CN105386433B - 一种微生物固土cfg桩复合地基及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种微生物固土CFG桩复合地基及施工方法，步骤包括：a.将桩管压入地基；b.同时向桩管内注入微生物菌液，使微生物菌液向桩管周围的地基扩散；c.将微生物菌液抽出并将胶结溶液注入桩管，使胶结溶液扩散到桩周地基，并与微生物菌液发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土；d.重复步骤b、c直至桩周土满足加固要求；e.边灌注水泥粉煤灰碎石边拔管成桩；f.铺设垫层形成CFG桩复合地基；微生物固土CFG桩采用微生物菌液和胶结溶液反应产生碳酸钙对桩周土进行固化，提高桩周土强度，防止在成桩的过程中出现缩颈、断桩、夹泥等质量问题，而且被固化土体能与桩联合承载，有效提高单桩的承载力。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物固土CFG桩复合地基及施工方法，属于建筑施工技术领域。
背景技术
CFG桩复合地基以其成桩设备简单、施工方便、适用性广等优点而广泛应用于砂土、粉土、淤泥质土地基，同时由于单桩承载力低、桩身离析、夹泥、缩径以及机械开挖造成的桩身断裂等质量问题而影响其工作性能，而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，同时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。
现有技术一的技术方案
一种CFG桩的施工工艺[吴良斌.一种CFG桩的施工工艺.发明专利.授权公告号CN102839656A.20121226]，其实现方法为：将桩管打至设计深度，并将与桩径相适配的袋子的上部套设在输送泵的泵管上，通过输送泵往袋子内灌注桩体材料至设计桩顶，然后将桩管提起，同时向袋子中补充桩体材料至设计桩顶成桩。
现有技术一的缺点
采用袋子约束桩体材料成桩，桩周土体并未加固，桩间土承载力没有提高，此外，由于是挤土成桩，当桩管提起后，极易造成桩身缩径、甚至断桩，严重影响单桩承载力。
现有技术二的技术方案
一种新型非取土CFG桩的施工方法[马春根,曹开伟,熊小林,谢日辉,沈佳.一种新型非取土CFG桩的施工方法.发明专利.授权公告号CN104846812A.20150819]，其实现方法为：将非取土钻至预定桩孔深度后，提起分层挤土钻杆30cm，开启混凝土泵向桩孔底部压混凝土，同时慢速顺时针旋转并提起分层挤土钻杆直至压灌到设计桩顶标高，完成桩体施工。
现有技术二的缺点
采去分层、多次注入混凝土，桩周土体并未加固，桩间土承载力没有提高，此外，对于软硬土层交界处拔管速度不加控制，或者桩管内混凝土投入较少或成桩过程多次加料，极易造成桩身缩径、夹泥，甚至断桩，严重影响单桩承载力。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服当前CFG桩复合地基在砂土、粉土、淤泥质土地基施工过程中出现桩身离析、夹泥、缩径、断桩等质量问题，使桩的承载力难以有效发挥，发明了一种微生物固土CFG桩复合地基，提供了一种利用微生物菌液和胶结溶液交替渗入桩周地基，并发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土，对桩周地基进行加固，防止在拔管过程中出现缩径、断桩、夹泥等质量问题，此外被加固土体能与桩联合承载，有效提高单桩承载力的新技术。
技术方案：本发明的原理为：首先通过振动或锤击方式将表面带有供注浆孔洞的桩管4压入地基6，在桩管4压入地基6过程中，将微生物菌液注入桩管4，并始终保持桩管4内微生物菌液液面高出地面2～4m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管4周围的地基6土中扩散，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EPSExtra－cellular polymeric substances，然后将桩管4内的微生物菌液抽出后，迅速将胶结溶液注入桩管4，并与已渗入管周土体的微生物菌液发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土，提高管周土体的强度，然后抽出胶结溶液，用导管从桩管底部开始迅速灌注水泥粉煤灰碎石，边灌注边拔桩管4，形成CFG桩，最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层12形成CFG桩复合地基。
一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的CFG桩复合地基由微生物固化土11、CFG芯桩10、垫层12和地基6组成，其中，微生物固化土11是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶及胶结松散的砂土或粉土固化而成。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的微生物菌液是由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii及培养液组成，其中，每1L培养液中含有胰蛋白胨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。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的胶结溶液为氯化钙水溶液，其中，氯化钙水溶液浓度应根据地基6的砂粒粒径大小来合理确定，控制胶结溶液中氯化钙的浓度为0.10mol/L～1.00mol/L，尿素的浓度为0.10mol/L～1.00mol/L。
