CN204898658U - 一种用以加固软土地基的微生物胶结砂桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用以加固软土地基的微生物胶结砂桩，将砂桩技术与微生物灌浆技术相结合，形成微生物胶结砂桩，对软土地基进行加固，桩体包括砂料和微生物浆液。该微生物胶结砂桩的施工流程包括：a.平整场地，测量放样；b.桩机定位，钻进成孔；c.下注浆管，投放砂料；d.依次灌注菌液和胶结溶液。微生物诱导形成的方解石凝胶将松散砂粒胶结成为整体，有效提高桩体的强度；同时胶结砂体可维持较高的孔隙率和渗透性，加速桩周土的排水固结。微生物胶结砂桩能明显改善软弱地基土的工程性质，有效提高软基的承载力，同时具有施工简便、施工扰动小、强度可调控、节能减排、生态环保等优势，可在软土地基加固工程中推广应用。

Description

一种用以加固软土地基的微生物胶结砂桩

技术领域

本实用新型属于岩土工程地基加固领域，涉及一种用以加固软土地基的微生物胶结砂桩。

背景技术

水泥、石灰和化学浆材是土体加固中最为常用的胶凝材料。但水泥、石灰等传统的胶凝材料能改变土体的pH值，使土体呈碱性并形成一定范围的侵蚀环境，对地下水与周围植被均会造成不良的影响，而且水泥生产过程中还会排放大量的温室气体，其存在的高能耗、高污染排放等缺点，势必会对生态环境构成严重威胁。对于化学灌浆材料而言，除了水玻璃外，所有化学浆材（环氧树脂类、丙烯酸盐类、酚醛树脂类、聚氨酯类等）都是有毒的。因而，研究节能减排、生态环保、经济高效、性能优良的新型胶凝材料意义重大。

微生物灌浆加固技术是最近发展起来的一种新型的土体加固方法，通过向松散砂土中灌注菌液以及营养液，利用微生物诱导方解石沉积（MICP）作用在砂颗粒间快速析出方解石凝胶，来改善砂土体的物理力学性质。现有研究结果表明，MICP灌浆技术能有效提高砂土的强度、刚度、抗液化及抗侵蚀性能等，而且胶结砂体在一定强度范围内仍可维持较高的孔隙率和渗透性。微生物灌浆材料均为溶液或悬浊液，与传统胶凝材料相比，具有黏性低、流动性好、渗透性强、反应速率和胶结强度可调控、环境污染少等优势，属于低能耗、低排放材料。因而，微生物灌浆技术作为一种可持续发展的土体加固新方法，具有潜在的工程实用价值和广泛的应用前景。

砂桩法起源于19世纪30年代的欧洲，在我国的应用始于50年代。砂桩最初是用于处理松散砂土地基，后来逐渐将其用来处理软弱粘性土。工程实践表明，砂桩法处理松散砂土和塑性指数不高的非饱和粘性土地基，其挤密或振密效果较好，不仅可以提高地基承载力、减少地基沉降，还可以防止砂土振动液化。砂桩处理饱和软粘土地基时，主要是利用砂桩的置换作用和排水作用来提高软弱地基的稳定性，但由于砂桩桩体为散粒体，桩体强度较低，而且在振动成桩过程中会破坏软粘土的天然结构，降低其抗剪强度，因而，砂桩处理后的软粘性土地基在荷载作用下仍会发生较大的沉降变形。

为了提高砂桩在处理软粘土地基中的有效性，扩展微生物灌浆技术在土体加固中的应用，将微生物灌浆与砂桩结合起来，充分发挥两者的优势，从而有效加固处理软弱地基。

实用新型内容

技术问题：本实用新型将微生物灌浆应用于砂桩技术中，提供一种能提高桩体强度，克服传统水泥灌浆灌注压力高、施工扰动大、扩散距离小、生态相容性差等缺点，并能保持砂桩作为竖向排水通道（因微生物的选择性吸附），加快桩周软粘土固结沉降的用以加固软土地基的微生物胶结砂桩。

技术方案：本实用新型的用以加固软土地基的微生物胶结砂桩，包括钻孔灌砂桩，砂桩中灌注有菌液和胶结溶液（尿素和CaCl₂的混合液）。根据设计的桩径，用工程钻机成孔至预定深度位置，然后***钢质注浆花管，随后向桩孔内投放一定级配的砂料至标高，利用注浆管向孔内依次灌入菌液和胶结溶液，并可通过多次循环灌浆来调控桩体的强度。

本实用新型微生物胶结砂桩的一种优选方案中，砂桩桩径D=0.3~0.7m，呈梅花形布置，桩中心距L=2.0~3.0D，桩长则取决于需加固处理的软土层厚度，宜在30m以内；砂料粒径d=50~400μm，胶结溶液浓度ω=0.5~1.0mol/L。

