CN115125935A - 一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置及施工方法，包括饱和砂土地基，饱和砂土地基中钻有孔，孔内布设有高压罐，高压罐四周设有泄压阀，高压罐顶部与二氧化碳补给设备连接，其连接管路上设有阀门和压力表，从而使二氧化碳由泄压阀从高压罐溢出到饱和砂土地基中，形成减饱和区域，减饱和区域内设有饱和度监测系统。本发明将人类生产生活中收集到的二氧化碳与饱和砂土地基中的减饱和方法相结合，不仅可以实现温室气体的循环再利用，还可实现对饱和砂土地基实现减饱和加固；不仅可以实现将高压罐中的二氧化碳气体冲入到饱和砂土地基中，还可通过二氧化碳补给设备对高压罐进行二氧化碳的注入，可实现饱和砂土地基的长期减饱和处理。

Description

一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置及施工方法
技术领域
本发明涉及一种加固饱和砂土地基的装置及施工方法，尤其涉及一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置及施工方法。
背景技术
我国东部沿海地区分布着大量饱和砂土地基，地震发生时，砂土地基中的孔隙水压力急剧增大，当孔隙水压力大于总应力时，有效应力减小为零，砂土颗粒悬浮在水中，即砂土地基发生液化。据统计，地震引起的地基失效约有一半以上源于砂土地基液化。而当饱和砂土地基饱和度从100％减小到95％左右时，地基的抗液化强度可显著提高50％以上。
本发明之前，专利号为ZL202111336276.3的中国发明专利“在深部含水层二氧化碳地质封存上开展压缩二氧化碳储能的方法”公布了一种将二氧化碳压缩并注入到含水咸水层中，仅可将收集到的二氧化碳进行储存，装置虽然利用可再生能源太阳能、风能提供动力，但并未对二氧化碳进行再利用。
因此，针对目前国际国内人民日常生产生活中产生的大量温室气体，以及大面积的饱和可液化砂土地基，亟需研发一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置及施工方法。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置及施工方法，通过合理有效利用人类生产生活中产生的二氧化碳，不仅可以有效缓解温室效应，还可以减小饱和砂土地基的饱和度，提高饱和砂土地基的承载能力。
技术方案：本发明包括饱和砂土地基，所述饱和砂土地基中钻有孔，所述的孔内布设有高压罐，所述高压罐四周设有泄压阀，高压罐顶部与二氧化碳补给设备连接，其连接管路上设有阀门和压力表，从而使二氧化碳由泄压阀从高压罐溢出到饱和砂土地基中，形成减饱和区域，所述减饱和区域内设有饱和度监测系统。
所述饱和度监测系统能够对减饱和区域典型部位的饱和度变化进行实时监测。
所述典型部位包括减饱和区域的边界位置与实际工程中重点监测部位。
所述二氧化碳被注入到饱和砂土地基后，一部分二氧化碳发生反应生成沉淀；另外一部分以气态二氧化碳的形态存在，从而实现降低饱和砂土地基饱和度的目的。
所述高压罐顶部通过输气管与二氧化碳补给设备连接，从而使二氧化碳由泄压阀从高压罐溢出到饱和砂土地基中，降低其饱和度。
所述高压罐的压力值为4.2～8.0MPa。
所述输气管的材质为钢材。
所述泄压阀的泄气速率为5～30mL/min。
一种二氧化碳加固饱和砂土地基的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：对饱和砂土地基开挖钻孔；
步骤二：将顶部与输气管连接，四周预留有泄压阀的高压罐布设于孔内；
步骤三：对高压罐上方的孔进行回填；
步骤四：打开阀门，使用二氧化碳补给设备对高压罐注入液态二氧化碳；
步骤五：高压罐中的二氧化碳通过泄压阀进入到饱和砂土地基中并形成减饱和区域；
步骤六：通过饱和度监测系统对减饱和区域典型位置的饱和度进行监测；
步骤七：当压力表的读数低于满罐压力值的10％时，重复步骤四～步骤六，从而实现对饱和砂土地基的长期减饱和处理。
有益效果：本发明将人类生产生活中收集到的二氧化碳与饱和砂土地基中的减饱和方法相结合，不仅可以实现温室气体的循环再利用，还可实现对饱和砂土地基实现减饱和加固；本发明的高压罐布设有泄压阀与二氧化碳补给设备，不仅可以实现将高压罐中的二氧化碳气体冲入到饱和砂土地基中，还可通过二氧化碳补给设备对高压罐进行二氧化碳的注入，可实现饱和砂土地基的长期减饱和处理；高压罐的尺寸可根据饱和砂土地基的尺寸进行定制，实现对一定范围的饱和砂土地基实现长期减饱和处理；饱和度监测系统通过对减饱和区域典型位置的饱和度进行监测，可以实现对充气减饱和区域进行长期实时监测；整体设备简单、成本低且可长期使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括饱和砂土地基1、高压罐3、二氧化碳补给设备8、压力表6、阀门7及饱和度监测系统11，其中，饱和砂土地基1中钻有孔2，孔2内布设有高压罐3，从而将高压罐3埋设至设计标高位置，高压罐3由钢材铸造，体积一般根据待加固区域的大小具体定制，高压罐3的压力值为4.2～8.0MPa。高压罐3四周设有泄压阀4，泄压阀4的泄气速率为5～30mL/min，高压罐3顶部通过输气管5与地面设置的二氧化碳补给设备8连接，输气管5的材质为钢材，其连接管路上设有阀门7和压力表6，从而使二氧化碳由泄压阀4从高压罐3溢出到饱和砂土地基1中，降低其饱和度，形成减饱和区域10。
减饱和区域10内设有饱和度监测系统11，饱和度监测系统11可对减饱和区域10典型部位的饱和度变化进行实时监测，典型部位主要涉及减饱和区域的边界位置与实际工程中重点监测部位。压力表6可实时监测高压罐3的压力变化，当压力表6的读数低于满罐压力值的10％时，打开阀门7通过输气管5将二氧化碳注入到高压罐3中。
二氧化碳为一种无色、无味、无毒可溶于水的气体，在常压下能溶于水并与水反应生成碳酸，具有弱酸的性质，其动态平衡如下：
Figure BDA0003686020150000031
二氧化碳在水中的溶解度约为1：1，被注入到饱和砂土地基1后，一部分二氧化碳会溶于饱和砂土地基1中的水，生成的碳酸氢盐离子与地基中二价阳离子Ca2+、Mg2+发生反应生成沉淀；另外一部分则以气态二氧化碳9的形态存在，从而实现降低饱和砂土地基1饱和度的目的。
饱和度监测系统11可对减饱和区域10典型部位的饱和度的变化进行实时监测。砂土地基中不同部位间电阻值的大小受饱和的变化最为敏感，因此可对典型部位的电阻值的大小进行监测，并转化为饱和度的变化。饱和砂土地基1中的饱和度从100％降低至95％时，地基的抗液化强度可提高50％左右。
本发明的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：根据设计要求对饱和砂土地基1开挖钻孔；
步骤二：将顶部与输气管5连接，四周预留有泄压阀4的高压罐3布设于孔2内；
步骤三：对高压罐3上方的孔2进行回填；
步骤四：打开阀门7使用二氧化碳补给设备8对高压罐3注入液态二氧化碳；
步骤五：高压罐3中的二氧化碳通过泄压阀4进入到饱和砂土地基1中并形成减饱和区域10；
步骤六：通过饱和度监测系统11对减饱和区域10典型位置的饱和度进行监测；
步骤七：当压力表6的读数低于满罐压力值的10％时，重复步骤四～步骤六，从而实现对饱和砂土地基1的长期减饱和处理。

