CN111945735B - 用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法，包括吸气管，在吸气管的外壁上开有多个吸气孔，注浆管与吸气管通过隔板连接成一个固化管路，在固化管路的下段外壁上包裹有无纺布，注浆管上端与浆液罐连通，吸气管上端与水气分离器、真空泵连接，在固化管路下端设有接头，接头中部设有流道，在接头下端连接有下压块，在下压块上设有多个喷浆通道。通过注浆装置交替注浆，能够大幅度降低浆液用量的同时，快速实现土体的大面积注浆固化，并且在土体进行注浆加固完成后注浆装置同时启动真空泵，将反应生成的高浓度NH₄Cl抽出并装入特定容器内送往污水处理厂进行处理，能够防止土壤和地下水被污染。

Description

用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法

技术领域

本发明涉及土体工程固化防渗技术领域，具体提供一种能够适用于岩土工程土体的采用真空注浆工艺的微生物固化装置。

背景技术

近年来随着微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术的逐步兴起，微生物诱导土体固化以其独具低能微扰、生态环保等优势成为工程土体加固研究热点。目前MICP的主流方式为巴士芽孢杆菌产生脲酶诱导尿素水解，原因在于该方式机制简单，反应过程容易控制，而且在短时间内能够产生大量的CaCO₃。具体操作为向土体中灌注菌液以及胶结溶液（尿素和CaCl₂的混合液），使微生物诱导形成的碳酸钙沉积在土颗粒间，从而将松散颗粒胶结起来，使土体地基得到加固。

然而目前传统的采用MICP技术加固土体的注浆工艺存在很大缺陷，如注浆压力过高会造成地层结构破坏、地面开裂以及土体隆起等问题；注浆压力过低，胶结溶液运移速率过慢会导致注浆口附近的碳酸钙过早沉淀堵住注浆口，致使后续胶结溶液无法深入，注浆效果不明显，达不到地层加固的目的；当土层中含水量较多时，土体具有孔隙比大、透水性差、压缩性大、强度及承载力低等特点。

发明内容

本发明目的在于提供用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法，解决了孔隙水的存在会导致注入的菌液和胶结溶液顺着薄弱土层产生的通道溢出而无法达到加固效果的缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：

用于软土固化的微生物交替注浆装置，包括两端封闭的吸气管，沿所述吸气管的周向在其下段外圆周壁上开有多个吸气孔，还包括与所述吸气管轴线平行的注浆管，注浆管与吸气管通过隔板连接成一个固化管路，且隔板的下端面、注浆管的下端端面以及吸气管下端面齐平，在固化管路的上段外壁上由上至下依次套设有螺母、垫块以及止浆塞，在固化管路的下段外壁上包裹有无纺布，止浆塞外径与注浆孔的内径相同；注浆管上端与浆液罐连通，吸气管上端与水气分离器、真空泵连接，在所述固化管路下端设有接头，接头中部设有与所述注浆管内部连通的流道，在接头下端连接有呈锥形的下压块，在所述下压块上设有多个与流道连通的喷浆通道。

针对传统的采用MICP技术加固土体的注浆工艺存在很大缺陷，如注浆压力过高会造成地层结构破坏、地面开裂以及土体隆起等问题；注浆压力过低，胶结溶液运移速率过慢会导致注浆口附近的碳酸钙过早沉淀堵住注浆口，致使后续胶结溶液无法深入，注浆效果不明显，申请人设计出一种注浆装置，采用真空负压环境下进行低压注浆，在土体含水量较低时边吸边注，能有效减少土壤中空气和水分对浆液运移的阻碍；当土体含水量较高时，先抽水再注入能有效减少注入的菌液和胶结溶液溢出，加快浆液运移速率，提高注浆效率，在真空负压辅助下使得土体中原有阻碍浆液前进的空气和水被清除，菌液与土壤颗粒接触更多，确保了土体的固化效果；本技术方案中采用交替吸注的方式，当水气分离器排出浆液时，说明浆液分布较完善可停止注浆，极大地降低了浆液的耗用量。

