CN113866356A - 劈裂式微生物注浆装置及室内劈裂式微生物注浆实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了劈裂式微生物注浆装置及室内劈裂式微生物注浆实验装置，属于岩土工程技术领域。本发明公开的劈裂式微生物注浆装置，包括：用于输出菌液的泵体；土体容纳槽，所述土体容纳槽具有用于容纳土体的容纳腔；与所述泵体的输出端连接的导管部，所述导管部包括第一导管和第二导管，所述第二导管可拆卸的套设在所述第一导管内，所述导管部上分布有若干用于排出菌液的出液孔，所述出液孔位于所述容纳腔内，每个所述出液孔一端与第二导管内连通，另一端与所述容纳腔内部连通。泵体加压注射，近距离的土体被劈裂，菌液注入至远端土体中，菌液、胶结液在土体中大直径、大范围均匀扩散，能够生成分布均匀的碳酸钙沉淀，土体强度、整体稳定性显著提高。

Description

劈裂式微生物注浆装置及室内劈裂式微生物注浆实验装置

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及劈裂式微生物注浆装置及室内劈裂式微生物注浆实验装置。

背景技术

目前，微生物诱导碳酸钙沉淀已经成为近年来发展的新兴环保土体处理技术。相较于传统的胶凝材料，微生物灌浆的方式具有灌注压力低，对土体扰动小、低污染、低排放，且与土体相容性更好，施工效率高、施工周期短等优势。因此，在岩土工程领域，越来越多的学者对这种环保的改善土体的方式进行了多方面的研究，并应用到实际工程中。

微生物诱导碳酸钙技术涉及到许多的生物、化学反应，微生物在一定的环境条件下产生脲酶，与土壤中的尿素、Ca⁺结合，产生碳酸钙沉淀胶结填充土体孔隙，改变了土体原有的物理、力学性质，降低了土体的孔隙率，提高了土体的整体性。在整个生物化学反应中，生成的碳酸钙沉淀分布不均匀使影响土体强度的最主要因素，也是在中最需要考虑的问题。为了使微生物与土体有更好的相容性，针对土体的处理方式有：注浆法、拌合法和表面入渗法，其中注浆加固的使用的方法最多。

但是，针对上述方法，使菌液和胶结液灌注到土壤中形成碳酸钙沉淀，但是实际中碳酸钙只会在注射点部位迅速形成碳酸钙结晶，很少有细菌在远距离范围内形成胶结沉淀。且由于近距离的碳酸钙沉淀填充了土体孔隙，菌液的扩散距离受到限制，进而导致生成的碳酸钙沉淀不均匀，土体加固不均匀。

发明内容

本发明解决的问题在于提供劈裂式微生物注浆装置及室内劈裂式微生物注浆实验装置，通过高压劈裂式注浆，使菌液能够与土体均匀混合，使土体的强度均匀。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种劈裂式微生物注浆装置，包括：

用于输出菌液的泵体；

土体容纳槽，所述土体容纳槽具有用于容纳土体的容纳腔；

与所述泵体的输出端连接的导管部，所述导管部包括第一导管和第二导管，所述第二导管可拆卸的套设在所述第一导管内，所述导管部上分布有若干用于排出菌液的出液孔，所述出液孔位于所述容纳腔内，每个所述出液孔一端与第二导管内连通，另一端与所述容纳腔内部连通。

