CN105350517B - 一种微生物循环注浆加固地基的方法 - Google Patents
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Abstract
一种微生物循环注浆加固地基的方法，步骤包括：a.在待加固地基上间隔插入注浆管和抽浆管；b.利用注浆管（Ⅰ）和抽浆管（Ⅰ′）先将微生物菌液循环注入地基；c. 利用注浆管（Ⅱ）和抽浆管（Ⅱ′）将胶结溶液循环注入地基；d.将注浆管（Ⅰ）和抽浆管（Ⅰ′）的抽、注功能互换，使微生物菌液反向循环注入地基；e.将注浆管（Ⅱ）和抽浆管（Ⅱ′）的抽、注功能互换，使胶结溶液反向循环注入地基；f.重复b、c、d、e步骤直至地基满足加固要求。微生物循环注浆使地基中形成抽注结合、正反循环交替、流线正交的注浆体系，能够将微生物菌液与胶结溶液快速、均匀的注入地基，并发生反应产生碳酸钙胶结松散的砂土或粉土，形成了承载力较高的复合地基。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物循环注浆加固地基的方法，属于地基处理的技术领域。
背景技术
微生物注浆作为地基处理的新兴技术，具有施工扰动小、灌注压力低、扩散距离远、施工周期短和生态相容性好等优势，而且所用的灌浆材料与传统胶凝材料相比，也有低能耗、低污染和低排放等特点，作为一种可持续发展的土体加固新方法，具有广泛的应用前景，并日益引起岩土工程界的重视并开始在工程中应用；现有的微生物注浆技术一般采用微生物菌液与胶结溶液分步循环注浆方法，因为微生物菌液与胶结溶液在管周相遇后会很快形成碳酸钙结晶，胶结土体的同时显著降低土体的渗透性，导致浆液难以快速、均匀的向周围土体进一步扩散，形成注浆点周围土体强度近端强、远端弱，加固区的有效半径小、地基整体均匀性差，经济性较低，对于大规模的地基加固非常困难。
现有技术一的技术方案如下：
单管分步循环微生物注浆[谈叶飞，谢兴华，吴涛.一种用于边坡加固的微生物加固液及其使用方法.发明专利.授权公告号CN102604641A.20120725]，其实现方法为：在待加固的地基间隔一定距离插入注浆管，首先利用注浆管先将微生物菌液缓慢的注入地基，然后再将营养盐(尿素、钙离子溶液、养料和溶解氧气)缓慢的注入地基，以免破坏土壤原有结构，利用微生物诱导产生碳酸钙填充土体颗粒间的孔隙、胶结土体颗粒，从而达到增加土体强度的目的；
现有技术一的缺点如下：
采用单一的注浆管将微生物菌液与营养盐(尿素、钙离子溶液、养料和溶解氧气)依次缓慢的注入地基，这导致部分微生物菌液与氯化钙、尿素混合液在注浆管中就已经发生反应，造成了浆液的浪费，而且当氯化钙、尿素混合液从注浆管注入地基时，它将优先与注浆管周围的微生物菌液发生反应，产生的碳酸钙容易造成注浆管堵塞，造成后续浆液难以注入，注浆过程中浆液排开周围地下水造成孔压上升，注浆口与土体远端压差减小，注浆速度慢，加固体的有效半径小，注浆效率低，地基均匀性差。
现有技术二的技术方案如下：
单管抽注结合微生物注浆[Van Paassen L A.Bio-mediated groundimprovement:from laboratory experiment to pilot applications[C]//Geo-Frontiers:Advances in Geotechnical Engineering.Dallas:ASCE,2011:4099－4108.]，其实现方法为：成排布置灌注井和抽取井，其中抽取井对称设置于灌注井两侧，首先通过灌注井依次注入微生物菌液以及胶结胶结溶液，浆液沿渗流方向传输至抽取井附近，然后抽取地下水进行处理排出，利用微生物诱导产生碳酸钙将松散的砂土颗粒胶结以加固地基；
