CN107859035A - 以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，包括水泥浆液容器，水泥浆液容器内部中心设置菌液及培养液容器，菌液及培养液容器经连接管与微生物载体溶液搅拌装置连通，水泥浆液容器下部设置有两根与其内部相通的注浆管和一根与菌液及培养液容器相通的菌液及培养液管；水泥浆液容器上部设置有水泥搅拌机，水泥搅拌机驱动菌液及培养液管和注浆管内的旋转叶片及末端外部设置的搅拌叶片转动；微生物载体溶液搅拌装置包括筒体，筒体上部设置有端盖，端盖中心设置有一根延伸至筒体内的注水管，注水管末端设置有搅拌刀具，筒体内水平设置有升降隔板，升降隔板经多根穿过端盖的竖杆与提手相连。本发明还公开了利用该装置的制备方法。

Description

以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置及方法

技术领域

本发明涉及一种土建工程技术，尤其是一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置及方法。

背景技术

我国的软土大部分分布在沿海地带，随着东南沿海地区的经济飞速发展，在软土这一特殊土层上进行基础建设或者进行地下工程的施工也变得日益频繁起来。软土地基具有低透水性、高压缩性以及低强度的特点，所以要想在这样的地基土上进行基础建设，必须对地基土进行加固，由于桩基础适用于中高层及大型厂房，故沿海一带的地基加固中，使用桩基础进行加固的工程也比比皆，但是水泥土搅拌桩桩身强度不足。

微生物加固地基土的时候，为了保证微生物在其最适宜温度下，保证微生物新陈代谢的高效性，需要在其反应时给予一定的加温措施，微生物加固有加固原理简单，反应速率可控，环境友好等特点，但是加固后的土体仍有一定的透水性，在防渗方面仍有待提高，最重要的一个问题是，经过微生物加固后的土体，强度均匀性不好，先接触菌液的地方强度较高，生成的碳酸钙含量较多，但是后接触菌液的土体，强度较低，生成的碳酸钙的含量也较少。

水泥土搅拌桩是软基处理的一种有效形式，是一种将水泥作为固化剂的主剂，利用搅拌桩机将水泥喷入土体并充分搅拌，使水泥与土发生一系列物理化学反应，使软土硬结而提高地基强度的工地工程机械设备。但是搅拌桩由于压缩模量较小，其传递荷载的能力较小，故在荷载作用下，大部分水泥土搅拌桩的荷载都只留在了桩身上部，这样，在较小的摩擦力作用下，桩侧摩阻力达到了极限并发生了破坏，因此水泥土搅拌桩桩身强度以及承载力比一般的刚性桩承载力小。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，包括水泥浆液容器，水泥浆液容器内部中心设置有一独立的菌液及培养液容器，菌液及培养液容器通过连接管与水泥浆液容器外部的微生物载体溶液搅拌装置连通，水泥浆液容器下部设置有两根与其内部相通的注浆管和一根与菌液及培养液容器相通的菌液及培养液管；水泥浆液容器上部设置有水泥搅拌机，水泥搅拌机驱动菌液及培养液管和注浆管内的旋转叶片及末端外部设置的搅拌叶片转动；

所述微生物载体溶液搅拌装置包括一筒体，筒体上部设置有一端盖，端盖中心设置有一根延伸至筒体内的注水管，注水管末端设置有一个能够自由转动的搅拌刀具，筒体内水平设置有升降隔板，所述升降隔板与多个能自由穿过端盖的竖杆相连，竖杆的上端固定在提手上，端盖下部的筒体侧面上设置有与菌液及培养液容器连通的连接管。

所述升降隔板为圆盘状，且升降隔板的直径与筒体内径相等，升降隔板与筒体内壁为过渡配合，升降隔板能够在筒体内自由上下滑动。

所述筒体为圆筒。

所述提手包括一圆盘，圆盘底部与竖杆上端固定连接，圆盘上表面上设置有一把手。

所述菌液及培养液管位于两根注浆管之间。

所述菌液及培养液管的长度小于注浆管的长度，菌液及培养液管与注浆管的上端齐平，菌液及培养液管下端口高于注浆管的下端口。

所述搅拌刀具安装在注水管上，由电机驱动。

一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备方法，包括以下步骤：

1）将硫铝酸钙粉末和粉煤灰以重量比4:1的比例配合，放入微生物载体溶液搅拌装置内的升降隔板上，然后通过提手提升升降隔板，由搅拌刀具转动搅拌使硫铝酸钙粉末和粉煤灰均匀混合，；