所述导管部外设有环状的注浆喷头，所述注浆喷头通过所述出液孔与所述容纳腔连接，所述注浆喷头的出口端的喷射方向为水平方向。

所述注浆喷头的侧壁均匀设有多个出浆孔，所述出浆孔一端与注浆喷头内部连通，所述出浆孔另一端与所述容纳腔连通。

所述注浆喷头和所述导管部组成一体式加强筋结构，所述加强筋结构用于加强土体强度。

所述容纳腔的内壁上设有一层可拆卸的膜层；

所述容纳腔为柱状，位于柱状的所述容纳腔侧壁的膜层为薄塑料胶片；

位于柱状的所述容纳腔两端的膜层为土工布。

所述第一导管的材质为软质材质，所述第二导管的材质为硬质材质。

一种室内劈裂式微生物注浆实验装置，包括：

上述劈裂式微生物注浆装置；

土体容纳装置，所述土体容纳装置中部形成有土体容纳槽，所述土体容纳装置的材质为透明材质。

所述导管部还包括具有阀门的第三导管，所述第三导管一端与所述第二导管底部连通，所述第三导管另一端与所述土体容纳槽的外部连通。

所述土体容纳装置包括多个瓣状结构和喉箍，所述喉箍套设在多个所述瓣状结构上，以使多个瓣状结构结合为一个整体，并在多个瓣状结构中部形成所述用于容纳土体的容纳腔。

所述第二导管为软管。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明劈裂式微生物注浆装置通过泵体及导管部将加压的菌液注入至土体中，泵体加压注射，近距离的土体被劈裂，菌液由近端土体入渗至远端土体中，菌液、胶结液在土体中大直径、大范围均匀扩散，能够生成分布均匀的碳酸钙沉淀，土体强度整体稳定性显著提高。

附图说明

图1为本发明室内劈裂式微生物注浆实验装置的整体结构示意图；

图2为本发明室内劈裂式微生物注浆实验装置的导管部的整体结构示意图；

图3为导管部的注浆喷头的放大示意图。

附图标记：1、泵体；2、土体容纳槽；21、土体；22、容纳腔；3、导管部；31、第一导管；32、第二导管；321、阀；33、注浆喷头；331、出浆孔；34、出液孔；35、第三导管；351、玻璃管；352、阀门；4、膜层；5、土体容纳装置；51、喉箍；52、盖板；53、螺栓；6、胶塞；7、废液收集装置；8、锥形瓶。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

请参考图1，其示出了本发明劈裂式微生物注浆装置的整体结构示意图，该劈裂式微生物注浆装置，包括用于输出菌液的泵体1、土体容纳槽2和导管部3。

泵体1用于输出菌液，且由于泵体1的使用，可以给菌液加压，菌液在注入土地的时候具有较强压力，可以以劈裂式注浆法将菌液输送至土体21中。在具体实施中，可以进行单次加压注浆，注浆过程中，土体21被劈裂，所注入的菌液会沿着土体21的孔隙不断扩散。也可以第一步骤进加压注浆，第二步骤停止注浆，静止一段时间，之后循环第一步骤和第二步骤若干次，加压注浆时，土体21被劈裂，菌液大量渗透至土体21内。停止加压时，菌液从土体21的孔隙渗透至孔隙周围，确保菌液均匀的进入整个土体21。

土体容纳槽2，所述土体容纳槽2具有用于容纳土体21的容纳腔22。在实际生产中，土体容纳槽2可以为地面之下的一个坑。该坑内需要注入菌液的土壤为土体21。上述坑的内腔为容纳腔22。上述的土体容纳槽2只是为了框选出菌液需要作用的区域。

与所述泵体1的输出端连接的导管部3，所述导管部3包括第一导管31和第二导管32，所述第二导管32可拆卸的套设在所述第一导管31内，所述导管部3上分布有若干用于排出菌液的出液孔34，所述出液孔34位于所述容纳腔22内，每个所述出液孔34一端与第二导管32内连通，另一端与所述容纳腔22内部连通。其中，

导管部3包括第一导管31和第二导管32，第一导管31和第二导管32为可拆卸结构，第二导管32可以从第一导管31内抽出。第一导管31和第二导管32的可拆卸结构可以有以下几点好处：

在一实例中，由于导管部3直接与土体21接触，导管部3与土体之间的摩擦力随管外壁的面积增加而增加。若导管部3为硬质管，如金属管，硬塑料管。导管部3从土体21中拔出的时机一般为注浆完毕后，此时菌液已经与土体21发生作用，土体以具有一定硬化的性质，此时直接拔出硬质管的导管部3，导管部3与土体21之间的摩擦力会带着导管部3周围的土体21向着土体21的拔出方向运动，土体21会发生龟裂，影响成形后的土体21的稳固性。