现有技术二的缺点如下：
采用同一灌注井依次注入微生物菌液以及胶结胶结溶液，产生的碳酸钙容易造成注浆管堵塞，管周紧邻土体渗透性显著下降，造成后续浆液难以注入，因而加固的有效半径小，地基均匀性差，抽出排放的地下水包含大量反应剩余物微生物菌液或胶结胶结溶液，没有循环利用存在材料浪费。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服当前微生物注浆技术存在浆液注入难、加固不均匀、加固有效半径小、浆液材料利用率低的问题与不足，从而发明了一种微生物循环注浆加固地基的方法，提出了一种微生物菌液与胶结溶液抽注结合、正反循环交替、流线正交的注浆新技术。
技术方案：本发明的原理为：首先通过微生物菌液注浆管(Ⅰ)向地基中注入微生物菌液，利用细菌在繁殖过程中产生大量粘稠液体并吸附于土体颗粒之上，形成多细胞聚合物EPS(Extra－cellular polymeric substances)，同时抽取微生物菌液抽浆管(Ⅰ′)周围的地下水，使地基中产生压力差从而形成微生物菌液的流通通道，另外，先将微生物菌液抽浆管(Ⅰ′)抽取的地下水排出，当抽取的微生物菌液浓度稳定后，将抽取的微生物菌液通过微生物菌液注浆管(Ⅰ)重新循环注入地基，使地基中形成微生物菌液循环注浆体系，让微生物菌液迅速、均匀的注入地基，其次，利用胶结溶液注浆管(Ⅱ)将胶结溶液注入地基，同时抽取胶结溶液抽浆管(Ⅱ′)周围的地下水，使地基中产生压力差从而形成胶结溶液的流通通道，先将胶结溶液抽浆管(Ⅱ′)抽取的地下水排出，当抽取的胶结溶液浓度基本稳定后，将抽取的胶结溶液通过胶结溶液注浆管(Ⅱ)重新循环注入地基，使地基中形成胶结溶液循环注浆体系，让胶结溶液迅速、均匀的注入地基，并与微生物菌液发生反应，利用微生物菌液对尿素的水解诱导产生碳酸钙，胶结松散的砂土颗粒，起到加固地基的作用。
一种微生物循环注浆加固地基的方法，其特征在于该方法步骤如下：
a.在待加固地基上间隔插入注浆管和抽浆管，Ⅰ和Ⅰ′分别为微生物菌液的注浆管和抽浆管，微生物菌液注浆管Ⅰ顶端与微生物菌液储液池1相连接，Ⅱ和Ⅱ′分别为胶结溶液的注浆管和抽浆管，胶结溶液注浆管Ⅱ顶端与胶结溶液储液池2相连接；
b.打开双向泵3将微生物菌液储液池1中的微生物菌液通过微生物菌液注浆管Ⅰ注入地基4，同时打开双向泵3抽取微生物菌液抽浆管Ⅰ′周围的地下水，使地基4中产生压力差从而形成微生物菌液的流通通道，先将微生物菌液抽浆管Ⅰ′抽取的地下水排出，当抽取的微生物菌液浓度稳定后，将抽取的微生物菌液通过微生物菌液注浆管Ⅰ重新循环注入地基4，使地基4中形成微生物菌液正循环注浆体系，提高微生物菌液的利用率，以便微生物菌液快速、均匀的注入地基4；
c.打开双向泵3将胶结溶液储液池2中的胶结溶液通过胶结溶液注浆管Ⅱ注入地基4，同时打开双向泵3抽取胶结溶液抽浆管Ⅱ′周围的地下水，使地基4中产生恒定压力差驱动胶结溶液向土中渗流，先将胶结溶液抽浆管Ⅱ′抽取的地下水排出，当抽取的胶结溶液浓度稳定后，将抽取的胶结溶液通过胶结溶液注浆管Ⅱ重新循环注入地基4，使地基4中形成胶结溶液正循环注浆体系，提高胶结溶液的利用率，使胶结溶液快速、均匀的注入地基4；
d.将微生物菌液注浆管Ⅰ和微生物菌液抽浆管Ⅰ′的抽注功能互换，重复步骤b操作，使微生物菌液反向循环注入地基4；
