[發明專利]一種微生物結合真空排水加固砂土地基的加固裝置及其加固方法

在審

• 申請號: 201610014417.2
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105649003A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 彭劼;何想;金浩然;葉漢明;李能;謝高強;胡建斌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02D3/10
• 分類號: E02D3/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌;曹翠珍

技術領域

本發明屬于土木工程技術領域，具體涉及一種微生物結合真空排水加固砂土地基的加固裝置及其加固方法。

背景技術

生物礦化作用在自然界普遍存在，是地殼中碳酸鈣的來源主要作用之一，這是由于某些特定微生物在新陳代謝過程中產生CO₃^2-，當周圍環境中存在Ca²⁺時，能夠誘導生成CaCO₃晶體。這種微生物成因的碳酸鈣可將松散的砂粒膠結，并填充空隙，形成類似混凝土的人造砂石體。可誘導生成CaCO₃的微生物包括巴氏芽孢桿菌、反硝化菌、硫酸鹽還原菌等。然而，微生物加固土體作為一種技術卻興起于近十年。2005年美國學者Mitchell&Santamarina最早考慮微生物在巖土工程中的應用。此后，微生物加固土體技術迅速成為全球巖土界的研究熱點，相關論文如雨后春筍。各國都在爭取搶占該技術的制高點。荷蘭Delft理工大學的L.A.vanPaassen（2011）率先將其應用于輸氣管道水平定向鉆地基的加固，并取得了良好的效果。雖然該技術具有眾多的優點，但國內有關該技術的研究較少，主要集中在室內實驗階段，真正應用于工程實踐卻仍處于探索階段，其中最大的障礙在于傳統的淋濾造成的土壤中CaCO₃沉淀分布的不均勻性。

發明內容

發明目的：本發明的目的是針對傳統的微生物處理砂土存在的加固不均勻的現象，提供一種微生物結合真空排水加固砂土地基的加固裝置及其加固方法，利用真空排水改善微生物在土顆粒空隙間的分布狀況，促進營養液的流動，從而更有效加固砂土地基。

本發明技術方案：

一種微生物結合真空排水加固砂土地基的加固裝置，包括注漿管和排水管、注漿井排和排水井排、真空抽水設備和漿液注入設備，注漿管和排水管沿水平方向平行鋪設于砂土地表，注漿井排和排水井排分別位于注漿管和排水管下方的砂土地基中，注漿井排和排水井排分別由至少兩個注漿井和排水井構成，注漿井和排水井中分別設有無蓋鋼花管和加塞鋼花管，無蓋鋼花管和加塞鋼花管分別通過三通與地表的注漿管和排水管相連，其中，注漿管的另一端與漿液注入設備連接，排水管的另一端與真空抽水設備連接。

所述無蓋鋼花管和加塞鋼花管的管外均包裹有土工布、底部與混凝土樁靴固定。

所述真空抽水設備為真空射流泵。

所述漿液注入設備為蠕動泵。

一種微生物結合真空排水加固砂土地基的加固裝置對砂土地基進行加固的方法，包括如下步驟：

步驟一、加固裝置的安裝：將無蓋鋼花管和加塞鋼花管分別沿垂直方向按直線打入砂土中，形成注漿井排和排水井排，并用三通將無蓋鋼花管和加塞鋼花管與鋪設在地表的注漿管和排水管連接后，將注漿管與漿液注入設備連接，排水管與真空抽水設備連接；

步驟二、菌液及膠結液的準備：將CaCl₂、尿素、營養肉湯及Tris-HCL溶于蒸餾水中形成初始液，初始液接種細菌后形成菌液；將CaCl₂、尿素和Tris-HCL溶于水形成膠結液；

步驟三、注入菌液：啟動漿液注入設備，將菌液通過注漿管注入注漿井中，待菌液灌滿注漿井時，關閉漿液注入設備；

步驟四、真空排水：啟動真空抽水設備，同時繼續啟動漿液注入設備，按4~10mL/min的流速泵入菌液，監測排出的水中微生物總量，當排出的水中微生物總量達到菌液CFU的5~10%時，關閉漿液注入設備和真空抽水設備，靜置3~4小時；

步驟五、注入膠結液：啟動漿液注入設備，將膠結液注入注漿井中，同時啟動真空抽水設備，監測排出的水中的鈣離子濃度，當排出的水中的鈣離子濃度呈量級增大時，關閉漿液注入設備和真空抽水設備，靜置6~8小時；

重復步驟四、步驟五6~7次后，結束施工。

步驟一中，注漿井排和排水井排之間、相鄰注漿井與排水井之間的間距為2~3m。

有益效果：

與現有技術相比本發明具有以下優點：

1）利用了真空排水實現微生物在土體中的定向水平遷移，擴大了處理范圍；

2）采用分步注漿的方式減輕了注漿過程中產生的塞孔，提高了加固的均勻性。

附圖說明

圖1為本發明的微生物結合真空排水加固砂土結構的平面示意圖；