CN105386436A - 一种微生物固土约束散体材料桩复合地基及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种微生物固土约束散体材料桩复合地基及施工方法，步骤包括：a.将桩管压入地基；b.同时将微生物菌液注入内外钢套管间隙中，使微生物菌液扩散到桩周地基中；c.将微生物菌液抽出并注入胶结溶液，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.向内钢套管的管孔内灌散体材料；f.铺设垫层形成复合地基，微生物固土约束散体材料桩复合地基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，防止散体材料桩出现桩径大小不一、鼓胀破坏、串桩等问题，微生物固化土能与桩联合承载，提高单桩承载力。
Description
技术领域
本发明涉及一种微生物固土约束散体材料桩复合地基及施工方法，属于建筑施工技术领域。
背景技术
散体材料桩具有施工简便、速度快、造价低、改良效果好等诸多优点，而且施工质量往往比现浇水泥桩容易得到保证，同时施工中由于土层地质变化易出现桩径大小不一、鼓胀破坏、串桩、塌孔、缩径等问题而影响其工作性能，此外，对于软弱地基，由于桩周土对散体材料约束性差，在成桩时需要投放大量的散体材料，不仅增加工程造价，而且延长施工周期，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、渗透性强、反应速率和胶结强度可控等优势，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
一种防止复合地基中散体材料桩鼓胀破坏的方法[蒋红英,宋亮亮.一种防止复合地基中散体材料桩鼓胀破坏的方法.发明专利.授权公告号CN103938608A.20140723]，其实现方法为：在散体材料桩的桩体外上部设置第一圈第一地基墙，相邻桩体外的第一地基墙连接有第二地基墙，桩管上设有振动装置，在桩管的顶部设有加料装置，加料装置包括加料口和上料斗，桩管在上拔的过程中，每当设置的窗口露出地面0.30-0.50m高度后，停止上拔，通过窗口向管内添加混凝土，边振动边缓慢上拔，直至单桩施工完毕。
现有技术一的缺点
采用实心砖砌筑地基墙的方法约束散体材料桩鼓胀破坏需要大量的砌筑材料，耗费大量的劳动力，增加工程造价，此外，当散体桩的内径较小时，需要扩大桩径才能砌筑实心砖，增加工程量，当散体材料桩的成桩深度较深时，人工无法砌筑，散体材料依然不受约束，仍会发生鼓胀破坏。
现有技术二的技术方案
土工织物散体桩处理软基的方法[冯守中.土工织物散体桩处理软基的方法.发明专利.授权公告号CN101392527A.20090325]，其实现方法为：由打桩锤将外钢套管打桩到设计深度，将土工织物桩筒套在内钢套管的下部，然后将钢套管和土工织物桩筒一起插入外钢套管的管孔内，最后向内钢套管的管孔内灌散体材料，形成散体桩。
现有技术二的缺点
采用土工织物约束散体材料成桩，桩周土体并未加固，形成的复合地基中只有桩承载力提高了，桩间土承载力没有提高，此外，外套管和内套管分两次压入地基，由于内外管之间的距离狭小，施工难度大。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服当前散体材料桩在砂土、粉土、淤泥质土地基，在施工过程中出现桩径大小不一、鼓胀破坏、串桩、塌孔、缩径、承载力低等质量问题与不足，使桩的承载力难以有效发挥，发明了一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，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，对桩周地基进行固化，防止散体材料桩在施工过程中出现桩径大小不一、鼓胀破坏、串桩、塌孔、缩径等质量问题，此外被固化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桩管压入地基，在桩管压入地基过程中，将微生物菌液注入桩管内钢套管和外钢套管的间隙中，并始终保持桩管内钢套管和外钢套管间隙中的微生物菌液液面高出地面1-2m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管周围的地基土中扩散，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－cellularpolymericsubstances，然后将桩管内钢套管和外钢套管间隙中的微生物菌液抽出，迅速将胶结溶液注入桩管内钢套管和外钢套管的间隙中，并与已扩散到桩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，然后向内钢套管的管孔内灌散体材料，并将桩管拔出，形成散体材料桩，最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层形成散体材料桩复合地基。
一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，该散体材料桩复合地基由微生物固化土、散体材料桩芯、垫层和地基组成，所述的微生物固化土是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土固化而成，所述的散体材料桩芯包括砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石。
所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，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约束散体材料桩复合地基，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施工地基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。
一种微生物固土约束散体材料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方式将桩管压入地基；
b.在桩管压入地基的同时，打开双向泵，通过注浆管将微生物菌液注入桩管内钢套管和外钢套管的间隙中，并始终保持桩管内钢套管和外钢套管间隙中的微生物菌液液面高出地面1-2m与地下水产生水头差，使微生物菌液向桩管周围的地基土中扩散，并吸附于土体颗粒之上，然后打开双向泵，通过抽浆管将内钢套管和外钢套管间隙中的微生物菌液抽出注入微生物菌液储液池，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，迅速打开双向泵，通过注浆管将胶结溶液注入桩管内钢套管和外钢套管的间隙中，利用桩管内胶结溶液液面高出地面1-2m与地下水产生水头差，使胶结溶液向桩管周围的砂土地基扩散，并与已渗入桩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，然后打开双向泵，通过抽浆管将内钢套管和外钢套管间隙中的的胶结溶液抽出注入胶结溶液储液池，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直至桩周地基满足加固要求；
