和成纤高聚物组合制备的复合增强桩1与加筋垫层模块2，其复合增强体材料主要提高复合增强桩1内部桩体11，以及加筋垫层模块2内部浇筑内芯22的机械强度和耐久性；而成纤高聚物在具有高强度、高耐久的基础上，其可加工性和成型性更好，相比采用单种材料进行一体成型制造，其加工效率更快，且具有一定的柔性，在下入入土地基以及设置在软土地基上方时，能够进一步提高复合增强桩1与加筋垫层模块2的承载能力，有效改善地基的不均匀沉降问题。

采用上述组分制成的复合增强桩1和加筋垫层模块2，在施工前首先进行地基调查和设计工作。通过静力触探、十字板剪切等技术进行软土地基现场勘察、钻取一级试样封存，结合液塑限、直接剪切、固结压缩等室内试验，确定软土地基的性质、承载力、沉降特性等参数，以便进行合理的设计和施工计划。根据地基数据和设计要求，确定螺旋增强体的布置方案。布置方案应考虑到荷载与软弱土层分布、增强体桩长、桩距、单桩承载力等因素，以保证地基的均匀加固和稳定，及达到多重固废协同增强软基结构承载力设计值要求。之后，对地表进行清理和平整处理，确保施工区域的平坦度和可供施工空间。依据设计方案，定位放样。同时，设置排水措施，以排除地表水和由于挤密而溢出的地下水的干扰。之后，将制作好的复合增强桩1运输至施工现场，依据前期定位放样点依次施工。螺旋沉桩机利用可调节夹具夹持住复合增强桩1的桩帽112，垂直吊起，使锥形桩尖111对准放样点（其中夹持力可以保持压力2.2MPa）。向下施加1.2MPa竖向沉桩压力，同时稳定500N·m转动扭矩，使外部螺旋形的增强桩壁122轴向旋转沉入所需加固的软土地基。沉桩至设计深度后（桩帽顶端低于软基地面10cm），完成复数复合增强桩1，例如33的阵列沉桩后，应进行桩土地基承载力检测，达到承载力设计值，方可进行后续增强体沉桩。最后，将预制好的加筋垫层模块2设置于完成沉桩的软土地基上方，并利用外部手段相互连接固定，即完成多重固废协同增强软基结构的布设。

采用本发明实施例所提供的多重固废协同增强软基结构，其通过在软土地基位置沉桩布设复合增强桩1，并在复合增强桩1上方铺设加筋垫层模块2的方式，在布设时进需要对地表进行简单清理和平整处理即可开始施工。植入软土地基下方的复合增强桩具有多层嵌套结构，其内部桩体11与第一纤维增强外壁12之间埋设有沿桩体11的长度方向布置的加强筋13，加强筋13可以为钢筋、玻璃纤维或加强钢条，于复合增强桩内部提高整体机械强度，进一步增强埋设区域的整体承载能力。第一纤维增强外壁12上呈螺旋结构且具有柔性的增强桩壁122也能和软土地基充分接触，提高抗沉降能力。而上方铺设加筋垫层模块2后，加筋垫层模块2上第二纤维增强外壁21利用其柔性和承载能力，能够进一步改善软土地基的不均匀沉降问题。从而有效克服相关技术中传统地基加工方式所存在的施工周期长且加固后承载力和稳定性差的技术缺陷。

进一步地，采用上述复合增强体材料和成纤高聚物组合制备的复合增强桩1与加筋垫层模块2，其在赋予复合增强桩1与加筋垫层模块2高强度和高耐久，以提高承载能力和抗沉降性能的同时，其原材料均取自各领域所产出的工业固体废弃物和废旧橡胶塑料。可以实现对上述废料的高效、环保且经济的再利用，有效减少废料的排放和环境污染，同时降低多重固废协同增强软基结构的生产费用，相比传统加固方式的生产成本更低，且符合可持续发展的理念。

可选地，浇筑内芯22中埋设有双向纤维增强网23。示例性地，在本发明实施例中，在向第二纤维增强外壁21内部浇筑加工浇筑内芯22时，可以分层多次埋入复数的双向纤维增强网23，进一步提高加筋垫层模块2的整体机械强度，保证其承载能力和对于震动的抵抗能力。

