CN110528533A - 一种微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法，该钢管土钉主要包括钢管和角钢；所述钢管包括管头和管体；该施工方法主要包括：制作钢管土钉，并将钢管土钉通过风动潜孔锤击入泥土中；将巴氏芽孢八叠球菌活化扩大培养，得到微生物菌液；将获得的微生物菌液通过钢管土钉注入土钉中，使微生物菌液向砂土中扩散；配置复合营养液：0.5mol/L尿素、0.5mol/L钙盐；通过钢管土钉及边坡面注入复合营养液，形成锚固体；重复上述直至土钉强度达到设计要求为止，得到微生物固化击入式钢管土钉。本发明利用微生物的粘结作用使土钉内的砂土胶结，改善边坡土体的力学性能，提高边坡土体的整体性和自身稳定能力，使边坡更加稳定。

Description

一种微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法

技术领域

本发明涉及基坑支护技术领域，尤其涉及一种微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法。

背景技术

基坑支护，是为保证地下结构施工及基坑周边环境的安全，对基坑侧壁及周边环境采用的支挡、加固与保护措施。基坑支护方式主要有排桩支护、桩锚、桩撑、地下连续墙、钢板桩、水泥土挡墙及土钉墙等。在土钉墙支护形式中，击入式注浆土钉适用于成孔困难的软弱土层中。

在土层富含水，且饱水性强地区施工中，虽采取了降水措施，但开挖后仍会有部分游离水从坡面渗出，该部分如果处理不好，可带出大量颗粒，使开挖面受扰动并可能发生坍塌。遇到此类情况需要在坡面设置泄水管，本发明提供一种微生物固化击入式钢管土钉，与传统的土钉相比，钉体可形成排水通道，无须额外设置泄水管。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微生物固化击入式钢管土钉。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述钢管土钉的施工方法

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种微生物固化击入式钢管土钉，该钢管土钉主要包括钢管和角钢。所述钢管包括管头和管体。所述管体采用圆柱形空心管体结构设计。所述管头采用圆锥体结构设计，且管头安装在管体上，并与管体固定、密封连接。所述管体及管头上还设有用于注浆及排水的出浆孔。所述出浆孔贯穿钢管管壁并间隔地分布在管体和管头上。所述角钢设置在出浆孔的一侧，其一端固定在管体的外壁上，另一端沿钢管管尾方向斜向上延伸。使用时，将管头插入泥土中，并从管尾处将其击入，灌浆时，通过管尾向管内及钢管土钉附近土壤注入菌液即可。

作为本发明的优选方案，为了减少泥土对管头的压迫，使钢管土钉更容易击入土中，本发明所述管头的锥角范围为20°至45°之间。

作为本发明的优选方案，为了减小击入时泥土对管体的阻力，使钢管土钉更容易击入土中，本发明所述角钢采用等边式角钢，其与管体之间的夹角为30°至75°之间。

本发明的另一目的通过下述技术方案实现：

一种微生物固化击入式钢管土钉的施工方法，该施工方法主要包括如下步骤：

步骤S1：制作钢管土钉，并将钢管土钉通过风动潜孔锤击入泥土中。

步骤S2：配制菌液：将巴氏芽孢八叠球菌活化扩大培养，得到OD600值为1.1-2.0的微生物菌液。

步骤S3：注入菌液：将获得的微生物菌液通过钢管土钉注入土钉中，注浆压力不小于0.6MPa，并且在边坡面喷射微生物菌液，静置5h，使微生物菌液向砂土中扩散。

步骤S4：配置复合营养液：包含如下组分：0.5mol/L尿素、0.5mol/L钙盐；所述钙盐为氯化钙或硝酸钙。

步骤S5：注入复合营养液：通过钢管土钉及边坡面注入复合营养液，注浆压力不小于0.6Mpa，固化反应为5h；使营养液与土钉周围的细菌反应产生碳酸钙结晶，胶结周围的土体，形成锚固体。