在土体中进行微生物注浆固化时，需要在注浆区域铺设土工布以及真空膜使区域密封，然后将无纺布包裹固定在吸气管外壁上，防止固体颗粒进入吸气管内，然后再将固化管路下端插入土体内，且固化管路在下插时会在土体内形成一个注浆孔，利用止浆塞、垫块、螺母对固化管路与注浆孔上端进行固定与封闭，启动真空泵开始对注浆孔内的气体进行抽吸，当压力传感器的读数维持不变或是上升速度非常缓慢时，说明密封性良好，此时可开始注浆作业；需要指出的是，注浆管与浆液罐连通，吸气管依次与水气分离器、真空泵连接，启动真空泵后，土体中的水、空气、固体颗粒会逐渐运移到吸气孔附近，固体颗粒被无纺布阻拦在吸气孔外，水、空气通过吸气孔进入吸气管，通过水气分离器时，水被分离，空气则进入真空泵，孔隙中的压力随之降低形成负压环境，负压的具体大小由真空泵的性能决定。开始注浆后，罐中浆液在低压下通过注浆管进入注浆孔内，由于注入浆液时采用低压，能有效防止地面开裂及土体隆起，此时因为土体为负压，浆液将向吸气孔附近运移，土体中较低的水含量以及空气含量能够使浆液地运移更加顺利，浆液也能更好的与颗粒相接触，提高固化效果，当浆液到达注浆孔时，由于无纺布的存在，只有部分浆液会通过注浆孔进入注浆管，最后被水气分离器排出，此时可停止注浆，减少了注浆用量；浆液罐包括胶结溶液罐和菌液罐，胶结溶液罐和菌液罐之间设有三通电磁阀，三通电磁阀的一个出液端与注浆管连通，根据实际注浆情况，可随意切换胶结溶液或是菌液的注入。需要进一步解释说明的是，固化管路在插入土体时受到的阻力较大，对此，本技术方案在固化管路的底部依次设有接头与下压块，呈锥形的下压块能够快速切入土体内部，喷浆通道通过流道与注浆管内部连通，与注浆管内径相比，喷浆通道的内径较小，浆液在通过流通截面的变化后流速增大，能够有效避免在注浆时喷浆通道处出现堵塞。

本技术方案针对土体的微生物固化包含两种注浆方式，即针对土体中含水量大时的注浆和针对土体中含水量小时的注浆；其中，当土体中的含水量小时，采用边吸边注的方式，并选择多个固化管路同时使用，具体操作如下：首先在注浆区域周围开挖边沟，边沟深度为1.3~1.6m，然后从边沟开始铺设真空膜，将固化管路交错插入土体中，且确保相邻的两个固化管路插入的深度不同，同时启动真空泵，吸气管开始抽排气体，压力传感器的探头置于土体内部，观察每个真空注浆装置外的压力表是否下降，若没有下降则说明该装置密封没有做好或该装置周围区域没有铺设真空膜，待压力表下降到一定程度，关闭真空泵，若压力表数值不变或者上升非常缓慢说明装置密封性好，重复上述操作2到3次，待所有密封性检测结果都表明真空注浆装置密封性好时即可开始进行注浆操作，打开与插入深度较小的固化管路连通的真空泵，向土体内部提供80kPa以上的负压，同时插入深度较大的固化管路开始向土体内注入菌液，真空注入菌液时将内外压差调整至110 kPa左右，使土体中的微生物分布更加均匀，当与插入深度较小的固化管路连通的水气分离装置中流出菌液时可停止注浆，此时减小内外压差向孔隙中注入空气，提高氧气含量，有助于巴氏芽孢杆菌的培养繁殖；待菌液培养一段时间后，打开与插入深度较大的固化管路连通的真空泵，由插入深度较小的固化管路开始向土体内注入胶结溶液，在注入胶结溶液时提高内外压差，可以加快胶结溶液运移速率，同时吸走更多空气，减少孔隙中氧气含量，抑制巴氏芽孢杆菌反应生成CaCO₃，避免方解石在灌注口附近过早沉积而导致堵塞；当与插入深度较大的固化管路连通的水气分离装置中流出胶结溶液时可停止注浆，此时减小内外压差向里注入空气，提高氧气含量，提升巴氏芽孢杆菌活性，以此增加CaCO₃的生成量，依照上述方法对该区域进行反复注浆直到加固完成；该区域加固完成后所有装置启动真空泵，将反应生成的高浓度NH₄Cl抽出并装入特定容器内送往污水处理厂进行处理，防止土壤和地下水被污染。

所述固化管路下段外壁上设有多个固定环，固定环用于固定所述无纺布。进一步地，通过固定环将无纺布固定在吸气管外壁上，避免注浆孔内的固体颗粒经吸气孔进入至吸气管、真空泵中，降低装置中各部件的损伤几率。