可选地，第二纤维增强外壁21的转角处设置有连锁固定环24。示例性地，在本发明实施例中，多个加筋垫层模块2铺设后，可以利用其多边形的外壁进行相互拼接，通过高强度耐腐蚀的拉结卡带穿过连锁固定环24互锁，形成约束加筋垫层模块2产生相对位移的相互连接的垫层，进一步提高了多重固废协同增强软基结构的整体稳定性。

可选地，锥形桩尖111和桩帽112采用C30混凝土浇筑而成。示例性地，在本发明实施例中，由于在沉桩过程中，位于桩体11两端的锥形桩尖111和桩帽112承受荷载较为集中，故在浇筑这两个位置时采用耐水性和密实性更高的C30混凝土，以起到封闭保护第一纤维增强外壁12内部桩体11的作用，进一步提高整体结构强度。

可选地，桩帽112呈正多边形。示例性地，在本发明实施例中，通过将桩帽112浇筑为正六边形，方便在进行沉桩工序时，通过螺旋沉桩机的可调节六边形夹具稳定夹持住桩帽112，减少现场整形加工，实用性强，进一步提高了施工效率。

参考图2和图6，在本发明实施例中，该多重固废协同增强软基结构需要结合配套的制备模具和制备方法进行生产加工，该模具包括控温筒3、桩帽模体4、桩尖模体5和连接支架6，控温筒3的外径与桩体11的直径相匹配，控温筒3的外壁上设置有与加强筋13相匹配的轴向凹槽31，桩帽模体4和桩尖模体5间隔布置且通过连接支架6可拆卸连接，桩帽模体4上设置有桩帽浇筑孔41，桩尖模体5上设置有与桩帽浇筑孔41相匹配的桩尖浇筑槽51，桩帽模体4和桩尖模体5的间距与控温筒3的长度相匹配。

示例性地，桩帽模体4、桩尖模体5和连接支架6的主要材质为丙烯晴、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，即ABS塑料，其具有“硬、韧、刚”的特点，综合力学性能好。桩帽模体4上设置有边长范围为120mm~250mm对开六棱柱模块，桩尖模具为直径范围200mm~500mm，高度范围为240mm~600mm的对开倒圆锥模块。桩帽模体4、桩尖模体5通过呈条状的连接支架6两端固定连接，可以采用螺栓连接或者插装连接的可拆卸方式，在使用时进行组装，在完成单次浇筑成型后随时进行拆分脱模，或者在不使用时拆解进行存储维护。

参考图3至图5、图7、图9和图10，本发明实施例提供了一种多重固废协同增强软基结构制备方法，基于如图2和图6所示的模具实现，下面结合前述模具结构对软基结构的制备方式进行描述，该制备方法包括以下步骤：

S1，对废旧橡胶塑料进行分类粉碎筛分，并在设定压力和催化剂作用下强制搅拌熔合聚合为成纤高聚物；对磷石膏、粉煤灰、石灰、碱渣、循环骨料和水泥组成的多组分固态废料按照预设比例进行混合、加水、搅拌、强度发展和养护操作以加工为复合增强体材料拌合物。

具体地，在该步骤中，复合增强体材料的技工工艺如下：

准备工作：将磷石膏、碱渣、再生骨料、粉煤灰、石灰、水泥等多组分固废按照设计的比例准备好。

混合材料：将准备好的多组分固废倒入混合设备中，如混凝土搅拌机、搅拌罐等。根据具体比例要求，逐步将各组分固废加入，同时进行搅拌混合，确保各组分均匀分布和混合。

加水调整：在混合过程中，适量加入一定比例的水，继续进行搅拌。水的加入量可以根据需要进行调整，以保持混合物的湿度和可塑性。

反复搅拌：根据具体要求，继续进行一段时间的反复搅拌，确保混合物充分混合和均匀。

形成强度：等待胶凝：拌匀的多组分固废混合物需要等待一定时间，这个过程叫做胶凝。在这个过程中，水泥和石灰等水泥基材料与水反应，形成硬化的胶凝物质。

强度发展：随着胶凝时间的推移，多组分固废混合物中的水泥和石灰与水反应逐渐硬化，并且强度逐渐发展。这个过程需要一定的时间，具体时间取决于混合物的具体成分和环境条件。