步骤S6：重复步骤S4和S5共9次，直至土钉强度达到设计要求为止，得到微生物固化击入式钢管土钉；如重复9次后强度还达不到设计要求，需重复操作步骤S2至S6直至土钉强度达到设计要求为止。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1之前还包括如下步骤：

步骤S01：基坑降水施工：根据现场地质情况选择降水方案来施工。

步骤S02：测放边线：完成地上、地下障碍物的勘测定位，施工现场的平整及开挖边线的定位。

步骤S03：基坑分层分段开挖：采取分层开挖的方法，严格控制开挖面坡度和分层厚度，防止边坡和挖土机下的土体滑动，严禁超挖。

步骤S04：修整边坡：可采用人工配合反铲进行。

作为本发明的优选方案，所述步骤S6之后还包括如下步骤：

步骤S7：在边坡面布放钢筋网，钢筋网之间的搭接长度不小于20cm，搭接处须点焊。

步骤S8：焊加横竖向加强筋，竖筋和横筋先用扎丝固定，然后点焊固定。

步骤S9：细石混凝土面层的喷射，经检验确定钢筋网的铺设及连接符合要求后，进行喷射混凝土，直到到达至设计厚度。

步骤S10：在基坑内沿基坑边缘设置排水明沟。

步骤S11：重复以上工序至基坑底。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法利用微生物的粘结作用使土钉内的砂土胶结，改善边坡土体的力学性能，提高边坡土体的整体性和自身稳定能力，使边坡更加稳定。

(2)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方具有法施工工期短、造价低的优点。

(3)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法利用微生物生成的碳酸钙和砂土颗粒胶结在一起，但并未充满砂土颗粒间的孔隙，使土钉保持优良的排水性能，便于将支护面层后的积水从土体中排出。

(4)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法，在施工中不会像灌注混凝土施工那样大量使用砂浆，给施工场地及周围的环境造成一定的污染。

(5)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法，在相同的注浆压力下，该新型击入式钢管土钉比传统的击入式钢管土钉浆液到达的范围更大，形成的锚固体宽度更大。

(6)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法采用“击入式钢管土钉”支护结构，其可有效解决软土地层特殊性质带来的局限及问题，同时也能能有效克服松散土层塌孔、缩径导致的土体扰动和沉陷,保护基坑周边环境。

(7)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法采用微生物诱导碳酸钙技术沉淀技术(MICP)胶结土体，在提高土体强度的同时，保留土体本身的排水性能，能将土体间汇集的渗水及时排走。

(8)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法与传统的土钉相比，微生物菌液与营养液溶液发生反应产生碳酸钙胶结松散的砂土，并对地基进行胶结固化，提高土钉地基周围地基土的强度。

(9)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法与传统的土钉相比，该新型土钉本身就存在排水通道，无需另设排水管。

(10)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法与砂浆灌注方法相比，该技术无污染，环保，对周围环境影响小，材料环保，可回收，不会产生建筑垃圾。

(11)本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉及其施工方法与砂浆灌注方法相比，在相同注浆压力下，该技术形成的锚固体更宽。

附图说明

图1是本发明所提供的采用微生物固化击入式钢管土钉支撑的土钉墙剖面图。

图2是本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉的结构示意图。

图3是本发明所提供的钢管土钉连接示意图。

图4是本发明所提供的钢管土钉排水结构示意图。

图5是传统钢管土钉排水结构示意图。

图6是本发明所提供的微生物固化击入式钢管土钉施工方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图5所示，本实施例公开了一种微生物固化击入式钢管土钉，该钢管土钉主要包括钢管和角钢。所述钢管包括管头和管体。所述管体采用圆柱形空心管体结构设计。所述管头采用圆锥体结构设计，且管头安装在管体上，并与管体固定、密封连接。所述管体及管头上还设有用于注浆及排水的出浆孔。所述出浆孔贯穿钢管管壁并间隔地分布在管体和管头上。所述角钢设置在出浆孔的一侧，其一端固定在管体的外壁上，另一端沿钢管管尾方向斜向上延伸。使用时，将管头插入泥土中，并从管尾处将其击入，灌浆时，通过管尾向管内及钢管土钉附近土壤注入菌液即可。