e.向内钢套管的管孔内灌散体材料，然后将桩管拔出，形成散体材料桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层形成散体材料桩复合地基。
所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基的施工方法，所述的桩管由内钢套管和外钢套管组成，内钢套管与外钢套管之间留有间隙，并通过肋板焊接成一个整体，且外钢套管表面带有供注浆的孔洞。
所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基的施工方法，所述的内钢套管与外钢套管的间隙中放有抽浆管和注浆管。
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，对桩周地基土进行胶结固化，能防止在施工过程中出现桩径大小不一、鼓胀破坏、串桩、塌孔、缩径等质量问题；其二，胶结固化的桩周地基土不仅提高了桩间土的承载力，而且强化了散体材料桩的侧向约束，提高了单桩承载力，使整个复合地基的承载力都得到提高；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，微生物固土材料渗透性强、反应速率和胶结强度可控、施工周期短，具有环保与生态相容性。
附图说明
图1是一种微生物固土约束散体材料桩复合地基示意图，
图2一种微生物固土约束散体材料桩复合地基的施工方法示意图，
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.外钢套管；11.内钢套管；12.注浆管；13.抽浆管；14.微生物固化土；15.散体材料桩芯；16.垫层。
具体实施方式
实施例1一种微生物固土约束散体材料桩复合地基及施工方法
一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，该散体材料桩复合地基由微生物固化土14、散体材料桩芯15、垫层16和地基6组成，所述的微生物固化土14是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土固化而成，所述的散体材料桩芯15包括砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石。
所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，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约束散体材料桩复合地基，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施工地基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，一种微生物固土约束散体材料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，打开压力泵9，通过注浆管12将预先培养的微生物菌液注入桩管4内钢套管11和外钢套管10的间隙中，并始终保持桩管4内钢套管11和外钢套管10间隙中的微生物菌液液面高出地面1-2m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，静置20分钟后，打开压力泵9，通过抽浆管13将内钢套管11和外钢套管10间隙中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，迅速打开压力泵9，通过注浆管12将配置的胶结溶液注入桩管4内钢套管11和外钢套管10的间隙中，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1-2m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，并与已渗入桩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，反应20分钟后打开压力泵9，通过抽浆管13将内钢套管11和外钢套管10间隙中的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.向内钢套管11的管孔内灌散体材料，然后将桩管4拔出，形成散体材料桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层16形成散体材料桩复合地基。
实施例2一种微生物固土约束散体材料桩复合地基及施工方法
一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，该散体材料桩复合地基由微生物固化土14、散体材料桩芯15、垫层16和地基6组成，所述的微生物固化土14是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土固化而成，所述的散体材料桩芯15包括砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石。
所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，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约束散体材料桩复合地基，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施工地基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，一种微生物固土约束散体材料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，打开压力泵9，通过注浆管12将预先培养的微生物菌液注入桩管4内钢套管11和外钢套管10的间隙中，并始终保持桩管4内钢套管11和外钢套管10间隙中的微生物菌液液面高出地面1-2m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，静置20分钟后，打开压力泵9，通过抽浆管13将内钢套管11和外钢套管10间隙中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；