Claims (9)

1.一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，包括饱和砂土地基(1)，所述饱和砂土地基(1)中钻有孔(2)，所述的孔(2)内布设有高压罐(3)，所述高压罐(3)四周设有泄压阀(4)，高压罐(3)顶部与二氧化碳补给设备(8)连接，其连接管路上设有阀门(7)和压力表(6)，从而使二氧化碳由泄压阀(4)从高压罐(3)溢出到饱和砂土地基(1)中，形成减饱和区域(10)，所述减饱和区域(10)内设有饱和度监测系统(11)。
2.根据权利要求1所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，所述饱和度监测系统(11)能够对减饱和区域(10)典型部位的饱和度变化进行实时监测。
3.根据权利要求2所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，所述典型部位包括减饱和区域的边界位置。
4.根据权利要求1所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，所述二氧化碳被注入到饱和砂土地基(1)后，一部分二氧化碳发生反应生成沉淀；另外一部分以气态二氧化碳(9)的形态存在。
5.根据权利要求1所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，所述高压罐(3)顶部通过输气管(5)与二氧化碳补给设备(8)连接。
6.根据权利要求1或5所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，所述高压罐(3)的压力值为4.2～8.0MPa。
7.根据权利要求1所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，所述输气管(5)的材质为钢材。
8.根据权利要求1所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的装置，其特征在于，所述泄压阀(4)的泄气速率为5～30mL/min。
9.基于权利要求1～8任一项所述的一种封装二氧化碳降低砂土地基饱和度的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对饱和砂土地基开挖钻孔；
步骤二：将顶部与输气管连接，四周预留有泄压阀的高压罐布设于孔内；
步骤三：对高压罐上方的孔进行回填；
步骤四：打开阀门，使用二氧化碳补给设备对高压罐注入液态二氧化碳；
步骤五：高压罐中的二氧化碳通过泄压阀进入到饱和砂土地基中并形成减饱和区域；
步骤六：通过饱和度监测系统对减饱和区域典型位置的饱和度进行监测；
步骤七：当压力表的读数低于满罐压力值的10％时，重复步骤四～步骤六，从而实现对饱和砂土地基的长期减饱和处理。
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