在所述隔板中部开有空腔，且空腔上端开放，在空腔内滑动设置有与之匹配的随动板，在所述随动板的下端面上设有两个传动辊，在两个传动辊上覆盖有防水膜，且防水膜的两端分别沿随动板的两个侧壁向上延伸至突出于空腔的开放端，在所述隔板正对防水膜的两个内侧壁下段上均开有多个滤孔，在所述隔板底部开有多个底孔，在所述接头的上端面开有多个与底孔对中的对接孔，对接孔与流道连通。进一步地，当吸气管在进行抽排气时，隔板内设空腔，且空腔的两侧壁上开有与吸气孔对中的滤孔，空腔底部设有依次与对接孔、流道连通的底孔，使得固化管路的最下端、中段均能对土体内部空气进行抽排，并且防水膜能够阻挡土体中的固体颗粒以及液体流入吸气管中，缩短吸气管在注浆工序中抽排气时间，确保土体内微生物菌种的快速繁殖。其中，在防水膜附着在随动板上，随动板能在空腔内进行竖直方向上的直线往复运动，进而方便防水膜在达到其使用寿命期限之前对其进行更换。

在所述固化管路上端设有锁紧盘，且沿锁紧盘的径向在其上端面上设有多个螺孔，螺孔上设有与之配合的锁紧螺杆。进一步地，锁紧盘能够对固化管路的上端进行限位，防止注浆管与吸气管产生径向偏移，还能当做注浆管或是吸气管需要延伸来增加轴向长度时的连接部件。

在所述接头下端面设有连接管柱，连接管柱外圆周壁上设有螺纹，在所述下压块上端面中部开有与连接管柱配合的螺纹孔。作为优选，在接头下端面设置连接柱，进而实现下压块与接头之间的螺纹配合，由于固化管路沿其轴线做直线运动，接头与下压块之间不存在径向上的相对运动，使得下压块在磨损后能够实现快速更换。

在所述下压块底部设有与之匹配的锥帽，锥帽的纵向截面呈V字型，在所述锥帽的内侧壁上开有多个与喷浆通道连通的喷浆槽。进一步地，下压块在插入土体内后，轴线与水平线垂直的喷浆通道中容易灌入土壤颗粒，进而导致部分喷浆通道无法正常进行抽排水或是注浆，对此，在本技术方案中，在锥形的下压块下端固定设置有形状与之匹配的锥帽，并且锥帽的纵向截面呈V字型，锥帽的内侧壁中部与下压块的最下端连接，在锥帽的内侧壁上设置的多个喷浆槽使得锥帽与下压块外壁之间形成多个间隙，使得液体能够在喷浆槽、喷浆通道、流道以及注浆管内部连通，同时能够在下压块整体下移时避免土壤颗粒进入到喷浆槽中。

用于软土固化的微生物交替注浆装置的使用方法，包括如下步骤：

S₁ 、开挖边沟，边沟深度为K，在边沟内和注浆区域铺设土工布，再铺设真空膜进行密封处理；

S₂、将多个注浆装置分成两组，一组编号为注浆装置Ⅰ另一组编号为注浆装置Ⅱ，按深度值H、L的顺序依次插入土体，插入深度值H的为注浆装置Ⅰ，插入深度值L的为注浆装置Ⅱ，且满足H＜L；

S₃、在边沟两侧设置排水管；

S₄、启动注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ连接的真空泵，直至膜下真空度达到80kPa，然后在一周内保持压力稳定；

S₅、一周后，排水管抽出上层土体中的积水，待土体中的含水量达到注浆要求后停止排水，移除排水管并对边沟重新进行密封；

S₆、将注浆装置Ⅰ的注浆管与胶结溶液罐连接，将注浆装置Ⅱ的注浆管与菌液罐连接；

S₇、打开与注浆装置Ⅰ的真空泵，对土体抽取真空，同时由注浆装置Ⅱ向土体注入菌液；

S₈、当注浆装置Ⅰ的水气分离器中溢出菌液时，注浆装置Ⅱ停止注浆，同时向土体内注入空气；

S₉、启动注浆装置Ⅱ的真空泵，开始对土体抽取真空，同时通过注浆装置Ⅰ向土体注入胶结溶液；

S₁₀、当注浆装置Ⅱ的水气分离器中溢出胶结溶液时，注浆装置Ⅰ停止注浆，同时向土体注入空气；

S₁₁、重复操作步骤S₇~ S₁₀，直至注浆区域达到固化目的；

S₁₂、启动注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ连接的真空泵抽出土体内生成的NH₄Cl，并将抽出的NH₄Cl转运处理。