e.将胶结溶液注浆管Ⅱ和胶结溶液抽浆管Ⅱ′的抽注功能互换，重复步骤c操作，使胶结溶液反向循环注入地基4；
f.根据地基4加固强度的需要，重复上述b、c、d、e步骤直至地基4满足加固要求；
所述的一种微生物循环注浆加固地基的方法，其特征在于步骤b中所述的微生物菌液中的微生物菌并非特指一种细菌，包括巴氏芽孢杆菌S.pasteurii、黄色粘球菌Myxococcus xanthus、反硝化微生物如Castellaniella denitrificans，其中每1L微生物菌液中含有胰蛋白胨15.0g、大豆蛋白胨5.0g、氯化钠5.0g以及尿素20.0g，调节微生物菌液的pH值为7.3，以适宜微生物菌生长；
所述的一种微生物循环注浆加固地基的方法，其特征在于步骤c中所述的胶结溶液浓度应根据待加固地基砂粒粒径大小来合理确定，其中胶结溶液是由氯化钙、尿素和去离子水组成，控制胶结溶液中氯化钙的浓度为0.20mol/L～0.30mol/L，尿素的浓度为0.40mol/L～0.60mol/L；
所述的一种微生物循环注浆加固地基的方法，其特征在于步骤d中所述的微生物菌液注浆管Ⅰ和抽浆管Ⅰ′的抽注功能可以相互转换，步骤e中胶结溶液注浆管(Ⅱ)和抽浆管Ⅱ′的抽注功能可以相互转换，从而使地基中分别独立地形成微生物菌液和胶结溶液正向循环和反向循环抽注体系；
有益效果：其一，注入的微生物菌液和胶结溶液可以循环使用，提高材料的利用率，节能减排、降低工程造价；其二，抽注结合，短时间内形成稳定注浆压力差，增大浆液流速，扩大加固半径，提高微生物注浆效率，缩短工期；其三，抽注微生物菌液管远离抽注胶结溶液管，避免两种浆液在管周附近相遇发生反应造成孔口阻塞；其四，浆液在土中正反循环交替，微生物菌液与胶结溶液流线正交，能使微生物诱导碳酸钙胶结反应均匀充分，显著提高加固地基的均匀性，提高加固效果。
附图说明
图1一种微生物循环注浆加固地基的方法示意图，
图a是注浆管和抽浆管平面布置图，
图b是微生物菌液正循环注入图，
图c是胶结溶液正循环注入图，
图d是微生物菌液反循环注入图，
图e是胶结溶液反循环注入图，
图f是微生物菌液与胶结溶液流线正交图；
附图标记：1.微生物菌液储液池；2.胶结溶液储液池；3.双向泵；4.地基；Ⅰ.微生物菌液注浆管；Ⅰ′.微生物菌液抽浆管；Ⅱ.胶结溶液注浆管；Ⅱ′.胶结溶液抽浆管。
具体实施方式
实施例1
在本例中，一种微生物循环注浆加固地基的方法用于加固砂土地基(如图1所示)，该方法包括以下步骤：
a.在待加固的砂土地基中用振动或锤击方式压入注浆管和抽浆管，间距为1.5m，加固深度10m，分别将微生物菌液注浆管Ⅰ和抽浆管Ⅰ′与微生物菌液储液池1相互连接，将胶结溶液注浆管Ⅱ和抽浆管Ⅱ′与胶结溶液储液池2相互连接；
b.将预先培养的微生物菌液注入微生物菌液储液池1，打开双向泵3将微生物菌液储液池1中的微生物菌液通过微生物菌液注浆管Ⅰ注入地基4，同时打开双向泵3抽取微生物菌液抽浆管Ⅰ′周围的地下水，使地基4中产生压力差从而形成微生物菌液的流通通道，先将微生物菌液抽浆管Ⅰ′抽取的地下水排出，当抽取的微生物菌液浓度稳定后，将抽取的微生物菌液重新注入微生物菌液储液池1，让微生物菌液正向循环注入地基4，循环2小时后，停止注入微生物菌液；
c.将配制的胶结溶液注入胶结溶液储液池2，打开双向泵3将胶结溶液储液池2中的胶结溶液通过胶结溶液注浆管Ⅱ注入地基4，同时打开双向泵3抽取胶结溶液抽浆管Ⅱ′周围的地下水，使地基4中产生恒定压力差驱动胶结溶液向土中渗流，先将胶结溶液抽浆管Ⅱ′抽取的地下水排出，当抽取的胶结溶液浓度稳定后，将抽取的胶结溶液重新循环注入胶结溶液储液池2，让胶结溶液正向循环注入地基4，循环2小时后，停止注入胶结溶液；