一种微生物固土CFG桩复合地基的施工方法，该施工方法步骤如下：
a.首先通过振动或锤击的方式将表面带有供注浆孔洞的桩管4压入地基6；
b.在桩管4压入地基6的同时，打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14将微生物菌液注入桩管4，并始终保持桩管4内微生物菌液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管4周围的地基6土中扩散，并吸附于土体颗粒之上，然后打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的微生物菌液抽出，注入微生物菌液储液池7，抽出的微生物菌液可以循环使用，提高微生物菌液的利用率；
c.当微生物菌液抽取完毕后，打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14迅速将胶结溶液注入桩管4，利用桩管4内胶结溶液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使胶结溶液向桩管4周围的地基6扩散，并与已渗入管周土体的微生物菌液发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土，提高桩周土体的强度，然后打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的胶结溶液抽出注入胶结溶液储液池8，抽出的胶结溶液可以循环使用，提高胶结溶液的利用率；
d.重复步骤b、c直至桩周土满足加固要求；
e.利用导管从桩管4底部开始迅速灌注水泥粉煤灰碎石，边灌注边拔桩管4，形成CFG桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层12形成CFG桩复合地基。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基的施工方法，步骤b、c中所述的微生物菌液和胶结溶液是在水头差作用下自由向桩管4周围地基6扩散，或者通过加压方式向桩管4周围地基6扩散。
有益效果：其一，微生物菌液和胶结溶液发生反应产生碳酸钙胶结松散的砂土或粉土，对桩周地基进行胶结固化，提高桩周地基土强度，防止在拔管过程中出现缩颈、断桩、夹泥等质量问题；其二，成桩后桩身混凝土与胶结固化的桩周土联合承载，提高单桩承载力；其三，注入的微生物菌液和胶结溶液能够循环使用，提高材料的利用率，节能减排、降低工程造价；其四，微生物固土材料施工周期短，具有环保与生态相容性。
附图说明
图1是微生物固土CFG桩复合地基示意图，
图2一种微生物固土CFG桩复合地基及施工方法施工过程示意图，
图a是沉管示意图，
图b是微生物菌液循环扩散渗入地基示意图，
图c是胶结溶液循环扩散渗入地基示意图，
附图标记：1.枕木；2.沉管灌注机；3.桩锤；4.桩管；5.预制桩靴；6.地基；7.微生物菌液储液池；8.胶结溶液储液池；9.压力泵；10.CFG芯桩；11.微生物固化土；12.垫层；13.抽浆管；14.注浆管。
具体实施方式
实施例1一种微生物固土CFG桩复合地基及施工方法
一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的CFG桩复合地基由微生物固化土11、CFG芯桩10、垫层12和地基6组成，其中，微生物固化土11是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶及胶结松散的砂土或粉土固化而成。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的微生物菌液是由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii及培养液组成，其中，每1L培养液中含有胰蛋白胨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。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的胶结溶液为氯化钙水溶液，其中，氯化钙水溶液浓度应根据地基6的砂粒粒径大小来合理确定，控制胶结溶液中氯化钙的浓度为1.00mol/L，尿素的浓度为1.00mol/L。
在本例中，一种微生物固土CFG桩复合地基的施工方法用于砂土地基如图2所示，该施工方法步骤如下：
a.首先通过振动或锤击方式将表面带有供注浆孔洞的桩管4压入砂土地基6；
b.在桩管4压入砂土地基6的同时，打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14将预先培养的微生物菌液注入桩管4，并始终保持桩管4内微生物菌液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管4周围的砂土地基6土中扩散，并吸附于土体颗粒之上，静置30分钟后，打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的微生物菌液抽出注入微生物菌液储液池7，抽出的微生物菌液可以循环使用，提高微生物菌液的利用率；