土体在进行大面积微生物注浆固化时，需使用多个注浆装置，并将装置分组编号即注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ。在注浆区域内土体中的含水量高时，首先需要对其进行排水处理，即在注浆区域周边开挖边沟，然后在边沟内和注浆区域先铺设土工布再铺设真空膜进行密封处理，再将注浆装置按浅、深、浅的顺序依次插入土体，注浆装置开始对注浆区域内的土体进行抽真空，真空膜的大气压力减小，直至真空膜下的真空度达到80kPa后，将真空膜下的压力稳定在一周的时间内；一周后，对上层土体的积水进行抽排，直至土体内的含水量符合注浆要求后停止排水，然后移除排水管，重新利用土工布以及真空膜对边沟进行密封；然后再由注浆装置进行交替注浆工序；本技术方案中通过注浆装置交替注浆，能够大幅度降低浆液用量的同时，快速实现土体的大面积注浆固化，并且在土体进行注浆加固完成后所有注浆装置同时启动真空泵，将反应生成的高浓度NH₄Cl抽出并装入特定容器内送往污水处理厂进行处理，能够防止土壤和地下水被污染。

进一步地，步骤S₁ 、S₂中，K的取值为1.4米~1.6m，K<H，该范围内的深度值能够使确保密封效果到达最佳，注浆装置Ⅰ与注浆装置Ⅱ之间的间隔为1.5~2m，且满足K与H之间的差值为0.5m，L的具体数值取决于注浆作业要求加固深度。单个注浆装置注入浆液的扩散范围为2.5~3m，选取1.5~2m间隔布置注浆装置能够最大程度发挥装置作用，提高注浆效率，减少注浆装置插入土体后形成的注浆孔的数量，维持土体稳定。

步骤S₄中，真空膜下的真空度达到80kPa时，在土体地基中大直径的孔道内形成真空渗流场，并形成连通的网络，水和气在渗透力的作用下被排除，此时大直径孔道内与小直径孔道存在压力差，使得小直径孔道内的水也被吸出，直到所有孔道的压差重新达到平衡稳定状态。

在步骤S₇、步骤S₉中，在向土体注入浆液时，膜下真空度为110 kPa；在步骤S₈、步骤S₁₀中，在向土体注入空气时，膜下真空度为50 kPa。通过改变注入浆液和空气时的压力，能够确保孔隙中的微生物分布更加均匀。

在步骤S₆操作完成后，需要等待菌液培养10~12h。在完成注浆后，巴氏芽孢杆菌需要时间繁殖，且当巴氏芽孢杆菌菌量达到一定程度后，配合步骤S₇、S₈能够在孔隙中生成大量的碳酸钙，以实现该区域的大面积固化防渗。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明在低压环境下进行注浆，相较于传统高压注浆，低压注浆不会对地层造成破坏，使其产生地面开裂及土体隆起等现象；

2、本发明采用真空负压进行注浆，在真空负压辅助下，土体地基较大孔道内形成真空渗流场并形成联通的网络，水和气在渗透力的作用下被排除，使得注浆区域内微生物和胶结溶液运移效率更快，注浆效率更高；

3、本发明中，采用交替吸注的注浆方式，当水气分离器出现浆液时，说明浆液分布完善可停止注浆，以此降低注浆用量；

4、本发明中，在待注浆区域含水量较多时，采用多个相邻注浆装置上下错动一定距离并采用铺设水平吸气管和水平注浆管方式进行抽水和注浆，能有效减少注入的菌液和胶结溶液溢出，保证菌液和胶结溶液的均匀分布；

5、本发明中，在菌液和胶结溶液注入完毕后注入空气能让土体内部氧气含量升高，能提高细菌活性、加快细菌繁殖速率、加快反应速率，最终生成更多具有胶结性能的碳酸钙颗粒，固化效果更好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为注浆管与吸气管的剖视图；

图3为隔板的剖视图；

图4为锁紧盘的剖视图；

图5为锁紧盘的俯视图；

图6为排水注浆的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-注浆管，2-吸气管，3-螺母，4-垫块，5-隔板，6-真空塞，7-止浆塞，8-土体，9-固定环，10-注浆孔，11-压力传感器，12-锁紧盘，13-锁紧螺杆，14-螺孔，15-无纺布，16-吸气孔，17-流道，18-连接管柱，19-喷浆通道，20-下压块，21-接头，22-传动辊，23-空腔，24-滤孔，25-防水膜，26-随动板，27-底孔，28-对接孔，29-喷浆槽，30-锥帽，31-菌液罐，32-水泵，33-胶结溶液罐，34-边沟，35-排水管，36-三通电磁阀，37-固化管路，38-真空膜，39-水气分离器，40-真空泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1~5所示，本实施例包括两端封闭的吸气管2，沿所述吸气管2的周向在其下段外圆周壁上开有多个吸气孔16，还包括与所述吸气管2轴线平行的注浆管1，注浆管1与吸气管2通过隔板5连接成一个固化管路，且隔板5的下端面、注浆管1的下端端面以及吸气管2下端面齐平，在固化管路的上段外壁上由上至下依次套设有螺母3、垫块4以及止浆塞7，在固化管路的下段外壁上包裹有无纺布15，止浆塞7外径与注浆孔10的内径相同；注浆管1上端与浆液罐连通，吸气管2上端与水气分离器、真空泵连接，在所述固化管路下端设有接头21，接头21中部设有与所述注浆管1内部连通的流道17，在接头21下端连接有呈锥形的下压块20，在所述下压块20上设有多个与流道17连通的喷浆通道19。