d.将微生物菌液注浆管Ⅰ和微生物菌液抽浆管Ⅰ′的抽注功能互换，重复步骤b操作，使微生物菌液反向循环注入地基4；
e.将胶结溶液注浆管Ⅱ和胶结溶液抽浆管Ⅱ′的抽注功能互换，重复步骤c操作，使胶结溶液反向循环注入地基4；
f.重复上述b、c、d、e步骤8次达到砂土地基加固要求；
实施例2
在本例中，一种微生物循环注浆加固地基的方法用于加固粉土地基(如图1所示)，该方法包括以下步骤：
a.在待加固的粉土地基中用振动或锤击方式压入注浆管和抽浆管，间距为1.0m，加固深度8m，分别将微生物菌液注浆管Ⅰ和抽浆管Ⅰ′与微生物菌液储液池1相互连接，将胶结溶液注浆管Ⅱ和抽浆管Ⅱ′与胶结溶液储液池2相互连接；
b.将预先培养的微生物菌液注入微生物菌液储液池1，打开双向泵3将微生物菌液储液池1中的微生物菌液通过微生物菌液注浆管Ⅰ注入地基4，同时打开双向泵3抽取微生物菌液抽浆管Ⅰ′周围的地下水，使地基4中产生压力差从而形成微生物菌液的流通通道，先将微生物菌液抽浆管Ⅰ′抽取的地下水排出，当抽取的微生物菌液浓度稳定后，将抽取的微生物菌液重新注入微生物菌液储液池1，让微生物菌液正向循环注入地基4，循环2小时后，停止注入微生物菌液；
c.将配制的胶结溶液注入胶结溶液储液池2，打开双向泵3将胶结溶液储液池2中的胶结溶液通过胶结溶液注浆管Ⅱ注入地基4，同时打开双向泵3抽取胶结溶液抽浆管Ⅱ′周围的地下水，使地基4中产生恒定压力差驱动胶结溶液向土中渗流，先将胶结溶液抽浆管Ⅱ′抽取的地下水排出，当抽取的胶结溶液浓度稳定后，将抽取的胶结溶液重新循环注入胶结溶液储液池2，让胶结溶液正向循环注入地基4，循环2小时后，停止注入胶结溶液；
d.将微生物菌液注浆管Ⅰ和微生物菌液抽浆管Ⅰ′的抽注功能互换，重复步骤b操作，使微生物菌液反向循环注入地基4；
e.将胶结溶液注浆管Ⅱ和胶结溶液抽浆管Ⅱ′的抽注功能互换，重复步骤c操作，使胶结溶液反向循环注入地基4；
f.重复上述b、c、d、e步骤12次达到粉土地基加固要求。
Claims (3)
1.一种微生物循环注浆加固地基的方法，其特征在于该方法步骤如下：
a.在待加固地基上间隔插入注浆管和抽浆管，分别为微生物菌液注浆管(Ⅰ)和微生物菌液抽浆管(Ⅰ′)，胶结溶液注浆管(Ⅱ)和胶结溶液抽浆管(Ⅱ′)，微生物菌液注浆管(Ⅰ)顶端与微生物菌液储液池(1)相连接，胶结溶液注浆管(Ⅱ)顶端与胶结溶液储液池(2)相连接；
b.打开双向泵(3)将微生物菌液储液池(1)中的微生物菌液通过微生物菌液注浆管(Ⅰ)注入地基(4)，同时打开双向泵(3)抽取微生物菌液抽浆管(Ⅰ′)周围的地下水，使地基(4)中产生压力差从而形成微生物菌液的流通通道，先将微生物菌液抽浆管(Ⅰ′)抽取的地下水排出，当抽取的微生物菌液浓度稳定后，将抽取的微生物菌液通过微生物菌液注浆管(Ⅰ)重新循环注入地基(4)，使地基(4)中形成微生物菌液正循环注浆体系，提高微生物菌液的利用率，以便微生物菌液快速、均匀的注入地基(4)；
c.打开双向泵(3)将胶结溶液储液池(2)中的胶结溶液通过胶结溶液注浆管(Ⅱ)注入地基(4)，同时打开双向泵(3)抽取胶结溶液抽浆管(Ⅱ′)周围的地下水，使地基(4)中产生恒定压力差驱动胶结溶液向土中渗流，先将胶结溶液抽浆管(Ⅱ′)抽取的地下水排出，当抽取的胶结溶液浓度稳定后，将抽取的胶结溶液通过胶结溶液注浆管(Ⅱ)重新循环注入地基(4)，使地基(4)中形成胶结溶液正循环注浆体系，提高胶结溶液的利用率，使胶结溶液快速、均匀的注入地基(4)；