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d.重复步骤b、c6次；
e.向内钢套管11的管孔内灌散体材料，然后将桩管4拔出，形成散体材料桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层16形成散体材料桩复合地基。
实施例3一种微生物固土约束散体材料桩复合地基及施工方法
一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，该散体材料桩复合地基由微生物固化土14、散体材料桩芯15、垫层16和地基6组成，所述的微生物固化土14是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土固化而成，所述的散体材料桩芯15包括砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石。
所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，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约束散体材料桩复合地基，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施工地基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，一种微生物固土约束散体材料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，打开压力泵9，通过注浆管12将预先培养的微生物菌液注入桩管4内钢套管11和外钢套管10的间隙中，并始终保持桩管4内钢套管11和外钢套管10间隙中的微生物菌液液面高出地面1-2m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30分钟后，打开压力泵9，通过抽浆管13将内钢套管11和外钢套管10间隙中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，迅速打开压力泵9，通过注浆管12将配置的胶结溶液注入桩管4内钢套管11和外钢套管10的间隙中，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1-2m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，并与已渗入桩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，反应30分钟后打开压力泵9，通过抽浆管13将内钢套管11和外钢套管10间隙中的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.向内钢套管11的管孔内灌散体材料，然后将桩管4拔出，形成散体材料桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层16形成散体材料桩复合地基。
Claims (6)
1.一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，其特征在于，该散体材料桩复合地基由微生物固化土（14）、散体材料桩芯（15）、垫层（16）和地基（6）组成，所述的微生物固化土（14）是由微生物菌液和胶结溶液反应产生的碳酸钙结晶，胶结松散的砂土或粉土固化而成，所述的散体材料桩芯（15）包括砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石。
2.根据权利要求1所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，其特征在于，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。
3.根据权利要求1所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基，其特征在于，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施工地基（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。
4.一种微生物固土约束散体材料桩复合地基的施工方法，其特征在于，该施工方法步骤如下：
a.首先通过振动或锤击方式将桩管（4）压入地基（6）；
b.在桩管（4）压入地基（6）的同时，打开双向泵（9），通过注浆管（12）将微生物菌液注入桩管（4）内钢套管（11）和外钢套管（10）的间隙中，并始终保持桩管（4）内钢套管（11）和外钢套管（10）间隙中的微生物菌液液面高出地面1-2m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，然后打开双向泵（9），通过抽浆管（13）将内钢套管（11）和外钢套管（10）间隙中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，迅速打开双向泵（9），通过注浆管（12）将胶结溶液注入桩管（4）内钢套管（11）和外钢套管（10）的间隙中，利用桩管（4）内胶结溶液液面高出地面1-2m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，并与已渗入桩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，然后打开双向泵（9），通过抽浆管（13）将内钢套管（11）和外钢套管（10）间隙中的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直至桩周地基（6）满足加固要求；
e.向内钢套管（11）的管孔内灌散体材料，然后将桩管（4）拔出，形成散体材料桩；
f.最后在地表铺设30cm厚粗砂或碎石垫层（16）形成散体材料桩复合地基。
5.根据权利要求4所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基的施工方法，其特征在于，所述的桩管（4）由内钢套管（11）和外钢套管（10）组成，内钢套管（11）与外钢套管（10）之间留有间隙，并通过肋板焊接成一个整体，且外钢套管（10）表面带有供注浆的孔洞。
6.根据权利要求4所述的一种微生物固土约束散体材料桩复合地基的施工方法，其特征在于，所述的内钢套管（11）与外钢套管（10）的间隙中放有抽浆管（13）和注浆管（12）。
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