在土体8中进行微生物注浆固化时，需要在注浆区域铺设土工布以及真空膜38使区域密封，然后将无纺布15包裹固定在吸气管2外壁上，防止固体颗粒进入吸气管2内，入土体内，且固化管路37在下插时会在土体8内形成一个注浆孔10，利用止浆塞7、垫块4、螺母3对吸气管2与注浆孔10上端进行固定与封闭，启动真空泵40开始对注浆孔10内的气体进行抽吸，当压力传感器11的读数维持不变或是上升速度非常缓慢时，说明密封性良好，此时可开始注浆作业；需要指出的是，注浆管1与浆液罐连通，吸气管2依次与水气分离器39、真空泵40连接，启动真空泵40后，土体8中的水、空气、固体颗粒会逐渐运移到吸气孔16附近，固体颗粒被无纺布15阻拦在吸气孔16外，水、空气通过吸气孔16进入吸气管2，通过水气分离器39时，水被分离，空气则进入真空泵40，孔隙中的压力随之降低形成负压环境，负压的具体大小由真空泵的性能决定。开始注浆后，罐中浆液在低压下通过注浆管1进入注浆孔10内，由于注入浆液时采用低压，能有效防止地面开裂及土体8隆起，此时因为土体8为负压，浆液将向吸气孔16附近运移，土体8中较低的水含量以及空气含量能够使浆液地运移更加顺利，浆液也能更好的与颗粒相接触，提高固化效果，当浆液到达注浆孔10时，由于无纺布15的存在，只有部分浆液会通过注浆孔10进入注浆管1，最后被水气分离器排出，此时可停止注浆，减少了注浆用量；浆液罐包括胶结溶液罐33和菌液罐31，胶结溶液罐33和菌液罐31之间设有三通电磁阀36，三通电磁阀36的一个出液端与注浆管1连通，根据实际注浆情况，可随意切换胶结溶液或是菌液的注入。需要进一步解释说明的是，由于注浆管1与吸气管2通过隔板5连接成一个固化管路，在插入土体8时受到的阻力较大，对此，本技术方案在固化管路的底部依次设有接头21与下压块20，呈锥形的下压块20能够快速切入土体8内部，喷浆通道19通过流道17与注浆管1内部连通，与注浆管1内径相比，喷浆通道19的内径较小，浆液在通过流通截面的变化后流速增大，能够有效避免在注浆时喷浆通道19处出现堵塞。

本实施例针对土体8的微生物固化包含两种注浆方式，即针对土体8中含水量大时的注浆和针对土体8中含水量小时的注浆；其中，当土体8中的含水量小时，采用边吸边注的方式，并选择多个固化管路同时使用，具体操作如下：首先在注浆区域周围开挖边沟34，边沟34深度为1.3~1.6m，然后从边沟34开始铺设真空膜38，将多个固化管路交错插入土体8中，且确保相邻的两个固化管路37插入的深度不同，为确保固化管路37与真空膜38之间的密闭性，在固化管路37上还加设有真空塞6，即能对固化管路37与真空膜38之间的间隙进行覆盖，之后同时启动多个真空泵，吸气管2开始抽排气体，压力传感器11的探头置于土体8内部，观察每个真空注浆装置外的压力表是否下降，若没有下降则说明该装置密封没有做好或该装置周围区域没有铺设真空膜，待压力表下降到一定程度，关闭真空泵，若压力表数值不变或者上升非常缓慢说明装置密封性好，重复上述操作2到3次，待所有密封性检测结果都表明真空注浆装置密封性好时即可开始进行注浆操作，打开与插入深度较小的固化管路37连通的真空泵，向土体8内部提供80kPa以上的负压，同时由插入深度较大的固化管路37开始向土体8内注入菌液和培养液，真空注入菌液和培养液时将内外压差调整至110 kPa左右，使土体8中的微生物分布更加均匀，当与插入深度较小的固化管路37连通的水气分离装置中流出菌液和培养液时可停止注浆，此时减小内外压差向孔隙中注入空气，提高氧气含量，有助于巴氏芽孢杆菌的培养繁殖；待菌液培养一段时间后，打开与插入深度较大的固化管路37连通的真空泵，由插入深度较小的固化管路37开始向土体8内注入胶结溶液，在注入胶结溶液时提高内外压差，可以加快胶结溶液运移速率，同时吸走更多空气，减少孔隙中氧气含量，抑制巴氏芽孢杆菌反应生成CaCO₃，避免方解石在灌注口附近过早沉积而导致堵塞；当与插入深度较大的固化管路37连通的水气分离装置中流出胶结溶液时可停止注浆，此时减小内外压差向里注入空气，提高氧气含量，提升巴氏芽孢杆菌活性，依此增加方解石的生成量，依照上述方法对该区域进行反复注浆直到加固完成；该区域加固完成后所有装置启动真空泵，将反应生成的高浓度NH₄Cl抽出并装入特定容器内送往污水处理厂进行处理，防止土壤和地下水被污染。其中第一次减小注浆孔10内外压差并向孔隙中注入空气，提高氧气含量，有助于巴氏芽孢杆菌的培养繁殖；在注入胶结溶液时提高负压，可以加快胶结溶液运移速率，同时吸走更多空气，减少孔隙中氧气含量，抑制巴氏芽孢杆菌反应生成CaCO₃，避免方解石在灌注口附近过早沉积而导致堵塞；第二次减小内外压差向里注入空气，提高氧气含量，提升巴氏芽孢杆菌活性，以此增加方解石的生成量。

