CN207193946U - 利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，包括一刚性容器，所述刚性容器内设置有与刚性容器内腔密封隔绝的控温装置，刚性容器的侧面上由下至上设置有若干孔径逐渐变小与刚性容器内腔相通的开孔，刚性容器的上盖上开设有若干与刚性容器内腔相通的第一通孔以及与温控装置相通的第二通孔，所述第一通孔中分别穿过连通刚性容器内外的输送菌液及其培养液的第一软管和输送氧气的第二软管；第二通孔中穿过与控温装置相通的第三软管。本实用新型结构简单，使用方便，环境友好，加固原理简单，反应速率可控。通过本实用新型提供的实验装置能够充分加固不良土体，实现环境友好的效果。

Description

利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置

技术领域

本实用新型涉及一种微生物加固土体的装置，尤其是一种利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置。

背景技术

东南沿海地区作为我国改革开放的门户，经济发展居全国领先地位，因此，众多的基础建设都在这一带开展。但是东南沿海毗邻海洋，降水充沛，由于其特殊的地理位置及气候，导致该地区存在众多不良土体，这些土壤力学性能往往不能达到在其上进行基础建设的要求，地基土的不良力学性能也导致了大量工程灾害的发生，为了在沿海地区进行基础建设，常见的方法是对地基土进行加固。例如：难以现场成桩问题、现场浇筑混凝土强度不足问题和复合地基失效问题等等。根据现场调研，初步认为这些问题都与沿海地区地区土壤的强度有关。

目前工地上广泛采用的加固方法有灌浆加固以及低温冻结加固，常见的灌浆材料为化学灌浆材料。用化学灌浆泵等压送设备将灌浆材料灌入地层或缝隙内，使其渗透、扩散、胶凝或固化，以增加地层强度、降低地层渗透性、防止地层变形和进行混凝土建筑物裂缝修补，也可以用于防水堵漏和混凝土缺陷补强。但是化学灌浆的方法会对环境造成较大程度不可修复的破坏，且由于化学灌浆时，化学灌浆的材料流动性较差，很难进行远距离大规模的灌浆加固。冻结法进行施工加固相比于化学灌浆的方法，对环境的污染较小，但是供冷不足或者外部热源可导致冻土帷幕性能退化（范围、强度），流水作用下冻土可快速消融；冻结不当会产生冻胀融沉，对环境有一定的影响，严重时具有一定的破坏力，融沉控制不当可导致结构差异沉降和长期沉降。为达到提高土体力学性能的目的，选择合适的方法加固土体就成为了目前需要解决的关键技术问题。

微生物灌浆技术近年来也有所发展，但是由于微生物灌浆技术在工程中少有应用，为了解决这一工程实际问题，提出一种新型的微生物灌浆加固装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决在软弱地基上进行基础建设时，不良土体的力学性能不能达到工程要求而导致工程事故的不足，提供一种利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，包括一刚性容器，所述刚性容器内设置有与刚性容器内腔密封隔绝的控温装置，刚性容器的侧面上由下至上设置有若干孔径逐渐变小与刚性容器内腔相通的开孔，刚性容器的上盖上开设有若干与刚性容器内腔相通的第一通孔以及与温控装置相通的第二通孔，所述第一通孔中分别穿过连通刚性容器内外的输送菌液及其培养液的第一软管和输送氧气的第二软管；第二通孔中穿过与控温装置相通的第三软管。