2）在30℃高温下处理18h并经过以8000rpm，4℃条件下离心10min得到处理后的微生物孢子溶液；

3）将步骤2）中制取的微生物孢子溶液的下层悬浊液由注水管通入步骤1）中混合均匀的硫铝酸钙粉末和粉煤灰中形成混合液；

4）再通过提手把升降隔板放下，使步骤3）中的混合液静置凝结；

5）再通过提手把升降隔板提起，将步骤4）静置凝结的粉煤灰及硫铝酸钙碾成粉末，加入与粉末等体积水配置成浆液；

6）将步骤5）中的浆液由连接管灌注到菌液及培养液容器中；

7）桩位放样、钻机就位、检验、调整钻机、正循环钻进至设计深度，打开高压注浆泵；

8）反循环提钻并喷入以硫铝酸钙和粉煤灰为载体的菌种溶液至工作基准面以下0.3m；

9）重复搅拌下钻至设计深度、反循环提钻并喷水泥浆、反循环提钻重复搅拌下钻至设计深度；

10）正循环提钻并喷培养液、重复搅拌下钻至设计深度；

11）成桩结束、施工下一根桩。

在施工之前，搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍(包括大块石、树根和生活垃圾等)。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。水泥搅拌桩应采用合格等级强度普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。

水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。

水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。

桩位放样：根据桩位设计平面图进行测量放线，定出每一个桩位，误差要求小于钻机定位：依据放样点使钻机定位，钻头正对桩位中心。用经纬仪确定层向轨与搅拌轴垂直，调平底盘，保证桩机主轴倾斜度不大于1%。钻进：启动钻机钻至设计深度，在钻进过程中同时启动喷浆泵，使水泥浆通过喷浆泵喷入被搅动的土中，使水泥和土进行充分拌合。在搅拌过程中，记录人应记读数表变化情况。重复搅拌和提升：采用二喷四搅工艺，待重复搅拌提升到桩体顶部时，关闭喷浆泵，停止搅拌，桩体完成，桩机移至下一桩位重复上述过程细碎机。

施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施。

微生物在水化热的作用下，较易达到最佳生长温度，因此，在进行水泥土搅拌完成后通入微生物菌液与直接通入菌液比，微生物的繁殖，存活等能够更加的高效。

同时，由于硫铝酸钙和粉煤灰中有微生物新陈代谢需要的钙源并在水化后为多孔结构，将粉煤灰和硫铝酸钙作为微生物存活的载体，不仅可以加大微生物固定在土壤中的数量，改善加固土体时均匀性的问题，还可以在碱性环境中生成具有胶凝作用的氢氧化铝胶体，对土体的强度有明显的改善作用。在加固菌液以后，水泥土搅拌桩的成桩强度与仅进行水泥土搅拌桩相比有一定程度的提高，水泥土桩内部由于水泥固化时产生的微小裂纹也可由微生物后期修复，因此也增强了该水泥土桩的耐久性。利用生物灌浆加固与传统的化学灌浆相比也是一种十分环保的加固方法。 附图说明

图1是本发明装备装置结构示意图；

图2是微生物载体溶液搅拌装置结构示意图；

图3是本发明制备方法流程图；

其中，1.水泥浆液容器，2.菌液及培养液容器，3.连接管，4. 微生物载体溶液搅拌装置，5.注浆管，6.菌液及培养液管，7.水泥搅拌机，8.旋转叶片，9.搅拌叶片，10.筒体，11.端盖，12.注水管，13.搅拌刀具，14.升降隔板，15.竖杆，16.提手，17.圆盘，18.把手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，包括水泥浆液容器1，水泥浆液容器1内部中心设置有一独立的菌液及培养液容器2，菌液及培养液容器2通过连接管3与水泥浆液容器1外部的微生物载体溶液搅拌装置4连通，水泥浆液容器1下部设置有两根与其内部相通的注浆管5和一根与菌液及培养液容器2相通的菌液及培养液管6；菌液及培养液管6位于两根注浆管5之间。菌液及培养液管6的长度小于注浆管5的长度，菌液及培养液管6与注浆管5的上端齐平，菌液及培养液管6下端口高于注浆管5的下端口。