作为本发明的优选方案，为了减少泥土对管头的压迫，使钢管土钉更容易击入土中，本发明所述管头的锥角范围为20°至45°之间。

作为本发明的优选方案，为了减小击入时泥土对管体的阻力，使钢管土钉更容易击入土中，本发明所述角钢采用等边式角钢，其与管体之间的夹角为30°至75°之间。

如图6所示，本实施例还公开了一种微生物固化击入式钢管土钉的施工方法，该施工方法主要包括如下步骤：

步骤S1：制作钢管土钉，并将钢管土钉通过风动潜孔锤击入泥土中。

步骤S2：配制菌液：将巴氏芽孢八叠球菌活化扩大培养，得到OD600值为1.1-2.0的微生物菌液。

步骤S3：注入菌液：将获得的微生物菌液通过钢管土钉注入土钉中，注浆压力不小于0.6MPa，并且在边坡面喷射微生物菌液，静置5h，使微生物菌液向砂土中扩散。

步骤S4：配置复合营养液：包含如下组分：0.5mol/L尿素、0.5mol/L钙盐；所述钙盐为氯化钙或硝酸钙。

步骤S5：注入复合营养液：通过钢管土钉及边坡面注入复合营养液，注浆压力不小于0.6Mpa，固化反应为5h；使营养液与土钉周围的细菌反应产生碳酸钙结晶，胶结周围的土体，形成锚固体。

步骤S6：重复步骤S4和S5共9次，直至土钉强度达到设计要求为止，得到微生物固化击入式钢管土钉；如重复9次后强度还达不到设计要求，需重复操作步骤S2至S6直至土钉强度达到设计要求为止。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1之前还包括如下步骤：

步骤S01：基坑降水施工：根据现场地质情况选择降水方案来施工。

步骤S02：测放边线：完成地上、地下障碍物的勘测定位，施工现场的平整及开挖边线的定位。

步骤S03：基坑分层分段开挖：采取分层开挖的方法，严格控制开挖面坡度和分层厚度，防止边坡和挖土机下的土体滑动，严禁超挖。

步骤S04：修整边坡：可采用人工配合反铲进行。

作为本发明的优选方案，所述步骤S6之后还包括如下步骤：

步骤S7：在边坡面布放钢筋网，钢筋网之间的搭接长度不小于20cm，搭接处须点焊。

步骤S8：焊加横竖向加强筋，竖筋和横筋先用扎丝固定，然后点焊固定。

步骤S9：细石混凝土面层的喷射，经检验确定钢筋网的铺设及连接符合要求后，进行喷射混凝土，直到到达至设计厚度。

步骤S10：在基坑内沿基坑边缘设置排水明沟。

步骤S11：重复以上工序至基坑底。

本实施例中各部件的具体作用和原理如下：

1、锚固体：锚固体是钢管土钉杆体外周围的土体，通过注入菌液和营养液生成的碳酸钙沉淀使周围的土体胶结，增强土钉与土体的摩擦力作用，与其周围土体牢固粘结形成的复合体。

2、钢管土钉杆体：钢管代替钢筋土钉杆体，解决了成孔时孔壁不稳定的问题。

3、巴氏芽孢八叠球菌：微生物所分泌的脲酶水解尿素所产生的碳酸根离子，与砂土颗粒中的钙离子结合形成碳酸钙沉淀，从而粘结土体颗粒，填充孔隙，有效改善土体的物理力学性能。

4、营养液：复合营养液成分：尿素(0.5mol/L)、钙盐(氯化钙或硝酸钙为0.5mol/L)。微生物固化土体的过程中，细菌的生长环境发生变化，在整个固化过程中，需要从环境中不断摄取营养物质，砂钉中营养物质有限，因此需要不断补充复合营养液，满足细菌生长和固化需要的营养物质及其外部环境。