所述刚性容器的为圆筒状，其材料为无缝低碳钢管、PVC、PPR、ABS或PE塑料管。

所述控温装置为圆筒状，其材质为无缝低碳钢管。

所述控温装置的顶部与刚性容器的上盖之间密封设置，

所述控温装置包括一圆筒，圆筒内部设置有与第三软管联通的交叉设置的管道。

所述第三软管包括进液管和出液管，进、出液管一端分别与圆筒内交叉设置的管道的进、出液口相连，另一端分别与热水箱和热水循环收集箱连通。

所述第一、第二软管与刚性容器上盖接触部位通过不透水工业胶水密封连接。

所述第一软管上设置有测速装置，用于测量菌液及营养液的传送速度。

所述第二软管一端与气泵连通，另一端连通至刚性容器内。

所述第二软管底部伸入到刚性容器空腔的底部，以保证氧气自下而上尽可能传输到整个加固过程中。

本实用新型该装置由主要有三部分组成，第一部分是用于输送菌液和培养液外壁开洞的刚性容器，第二部分是用于调节温度的控温装置，第三部分是用于给微生物供氧的传送软管。其中，输送菌液和培养液的刚性容器外壁四周小孔的孔径由下至上逐渐减小，以此改善土体加固过程中的均匀性问题。刚性容器上盖接软管，用于传送菌液和培养液，软管接至刚性盖的顶部，软管与刚性盖接触部位用不透水工业胶水做防水处理。容器外部的软管上接有测速的装置，用于测量菌液及营养液的传送速度。用于传输氧气的软管直接接入容器底部，保证氧气自下而上尽可能传输到整个加固过程中。本实用新型可适用于绝大多数自然环境。

在土体中通入的灌浆材料为微生物灌浆材料及培养微生物的培养液以及钙源溶液，用于加固的装置外壁开有小孔，且孔径大小不同。通过向土体中灌注微生物菌液及其培养液，诱导微生物生成具有胶结作用的碳酸钙，将软弱土体中的土颗粒联结起来，从而使软弱土体具有足够的力学性能。生成的碳酸钙与土体胶结，加固后土体的渗透率几乎没有改变，从而减少对周围土体的影响

将加固装置插入土体的长度比所需要加固的土体深度长0.5米。

温控装置的材质为无缝低碳钢管，其截面为圆形。地表以下装盛菌液和培养液装置的材料为无缝低碳钢管或PVC,PPR,ABS,PE塑料管，其截面为圆形。地表以上输送菌液及其培养液的装置以及输送氧气的材料为乳胶软管或者橡胶软管，其接口处用法兰连接，进行不透水处理。

本实用新型的试验原理：

在需要加固的现场打孔，并插入加固装置。以300kpa恒定压力将菌液注入土壤，并打开控温装置，保证各个测温点上的温度在70℃后采取保温措施，不再升温，此时，控温装置需要一直处于开启状态，直至加固结束。同时打开供氧装置，保证微生物在加固并进行新陈代谢的过程中有足够的氧气提供。通入菌液2h后停止注入菌液并静置24h。通入培养液24h后静置48h。重复上述操作三次后完成土壤的加固。

为了土壤加固的时间，可以选用经过离心后的高浓度菌液进行灌浆，增大菌液中微生物的浓度，可以有效的增加结晶过程中晶核的数目，从而增大碳酸钙形成的数量，并因此影响到加固土体的强度效果。

本实用新型的有益效果是：

结构简单，使用方便，环境友好，加固原理简单，反应速率可控。通过本实用新型提供的实验装置能够充分加固不良土体，实现环境友好的效果。本实用新型提供的微生物诱导生成碳酸钙加固不良土体的方法比相比于冻结法，消除了冻胀融沉的影响，不用担心由于冻结效果不好造成的强度达不到设计标准的情况，同时也减小了对周围建筑地基土的扰动。相比于化学灌浆，微生物加固的方法对环境几乎没有危害，微生物在注入到土壤中后，与培养液反应，生成碳酸钙并以此为晶核胶凝成较大的碳酸钙晶体使土壤得以胶结。在微生物被一定厚度的碳酸钙包裹住以后，没有办法再接收来自外界的钙源，微生物会自己凋零。用该技术进行加固保证了远距离大规模的加固成为现实，由于化学灌浆时，灌浆材料较为粘稠，所以在灌浆时必须保证高压灌浆，但是微生物灌浆的灌浆材料并不粘稠，在灌浆过程中，不需要高压施工，这使远距离的灌浆成为可能。同时，由于微生物加固原理简单，故反应速率可控，且生成碳酸钙的量可知。从而为解决东南沿海地区的地基加固问题做出正确的指导。

附图说明

图1是本实用新型主视结构示意图；

其中，1.刚性容器，2.开孔，3.第一软管，4.第二软管，5.第三软管，6.控温装置，7菌液及其培养液容器，8.上盖，9.气泵,10.热水箱，11. 热水循环收集箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

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，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，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，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型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，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，包括一刚性容器1，所述刚性容器1内设置有与刚性容器内腔密封隔绝的控温装置6，刚性容器1的侧面上由下至上设置有若干孔径逐渐变小与刚性容器内腔相通的开孔2，刚性容器1的上盖8上开设有若干与刚性容器内腔相通的第一通孔以及与温控装置6相通的第二通孔，所述第一通孔中分别穿过连通刚性容器内外的输送菌液及其培养液的第一软管3和输送氧气的第二软管4；第二通孔中穿过与控温装置相通的第三软管5。