作为优选，通过固定环9将无纺布15固定在吸气管2外壁上，避免注浆孔10内的固体颗粒经吸气孔16进入至吸气管2、真空泵中，降低装置中各部件的损伤几率。

实施例2

如图1、4、5所示，本实施例在实施例的基础之上，在所述隔板5中部开有空腔23，且空腔23上端开放，在空腔23内滑动设置有与之匹配的随动板26，在所述随动板26的下端面上设有两个传动辊22，在两个传动辊22上覆盖有防水膜25，且防水膜25的两端分别沿随动板26的两个侧壁向上延伸至突出于空腔23的开放端，在所述隔板5正对防水膜25的两个内侧壁下段上均开有多个滤孔24，在所述隔板5底部开有多个底孔27，在所述接头21的上端面开有多个与底孔27对中的对接孔28，对接孔28与流道17连通。进一步地，当吸气管2在进行抽排气时，隔板5内设空腔23，且空腔23的两侧壁上开有与吸气孔16对中的滤孔24，空腔23底部设有依次与对接孔28、流道17连通的底孔27，使得固化管路的最下端、中段均能对土体8内部空气进行抽排，并且防水膜25能够阻挡土体8中的固体颗粒以及液体流入吸气管2中，缩短吸气管2在注浆工序中抽排气时间，确保土体8内微生物菌种的快速繁殖。其中，在防水膜25附着在随动板26上，随动板26能在空腔23内进行竖直方向上的直线往复运动，进而方便防水膜25在达到其使用寿命期限之前对其进行更换。

本实施例在所述固化管路37上端设有锁紧盘12，且沿锁紧盘12的径向在其上端面上设有多个螺孔14，螺孔14上设有与之配合的锁紧螺杆13。锁紧盘12能够对固化管路37的上端进行限位，防止注浆管1与吸气管2产生径向偏移，还能当做注浆管1或是吸气管2需要延伸来增加轴向长度时的连接部件。

其中，下压块20在插入土体8内后，轴线与水平线垂直的喷浆通道19中容易灌入土壤颗粒，进而导致部分喷浆通道19无法正常进行抽排水或是注浆，对此，在本实施例中，在锥形的下压块20下端固定设置有形状与之匹配的锥帽30，并且锥帽30的纵向截面呈V字型，锥帽30的内侧壁中部与下压块20的最下端连接，在锥帽30的内侧壁上设置的多个喷浆槽29使得锥帽30与下压块20外壁之间形成多个间隙，使得液体能够在喷浆槽29、喷浆通道19、流道17以及注浆管1内部连通，同时能够在下压块20整体下移时避免土壤颗粒进入到喷浆槽29中。

作为优选，在接头21下端面设置连接管柱18，进而实现下压块20与接头21之间的螺纹配合，由于固化管路37沿其轴线做直线运动，接头21与下压块20之间不存在径向上的相对运动，使得下压块20在磨损后能够实现快速更换。

实施例3

如图1~6所示，本实施例包括如下步骤：

包括如下步骤：

S₁ 、开挖边沟34，边沟深度为K，在边沟34内和注浆区域铺设土工布，再铺设真空膜38进行密封处理；

S₂、将多个注浆装置分成两组，一组编号为注浆装置Ⅰ另一组编号为注浆装置Ⅱ，按深度值H、L的顺序依次插入土体8，插入深度值H的为注浆装置Ⅰ，插入深度值L的为注浆装置Ⅱ，且满足H＜L；

