CO2加固钙质砂地基的装置及方法

技术领域

本发明涉及土木工程地基处理技术领域，特别是涉及CO

背景技术

未胶结和弱胶结的钙质沉积物广泛分布在珊瑚岛礁的礁坪上和潟湖中，是海洋与海岸工程建设中的重要材料。与传统的陆源石英砂不同，钙质砂颗粒以CaCO

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种CO

为了达到上述第一个目的，本发明提供的CO

本发明提供的CO

所述CO

所述待加固钙质砂地基包括钙质砂地层(11)、珊瑚碎石透水垫层(12)和天然地层(14)，所述珊瑚碎石透水垫层(12)设置于所述天然地层(14)的上方，所述钙质砂地层(11)设置于所述珊瑚碎石透水垫层(12)的上方；

所述曝气管线(13)设置于所述珊瑚碎石透水垫层(12)的夹层内，所述曝气管线(13)上设有多个曝气微孔，所述曝气微孔的平均孔径取值范围为0.3-0.6mm。

本发明提供的CO

作为优选，所述CO

所述CO

作为优选，所述CO

所述输气管道(6)的进气端埋设于所述钙质砂地层(11)内；

所述气阀(7)设置于所述进气端的末端；

所述输气管道(6)通过出气端与所述气体干燥和提纯系统(1)的一端连通，所述气体干燥和提纯系统(1)的另一端与所述CO

作为优选，所述CO

所述抽水泵(9)的水入口设置于所述钙质砂地层(11)内部的表层，并且所述抽水泵(9)的水入口最低点低于低潮位(5)；

所述抽水泵(9)的水出口与所述摇臂喷枪(8)的入口端连通，所述摇臂喷枪(8)的出口端的设置位置高于所述钙质砂地层(11)的地层表面。

作为优选，所述曝气管线(13)由柔性高分子材料制成。

作为优选，所述柔性高分子材料为氯丁橡胶。

作为优选，

所述曝气管线为连续分布式布置形式；

或者，

所述CO

所述曝气管线为分段布置形式，所述曝气管线的每个分段均与所述CO

作为优选，所述CO

所述透明薄膜(10)罩设在所述钙质砂地层(11)、珊瑚碎石透水垫层(12)的周围。

作为优选，所述曝气管线(13)上设有测试点位，所述测试点位设置于所述曝气管线(13)的弯折、分支、起始和终端中的一个或者多个位置。

作为优选，所述珊瑚碎石透水垫层(12)包括圆形或者亚圆形的钙质砂，所述钙质砂的粒径取值范围为2-5mm。

作为优选，所述钙质砂地层(11)为经过振动压实法进行压实后的钙质砂地层(11)。

为了达到上述第二个目的，本发明提供的CO

本发明提供的基于本发明提供的CO

其中，

式(a)中，CaCO

式(b)中，Ca

式(c)中，Ca

本发明的有益效果包括：(1)钙质砂地基的物理力学性能显著改善：主要表现在地基承载力、抗剪强度以及抗液化性能等方面；(2)对环境无污染：本发明涉及的四个主要化学过程的本质是利用海水中原有的SO

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的CO

图2为本发明的钙质砂地基内部主要物质循环示意图。

图3为实例1中的曝气管线的平面布置形式与关键测试点位的选择示意图。

图4为实例2中的曝气管线的平面布置形式与关键测试点位的选择示意图。

附图标记说明：

1、气体干燥和提纯系统，2、CO

具体实施方式

有鉴于此，本发明提供了一种CO

发明人经过长期的研究发现：

微生物诱导CaCO

岛屿环境通常远离陆地，水文地质条件复杂多变，不仅工程机械和材料运输困难，传统施工技术难以适用，而且很可能对脆弱的珊瑚礁生态环境造成难以恢复的破坏。工程实践表明，钙质砂地层只要经过机械振冲和压实过程即可满足一般工程的承载力和沉降要求，然而未胶结的钙质砂整体性差，在波浪以及地震等动力学因素的作用下可能发生潜蚀和液化等问题，并对上部工程的性能和安全造成不利影响。此外，珊瑚礁在维持海洋生态环境稳定中起到极其重要的作用，同时珊瑚礁对环境变化非常敏感，特别是工业革命以来珊瑚礁退化显著加剧。因此在地基加固过程中避免任何对珊瑚礁生态环境的不利影响都是有必要的，由此要发展一种对海洋生态环境无污染且相对经济高效的钙质砂地基加固方法。

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种CO

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，具体的理解为：可以同时包含有A与B，可以单独存在A，也可以单独存在B，能够具备上述三种任一种情况。