水泥浆液容器1上部设置有水泥搅拌机7，水泥搅拌机7驱动菌液及培养液管6和注浆管5内的旋转叶片8及末端外部设置的搅拌叶片9转动；

微生物载体溶液搅拌装置4包括一筒体10，筒体10为圆筒，筒体10上部设置有一端盖11，端盖11中心设置有一根延伸至筒体内的注水管12，注水管12末端设置有一个能够自由转动的搅拌刀具13，搅拌刀具13安装在注水管12上 刀具转动是由外部电机提供转动外力），筒体10内水平设置有升降隔板14，所述升降隔板14与多个能自由穿过端盖的竖杆15相连，竖杆15的上端固定在提手16上，端盖11下部的筒体10侧面上设置有与菌液及培养液容器2连通的连接管3。

升降隔板14为圆盘状，且升降隔板14的直径与筒体10内径相等，升降隔板14与筒体10内壁为过渡配合，升降隔板14能够在筒体10内自由上下滑动。

提手16包括一圆盘17，圆盘17底部与竖杆15上端固定连接，圆盘17上表面上设置有一把手18。

一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备方法，包括以下步骤：

1）将硫铝酸钙粉末和粉煤灰以重量比4:1的比例配合，放入微生物载体溶液搅拌装置内的升降隔板上，然后通过提手提升升降隔板，由搅拌刀具转动搅拌使硫铝酸钙粉末和粉煤灰均匀混合；

2）在30℃高温下处理18h并经过以8000rpm，4℃条件下离心10min得到处理后的微生物孢子溶液；

3）将步骤2）中制取的微生物孢子溶液的下层悬浊液由注水管通入步骤1）中混合均匀的硫铝酸钙粉末和粉煤灰中形成混合液；

4）再通过提手把升降隔板放下，使步骤3）中的混合液静置凝结；

5）再通过提手把升降隔板提起，将步骤4）静置凝结的粉煤灰及硫铝酸钙碾成粉末，加入与粉末等体积水配置成浆液；

6）将步骤5）中的浆液由连接管灌注到菌液及培养液容器中；

7）桩位放样、钻机就位、检验、调整钻机、正循环钻进至设计深度，打开高压注浆泵；

8）反循环提钻并喷入以硫铝酸钙和粉煤灰为载体的菌种溶液至工作基准面以下0.3m；

9）重复搅拌下钻至设计深度、反循环提钻并喷水泥浆、反循环提钻重复搅拌下钻至设计深度；

10）正循环提钻并喷培养液、重复搅拌下钻至设计深度；

11）成桩结束、施工下一根桩。

在施工之前，搅拌桩施工场地应事先平整，清除桩位处地上、地下一切障碍(包括大块石、树根和生活垃圾等)。场地低洼时应回填粘土，不得回填杂土。水泥搅拌桩应采用合格等级强度普通硅酸盐袋装水泥以便于计量。

水泥搅拌桩施工机械应配备电脑记录仪及打印设备，以便了解和控制水泥浆用量及喷浆均匀程度。

水泥搅拌桩施工机械必须具备良好及稳定的性能，所有钻机开钻之前应由监理工程师和项目经理部组织检查验收合格后方可开钻。

桩位放样：根据桩位设计平面图进行测量放线，定出每一个桩位，误差要求小于钻机定位：依据放样点使钻机定位，钻头正对桩位中心。用经纬仪确定层向轨与搅拌轴垂直，调平底盘，保证桩机主轴倾斜度不大于1%。钻进：启动钻机钻至设计深度，在钻进过程中同时启动喷浆泵，使水泥浆通过喷浆泵喷入被搅动的土中，使水泥和土进行充分拌合。在搅拌过程中，记录人应记读数表变化情况。重复搅拌和提升：采用二喷四搅工艺，待重复搅拌提升到桩体顶部时，关闭喷浆泵，停止搅拌，桩体完成，桩机移至下一桩位重复上述过程细碎机。

施工时应严格控制喷浆时间和停浆时间。每根桩开钻后应连续作业，不得中断喷浆。严禁在尚未喷浆的情况下进行钻杆提升作业。储浆罐内的储浆应不小于一根桩的用量加50kg。若储浆量小于上述重量时，不得进行下一根桩的施工。

施工中发现喷浆量不足，应按监理工程师要求整桩复搅，复喷的喷浆量不小于设计用量。如遇停电、机械故障原因，喷浆中断时应及时记录中断深度。在12小时内采取补喷处理措施，并将补喷情况填报于施工记录内。补喷重叠段应大于100cm，超过12小时应采取补桩措施。

