一種用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂樁的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于巖土工程地基加固領(lǐng)域，涉及一種用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂粧。
【背景技術(shù)】
[0002]水泥、石灰和化學(xué)漿材是土體加固中最為常用的膠凝材料。但水泥、石灰等傳統(tǒng)的膠凝材料能改變土體的pH值，使土體呈堿性并形成一定范圍的侵蝕環(huán)境，對地下水與周圍植被均會造成不良的影響，而且水泥生產(chǎn)過程中還會排放大量的溫室氣體，其存在的高能耗、高污染排放等缺點，勢必會對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅。對于化學(xué)灌漿材料而言，除了水玻璃外，所有化學(xué)漿材(環(huán)氧樹脂類、丙烯酸鹽類、酚醛樹脂類、聚氨酯類等)都是有毒的。因而，研究節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟高效、性能優(yōu)良的新型膠凝材料意義重大。
[0003]微生物灌漿加固技術(shù)是最近發(fā)展起來的一種新型的土體加固方法，通過向松散砂土中灌注菌液以及營養(yǎng)液，利用微生物誘導(dǎo)方解石沉積(MICP)作用在砂顆粒間快速析出方解石凝膠，來改善砂土體的物理力學(xué)性質(zhì)?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，MICP灌漿技術(shù)能有效提高砂土的強度、剛度、抗液化及抗侵蝕性能等，而且膠結(jié)砂體在一定強度范圍內(nèi)仍可維持較高的孔隙率和滲透性。微生物灌漿材料均為溶液或懸濁液，與傳統(tǒng)膠凝材料相比，具有黏性低、流動性好、滲透性強、反應(yīng)速率和膠結(jié)強度可調(diào)控、環(huán)境污染少等優(yōu)勢，屬于低能耗、低排放材料。因而，微生物灌漿技術(shù)作為一種可持續(xù)發(fā)展的土體加固新方法，具有潛在的工程實用價值和廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]砂粧法起源于19世紀30年代的歐洲，在我國的應(yīng)用始于50年代。砂粧最初是用于處理松散砂土地基，后來逐漸將其用來處理軟弱粘性土。工程實踐表明，砂粧法處理松散砂土和塑性指數(shù)不高的非飽和粘性土地基，其擠密或振密效果較好，不僅可以提高地基承載力、減少地基沉降，還可以防止砂土振動液化。砂粧處理飽和軟粘土地基時，主要是利用砂粧的置換作用和排水作用來提高軟弱地基的穩(wěn)定性，但由于砂粧粧體為散粒體，粧體強度較低，而且在振動成粧過程中會破壞軟粘土的天然結(jié)構(gòu)，降低其抗剪強度，因而，砂粧處理后的軟粘性土地基在荷載作用下仍會發(fā)生較大的沉降變形。
[0005]為了提高砂粧在處理軟粘土地基中的有效性，擴展微生物灌漿技術(shù)在土體加固中的應(yīng)用，將微生物灌漿與砂粧結(jié)合起來，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，從而有效加固處理軟弱地基。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]技術(shù)問題:本實用新型將微生物灌漿應(yīng)用于砂粧技術(shù)中，提供一種能提高粧體強度，克服傳統(tǒng)水泥灌漿灌注壓力高、施工擾動大、擴散距離小、生態(tài)相容性差等缺點，并能保持砂粧作為豎向排水通道(因微生物的選擇性吸附)，加快粧周軟粘土固結(jié)沉降的用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂粧。
[0007]技術(shù)方案:本實用新型的用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂粧，包括鉆孔灌砂粧，砂粧中灌注有菌液和膠結(jié)溶液(尿素和CaCld^混合液)。根據(jù)設(shè)計的粧徑，用工程鉆機成孔至預(yù)定深度位置，然后插入鋼質(zhì)注漿花管，隨后向粧孔內(nèi)投放一定級配的砂料至標高，利用注漿管向孔內(nèi)依次灌入菌液和膠結(jié)溶液，并可通過多次循環(huán)灌漿來調(diào)控粧體的強度。
[0008]本實用新型微生物膠結(jié)砂粧的一種優(yōu)選方案中，砂粧粧徑D=0.3-0.7m，呈梅花形布置，粧中心距L=2.0-3.0D，粧長則取決于需加固處理的軟土層厚度，宜在30m以內(nèi)；砂料粒徑 d=50~400 μ m，膠結(jié)溶液濃度 ω=0.5~1.0 mol/L。
[0009]本實用新型綜合砂粧法和微生物灌漿技術(shù)，形成微生物膠結(jié)砂粧，對軟粘土地基進行加固處理?；掦w包括砂料和微生物漿液(菌液和膠結(jié)溶液)，通過向砂粧中依次灌注菌液和膠結(jié)溶液，可在砂顆粒間快速生成具有膠結(jié)作用的方解石凝膠，并將松散砂粒膠結(jié)成為具有一定力學(xué)性能的整體，從而達到提高砂粧強度的目的。同時，膠結(jié)砂體在一定強度范圍內(nèi)仍可維持較高的孔隙率和滲透性，從而加速周圍軟粘土的排水固結(jié)，改善粧間土的物理力學(xué)性質(zhì)。