养护：在胶凝过程中，保持混合物的适宜温度和湿度，以促进强度发展。可以采取覆盖物、喷水养护、湿润包裹等方式进行养护，以提高混合物的强度和稳定性。

S2，将熔融的成纤高聚物挤出成第一熔合带a和第二熔合带b，将加强筋13安装于轴向凹槽31中后，将第一熔合带a等距缠绕于控温筒3上并于加强筋13充分接触形成连接层121，之后将第二熔合带b等距缠绕于连接层121上以形成增强桩壁122，待增强桩壁122的外壁温度冷却到预设温度后，沿轴向将增强桩壁122、连接层121和加强筋13形成的第一纤维增强外壁12由控温筒3上脱模。

具体地，在该步骤中，熔融的成纤高聚物利用挤塑机的不同挤出口定型模具将该熔融料挤出成宽200mm，厚5mm的第一熔合带a，以及底宽190~210mm，高80mm，厚5mm的第二熔合带b。在进行缠绕加工前，可以将加强筋13安装于轴向凹槽31中，在缠绕成型并冷却后，轴向凹槽31中的加强筋13即会与第一熔合带a紧固连接在一起形成连接层121。熔合带缠绕搭接熔合工艺参数：温度255℃~275℃，轴向搭接宽度为35~45mm，切向缠绕速率为40~60mm/min，熔合剂为环氧树脂。通常当增强桩壁122的外壁温度冷却到60℃后，即可沿轴向将增强桩壁122、连接层121和加强筋13形成的第一纤维增强外壁12由控温筒3上脱模。

S3，将第一纤维增强外壁12设置于桩帽模体4和桩尖模体5之间，使其两端分别与桩帽浇筑孔41和桩尖浇筑槽51连接，将复合增强体材料拌合物由桩帽模体4上的桩帽浇筑孔41开口处浇筑入桩帽浇筑孔41、第一纤维增强外壁12和桩尖浇筑槽51中，同步振捣密实，排除内部气孔并凝固后，拆除模具并脱模形成复合增强桩1。

具体地，在浇筑工序中，在完成同步振捣密实，排除内部气孔并凝固后，复合增强体材料和第一纤维增强外壁12共同组成了相互支撑的内外复合结构复合增强桩1无侧限抗压强度范围达到18~22MPa的标准。

S4，将成纤高聚物注塑成型第二纤维增强外壁21，将复合增强体材料拌合物浇筑于第二纤维增强外壁21内，振捣密实后利用环氧树脂密封形成加筋垫层模块2。

具体地，在该步骤中，第二纤维增强外壁21由注塑机在模具中挤塑成形上、下正六边形纤维增强外壁，（边长500mm，高220mm，壁厚5mm）。并在上、下六边形外壁的六角处逐一熔合连锁固定环24。注塑口温度265℃，压力1.1MPa。

其中，桩帽模体4上阵列布置有多个桩帽浇筑孔41，桩尖模体5上阵列布置有与多个桩帽浇筑孔41一一对应的多个桩尖浇筑槽51。从而可以实现同时对多个桩体11进行浇筑加工，进一步提高整体制备效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多重固废协同增强软基结构，其特征在于，包括：复合增强桩（1）和加筋垫层模块（2），

所述复合增强桩（1）包括桩体（11）和第一纤维增强外壁（12），所述桩体（11）在长度方向上的两端分别设置有锥形桩尖（111）和桩帽（112），所述第一纤维增强外壁（12）包括连接层（121）和增强桩壁（122），所述连接层（121）包覆于所述桩体（11）上，所述连接层（121）内埋设有沿所述桩体（11）的长度方向布置的加强筋（13），所述增强桩壁（122）包覆于所述连接层（121）外部且呈螺旋结构；

所述加筋垫层模块（2）包括第二纤维增强外壁（21）和浇筑内芯（22），所述第二纤维增强外壁（21）呈多面体状，所述浇筑内芯（22）填充于所述第二纤维增强外壁（21）内，所述加筋垫层模块（2）设置于所述复合增强桩（1）的所述桩帽（112）上方。

