一種微生物低溫注漿固土方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微生物低溫注漿固土改善土體強度均勻性及改進注漿工藝增強土體強度的方法，屬于地基土體加固的技術領域。
【背景技術】
[0002]現有微生物注漿固土技術是通過向土中注入微生物菌液以及營養鹽，利用微生物誘導碳酸鈣結晶技術(MICP技術)，最終在土顆粒間孔隙中快速析出碳酸鈣結晶，土顆粒間通過碳酸鈣的膠結作用連接成整體，起到固化土體的作用，目前工程上主要利用微生物常溫注漿固化砂土和粉土。
[0003]現有技術一的技術方案
[0004]微生物常溫注漿固化砂土主要通過誘導無機礦物沉淀膠結顆粒提高強度，提高砂土的剪切剛度和極限承載力，微生物常溫注漿首先向砂土中注入一定量的菌液，然后灌注膠結溶液(尿素-CaCl2),使得吸附在砂顆粒中的微生物不斷礦化生成方解石凝膠，固化砂土顆粒。
[0005]現有技術一的缺點
[0006]為控制反應速率，微生物常溫注漿固化砂土采用的是輪流注菌液與氯化鈣混合液，該注漿方法固化土體均勻性差，周期長，效率低，材料利用率低，易造成注漿材料浪費，經濟效益低。
[0007]現有技術二的技術方案
[0008]將適量的去離子水與微生物摻入到干土中，拌和均勻，制成試樣，靜置一段時間，使細菌充分吸附，再低速注入低濃度的CaCl2混合溶液(Min Lee Lee,Wei Song Ng,Yasuo,Tanaka.Stress—deformat1n and compressibility response of b1—medistedresidual soils[J].Ecological Engineering，2013，60(2013):142-149)0
[0009]現有技術二的缺點
[0010]該注漿方法土體上吸附的微生物量少，碳酸鈣成核點少，且其礦化產生的碳酸鹽含量低，土體強度提高受到限制。
[0011]現有技術三的技術方案
[0012]在土中分別摻入微生物及其液體培養基，與氯化鈣與尿素的混合液拌和均勻，固化土體。(許朝陽，張莉.生物改性對粉土工程性質影響的研究[J].工業建筑.2009,39(3):
60-61)ο
[0013]現有技術三的缺點
[0014]微生物拌和土樣過程中，原先的膠結體受到破壞，新的膠結體生成，土體強度提高幅度很小，實際工程性能差，工程應用價值小。
[0015]現有技術四的技術方案
[0016]將制成的砂土試樣浸入微生物粘結液中，通過粘結液自由滲透到土體孔隙后，微生物礦化代謝引起孔隙液PH值變化和脲酶反應，產生碳酸鈣結晶固化土體(趙茜等.微生物誘導碳酸鈣沉淀(MICP)固化土壤實驗研究[D]北京.中國地質大學博士學位論文，2014)。
[0017]現有技術四的缺點
[0018]微生物礦化代謝引起孔隙液PH值變化和脲酶反應，使產生的碳酸鹽結晶析出，周期長，反應緩慢，在實驗室環境容易實現，但是對實際工程應用比較困難。
【發明內容】