5、支护面层：喷射混凝土强度等级不宜低于C20，面层厚度不宜小于80mm。

6、角钢：角钢采用等边角钢。以防击管时散落的土粒堵塞浆孔,同时增加其抗拔力。钢管前段做成锥形以减小击入时的摩擦阻力。

7、排水沟：将积水排入集水井,并通过水泵及时排除到坑外,排水沟宜离开坡脚一定距离,以免冲刷、浸泡坡脚,危及边坡的稳定性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微生物固化击入式钢管土钉，其特征在于，包括钢管和角钢；所述钢管包括管头和管体；所述管体采用圆柱形空心管体结构设计；所述管头采用圆锥体结构设计，且管头安装在管体上，并与管体固定、密封连接；所述管体及管头上还设有用于注浆及排水的出浆孔；所述出浆孔贯穿钢管管壁并间隔地分布在管体和管头上；所述角钢设置在出浆孔的一侧，其一端固定在管体的外壁上，另一端沿钢管管尾方向斜向上延伸。

2.根据权利要求1所述的微生物固化击入式钢管土钉，其特征在于，所述管头的锥角范围为20°至45°之间。

3.根据权利要求1所述的微生物固化击入式钢管土钉，其特征在于，所述角钢采用等边式角钢，其与管体之间的夹角为30°至75°之间。

4.一种采用如权利要求1至3任一项所述的微生物固化击入式钢管土钉的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：制作钢管土钉，并将钢管土钉通过风动潜孔锤击入泥土中；

步骤S2：配制菌液：将巴氏芽孢八叠球菌活化扩大培养，得到OD600值为1.1-2.0的微生物菌液；

步骤S3：注入菌液：将获得的微生物菌液通过钢管土钉注入土钉中，注浆压力不小于0.6MPa，并且在边坡面喷射微生物菌液，静置5h，使微生物菌液向砂土中扩散；

步骤S4：配置复合营养液：包含如下组分：0.5mol/L尿素、0.5mol/L钙盐；所述钙盐为氯化钙或硝酸钙；

步骤S5：注入复合营养液：通过钢管土钉及边坡面注入复合营养液，注浆压力不小于0.6Mpa，固化反应为5h；使营养液与土钉周围的细菌反应产生碳酸钙结晶，胶结周围的土体，形成锚固体；

步骤S6：重复步骤S4和S5共9次，直至土钉强度达到设计要求为止，得到微生物固化击入式钢管土钉；如重复9次后强度还达不到设计要求，需重复操作步骤S2至S6直至土钉强度达到设计要求为止。

5.根据权利要求4所述的微生物固化击入式钢管土钉施工方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括如下步骤：

步骤S01：基坑降水施工：根据现场地质情况选择降水方案来施工；

步骤S02：测放边线：完成地上、地下障碍物的勘测定位，施工现场的平整及开挖边线的定位；

步骤S03：基坑分层分段开挖：采取分层开挖的方法，严格控制开挖面坡度和分层厚度，防止边坡和挖土机下的土体滑动，严禁超挖；

步骤S04：修整边坡：可采用人工配合反铲进行。

6.根据权利要求4所述的微生物固化击入式钢管土钉施工方法，其特征在于，所述步骤S6之后还包括如下步骤：

步骤S7：在边坡面布放钢筋网，钢筋网之间的搭接长度不小于20cm，搭接处须点焊；

步骤S8：焊加横竖向加强筋，竖筋和横筋先用扎丝固定，然后点焊固定；

步骤S9：细石混凝土面层的喷射，经检验确定钢筋网的铺设及连接符合要求后，进行喷射混凝土，直到到达至设计厚度；

步骤S10：在基坑内沿基坑边缘设置排水明沟；

步骤S11：重复以上工序至基坑底。