2.根据权利要求1所述的多重固废协同增强软基结构，其特征在于，所述桩体（11）和所述浇筑内芯（22）均采用多组分复合增强体材料制成，所述复合增强体材料的组分包括磷石膏、粉煤灰、石灰、碱渣、循环骨料和水泥。

3.根据权利要求1所述的多重固废协同增强软基结构，其特征在于，所述连接层（121）和所述增强桩壁（122）均采用成纤高聚物制成，所述成纤高聚物的组分包括ABS塑料、丁苯-顺丁橡胶、高、低压聚乙烯、环氧乙烷、硅烷偶联剂和抗氧剂。

4.根据权利要求1所述的多重固废协同增强软基结构，其特征在于，所述浇筑内芯（22）中埋设有双向纤维增强网（23）。

5.根据权利要求1所述的多重固废协同增强软基结构，其特征在于，所述第二纤维增强外壁（21）的转角处设置有连锁固定环（24）。

6.根据权利要求1至5任一项所述的多重固废协同增强软基结构，其特征在于，所述锥形桩尖（111）和所述桩帽（112）采用C30混凝土浇筑而成。

7.根据权利要求1至5任一项所述的多重固废协同增强软基结构，其特征在于，所述桩帽（112）呈正多边形。

8.一种模具，用于制备如权利要求1至7任一项所述的多重固废协同增强软基结构，其特征在于，包括控温筒（3）、桩帽模体（4）、桩尖模体（5）和连接支架（6），所述控温筒（3）的外径与所述桩体（11）的直径相匹配，所述控温筒（3）的外壁上设置有与所述加强筋（13）相匹配的轴向凹槽（31），所述桩帽模体（4）和所述桩尖模体（5）间隔布置且通过所述连接支架（6）可拆卸连接，所述桩帽模体（4）上设置有桩帽浇筑孔（41），所述桩尖模体（5）上设置有与所述桩帽浇筑孔（41）相匹配的桩尖浇筑槽（51），所述桩帽模体（4）和所述桩尖模体（5）的间距与所述控温筒（3）的长度相匹配。

9.根据权利要求8所述的模具，其特征在于，所述桩帽模体（4）上阵列布置有多个所述桩帽浇筑孔（41），所述桩尖模体（5）上阵列布置有与多个所述桩帽浇筑孔（41）一一对应的多个所述桩尖浇筑槽（51）。

10.一种多重固废协同增强软基结构制备方法，基于权利要求8所述的模具实现，其特征在于，包括：

对废旧橡胶塑料进行分类粉碎筛分，并在设定压力和催化剂作用下强制搅拌熔合聚合为成纤高聚物；对磷石膏、粉煤灰、石灰、碱渣、循环骨料和水泥组成的多组分固态废料按照预设比例进行混合、加水、搅拌、强度发展和养护操作以加工为复合增强体材料拌合物；

将熔融的成纤高聚物挤出成第一熔合带（a）和第二熔合带（b），将加强筋（13）安装于所述轴向凹槽（31）中后，将第一熔合带（a）等距缠绕于所述控温筒（3）上并于所述加强筋（13）充分接触形成所述连接层（121），之后将第二熔合带（b）等距缠绕于所述连接层（121）上以形成所述增强桩壁（122），待所述增强桩壁（122）的外壁温度冷却到预设温度后，沿轴向将所述增强桩壁（122）、所述连接层（121）和所述加强筋（13）形成的所述第一纤维增强外壁（12）由所述控温筒（3）上脱模；

将所述第一纤维增强外壁（12）设置于所述桩帽模体（4）和所述桩尖模体（5）之间，使其两端分别与所述桩帽浇筑孔（41）和所述桩尖浇筑槽（51）连接，将所述复合增强体材料拌合物由所述桩帽模体（4）上的所述桩帽浇筑孔（41）开口处浇筑入所述桩帽浇筑孔（41）、所述第一纤维增强外壁（12）和所述桩尖浇筑槽（51）中，同步振捣密实，排除内部气孔并凝固后，拆除所述制备模具并脱模形成所述复合增强桩（1）；

将所述成纤高聚物注塑成型所述第二纤维增强外壁（21），将所述复合增强体材料拌合物浇筑于所述第二纤维增强外壁（21）内，振捣密实后利用环氧树脂密封形成所述加筋垫层模块（2）。