一种加固钙质砂的方法及装置

本发明涉及海洋工程建设，具体涉及一种加固钙质砂的方法及装置。

背景技术：

1、我国南海地区分布着大量的珊瑚岛礁，不但是我国十分宝贵的领土资源，更是南海海洋资源开发和国防建设的重要战略基地。我国在南海工程建设时需就地取材——钙质砂。钙质砂是造礁石生物遗骸和贝壳碎屑经破碎(海水冲击或其他原因)、搬运(主要为水流作用)、堆积而成的产物，钙质砂的颗粒矿物组成为方解石和文石，从化学成分上来说，绝大部分为碳酸钙，其质量百分比高达97％，属于碳酸盐类土。与石英砂相比，钙质砂具有疏松、多孔、易碎、硬度低、高压缩性等特点。然而钙质砂作为一种特殊的工程地质体，可供直接利用的钙质砂改良方法及其施工工艺等的成果还很少，岛礁工程大力投入与快速修建也使该方面的科学研究远远滞后于工程建设发展。随着吹填造岛数量和规模的增加，珊瑚岛礁钙质砂生态加固方法的研究迫在眉睫。

2、在岩土力学砂土加固方面，传统的加固方法有很多，以三种方式为主，分别是强夯、换填、注入化学加固剂等，然而由于珊瑚礁场地的岩土体具有特殊的物理力学特性，传统加固方式存在明显的缺陷：一是工程机械和材料运输困难，钙质砂在发生机械位移的情况下，会产生颗粒破碎以至于钙质砂土层塌方的现象；二是成本高昂，而且不具备足够的资源条件；三是强夯不易控制夯击能，可能减弱夯击能向深处传递、化学加固剂流动效果差等最终导致加固效果不佳；四是在操作过程中，选用的材料对环境有很大的影响。

3、随着科技的发展，现有的一些专利应用了一种新型的土体加固方法——利用微生物诱导碳酸钙沉淀技术来加固钙质砂，即采用蜡样芽孢杆菌液和/或巴氏芽孢杆菌液对钙质砂进行加固，利用蜡样芽孢杆菌和/或巴氏芽孢杆菌产生的脲酶代谢作用，将环境中的营养盐诱导生成碳酸钙沉积在钙质砂之间，从而起到加固钙质砂的作用。但有学者通过激光切割及三维视频显微观测仪分析钙质砂后，得知其内部大的孔隙数量较少，小的孔隙数量较多。虽然微生物诱导碳酸钙沉淀技术因具有高效率、绿色环保等优点而在土体加固领域得到越来越广泛的应用。但在采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理钙质砂时也会因蜡样芽孢杆菌和巴氏芽孢杆菌的活性较难控制以及蜡样芽孢杆菌和巴氏芽孢杆菌的体积较大等问题而不能很好地进入微小孔隙，最终导致钙质砂的强度不足，对钙质砂的加固效果差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种加固钙质砂的方法及装置，以解决在采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理钙质砂时也会因蜡样芽孢杆菌和巴氏芽孢杆菌的活性较难控制以及蜡样芽孢杆菌和巴氏芽孢杆菌的体积较大等问题而不能很好地进入微小孔隙，最终导致钙质砂加固效果差，进而使钙质砂的强度不足的技术问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种加固钙质砂的方法，包括以下步骤：

4、s1：制备大豆酵素并获取大豆酵素清液；

5、s2：制备复合菌液：复合菌液中蜡样芽孢杆菌浓度为5×107cfu/ml-8×107cfu/ml，巴氏芽孢杆菌浓度为1×108cfu/ml-5×108cfu/ml；