S₃、在边沟34两侧设置排水管35；

S₄、启动注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ连接的真空泵40，直至膜下真空度达到80kPa，然后在一周内保持压力稳定；

S₅、一周后，排水管35抽出上层土体8中的积水，待土体8中的含水量达到注浆要求后停止排水，移除排水管35并对边沟34重新进行密封；

S₆、将注浆装置Ⅰ的注浆管1与胶结溶液罐33连接，将注浆装置Ⅱ的注浆管1与菌液罐31连接；

S₇、打开与注浆装置Ⅰ的真空泵40，对土体8抽取真空，同时由注浆装置Ⅱ向土体8注入菌液；

S₈、当注浆装置Ⅰ的水气分离器39中溢出菌液时，注浆装置Ⅱ停止注浆，同时向土体8内注入空气；

S₉、启动注浆装置Ⅱ的真空泵，开始对土体8抽取真空，同时通过注浆装置Ⅰ向土体8注入胶结溶液；

S₁₀、当注浆装置Ⅱ的水气分离器39中溢出胶结溶液时，注浆装置Ⅰ停止注浆，同时向土体8注入空气；

S₁₁、重复操作步骤S₇~ S₁₀，直至注浆区域达到固化目的；

S₁₂、启动注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ连接的真空泵40抽出土体8内生成的NH₄Cl，并将抽出的NH₄Cl转运处理。

土体8在进行大面积微生物注浆固化时，需使用多个注浆装置，并将装置分组编号,即注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ.在注浆区域内土体8中的含水量高时，首先需要对其进行排水处理，即在注浆区域周边开挖边沟，然后在边沟内和注浆区域先铺设土工布再铺设真空膜进行密封处理，再将注浆装置按浅、深、浅的顺序依次插入土体8，注浆装置开始对注浆区域内的土体8进行抽真空，真空膜的大气压力减小，直至真空膜下的真空度达到80kPa后，将真空膜下的压力稳定在一周的时间内；一周后，对上层土体8的积水进行抽排，直至土体8内的含水量符合注浆要求后停止排水，然后移除排水管，重新利用土工布以及真空膜对边沟进行密封；然后再由注浆装置进行交替注浆工序。

本实施例中通过注浆装置交替注浆，能够大幅度降低浆液用量的同时，快速实现土体8的大面积注浆固化，并且在土体8进行注浆加固完成后注浆装置同时启动真空泵，将反应生成的高浓度NH₄Cl抽出并装入特定容器内送往污水处理厂进行处理，能够防止土壤和地下水被污染。

进一步地，步骤S₁ 、S₂中，K的取值为1.4m~1.6m，K<H，该范围内的深度值能够使确保密封效果到达最佳，注浆装置Ⅰ与注浆装置Ⅱ之间的间隔为1.5~2m，且满足K与H之间的差值为0.5m，L的具体数值取决于注浆作业要求加固深度。单个注浆装置注入浆液的扩散范围为2.5~3m，选取1.5~2m间隔布置注浆装置能够最大程度发挥装置作用，提高注浆效率，减少注浆装置插入土体8后形成的注浆孔10的数量，维持土体8稳定。

步骤S₄中，真空膜下的真空度达到80kPa时，在土体8地基中大直径的孔道内形成真空渗流场，并形成连通的网络，水和气在渗透力的作用下被排除，此时大直径孔道内与小直径孔道存在压力差，使得小直径孔道内的水也被吸出，直到所有孔道的压差重新达到平衡稳定状态。

在步骤S₇、步骤S₉中，在向土体8注入浆液时，膜下真空度为110 kPa；在步骤S₈、步骤S₁₀中，在向土体8注入空气时，膜下真空度为50 kPa。通过改变注入浆液和空气时的压力，能够确保孔隙中的微生物分布更加均匀。

