CN108999179A - 真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法，包括如下步骤：1)平整场地；2)设置排水孔；3)埋填排水带及软管；4)铺设砂垫层；5)铺设塑料密封薄膜；6)软管连接真空泵、水泵；7)负压微生物诱导处理；8)排水真空预压。本发明是先通过微生物固砂进行砂土固化，然后再通过真空预压对淤泥层软土进行固结作用，相对比传统单一的真空预压法来说，本方法能够显著提高地基强度、缩短工期和防止砂土地基液化。

Description

真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法
技术领域
本发明属于软土加固处理技术领域，具体涉及一种真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的结构及方法。
背景技术
软土是一种低强度、高压缩性、高灵敏度的区域性特殊土，广泛地分布在我国人口最集中，经济最发达的沿海11个省(区、市)的38个城市，涉及海岸带的总面积约28万平方千米。目前，随着城市化进程的高速推进，以上软土地区纷纷进行大规模的基础设施建设，需要对大面积的软土地基进行人工处理，以提高强度软土地基强度和降低地基的工后沉降。
目前，软土地基处理较为成熟的技术方法为真空预压法。真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设竖向排水管道，再用不透气的密封薄膜使其与大气隔绝，将主管从薄膜中穿透与真空泵和排水泵连接，随后使用真空泵对软土地基进行抽真空处理，使密封膜下土体经受负压。在负压作用下，孔隙水逐渐渗流到竖向排水道中，通过排水泵将水排出而达到土体排水固结、强度增加的一种地基处理方法。真空预压作为新一代的软基加固方式，以其工期短、无污染环境、施工安全、费用低等优点广泛应用于沿海软土地基处理。但是真空预压法也其显著的缺点：那就是真空预压仅对软土地区表层的淤泥质软粘土等软土有效，对于下覆的砂土或者砂混淤泥等土层的预压效果非常差。其原因在于，软土的承载力非常低、孔隙率非常大，在真空负压作用下土颗粒间的间距能够明显减小，孔隙得到有效地压缩，从而达到良好的地基处理效果，而砂土颗粒强度大且颗粒之间距离小，在真空负压作用下砂土的孔隙很难进一步压缩，从而导致真空预压技术在砂土地层中预压效果不佳。因此，经真空预压技术处理的软土地基，其表层淤泥质软土虽取得一定的预压效果，但是其下覆的各类砂土地层的预压效果非常差，这样造成了真空预压后会存在一定的下覆软弱地层。
微生物固砂技术是一种对环境友好、施工效果佳且无污染的生物岩土技术方法，其原理为巴氏芽孢八叠球菌在水环境中产生脲酶，脲酶分解碱性水环境中的CO(NH2)2(尿素)成为(铵根离子)和(碳酸根离子)，若该溶液环境中有足够的Ca2+(钙离子)，那么(碳酸根离子)与Ca2+(钙离子)经历微生物诱导后生成CaCO3(碳酸钙)沉淀，当CaCO3(碳酸钙)沉淀在砂土孔隙中逐渐生长并结晶，这时的CaCO3(碳酸钙)就作为一种生物水泥发挥粘结作用，固化砂土并使其强度得到显著的提高。
项目组所在的科研团队在实验室里已经完成了负压环境微生物诱导生产碳酸钙的前期基础试验，结果发现，有氧负压条件下，随着养护时间的递增，微生物诱导碳酸钙沉淀固化砂土的强度会出现一个急剧增长的趋势，优于正常大气压力环境下固砂效果。在此实验理论的基础上，结合到真空预压技术对砂土地层预压效果不佳的情况，本发明欲探索一种真空预压与微生物诱导固砂技术结合的方法，用于对下覆各类砂土以及砂土与粘土互层各种复杂软土地基进行地基处理。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法，以增强软土地基的承载力和固结程度，达到缩短工期和节约工程造价的目的。
为实现上述发明目的，具体提供了如下所述的技术方案：
真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法，包括如下步骤：
1)平整场地：在软土地基场地上下挖0.5m，并将场地推平；
2)设置排水孔：在平整的场地内，利用钻机钻排水孔；