本實用新型不但保留了砂粧法處理軟土地基的優(yōu)點，而且克服了砂粧法以及水泥灌漿的主要缺點，其有益效果在于:1)微生物灌注砂粧，施工擾動小、灌漿壓力低，不引起周圍土體位移，不影響周邊建筑物；2)灌漿材料為溶液或懸濁液，其粘性很低，流動性好，灌注距離可達5m之多；3)生態(tài)相容性好，微生物本身對環(huán)境及人體均無不良影響，且最終只有自然礦物方解石存留于砂粧中；4)可實現(xiàn)多次循環(huán)灌漿，通過不同的灌注次數(shù)來調(diào)控膠結(jié)粧體的強度和剛度(砂粧的無側(cè)限抗壓強度可達到300 kPa ~ 30 MPa) ;5)固化膠結(jié)速度較快，且無需養(yǎng)護，一般5~10d內(nèi)即可達到足夠的強度；6)膠結(jié)砂體在幾MPa強度范圍內(nèi)仍可維持較高的孔隙率，對粧體的滲透性影響較小；7)采用工程鉆機旋轉(zhuǎn)循環(huán)鉆孔成粧，相比于擠密砂粧施工，對地基及周圍環(huán)境擾動小，且施工作業(yè)簡便，施工中振動小、噪音低。本實用新型施工簡便且易推廣，既能大大提高粧體的強度，又能加速粧周軟粘土的排水固結(jié)，擴展砂粧法及微生物灌漿技術(shù)在軟弱地基處理中的可行性和有效性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0010]【附圖說明】:
[0011]圖1為本實用新型的施工工藝流程圖。
[0012]圖2為本實用新型的砂粧平面布置圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。本實用新型中涉及的軟土地基是指由淤泥、淤泥質(zhì)土、松軟沖填土與雜填土，或其他高壓縮性、低滲透性軟弱土層構(gòu)成的地基。
[0014]用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂粧，粧體包括砂料和微生物漿液(菌液和膠結(jié)溶液)，其具體施工流程為:
[0015]I)平整場地，確定鉆孔粧位中心，粧位偏差不大于±20mm，孔口段埋設(shè)長為Im的鋼護筒；鉆機就位對中，其主動鉆桿、鉆盤中心應(yīng)與粧中心保持一致，鉆桿垂直，傾斜度應(yīng)小于1%。
[0016]2)按設(shè)計粧徑及粧長鉆進成孔，采用泥漿護壁的大栗量正循環(huán)作業(yè)法鉆孔，鉆進至設(shè)計深度后，鉆具原位回轉(zhuǎn)、正循環(huán)沖孔排渣。
[0017]3)將注漿鋼花管下放至孔底，并對準鉆孔中心位置，然后通過串筒向孔內(nèi)填灌砂料至孔口標高，在投放砂料過程中，應(yīng)不間斷地利用注漿管注入清水洗孔。
[0018]4)在鋼花管內(nèi)插入帶有雙向封閉裝置的注漿芯管，通過提升注漿芯管，向砂粧內(nèi)依次灌注菌液和膠結(jié)溶液，菌液為一種高產(chǎn)脲酶的巴氏芽孢桿菌，膠結(jié)溶液為尿素和CaCl2的混合液，其濃度應(yīng)為0.5-1.0 mol/L,灌漿采用自下而上分段灌注方式。
[0019]5)根據(jù)粧體強度設(shè)計要求進行多次循環(huán)灌漿，兩次灌漿間隔時間不少于6h，待全部灌漿結(jié)束后，拔出注漿管，并用水泥砂漿填充粧體中的孔洞，即可完成一個微生物膠結(jié)砂粧施工。
[0020]本實用新型的微生物膠結(jié)砂粧，是按照上述微生物膠結(jié)砂粧加固軟土地基的方法中步驟I)至步驟5)施工得到。本實用新型的保護范圍并不以【具體實施方式】為限，而是由權(quán)利要求加以限定。
【主權(quán)項】
1.一種用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂粧，其特征在于:該膠結(jié)砂粧包括鉆孔灌砂粧，砂粧中灌注有菌液和膠結(jié)溶液，其膠結(jié)溶液為尿素和0&(:12的混合液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂粧，其特征在于:所述的砂粧呈梅花形布置，粧徑D=0.3-0.7m，粧中心距L=2.0-3.0D,粧長則取決于需加固處理的軟土層厚度，宜在30m以內(nèi)，砂料粒徑宜為d=50~400 μπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂粧，其特征在于:所述的菌液為一種高產(chǎn)脲酶的巴氏芽孢桿菌，膠結(jié)溶液為尿素和0&(:12的混合液，其濃度宜為ω=0.5-1.0 mol/L，菌液和膠結(jié)溶液應(yīng)依次灌入砂粧內(nèi)，且可多次循環(huán)灌注。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用以加固軟土地基的微生物膠結(jié)砂樁，將砂樁技術(shù)與微生物灌漿技術(shù)相結(jié)合，形成微生物膠結(jié)砂樁，對軟土地基進行加固，樁體包括砂料和微生物漿液。該微生物膠結(jié)砂樁的施工流程包括：a.平整場地，測量放樣；b.樁機定位，鉆進成孔；c.下注漿管，投放砂料；d.依次灌注菌液和膠結(jié)溶液。微生物誘導(dǎo)形成的方解石凝膠將松散砂粒膠結(jié)成為整體，有效提高樁體的強度；同時膠結(jié)砂體可維持較高的孔隙率和滲透性，加速樁周土的排水固結(jié)。微生物膠結(jié)砂樁能明顯改善軟弱地基土的工程性質(zhì)，有效提高軟基的承載力，同時具有施工簡便、施工擾動小、強度可調(diào)控、節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保等優(yōu)勢，可在軟土地基加固工程中推廣應(yīng)用。
【IPC分類】E02D5/46
【公開號】CN204898658
【申請?zhí)枴緾N201520436878
【發(fā)明人】王安輝, 余沛, 王玉雅, 韓守杰, 高慶敏
【申請人】商丘工學(xué)院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年6月24日