[0019]綜上所述，目前工程上利用微生物常溫固土方案均存在一定的不足，微生物常溫注漿固化砂土顆粒，使得砂土強度得到了較大的提高，但是注漿周期較長，效率低，材料利用率低，微生物常溫注漿固化粉土，注漿口易堵塞，粉土強度不均勻，強度提高受到限制，本發明的原理為:微生物膠結液在注入土體前和注入土體初期處于低溫條件，微生物及脲酶工作活性受到抑制，降低了生物脲酶分解尿素速率，使產生的碳酸根離子的數量少，大幅降低反應速率及延緩碳酸鈣膠結物的生成，微生物膠結液可以自由滲透入土體而不會發生膠結，也不會堵塞土體孔道，而在微生物膠結液在注入土體后一段時間，土體溫度受環境溫度影響逐步回升，微生物及脲酶的活性逐漸提高，促進碳酸鈣的快速生成，前期低溫條件產生的碳酸鈣微粒能促進微生物吸附于土顆粒上形成生物膜，成為后期溫度升高后碳酸鈣膠結結晶的成核點，增加土顆粒間的膠結數量和強度，提升土體固化效果。
[0020]本發明的目的是提供一種微生物低溫注漿固土方法，通過改變注漿溶液的溫度，并將輪流注菌液和混合液改為混合單液單一注漿，縮短注漿周期，提高資源利用率，而且有效解決了微生物常溫注漿的不均勻性問題，從而形成一項新的微生物注漿固土方案。
[0021]本發明的技術方案如下:
[0022]一種微生物低溫注漿固土方法，該方法步驟如下:
[0023]a.根據實際工程地基土層情況，選擇夏季進行施工，按設計要求將低溫注漿設備的注漿花管2打入砂土地基3;
[0024]b.用離心分離去除掉已有生物酶后的微生物配置4°C低溫菌液與4°C氯化鈣與尿素的混合液混合制成微生物膠結液，并保持溫度為4°C，其中菌液濃度OD6qq=1.2，氯化鈣濃度為0.50mol/L，尿素濃度為0.50mol/L;
[0025]c.將保溫容器I內裝載配比好的4°C低溫微生物膠結液4，由溫控系統7控制保溫容器I內的液體溫度始終保持在4°C，打開閥門6，通過注漿栗5注入注漿花管2，待膠結液滲入加固區域8，停止注漿；
[0026]d.待地基溫度回升至15°C恒定后，靜置Ih;
[0027]e.反復進行c、d操作，直至土體強度達到要求或微生物膠結液無法注入時，停止注漿。
[0028]所述的微生物低溫注漿固土方法，使用離心分離去除掉已有的生物酶后的微生物配置低溫菌液，菌液濃度OD6qq = 1.2。
[0029]所述的微生物低溫注漿固土方法，注漿時所用微生物膠結液溫度在4°C。
[0030]所述的微生物低溫注漿固土方法，所述的的氯化鈣、尿素混合液濃度必須根據土種類合理確定，一般而言，控制氯化1丐濃度為0.10mol/L?0.50mol/L，尿素濃度為0.1Omol/L?0.50mol/Lo
[0031]所述的微生物低溫注漿固土方法，所述的微生物膠結液是由低溫菌液與低溫氯化鈣、尿素液混合組成的單一液體，各組分不分先后順序同時注入土體。
[0032]所述的微生物低溫注漿固土方法，所述的4°C低溫注漿后土體溫度存在回升過程，土體溫度回升至15°C。
[0033]本發明的有益效果:
[0034](I)低溫注漿加固土有效改善了土體加固的均勻性，克服了注漿管口易堵塞的問題，提高了固土效果。
[0035](2)微生物低溫注漿可對細粒土實現多輪注漿，增強土體強度。
[0036](3)與常溫狀態分別進行注菌、注氯化鈣、尿素混合液相比較，低溫注漿將菌液與混合液輪流注漿改為混合單液單一注漿縮短注漿時間，提高工作效率。
[0037](4)減少不同注漿材料的替換頂出，材料利用率高，節約處理費用。
【附圖說明】
[0038]圖1.微生物低溫注漿固土裝置
[0039]附圖標記:I一保溫容器，2—注漿花管，3—地基，4-4V微生物膠結液，5—注漿栗，6—閥11，7—溫控系統，8—加固區。
【具體實施方式】
[0040]實施例1
[0041]在本例中，一種微生物低溫注漿固土方法用于固化砂土地基，該方法包括以下步驟:
[0042]a.根據實際工程地基土層情況，選擇夏季進行施工，按設計要求將低溫注漿設備的注漿花管2打入砂土地基3;
[0043]b.用離心分離去除掉已有生物酶后的微生物配置4°C低溫菌液與4°C氯化鈣與尿素的混合液混合制成微生物膠結液，并保持溫度為4°C，其中菌液濃度OD6qq=1.2，氯化鈣濃度為0.50mol/L，尿素濃度為0.50mol/L;
[0044]c.將保溫容器I內裝載配比好的4°C低溫微生物膠結液4，由溫控系統7控制保溫容器I內的液體溫度始終保持在4°C，打開閥門6，通過注漿栗5注入注漿花管2，待膠結液滲入加固區域8，停止注漿；
[0045]d.待地基溫度回升至15°C恒定后，靜置Ih;
[0046]e.反復進行c、d操作，直至土體強度達到要求或微生物膠結液無法注入時，停止注漿。
[0047]在本例中，微生物低溫注漿固土的加固機理為:1、低溫抑制微生物及其分解產生的脲酶的活性，注漿完成后，在土體溫度回升的過程中，微生物及脲酶活性均逐漸提高，工作性能逐漸增強，生成碳酸鈣膠結結晶。2、前期低溫條件產生的碳酸鈣微粒促進微生物吸附于土顆粒上，在后期土體升溫后微生物成為膠結碳酸鈣結晶的成核點，提高膠結物生成率和材料利用率。3、微生物誘導碳酸鈣沉淀膠結顆粒產生膠結固化作用。
[0048]實施例2
[0049]在本例中，一種微生物低溫注漿固土方法用于固化粉土地基(場地中粉土的天然孔隙比為0.87)，該方法包括以下步驟:
[0050]a.根據實際工程地基土層情況，選擇夏季進行施工，按設計要求將低溫注漿設備的注漿花管打入粉土地基；
[0051]b.用離心分離去除掉已有生物酶后的微生物配置4°C低溫菌液(菌液濃度OD6Q0 =
1.2)，與4°C氯化鈣與尿素的混合液(氯化鈣濃度為0.25mol/L，尿素濃度為0.25mol/L)混合制成微生物膠結液，并保持溫度為4°C ;
[0052]c.將保溫容器I內裝載配比好的4°C低溫微生物膠結液4，由溫控系統7控制保溫容器I內的液體溫度始終保持在4°C，打開閥門6，通過注漿栗5注入注漿花管2，待膠結液滲入加固區域8，停止注漿；
[0053]d.待地基溫度回升至15°C恒定后，靜置Ih;
[0054]e.反復進行c、d操作，直至土體強度達到要求或微生物膠結液無法注入時，停止注漿。
[0055]在本例中，微生物低溫注漿固土的加固機理為:1、低溫抑制微生物及其分解產生的脲酶的活性，注漿完成后，在土體溫度回升的過程中，微生物及脲酶活性均逐漸提高，工作性能逐漸增強，生成碳酸鈣膠結結晶。2、前期低溫條件產生的碳酸鈣微粒促進微生物吸附于土顆粒上，在后期土體升溫后微生物成為膠結碳酸鈣結晶的成核點，提高膠結物生成率和材料利用率。3、微生物誘導碳酸鈣沉淀膠結顆粒產生膠結固化作用。
[0056]實施例3
[0057]在本例中，一種微生物低溫注漿固土方法用于固化粉土地基(場地中粉土的天然孔隙比為0.42)，該方法包括以下步驟:
[0058]a.根據實際工程地基土層情況，選擇夏季進行施工，按設計要求將低溫注漿設備的注漿花管打入粉土地基；
[0059]b.用離心分離去除掉已有生物酶后的微生物配置4°C低溫菌液(菌液濃度OD6Q0 =
1.2)，與4°C氯化鈣與尿素的混合液(氯化鈣濃度為0.lOmol/L，尿素濃度為0.lOmol/L)混合制成微生物膠結液，并保持溫度為4°C ;
[0060]c.將保溫容器I內裝載配比好的4°C低溫微生物膠結液4，由溫控系統7控制保溫容器I內的液體溫度始終保持在4°C，打開閥門6，通過注漿栗5注入注漿花管2，待膠結液滲入加固區域8，停止注漿；