3)埋填排水带及软管：逐一在排水孔内安装排水带至孔底，进一步在排水带内安置软管至孔底，以间隔安装的方式在排水带内安装氧气输送管至孔底；
4)铺设砂垫层：避免堵塞排水带及软管的基础上，在场地上表面铺设0.5m厚度的砂垫层并找平；
5)铺设塑料密封薄膜：在砂垫层上表面铺设塑料密封薄膜，场地四周的塑料密封膜做密封处理，保证抽真空时不漏气；
6)软管连接真空泵、水泵：软管穿过薄膜链接真空泵和水泵，同时软管与塑料密封膜之间做密封处理；
7)负压微生物诱导处理：将巴氏芽孢八叠球菌培养液和粘结液混合后，通过软管注入到砂土地层中，开启真空泵使真空度达到15inHg；开启氧气输送管道，微生物诱导固砂处理14天到18天；在负压情况下，巴氏芽孢八叠球菌在营养液中存活后产生脲酶，脲酶分解营养液中的尿素成为铵根离子和碳酸根离子，有如下反应海水中大量的CaCl2会产生钙离子Ca2+，海水中的钙离子与碳酸根离子结合生产碳酸钙沉淀，因此又有如下反应：上述生物化学反应发生后，大约14天左右砂土强度能够达到MPa级。在这个阶段内，主要是微生物固砂起主要作用，真空预压是起次要的作用。抽真空是为了给微生物创造负压环境，使其在负压环境中能够积极参与砂土地层的固化作用；
8)排水真空预压：保持以上真空度，启动抽水泵，抽出地下水，实现软土地基固结。当第7)步的微生物固砂达到设计强度以后，启动抽水泵，淤泥层软土中的地下水被抽出以后，淤泥层软土由固液气三相介质变成了固气两相介质，并在抽真空形成的负压情况下，淤泥层软土加剧固结。在这个阶段内，真空预压对淤泥层软土的固结硬化起主要作用，对砂土的预压是次要作用。
进一步，步骤2)所述排水孔孔径为108mm，孔深宜为到达粗砂地层以下1m左右。
进一步，所述排水孔位平行布设。
进一步，步骤6)所述各软管在砂垫层外部使用主管道串联，主管道再与真空泵和水泵连接。
进一步，步骤7)所述粘结液以水为溶媒并含有10.0g/LNH4Cl、2.12g/L NaHCO3、30.0g/L CO(NH2)2，最终粘结液的pH值由HCl或NaOH调节为6。由于海水中含有大量的CaCl2.2H2O，这里营养液中不再配置CaCl2.2H2O。
进一步，所述巴氏芽孢八叠球菌培养液以水为溶媒包含(NH4)2SO4、酵母粉、缓冲溶液，pH值为9.0，巴氏芽孢八叠球菌浓度OD600＝0.640。
进一步，重复步骤6)和步骤7)以提高软土地基固结效果。
进一步，当所述软土地基由上至下包括淤泥层、砂混淤泥层、细砂层、中砂层以及粗砂层，排水孔深入粗砂层。
本发明的有益效果在于：由于本发明是先通过微生物固砂进行砂土固化，然后在通过真空预压对淤泥层软土进行固结作用，因此，相对比传统单一的真空预压法来说，本发明更能够显著提高地基强度、缩短工期并防止砂土地基液化。
附图说明
图1为加固处理软土地基结构剖面图；
图2为加固处理软土地基结构平面图；
图中各部件标号如下：
1-塑料薄膜；2-砂垫层；3-薄膜与软管接口；4-软管；5-孔道排水管；6-集水罐；7-抽水泵；8-真空泵。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明进行更加详细的阐述。
如图1、图2所示，图中1-塑料薄膜；2-砂垫层；3-薄膜与软管接口；4-软管；5-孔道排水管；6-集水罐；7-抽水泵；8-真空泵。
真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法，包括如下步骤：
1)平整场地：在软土地基场地上下挖0.5m，并将场地推平，软土地基由上至下包括淤泥层、砂混淤泥层、细砂层、中砂层以及粗砂层；
2)设置排水孔：在平整的场地内，利用钻机钻排水孔，排水孔深入粗砂层平行布设；
3)埋填排水带及软管：逐一在排水孔内安装排水带至孔底，进一步在排水带内安置软管至孔底，以间隔安装的方式在排水带内安装氧气输送管至孔底；
4)铺设砂垫层：避免堵塞排水带及软管的基础上，在场地上表面铺设0.5m厚度的砂垫层并找平；
5)铺设塑料密封薄膜：在砂垫层上表面铺设塑料密封薄膜，场地四周的塑料密封膜做密封处理，保证抽真空时不漏气；
6)软管连接真空泵、水泵：软管穿过薄膜，各软管在砂垫层外部使用主管道串联，主管道再与真空泵和水泵连接；同时软管与塑料密封膜之间做密封处理；