本实用新型综合砂桩法和微生物灌浆技术，形成微生物胶结砂桩，对软粘土地基进行加固处理。桩体包括砂料和微生物浆液（菌液和胶结溶液），通过向砂桩中依次灌注菌液和胶结溶液，可在砂颗粒间快速生成具有胶结作用的方解石凝胶，并将松散砂粒胶结成为具有一定力学性能的整体，从而达到提高砂桩强度的目的。同时，胶结砂体在一定强度范围内仍可维持较高的孔隙率和渗透性，从而加速周围软粘土的排水固结，改善桩间土的物理力学性质。本实用新型不但保留了砂桩法处理软土地基的优点，而且克服了砂桩法以及水泥灌浆的主要缺点，其有益效果在于：1）微生物灌注砂桩，施工扰动小、灌浆压力低，不引起周围土***移，不影响周边建筑物；2）灌浆材料为溶液或悬浊液，其粘性很低，流动性好，灌注距离可达5m之多；3）生态相容性好，微生物本身对环境及人体均无不良影响，且最终只有自然矿物方解石存留于砂桩中；4）可实现多次循环灌浆，通过不同的灌注次数来调控胶结桩体的强度和刚度（砂桩的无侧限抗压强度可达到300kPa~30MPa）；5）固化胶结速度较快，且无需养护，一般5~10d内即可达到足够的强度；6）胶结砂体在几MPa强度范围内仍可维持较高的孔隙率，对桩体的渗透性影响较小；7）采用工程钻机旋转循环钻孔成桩，相比于挤密砂桩施工，对地基及周围环境扰动小，且施工作业简便，施工中振动小、噪音低。本实用新型施工简便且易推广，既能大大提高桩体的强度，又能加速桩周软粘土的排水固结，扩展砂桩法及微生物灌浆技术在软弱地基处理中的可行性和有效性，具有广阔的应用前景。

附图说明：

图1为本实用新型的施工工艺流程图。

图2为本实用新型的砂桩平面布置图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。本实用新型中涉及的软土地基是指由淤泥、淤泥质土、松软冲填土与杂填土，或其他高压缩性、低渗透性软弱土层构成的地基。

用以加固软土地基的微生物胶结砂桩，桩体包括砂料和微生物浆液（菌液和胶结溶液），其具体施工流程为：

1）平整场地，确定钻孔桩位中心，桩位偏差不大于±20mm，孔口段埋设长为1m的钢护筒；钻机就位对中，其主动钻杆、钻盘中心应与桩中心保持一致，钻杆垂直，倾斜度应小于1%。

2）按设计桩径及桩长钻进成孔，采用泥浆护壁的大泵量正循环作业法钻孔，钻进至设计深度后，钻具原位回转、正循环冲孔排渣。

3）将注浆钢花管下放至孔底，并对准钻孔中心位置，然后通过串筒向孔内填灌砂料至孔口标高，在投放砂料过程中，应不间断地利用注浆管注入清水洗孔。

4）在钢花管内***带有双向封闭装置的注浆芯管，通过提升注浆芯管，向砂桩内依次灌注菌液和胶结溶液，菌液为一种高产脲酶的巴氏芽孢杆菌，胶结溶液为尿素和CaCl₂的混合液，其浓度应为0.5~1.0mol/L，灌浆采用自下而上分段灌注方式。

5）根据桩体强度设计要求进行多次循环灌浆，两次灌浆间隔时间不少于6h，待全部灌浆结束后，拔出注浆管，并用水泥砂浆填充桩体中的孔洞，即可完成一个微生物胶结砂桩施工。

本实用新型的微生物胶结砂桩，是按照上述微生物胶结砂桩加固软土地基的方法中步骤1）至步骤5）施工得到。本实用新型的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

Claims (3)

1.一种用以加固软土地基的微生物胶结砂桩，其特征在于：该胶结砂桩包括钻孔灌砂桩，砂桩中灌注有菌液和胶结溶液，其胶结溶液为尿素和CaCl₂的混合液。

2.根据权利要求1所述的一种用以加固软土地基的微生物胶结砂桩，其特征在于：所述的砂桩呈梅花形布置，桩径D=0.3~0.7m，桩中心距L=2.0~3.0D，桩长则取决于需加固处理的软土层厚度，宜在30m以内，砂料粒径宜为d=50~400μm。

3.根据权利要求1所述的一种用以加固软土地基的微生物胶结砂桩，其特征在于：所述的菌液为一种高产脲酶的巴氏芽孢杆菌，胶结溶液为尿素和CaCl₂的混合液，其浓度宜为ω=0.5~1.0mol/L，菌液和胶结溶液应依次灌入砂桩内，且可多次循环灌注。