但如果第一导管31的材质为软质材质，第二导管32的材质为硬质材质。第二导管32相当于第一导管31的支撑筋。在需要拔出整个导管部3时，由于第二导管32套设在第一导管31内，软质材质的第一导管31与土体21直接接触，先拔出第二导管32，去掉第一导管31的支撑筋，之后在拔出第一导管31时，由于第一导管31为软质材质，第一导管31可以向着其中心收缩，第一导管31与土体21之间的摩擦力减少，拔出软质材质的第一导管31对土体21的影响减小。

在另一实例中，第一导管31和第二导管32可以同时为硬质材质，并且在拨出第二导管32后，第一导管31可以预留至土体21中，将第一导管31作为加强筋结构。

综上所述，本发明劈裂式微生物注浆装置通过泵体及导管部将加压的菌液注入至土体中，泵体加压注射，近距离的土体被劈裂，菌液由近端土体入渗至远端土体中，菌液、胶结液在土体中大直径、大范围均匀扩散，能够生成分布均匀的碳酸钙沉淀，土体强度整体稳定性显著提高。

进一步的，请参考图2，本发明劈裂式微生物注浆装置的另一实施例，所述导管部3外设有环状的注浆喷头33，所述注浆喷头33通过所述出液孔34与所述容纳腔22连接，所述注浆喷头33的出口端的喷射方向为水平方向。

上述实施例中，注浆喷头33采用高压喷头时，可以防止导管部3上的排液口堵塞。由于在劈裂式注浆时，有可能需要反复高压注浆和停止注浆，注浆喷头33可采用防堵塞喷头，可以防止混合菌液的土体反流至导管部3，确保菌液的正常注入。注浆喷头33的出口端的喷射方向为水平方向、垂直方向或斜向方向。

在一示例中，如图3所示，所述注浆喷头33的侧壁均匀设有多个出浆孔331，所述出浆孔331一端与注浆喷头33内部连通，所述出浆孔331另一端与所述容纳腔22连通。在实际生产中，劈裂式微生物注浆装置可以具有多个，其分别插入土体中形成蜂窝式分布的劈裂式微生物注浆装置群，注浆喷头33所注入的菌液可以沿注浆喷头33上的多个出浆孔331散射式劈裂注入。菌液在小范围内的劈裂注入更为均匀。

在另一实施例中，所述注浆喷头33和所述导管部3组成一体式加强筋结构，所述加强筋结构用于加强土体21强度。注浆喷头33和导管部3组成了一个外表具有凸起的棒状结构，其与土体的相互抓紧力更大。作为加强筋结构能更好的加强土体强度。并且在抽出第一导管31内的第二导管32后，可以在第一导管31内填充土体。

请参考图1，本发明还公开了一种室内劈裂式微生物注浆实验装置，该室内劈裂式微生物注浆实验装置包括上述室内劈裂式微生物注浆装置和土体容纳装置5，所述土体容纳装置5中部形成有土体容纳槽2，所述土体容纳装置5的材质为透明材质。

由于需要在室内试验，因此需要通过土体容纳装置5模拟出上述劈裂式微生物注浆装置的土体容纳槽2，以及将土体容纳装置5设置为透明材质方便观察土体的注入情况。上述方案能够简便高效且均匀地模拟实际工程操作环境，使菌液、胶结液在土壤中大直径、大范围均匀扩散，解决了微生物只在土样两端及四周局部生成碳酸钙沉淀的问题，同时能够生成分布均匀的碳酸钙沉淀，土体强度整体稳定性显著提高。

在实验中，由于土体21的量较少，利用泵体1注入菌液完成后导管部3以及土体21底部很可能淤积较多菌液，需要将菌液排出，避免影响实验。因此需要在土体容纳槽2的底部设置一个用于排出菌液的机构。因此，导管部3还包括具有阀门352的第三导管35，所述第三导管35一端与所述第二导管32底部连通，所述第三导管35另一端与所述土体容纳槽2的外部连通。排出菌液的机构外设置一个废液收集装置7，用于回收菌液。排出菌液的机构可以为一个玻璃管351和胶塞6，土体容纳装置5的土体容纳槽2底部具有个一个通孔，该通孔一端与土体容纳槽2连通，另一端与外界连通，胶塞6堵在上述通孔内，而玻璃管351穿过胶塞6一端与土体容纳槽2连通。另一端与外界连通。