微生物在水化热的作用下，较易达到最佳生长温度，因此，在进行水泥土搅拌完成后通入微生物菌液与直接通入菌液比，微生物的繁殖，存活等能够更加的高效。

同时，由于硫铝酸钙和粉煤灰中有微生物新陈代谢需要的钙源并在水化后为多孔结构，将粉煤灰和硫铝酸钙作为微生物存活的载体，不仅可以加大微生物固定在土壤中的数量，改善加固土体时均匀性的问题，还可以在碱性环境中生成具有胶凝作用的氢氧化铝胶体，对土体的强度有明显的改善作用。在加固菌液以后，水泥土搅拌桩的成桩强度与仅进行水泥土搅拌桩相比有一定程度的提高，水泥土桩内部由于水泥固化时产生的微小裂纹也可由微生物后期修复，因此也增强了该水泥土桩的耐久性。利用生物灌浆加固与传统的化学灌浆相比也是一种十分环保的加固方法。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置， 包括水泥浆液容器，其特征是，水泥浆液容器内部中心设置有一独立的菌液及培养液容器，菌液及培养液容器通过连接管与水泥浆液容器外部的微生物载体溶液搅拌装置连通，水泥浆液容器下部设置有两根与其内部相通的注浆管和一根与菌液及培养液容器相通的菌液及培养液管；水泥浆液容器上部设置有水泥搅拌机，水泥搅拌机驱动菌液及培养液管和注浆管内的旋转叶片及末端外部设置的搅拌叶片转动；

所述微生物载体溶液搅拌装置包括一筒体，筒体上部设置有一端盖，端盖中心设置有一根延伸至筒体内的注水管，注水管末端设置有一个能够自由转动的搅拌刀具，筒体内水平设置有升降隔板，所述升降隔板与多个能自由穿过端盖的竖杆相连，竖杆的上端固定在提手上，端盖下部的筒体侧面上设置有与菌液及培养液容器连通的连接管。

2.如权利要求1所述的以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，其特征是，所述升降隔板为圆盘状，且升降隔板的直径与筒体内径相等，升降隔板与筒体内壁为过渡配合，升降隔板能够在筒体内自由上下滑动。

3.如权利要求1所述的以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，其特征是，所述筒体为圆筒。

4.如权利要求1所述的以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，其特征是，所述提手包括一圆盘，圆盘底部与竖杆上端固定连接，圆盘上表面上设置有一把手。

5.如权利要求1所述的以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，其特征是，所述菌液及培养液管位于两根注浆管之间。

6.如权利要求1所述的以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，其特征是，所述菌液及培养液管的长度小于注浆管的长度，菌液及培养液管与注浆管的上端齐平，菌液及培养液管下端口高于注浆管的下端口。

7.如权利要求1所述的以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备装置，其特征是，所述搅拌刀具安装在注水管上，由电机驱动。

8.一种以多孔颗粒为载体的微生物水泥土搅拌桩制备方法，其特征是，包括以下步骤：

1）将硫铝酸钙粉末和粉煤灰以重量比4:1的比例配合，放入微生物载体溶液搅拌装置内的升降隔板上，然后通过提手提升升降隔板，由搅拌刀具转动搅拌使硫铝酸钙粉末和粉煤灰均匀混合；

2）在30℃高温下处理18h并经过以8000rpm，4℃条件下离心10min得到处理后的微生物孢子溶液；

3）将步骤2）中制取的微生物孢子溶液的下层悬浊液由注水管通入步骤1）中混合均匀的硫铝酸钙粉末和粉煤灰中形成混合液；

4）再通过提手把升降隔板放下，使步骤3）中的混合液静置凝结；

5）再通过提手把升降隔板提起，将步骤4）静置凝结的粉煤灰及硫铝酸钙碾成粉末，加入与粉末等体积水配置成浆液；

6）将步骤5）中的浆液由连接管灌注到菌液及培养液容器中；

7）桩位放样、钻机就位、检验、调整钻机、正循环钻进至设计深度，打开高压注浆泵；

8）反循环提钻并喷入以硫铝酸钙和粉煤灰为载体的菌种溶液至工作基准面以下0.3m；

9）重复搅拌下钻至设计深度、反循环提钻并喷水泥浆、反循环提钻重复搅拌下钻至设计深度；

10）正循环提钻并喷培养液、重复搅拌下钻至设计深度；

11）成桩结束、施工下一根桩。