【摘 要】
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在海洋强国战略的实施下,一系列的国防和民用设施在工程建设及防护过程中,不可避免的需要对海岸或海底的砂土地层进行处理加固。海洋环境复杂,传统物理、化学方法等地基处理方法在海洋环境中使用有着较大的限制,且对海洋环境会造成较大破坏。微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术作为一种环境友好型的地基处理方法,其原理是使用特定微生物,通过自身产生的脲酶分解环境中的尿素生成碳酸根,并与溶液中的钙离子结合生成具有胶凝
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在海洋强国战略的实施下,一系列的国防和民用设施在工程建设及防护过程中,不可避免的需要对海岸或海底的砂土地层进行处理加固。海洋环境复杂,传统物理、化学方法等地基处理方法在海洋环境中使用有着较大的限制,且对海洋环境会造成较大破坏。微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术作为一种环境友好型的地基处理方法,其原理是使用特定微生物,通过自身产生的脲酶分解环境中的尿素生成碳酸根,并与溶液中的钙离子结合生成具有胶凝性质的碳酸钙。碳酸钙以填充孔隙,包裹、粘结砂颗粒的形式改善土体的性质,起到降低渗透系数、提高强度的作用。本文将微生物诱导碳酸钙技术应用于海砂的处理加固中,分别采用淡水和海水作为胶结液水源,探究MICP技术在海洋环境应用的可行性,主要内容及结果如下:（1）本文分析了天然海砂与海水的基本性质,并探究了海水对巴氏芽孢杆菌生物量和脲酶活性的影响,发现海水会使生物量与脲酶活性分别降低20%和15%。（2）从材料尺度试验出发,制定了海水和淡水两种胶结液水源进行不同灌浆次数（1-4次）、不同胶结液浓度（0.5mol/L-1.5mol/L）的加固试验方案。对固化处理后的试样进行物理力学性能和微观材料性能等方面的检测。检测结果显示:在使用海水作为胶结液水源时,最佳胶结液浓度为0.75mol/L,4次灌浆后,试样中生成碳酸钙63.95g,干密度达到1.82g/cm~3、超声波速为2.732km/s、孔隙率为0.075、无侧限抗压强度达到13.36MPa;而使用淡水作为胶结液水源时,最佳胶结液浓度为1mol/L,4次灌浆后,试样中生成碳酸钙的量（84.14g）,干密度（1.98g/cm~3）和超声波速（2.932km/s）均高于海水试样,但无侧限抗压强度仅为10.47MPa,低于海水试样。（3）基于材料尺度试验结果,本文开展了以天然海水为胶结液的MICP加固海砂模型试验研究（模型高50cm,直径25cm）。模型试验胶结液浓度为0.75mol/L,在灌浆5次后:砂柱的干密度达到1.82g/cm~3、碳酸钙生成率为14.82%,无侧限抗压强度最高可达23.64MPa。不同水源加固效果存在差异的原因可能是由于:海水中含有钠、钾、钙和镁等少量金属离子,对细菌及其脲酶活性起到抑制作用,因此生成的碳酸钙少于淡水试样,导致干密度和超声波速等参数均低于淡水试样;然而溶液中的金属离子在加固过程中也起到了传输和固定细菌的作用,使得生成的碳酸钙在砂柱中的分布更均匀,从而试样加固后也更均匀,因此强度更高;此外,使用淡水作为胶结液水源在海砂中诱导生成的碳酸钙呈立方体状方解石晶体,而海水作为胶结液水源在海砂中诱导生成的碳酸盐沉积物不仅有方解石还有镁方解石,且这些矿物呈立方体、针簇状、不规则絮状,具有更高强度与稳定性。因此,以天然海水作为胶结液水源的MICP加固海砂方法是可行的,这为今后的现场试验以及工程应用提供了思路与理论支持。
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