在步骤S₆操作完成后，需要等待菌液培养10~12h。在完成注浆后，巴氏芽孢杆菌需要时间繁殖，且当巴氏芽孢杆菌菌量达到一定程度后，配合步骤S₇、S₈能够在孔隙中生成大量的碳酸钙，以实现该区域的大面积固化防渗。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于软土固化的微生物交替注浆装置，包括两端封闭的吸气管（2），沿所述吸气管（2）的周向在其下段外圆周壁上开有多个吸气孔（16），其特征在于：还包括与所述吸气管（2）轴线平行的注浆管（1），注浆管（1）与吸气管（2）通过隔板（5）连接成一个固化管路（37），且隔板（5）的下端面、注浆管（1）的下端端面以及吸气管（2）下端面齐平，在固化管路（37）的上段外壁上由上至下依次套设有螺母（3）、垫块（4）以及止浆塞（7），在固化管路（37）的下段外壁上包裹有无纺布（15），止浆塞（7）外径与注浆孔（10）的内径相同；注浆管（1）上端与浆液罐连通，吸气管（2）上端与水气分离器（39）、真空泵（40）连接，在所述固化管路（37）下端设有接头（21），接头（21）中部设有与所述注浆管（1）内部连通的流道（17），在接头（21）下端连接有呈锥形的下压块（20），在所述下压块（20）上设有多个与流道（17）连通的喷浆通道（19）；在所述隔板（5）中部开有空腔（23），且空腔（23）上端开放，在空腔（23）内滑动设置有与之匹配的随动板（26），在所述随动板（26）的下端面上设有两个传动辊（22），在两个传动辊（22）上覆盖有防水膜（25），且防水膜（25）的两端分别沿随动板（26）的两个侧壁向上延伸至突出于空腔（23）的开放端，在所述隔板（5）正对防水膜（25）的两个内侧壁下段上均开有多个滤孔（24），在所述隔板（5）底部开有多个底孔（27），在所述接头（21）的上端面开有多个与底孔（27）对中的对接孔（28），对接孔（28）与流道（17）连通。

2.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：所述固化管路下段外壁上设有多个固定环（9），固定环（9）用于固定所述无纺布（15）。

3.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：在所述固化管路上端设有锁紧盘（12），且沿锁紧盘（12）的径向在其上端面上设有多个螺孔（14），螺孔（14）上设有与之配合的锁紧螺杆（13）。

4.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：在所述接头（21）下端面设有连接管柱（18），连接管柱（18）外圆周壁上设有螺纹，在所述下压块（20）上端面中部开有与连接管柱（18）配合的螺纹孔。

5.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：在所述下压块（20）底部设有与之匹配的锥帽（30），锥帽（30）的纵向截面呈V字型，在所述锥帽（30）的内侧壁上开有多个与喷浆通道（19）连通的喷浆槽（29）。

6.根据权利要求1~5任意一项所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S₁ 、开挖边沟（34），边沟深度为K，在边沟（34）内和注浆区域铺设土工布，再铺设真空膜（38）进行密封处理；

S₂、将多个注浆装置分成两组，一组编号为注浆装置Ⅰ另一组编号为注浆装置Ⅱ，按深度值H、L的顺序依次插入土体，插入深度值H的为注浆装置Ⅰ，插入深度值L的为注浆装置Ⅱ，且满足H＜L；

S₃、在边沟（34）两侧设置排水管（35）；

S₄、启动注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ连接的真空泵（40），直至膜下真空度达到80KPa，然后在一周内保持压力稳定；

S₅、一周后，排水管（35）抽出在边沟（34）内的积水，待土体（8）中的含水量达到注浆要求后停止排水，移除排水管（35）并对边沟（34）重新进行密封；

S₆、将注浆装置Ⅰ的注浆管（1）与胶结溶液罐（33）连接，将注浆装置Ⅱ的注浆管（1）与菌液罐（31）连接；

S₇、打开与注浆装置Ⅰ的真空泵（40），对土体（8）抽取真空，同时由注浆装置Ⅱ向土体注入菌液；

S₈、当注浆装置Ⅰ的水气分离器（39）中溢出菌液时，注浆装置Ⅱ停止注浆，同时向土体（8）内注入空气；

S₉、启动注浆装置Ⅱ的真空泵（40），开始对土体（8）抽取真空，同时通过注浆装置Ⅰ向土体（8）注入胶结溶液；

S₁₀、当注浆装置Ⅱ的水气分离器（39）中溢出胶结溶液时，注浆装置Ⅰ停止注浆，同时向土体（8）注入空气；

S₁₁、重复操作步骤S₇~ S₁₀，直至注浆区域达到固化目的；

S₁₂、启动注浆装置Ⅰ、注浆装置Ⅱ连接的真空泵（40）抽出土体（8）内生成的NH₄Cl，并将抽出的NH₄Cl转运处理。

7.根据权利要求6所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置的使用方法，其特征在于：在步骤S_1、S₂中，1.4m≤K≤1.6m，K＜H且满足H与K之间的差值为0.5m，注浆装置Ⅰ与注浆装置Ⅱ之间的间隔为1.5~2m。

8.根据权利要求6所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置的使用方法，其特征在于：在步骤S₇、步骤S₉中，在向土体（8）注入浆液时，膜下真空度为110 kPa；在步骤S₈、步骤S₁₀中，在向土体（8）注入空气时，膜下真空度为50 kPa。

9.根据权利要求6所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置的使用方法，其特征在于：在步骤S₆操作完成后，需要等待菌液培养10~12h。

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