d.将微生物菌液注浆管(Ⅰ)和微生物菌液抽浆管(Ⅰ′)的抽注功能互换，重复步骤b操作，使微生物菌液反向循环注入地基(4)；
e.将胶结溶液注浆管(Ⅱ)和胶结溶液抽浆管(Ⅱ′)的抽注功能互换，重复步骤c操作，使胶结溶液反向循环注入地基(4)；
f.根据地基(4)加固强度的需要，重复上述b、c、d、e步骤直至地基(4)满足加固要求。
2.根据权利要求1所述的一种微生物循环注浆加固地基的方法，其特征在于步骤c中所述的胶结溶液浓度应根据待加固地基砂粒粒径大小来合理确定，其中胶结溶液是由氯化钙、尿素和去离子水组成，控制胶结溶液中氯化钙的浓度为0.20mol/L～0.30mol/L，尿素的浓度为0.40mol/L～0.60mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种微生物循环注浆加固地基的方法，其特征在于步骤d中所述的微生物菌液注浆管(Ⅰ)和微生物菌液抽浆管(Ⅰ′)的抽注功能可以相互转换，步骤e中胶结溶液注浆管(Ⅱ)和胶结溶液抽浆管(Ⅱ′)的抽注功能可以相互转换，从而使地基中分别独立地形成微生物菌液和胶结溶液正向循环和反向循环抽注体系。
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- 2015-10-26 CN CN201510705086.2A patent/CN105350517B/zh not_active Expired - Fee Related
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Application publication date: 20160224 Assignee: Nanjing Grisvey Technology Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000298 Denomination of invention: Method for consolidating subsoil through microorganisms in circulating grouting mode Granted publication date: 20170623 License type: Common License Record date: 20181106 Application publication date: 20160224 Assignee: Nanjing Ruichi Engineering Technology Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000299 Denomination of invention: Method for consolidating subsoil through microorganisms in circulating grouting mode Granted publication date: 20170623 License type: Common License Record date: 20181106 |
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