刚性容器1的为圆筒状，其材料为无缝低碳钢管、PVC、PPR、ABS或PE塑料管。

控温装置6为圆筒状，其材质为无缝低碳钢管。控温装置6的顶部与刚性容器1的上盖之间密封设置，控温装置6包括一圆筒，圆筒内部设置有与第三软管5联通的交叉设置的管道。

第三软管5包括进液管和出液管，进、出液管一端分别与圆筒内交叉设置的管道的进、出液口相连，另一端分别与热水箱10和热水循环收集箱11连通。

第一、第二软管3、4与刚性容器上盖8接触部位通过不透水工业胶水密封连接。

第一软管3上设置有测速装置（图中未标出），用于测量菌液及营养液的传送速度。第一软管3一端与刚性容器连通，另一端与菌液及其培养液容器7连通。所述第二软管4一端与气泵9连通，另一端连通至刚性容器内1。所述第二软管4底部伸入到刚性容器空腔的底部，以保证氧气自下而上尽可能传输到整个加固过程中。

本实用新型的使用原理如下：

在需要加固的现场打孔，然后将本实用新型的刚性容器放入孔中。以300kpa恒定压力将菌液通过输送菌液及其营养液的软管通入刚性容器中，菌液通过刚性容器上的由下至上孔径逐渐减小的透水孔透入地下。

在通入菌液的同时，启用温控装置，将热水从热水箱中抽取出来，通过输液软管将热水通入温控装置中，热水管周围为导热液体，导热液体外部由导热效果良好的刚性材料包裹，使之与刚性容器内的菌液及器营养液隔离。温控装置的热水管在经过循环后输出至热水循环收集器。保证各个测温点上的温度在70℃后采取保温措施，不再升温，此时，控温装置需要一直处于开启状态，直至加固结束。

在启用温控装置时，打开气泵，将氧气通过输气软管泵入微生物溶液中，保证微生物溶液中在加固并进行新陈代谢的过程中有足够的氧气。

在泵送菌液2h后，停止泵送12h，再泵送营养液，持续泵送24h。停止泵送12h。泵送菌液2h，停止泵送12h，再泵送营养液，持续泵送24h。停止泵送12h。泵送菌液2h，停止泵送12h，再泵送营养液，持续泵送24h。停止泵送12h。

其中，温控装置和氧气供应装置在加固装置开始工作后打开，并一直保持其处于启用状态，直至加固完毕。

为了土壤加固的时间，可以选用经过离心后的高浓度菌液进行灌浆，增大菌液中微生物的浓度，可以有效的增加结晶过程中晶核的数目，从而增大碳酸钙形成的数量，并因此影响到加固土体的强度效果。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，包括一刚性容器，所述刚性容器内设置有与刚性容器内腔密封隔绝的控温装置，刚性容器的侧面上由下至上设置有若干孔径逐渐变小与刚性容器内腔相通的开孔，刚性容器的上盖上开设有若干与刚性容器内腔相通的第一通孔以及与温控装置相通的第二通孔，所述第一通孔中分别穿过连通刚性容器内外的输送菌液及其培养液的第一软管和输送氧气的第二软管；第二通孔中穿过与控温装置相通的第三软管。

2.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述刚性容器的为圆筒状，其材料为无缝低碳钢管、PVC、PPR、ABS或PE塑料管。

3.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述控温装置为圆筒状，其材质为无缝低碳钢管。

4.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述控温装置的顶部与刚性容器的上盖之间密封设置。

5.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述控温装置包括一圆筒，圆筒内部设置有与第三软管联通的交叉设置的管道。

6.如权利要求5所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述第三软管包括进液管和出液管，进、出液管一端分别与圆筒内交叉设置的管道的进、出液口相连，另一端分别与热水箱和热水循环收集箱连通。

7.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述第一、第二软管与刚性容器的上盖接触部位通过不透水工业胶水密封连接。

8.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述第一软管上设置有测速装置。

9.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述第二软管一端与气泵连通，另一端连通至刚性容器内。

10.如权利要求1所述的利用微生物诱导生成碳酸钙加固土体的装置，其特征是，所述第二软管底部伸入到刚性容器空腔的底部。