c.当微生物菌液抽取完毕后，迅速打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14将配置的胶结溶液注入桩管4，其中氯化钙的浓度为1.00mol/L，尿素的浓度为1.00mol/L，利用桩管4内胶结溶液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使胶结溶液向桩管4周围的砂土地基6扩散，并与已渗入管周土体的微生物菌液发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的砂土，提高桩周土体的强度，然后打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的胶结溶液抽出注入胶结溶液储液池8，抽出的胶结溶液可以循环使用，提高胶结溶液的利用率；
d.重复步骤b、c4次；
e.将胶结溶液抽出，利用导管从桩管4底部开始迅速灌注水泥粉煤灰碎石，边灌注边拔桩管4，形成CFG桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层12形成CFG桩复合地基。
实施例2一种微生物固土CFG桩复合地基及施工方法
一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的CFG桩复合地基由微生物固化土11、CFG芯桩10、垫层12和地基6组成，其中，微生物固化土11是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶及胶结松散的砂土或粉土固化而成。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的微生物菌液是由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii及培养液组成，其中，每1L培养液中含有胰蛋白胨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。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的胶结溶液为氯化钙水溶液，其中，氯化钙水溶液浓度应根据地基6的砂粒粒径大小来合理确定，控制胶结溶液中氯化钙的浓度为0.50mol/L，尿素的浓度为0.50mol/L。
在本例中，一种微生物固土CFG桩复合地基用于砂土地基如图2所示，该施工方法步骤如下：
a.首先通过振动或锤击方式将表面带有供注浆孔洞的桩管4压入砂土地基6；
b.在桩管4压入砂土地基6的同时，打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14将预先培养的微生物菌液注入桩管4，并始终保持桩管4内微生物菌液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管4周围的砂土地基6土中扩散，并吸附于土体颗粒之上，静置30分钟后，打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的微生物菌液抽出注入微生物菌液储液池7，抽出的微生物菌液可以循环使用，提高微生物菌液的利用率；
c.当微生物菌液抽取完毕后，迅速打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14将配置的胶结溶液注入桩管4，其中氯化钙的浓度为0.50mol/L，尿素的浓度为0.50mol/L，利用桩管4内胶结溶液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使胶结溶液向桩管4周围的砂土地基6扩散，并与已渗入管周土体的微生物菌液发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的砂土，提高桩周土体的强度，然后打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的胶结溶液抽出注入胶结溶液储液池8，抽出的胶结溶液可以循环使用，提高胶结溶液的利用率；
d.重复步骤b、c6次；
e.将胶结溶液抽出，利用导管从桩管4底部开始迅速灌注水泥粉煤灰碎石，边灌注边拔桩管4，形成CFG桩。
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层12形成CFG桩复合地基。
实施例3一种微生物固土CFG桩复合地基及施工方法
一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的CFG桩复合地基由微生物固化土11、CFG芯桩10、垫层12和地基6组成，其中，微生物固化土11是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶及胶结松散的砂土或粉土固化而成。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的微生物菌液是由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii及培养液组成，其中，每1L培养液中含有胰蛋白胨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。