[0061]d.待地基溫度回升至15°C恒定后，靜置Ih;
[0062]e.反復進行c、d操作，直至土體強度達到要求或微生物膠結液無法注入時，停止注漿。
[0063]在本例中，微生物低溫注漿固土的加固機理為:1、低溫抑制微生物及其分解產生的脲酶的活性，注漿完成后，在土體溫度回升的過程中，微生物及脲酶活性均逐漸提高，工作性能逐漸增強，生成碳酸鈣膠結結晶。2、前期低溫條件產生的碳酸鈣微粒促進微生物吸附于土顆粒上，在后期土體升溫后微生物成為膠結碳酸鈣結晶的成核點，提高膠結物生成率和材料利用率。3、微生物誘導碳酸鈣沉淀膠結顆粒產生膠結固化作用。
【主權項】
1.一種微生物低溫注漿固土方法，其特征在于該方法步驟如下: a.根據實際工程地基土層情況，選擇夏季進行施工，按設計要求將低溫注漿設備的注漿花管(2)打入砂土地基(3); b.用離心分離去除掉已有生物酶后的微生物配置4°C低溫菌液與4°C氯化鈣與尿素的混合液混合制成微生物膠結液，并保持溫度為4°C，其中菌液濃度OD6qq =1.2，氯化鈣濃度為0.50mol/L，尿素濃度為 0.50mol/L; c.將保溫容器(I)內裝載配比好的4°C低溫微生物膠結液(4)，由溫控系統(7)控制保溫容器(I)內的液體溫度始終保持在4°C，打開閥門(6)，通過注漿栗(5)注入注漿花管(2)，待膠結液滲入加固區域(8)，停止注漿； d.待地基溫度回升至15°C恒定后，靜置Ih; e.反復進行c、d操作，直至土體強度達到要求或微生物膠結液無法注入時，停止注漿。2.根據權利要求1微生物低溫注漿固土方法，其特征在于使用離心分離去除掉已有的生物酶后的微生物配置低溫菌液，菌液濃度OD6qq = 1.2。3.根據權利要求1所述的微生物低溫注漿固土方法，其特征在于注漿時所用微生物膠結液溫度在4 °C。4.根據權利要求1微生物低溫注漿固土方法，其特征在于所述的的氯化鈣、尿素混合液濃度必須根據土種類合理確定，一般而言，控制氯化1丐濃度為0.10mol/L?0.50mol/L，尿素濃度為0.10mol/L ?0.50mol/L。5.根據權利要求1微生物低溫注漿固土方法，其特征在于所述的微生物膠結液是由低溫菌液與低溫氯化鈣、尿素液混合組成的單一液體，各組分不分先后順序同時注入土體。6.根據權利要求1微生物低溫注漿固土方法，其特征在于所述的4°C低溫注漿后土體溫度存在回升過程，土體溫度回升至15 °C。
【專利摘要】一種微生物低溫注漿的方法，步驟包括：a.將低溫注漿設備的注漿花管2打入地基3；b.用離心分離去除掉已有生物酶后的微生物配置4℃低溫菌液（菌液濃度OD600=1.2左右），與4℃氯化鈣與尿素的混合液（氯化鈣濃度為0.10mol/L~0.50mol/L，尿素濃度為0.10mol/L~0.50mol/L）混合制成微生物膠結液，并保持溫度為4℃；c.將微生物膠結液4通過由1、2、5、6、7組成的低溫注漿設備注入待固化土體；d.待注漿后的土體溫度回升至15℃恒溫后，靜置1h；e.重復進行c、d兩步操作，直至微生物膠結液無法注入土體或土體強度達到要求時，停止注漿。
【IPC分類】C09K103/00, E02D3/12, C09K17/40
【公開號】CN105714765
【申請號】CN201610071147
【發明人】邵光輝, 馮建挺, 朱彥, 朱哲, 黃容聘
【申請人】南京林業大學