6、s3：制备胶结液：胶结液中氯化钙与尿素的比例按照1mol/l：0.5-1.5mol/l制备；

7、s4：制备混合浆液：将大豆酵素清液、复合菌液及胶结液按照1：1：3的体积比混合并搅拌均匀，以获得混合浆液；

8、s5：注浆：将所述混合浆液通过注浆钢花管注入钙质砂。

9、进一步的，所述步骤s1中制备并获取所述大豆酵素清液包括以下步骤：

10、s11：将水和豆粉按每500ml水与15-20g豆粉的比例混合并密封发酵，以获得含有固体杂质的大豆酵素；

11、s12：使用搅拌器搅拌含有固体杂质的大豆酵素后使含有固体杂质的大豆酵素静置一小时；

12、s13：对含有固体杂质的大豆酵素进行过滤，以获取大豆酵素清液。

13、进一步的，在将所述混合浆液通过注浆钢花管注入钙质砂后，将所述注浆钢花管保留在钙质砂内。

14、本发明还提供了一种加固钙质砂的装置，用于实现上述的加固钙质砂的方法，包括用于获取大豆酵素清液并用于容纳大豆酵素清液的第一容纳部、用于容纳所述复合菌液的第二容纳部、用于容纳所述胶结液的第三容纳部、用于容纳并搅拌大豆酵素清液、复合菌液和胶结液的第四容纳部、用于将所述第一容纳部内的大豆酵素清液、第二容纳部内的复合菌液以及所述第三容纳部内的胶结液按比例导入至所述第四容纳部的管路系统、设于所述第四容纳部上并用于排出所述第四容纳部内的液体的排液孔、设于所述排液孔上并用于开启和封闭所述排液孔的第一封堵部、用于插入至钙质砂内并与所述排液孔相连接的注浆钢花管以及与所述第四容纳部相连并用于对所述第四容纳部的内腔加压的加压部。

15、进一步的，所述第一容纳部包括用于搅拌并过滤含有固体杂质的大豆酵素的过滤部以及通过第一连接管与所述过滤部相连接并用于收集经过滤后所获得的大豆酵素清液的收集部。

16、进一步的，所述过滤部包括第一容纳桶、形成于所述第一容纳桶上端的第一进料口、固设于所述第一容纳桶中部并用于将所述第一容纳桶的内腔分隔为内腔上部和内腔下部的分隔板、设于所述分隔板上的漏液孔、设于所述漏液孔上并用于开启和封闭所述漏液孔的第二封堵部、设于所述分隔板下侧的过滤件以及设于所述第一容纳桶上并用于对所述内腔上部进行搅拌的第一搅拌器；所述第一连接管的一端连接所述第一容纳桶的底部、另一端连接所述收集部。

17、进一步的，所述收集部包括封闭的第二容纳桶、通过第二连接管与所述第二容纳桶的顶部相连接的第一真空泵以及设于所述第二连接管上的第一阀门；所述第一连接管的所述另一端连接所述第二容纳桶的上部。

18、进一步的，所述管路系统包括连接于所述第一容纳部和所述第四容纳部之间的第三连接管、设于所述第三连接管上的第二阀门、连接于所述第二容纳部和所述第四容纳部之间的第四连接管、设于所述第四连接管上的第三阀门、连接于所述第三容纳部和所述第四容纳部之间的第五连接管以及设于所述第五连接管上的第四阀门。

19、进一步的，所述第四容纳部包括封闭的第三容纳桶、设于所述第三容纳桶上并用于对所述第三容纳桶的内腔进行搅拌的第二搅拌器、通过第六连接管连接在所述第三容纳桶上的第二真空泵以及设于所述第六连接管上的第五阀门；所述加压部包括通过第七连接管与所述第三容纳桶的顶部相连接的空压机以及设于所述第七连接管上的第六阀门；所述排液孔设于所述第三容纳桶的底壁。

20、进一步的，所述注浆钢花管包括管体，所述管体的上端开口、下端封闭，所述管体的上端连接所述排液孔，所述管体的管壁上沿圆周方向均匀排布有多列出浆孔，每列所述出浆孔包括沿所述管体的长度方向均匀排布的多个出浆孔。

21、本发明的有益效果包括：

22、本发明所述的加固钙质砂的方法相较于单纯采用微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理钙质砂的方式来说，能够提高钙质砂的强度，能够提高对钙质砂的加固效果。

23、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。