所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，所述的胶结溶液为氯化钙水溶液，其中，氯化钙水溶液浓度应根据地基6的砂粒粒径大小来合理确定，控制胶结溶液中氯化钙的浓度为0.10mol/L，尿素的浓度为0.10mol/L。
在本例中，一种微生物固土CFG桩复合地基的施工方法用于粉土地基如图2所示，该施工方法步骤如下：
a.首先通过振动或锤击方式将表面带有供注浆孔洞的桩管4压入粉土地基6；
b.在桩管4压入粉土地基6的同时，打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14将预先培养的微生物菌液注入桩管4，并始终保持桩管4内微生物菌液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管4周围的粉土地基6土中扩散，并吸附于土体颗粒之上，静置60分钟后，打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的微生物菌液抽出注入微生物菌液储液池7，抽出的微生物菌液可以循环使用，提高微生物菌液的利用率；
c.当微生物菌液抽取完毕后，迅速打开与注浆管14相连的压力泵9，通过注浆管14将配置的胶结溶液注入桩管4，其中，氯化钙的浓度为0.10mol/L，尿素的浓度为0.10mol/L，利用桩管4内胶结溶液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使胶结溶液向桩管4周围的粉土地基6扩散，并与已渗入管周土体的微生物菌液发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的粉土，提高桩周土体的强度，然后打开与抽浆管13相连的压力泵9，通过抽浆管13将桩管4内的胶结溶液抽出注入胶结溶液储液池8，抽出的胶结溶液可以循环使用，提高胶结溶液的利用率；
d.重复步骤b、c8次；
e.将胶结溶液抽出，利用导管从桩管4底部开始迅速灌注水泥粉煤灰碎石，边灌注边拔桩管4，形成CFG桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层12形成CFG桩复合地基。
Claims (4)
1.一种微生物固土CFG桩复合地基，其特征在于所述的CFG桩复合地基由微生物固化土(11)、CFG芯桩(10)、垫层(12)和地基(6)组成，其中微生物固化土(11)是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶及胶结松散的砂土或粉土固化而成。
2.根据权利要求1所述的一种微生物固土CFG桩复合地基，其特征在于中所述的胶结溶液为氯化钙与尿素水溶液，其中氯化钙与尿素水溶液浓度应根据地基(6)的砂粒粒径大小来合理确定，控制胶结溶液中氯化钙的浓度为0.10mol/L～1.00mol/L，尿素的浓度为0.10mol/L～1.00mol/L。
3.一种微生物固土CFG桩复合地基的施工方法，其特征在于该方法步骤如下：
a.在将表面带有注浆孔洞的桩管(4)压入地基(6)的同时，打开与注浆管(14)相连的压力泵(9)，通过注浆管(14)将微生物菌液注入桩管(4)，并始终保持桩管(4)内微生物菌液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管(4)周围的地基(6)土中扩散，并吸附于土体颗粒之上，然后打开与抽浆管(13)相连的压力泵(9)，通过抽浆管(13)将桩管(4)内的微生物菌液抽出，注入微生物菌液储液池(7)，抽出的微生物菌液可以循环使用，提高微生物菌液的利用率；
b.当微生物菌液抽取完毕后，打开与注浆管(14)相连的压力泵(9)，通过注浆管(14)迅速将胶结溶液注入桩管(4)，利用桩管(4)内胶结溶液液面高出地面2-4m与地下水产生水头差，使胶结溶液向桩管(4)周围的地基(6)扩散，并与已渗入管周土体的微生物菌液发生反应产生碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土，提高桩周土体的强度，然后打开与抽浆管(13)相连的压力泵(9)，通过抽浆管(13)将桩管(4)内的胶结溶液抽出注入胶结溶液储液池(8)，抽出的胶结溶液可以循环使用，提高胶结溶液的利用率；
c.重复步骤a、b直至桩周土满足加固要求；
其中，微生物菌液是由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii及培养液组成，每1L培养液中含有胰蛋白胨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；胶结溶液为氯化钙与尿素水溶液，胶结溶液中氯化钙的浓度为0.10mol/L～1.00mol/L，尿素的浓度为0.10mol/L～1.00mol/L。
4.根据权利要求3所述的一种微生物固土CFG桩复合地基的施工方法，其特征在 于步骤a、b中所述的微生物菌液和胶结溶液是在水头差作用下自由向桩管(4)周围地基(6)扩散，或者通过加压方式向桩管(4)周围地基(6)扩散。
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