在实验中，为了方便获得反应完成后完整的土体21，将土体容纳装置5分为多个瓣状结构和喉箍51，所述喉箍51套设在多个所述瓣状结构上，以使多个瓣状结构结合为一个整体，并在多个瓣状结构中部形成所述用于容纳土体21的容纳腔22。

第二导管32为软管，软管材质的第二导管32可以方便的从第一导管31内取出。

导管部3上设置有阀321，用于控制泵体1所输出的菌液是否流入容纳腔22。

土体容纳装置5包括透明环状侧壁，以及透明环状侧壁两端的盖板52，透明环状侧壁和盖板52内部形成用于容纳土体21的容纳腔22。透明环状侧壁可以通过螺栓53与盖板52相互连接。

泵体1的输入端可以设置一个锥形瓶8，上述锥形瓶8内部容纳有菌液。

在一示例中，在实验室实验阶段，可以在所述容纳腔22的内壁上设有一层可拆卸的膜层4。该膜层的作用是减小土样脱模时对土样的扰动，保证脱模土样的完整性。上述膜层4为土工布、软质塑料薄膜、硬质塑料薄膜、橡胶薄膜或者纸质薄膜。优选的，所述容纳腔22为柱状，位于柱状的所述容纳腔22侧壁的膜层4为薄塑料胶片。位于柱状的所述容纳腔22两端的膜层4为土工布。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种劈裂式微生物注浆装置，其特征在于，包括：

用于输出菌液的泵体；

土体容纳槽，所述土体容纳槽具有用于容纳土体的容纳腔；

与所述泵体的输出端连接的导管部，所述导管部包括第一导管和第二导管，所述第二导管可拆卸的套设在所述第一导管内，所述导管部上分布有若干用于排出菌液的出液孔，所述出液孔位于所述容纳腔内，每个所述出液孔一端与第二导管内连通，另一端与所述容纳腔内部连通。

2.根据权利要求1所述的劈裂式微生物注浆装置，其特征在于，所述导管部外设有环状的注浆喷头，所述注浆喷头通过所述出液孔与所述容纳腔连接，所述注浆喷头的出口端的喷射方向为水平方向。

3.根据权利要求2所述的劈裂式微生物注浆装置，其特征在于，所述注浆喷头的侧壁均匀设有多个出浆孔，所述出浆孔一端与注浆喷头内部连通，所述出浆孔另一端与所述容纳腔连通。

4.根据权利要求2所述的劈裂式微生物注浆装置，其特征在于，所述注浆喷头和所述导管部组成一体式加强筋结构，所述加强筋结构用于加强土体强度。

5.根据权利要求1所述的劈裂式微生物注浆装置，其特征在于，所述容纳腔的内壁上设有一层可拆卸的膜层；

所述容纳腔为柱状，位于柱状的所述容纳腔侧壁的膜层为薄塑料胶片；

位于柱状的所述容纳腔两端的膜层为土工布。

6.根据权利要求1所述的劈裂式微生物注浆装置，其特征在于，所述第一导管的材质为软质材质，所述第二导管的材质为硬质材质。

7.一种室内劈裂式微生物注浆实验装置，其特征在于，包括：

权利要求1-6任意一项的所述劈裂式微生物注浆装置；

土体容纳装置，所述土体容纳装置中部形成有土体容纳槽，所述土体容纳装置的材质为透明材质。

8.根据权利要求7所述的室内劈裂式微生物注浆实验装置，其特征在于，所述导管部还包括具有阀门的第三导管，所述第三导管一端与所述第二导管底部连通，所述第三导管另一端与所述土体容纳槽的外部连通。

9.根据权利要求7所述的室内劈裂式微生物注浆实验装置，其特征在于，所述土体容纳装置包括多个瓣状结构和喉箍，所述喉箍套设在多个所述瓣状结构上，以使多个瓣状结构结合为一个整体，并在多个瓣状结构中部形成所述用于容纳土体的容纳腔。

10.根据权利要求7所述的室内劈裂式微生物注浆实验装置，其特征在于，所述第二导管为软管。

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