7)负压微生物诱导处理：将巴氏芽孢八叠球菌培养液和粘结液混合后，通过软管注入到砂土地层中，开启真空泵使真空度达到15inHg；开启氧气输送管道；微生物诱导固砂处理14天到18天；所述粘结液以水为溶媒并含有10.0g/LNH4Cl、2.12g/LNaHCO3、30.0g/L CO(NH2)2，最终粘结液的pH值由HCl或NaOH调节为6。由于海水中含有大量的CaCl2.2H2O，这里营养液中不再配置CaCl2.2H2O；
所述巴氏芽孢八叠球菌培养液以水为溶媒包含(NH4)2SO4、酵母粉、缓冲溶液，pH值为9.0，巴氏芽孢八叠球菌浓度OD600＝0.640
8)排水真空预压：保持以上真空度，启动抽水泵，抽出地下水，共计真空预压3天。待第(8)步施加真空预压一段时间后，检测软土地基的加固效果。若满足设计所需的承载力和变形指标，则停止进行真空预压。
通过以上实施方式，处理后的地基满足强度、变形、动力稳定性和透水性要求，达到了减小地基在载荷作用下引起的沉降或不均匀沉降的目的。以上实施例不仅改善了真空预压处理砂土地基效果差的缺点，还能在传统真空预压技术上更能有效地增强软土地基的承载力和固结程度，达到缩短工期和节约工程造价的目的。同时，经固化后的砂土，能够防止砂土液化现象的发生，保证建筑物地基的整体稳定性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)平整场地：在软土地基场地上下挖0.5m，并将场地推平；
2)设置排水孔：在平整的场地内，利用钻机钻排水孔；
3)埋填排水带及软管和氧气输送管：逐一在排水孔内安装排水带至孔底，进一步在排水带内安置软管至孔底，以间隔安装的方式在排水带内安装氧气输送管至孔底；
4)铺设砂垫层：避免堵塞排水带及软管的基础上，在场地上表面铺设0.5m厚度的砂垫层并找平；
5)铺设塑料密封薄膜：在砂垫层上表面铺设塑料密封薄膜，场地四周的塑料密封膜做密封处理；
6)软管连接真空泵、水泵：软管穿过薄膜链接真空泵和水泵，同时软管与塑料密封膜之间做密封处理；
7)负压微生物诱导处理：将巴氏芽孢八叠球菌培养液和粘结液混合后，通过软管注入到砂土地层中，开启真空泵使真空度达到15inHg，开起氧气输送管道；微生物诱导固砂处理14天到18天；
8)排水真空预压：保持以上真空度，启动抽水泵，抽出地下水，实现软土地基固结。
2.根据权利要求1所述一种真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，步骤2)所述排水孔孔径为108mm。
3.根据权利要求1所述一种真空预压联合微生物固沙技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，所述排水孔位平行布设。
4.根据权利要求1所述一种真空预压联合微生物固砂技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，步骤6)所述各软管在砂垫层外部使用主管道串联，主管道再与真空泵和水泵连接。
5.根据权利要求1所述一种真空预压联合微生物固砂技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，步骤7)所述粘结液以水为溶媒并含有10.0g/L NH4Cl、2.12g/L NaHCO3、30.0g/L CO(NH2)2，最终粘结液的pH值由HCl或NaOH调节为6。
6.根据权利要求1所述一种真空预压联合微生物固砂技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，所述巴氏芽孢八叠球菌培养液以水为溶媒包含(NH4)2SO4、酵母粉、缓冲溶液，pH值为9.0，巴氏芽孢八叠球菌浓度OD600＝0.640。
7.根据权利要求1所述一种真空预压联合微生物固砂技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，重复步骤6)和步骤7)以提高软土下卧砂土地基的固结效果。
8.根据权利要求1所述一种真空预压联合微生物固砂技术加固处理软土地基的方法，其特征在于，所述软土地基由上至下包括淤泥层、砂混淤泥层、细砂层、中砂层以及粗砂层，排水孔深入粗砂层。
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