CO

参见附图1，本发明实施例提供的CO

本发明提供的CO

其中，CO

其中，CO

其中，曝气管线13由柔性高分子材料制成。

其中，柔性高分子材料为氯丁橡胶。

其中，曝气管线为连续分布式布置形式。或者，CO

其中，CO

其中，曝气管线13上设有测试点位，测试点位设置于曝气管线13的弯折、分支、起始和终端中的一个或者多个位置。

其中，珊瑚碎石透水垫层12包括圆形或者亚圆形的钙质砂，钙质砂的粒径取值范围为2-5mm。

其中，钙质砂地层11为经过振动压实法进行压实后的钙质砂地层11。

CO

参见附图2，本发明实施例提供的基于本发明提供的CO

其中，

式(a)中，CaCO

式(b)中，Ca

式(c)中，Ca

其中，作为钙质砂的主要成分，CaCO

本发明提供的CO

本发明提供的CO

(1)做好通水、通电、通气以及平整场地等施工前期的准备工作，根据设计要求进行设备的安装、铺设和调试；

(2)结合工程现场的实际情况，在曝气管线上选取具有代表性的测试点位，以空气为测试气体，测定不同总进气量(速率)条件下各点位处的曝气量(单位时间内管线内部气体通过均匀分布在管壁上的微孔向外界逸散的体积)，初步确定曝气管线的进气压力和进气量的合理范围；

(3)铺设珊瑚砂透水垫层，使珊瑚碎石土均匀地分布在曝气管线的上、下两侧，采用振动压实法对钙质砂垫层进行压实；

(4)在上部的钙质砂地层施工完成后，向曝气管线内通入CO

(5)按照最终确定的进气参数向管线内稳定通入CO

进一步的，步骤(1)中的设备主要包括储气系统、气体增压与分配系统、微孔曝气管线以及流量监测系统。其中微孔曝气管采用柔性高分子材料。与刚性材质相比，柔性曝气管连接结构简单、布设形式灵活、曝气均匀性好、质量轻、无污染、耐腐蚀，但在钙质砂地基内部使用时，曝气管可能因受到钙质砂颗粒的挤压和附着而阻塞内部气流的通过。

进一步的，步骤(1)中的各系统的调试以保证曝气系统自身的可用性和稳定性为主要目的。

进一步的，步骤(2)中具有代表性的测试点位以管线的布置形式为主要参考依据，通常选在曝气管线的弯折、分支、起始和终端等气体流通情况可能发生急剧变化的位置，其余任意点位的曝气量可以通过邻近测试点位的实时监测数据推断得出。

进一步的，步骤(2)中进气参数的合理范围，通过同时满足进气过程安全稳定和均匀有效的两个条件，分别确定所需进气参数的最大值和最小值。

进一步的，步骤(3)中透水垫层的材料以采用圆形或亚圆形为主、粒径在2-5mm范围内的钙质砂为宜，按照GB50021-2001(2009)岩土工程勘察规范将其归类为碎石土中的圆砾。珊瑚碎石土垫层不仅能够大幅减少曝气管线受到的工程扰动，在地层中建立海水和气泡高效运移的通道，而且可以将微孔曝气管与地层中的粉细砂分隔开来，有效缓解微孔曝气管的阻塞现象。

进一步的，步骤(4)中的最优进气参数的确定，是在保证曝气有效性和安全性的基础上，尽可能地减少无效二氧化碳气体从海面向气体环境地逸散。

进一步的，步骤(5)中的位于地层内的海水在经过一系列反应后富集了高浓度的碳酸氢盐，HCO

实施例1

工程场地位于热带海域的某珊瑚岛礁，低潮时天然地面与海平面齐平，潮差2m，设计加固范围为100m×200m的长方形区域，钙质砂地层厚度6m。曝气管选用氯丁橡胶材质，微孔平均孔径0.3-0.6mm，气泡直径约1mm。

步骤一、做好通水、通电、通气等施工前期的准备工作，挖高填低，平整场地。按照相关技术要求安装气体增压与分配系统、微孔曝气管线和流量监测系统，并与CO

步骤二、将微孔曝气管线铺设在天然地层表面，管线轴线高于地面100mm，管线方向与场地边界平行或正交，在平行于长边方向间隔2.5m布置，距离场地边界1-2m，曝气管线的平面布置形式与关键测试点位的选择参见附图3。

步骤三、铺设粒径为5mm、厚度为200mm的珊瑚圆砾透水垫层，管线所在平面的上、下两侧各100mm，使用小型轮胎式压路机对珊瑚碎石土垫层进行压实，重复压实2-3次。

步骤四、当钙质砂地层施工至设计标高，再次平整场地，在地层表面钻孔至天然地层表面和低潮水位之间，按照正三角形布设小型抽水机械和摇臂喷枪，相邻喷枪相距50m。

步骤五、当钙质砂地层在自重作用下的排水固结过程初步完成后，在地层的临空面铺设透明的薄膜，设置气体出口并连接CO

步骤六、在夜晚海面高于曝气管线所在平面期间，向曝气系统内通入CO

实施例2

本实施例的情形和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中曝气管线采用分段布置形式，参见附图4，在系统中将CO

实施例3

本实施例的情形和步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中工程场地所在的天然地面即使在高潮水位期间仍然接近或露出海面，海水相中的反应效率低下或无法进行，需要在邻近海域增设封闭的海水-钙质砂反应体系，以代替地层中相对封闭的海水环境。因此，在本实施例中取消了步骤一、二和三中与微孔曝气管和透水垫层相关的部分，将步骤六改为在全天时间范围内通过气体增压系统持续地向封闭反应体系通入CO

实施例4

本实施例的情形和步骤与实施例2基本相同，不同之处在于，本实施例中无需在邻近海域增设单独的封闭海水反应体系，而是将步骤二中曝气管线的间距增大至5m，步骤六中进气压力减小至3atm，进气量减小至150m

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。