一种微生物加压注浆固化黄土地基的装置及固化黄土地基的方法

1.本发明属于环境岩土工程技术领域，特别涉及一种微生物加压注浆固化黄土地基的装置及固化黄土地基的方法。


背景技术：

2.湿陷性黄土的成因主要源自于其结构性、盐溶性、欠压密性等。湿陷性黄土在天然较低含水率的状态下，有较高的强度和较低的压缩性，但当土体受水浸湿后，土体的结构性遭到破坏，强度迅速降低，压缩性变大，在相同的地基荷载下会产生更大附加沉降。针对此类灾害，注浆技术作为各类地基处理与土体加固中的关键技术之一，被广泛应用于土体加固中。其机理为浆液对土体的挤密作用和形成复杂交错的“网状”浆脉结构以骨架效应作用于土体，提高土体整体性和承载能力，并且微生物浆液对环境十分友好，对施工现场及周围环境的保护效果十分显著。如何快速降低或消除黄土地基湿陷性问题和提高黄土地基自身承载性能成为较为关心的问题。基于此，通过micp加压技术对黄土地基进行反复注浆加固，实现了提高黄土强度并降低或消除黄土湿陷性的目的。在现有micp现场加固实验中，许多研究仅限于浅层地基的灌浆加固，即采用插入注浆管法，分别将菌液和胶结液注入土体，经过一段时间后，达到对土体加固的目的。但是这种技术处理后效果表现出明显的空间差异性，在靠近注浆口的位置土体的碳酸钙含量和力学强度显著增大，而在远离注浆口的位置，其处理效果明显减弱，不符合实际工程病害中，浅层基础需要加固范围大，深层基础需要局部加固的特点。
3.专利申请cn109959773b公开了一种可脱模微生物注浆加固粉土的试验装置及方法，装置由gds压力控制器、储浆装置、反应装置和滤液收集瓶4部分组成。通过gds压力控制器提供压力，精确控制注浆速度，使浆液缓慢均匀注入土样中。该发明利用微生物矿化技术固化粉土，采用分步注入菌液和胶结液的方法，较好的避免了胶结液和菌液的直接混合造成注浆口的堵塞。但是分别将菌液和胶结液注入土体，处理后效果表现出明显的空间差异性，在靠近注浆口的位置土体的碳酸钙含量和力学强度显著增大，而在远离注浆口的位置，其处理效果明显减弱，不符合实际工程病害中，浅层基础需要加固范围大，深层基础需要局部加固的特点。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种微生物加压注浆固化黄土地基的装置及固化黄土地基的方法，依托micp(微生物诱导碳酸钙沉淀)技术，对于轻微湿陷性黄土地基，利用浆液储藏器借助适当压力，可达到一定深度的注浆加固土体；对于中等湿陷性或强湿陷性黄土地基，便可采用注浆管法，在成孔的土体中插入装置中的注浆管，利用加压注浆机将微生物溶液注入到土体中，对土体进行挤密加固，使得浆液能够较好的均匀分布于土样中，保证土样固化的均匀性与完整性；并且微生物本身存在于自然
环境中，在施工过程中浆液的使用不会产生有害于环境的物质，可以起到绿色施工的效果。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种微生物加压注浆固化黄土地基的装置，包括通过管路依次连接的浆液桶1、注浆机2、压力表3、注浆阀4及浆液储藏器5，所述浆液储藏器5顶面中间开有浆液进口6，底面相对开设浆液出口7，底面浆液出口7周围还开设若干注浆口8。
7.所述浆液桶1包括并列设置的a浆液桶和b浆液桶，分别盛放配比好的菌液和胶结液，然后管路分别并联至注浆机2进行液体混合。
8.所述浆液储藏器5呈圆柱状。
9.所述浆液进口6和浆液出口7内可活动插设注浆管9。
10.所述注浆管9下端的管身四周还设有若干浆液分散口10。
11.所述注浆管9长度大于待加固地基深度。
12.一种微生物加压注浆固化黄土地基的方法，具体包括以下步骤：
13.步骤一、对黄土地区浅表进行表面平整操作，并清理场地；
14.步骤二、根据黄土湿陷量的大小来划分的黄土地基湿陷等级：按工程规定的压强求出湿陷系数；湿陷性黄土的湿陷等级，根据湿陷系数大小分为：湿陷性强烈、湿陷性中等、湿陷性轻微；
15.步骤三、当得到黄土场地的湿陷等级不满足建筑地基工程施工要求时，根据步骤二测得的黄土地基湿陷等级，对地基进行加固处理：若为轻微湿陷性，则采用灌浆法加固方案，即利用浆液储藏器5灌浆处理；若湿陷等级为强湿陷性或者中等湿陷性，采用注浆加固方式通过注浆管9加压注浆；当需要对大范围的强湿陷性黄土地基进行处理时，可采用浆液储藏器5与注浆管9联合进行现场布置注浆；
16.步骤四、通过管路依次连接的浆液桶1、注浆机2、压力表3、注浆阀4及浆液储藏器5，浆液储藏器5置于待加固的黄土地基上；
17.步骤五、将配比好的菌液和胶结液分别置于a浆液桶和b浆液桶；
18.步骤六、打开注浆阀4、启动注浆机2，使浆液在0.1mp～0.5mp压力作用下注入土体；
19.步骤七、针对不同湿陷等级地基问题进行注浆完成后，向注浆孔内进行料姜石粉 micp技术回填，形成挤密料姜石粉桩体并进行夯击压实；
20.步骤八、注浆孔回填夯实完成后的黄土地基进行检测防护，并进行1-2周的养护处理；
21.步骤九、完成对黄土地基的加固和湿陷性消除。
22.所述步骤七注浆孔直径70～110mm。
23.所述步骤七填夯施工前，应进行夯填试验，以确定合理的填实数量和填实次数，据填实质量标准确定检测方法应达到的指标：桩间土的平均挤密系数不小于0.92；入渗孔底在填料前必须夯实；填料要分层回填夯实；填料量不得小于设计值；桩身压实系数不小于0.96；料姜石粉回填注浆采用连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实后注浆，不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。
24.所述步骤七向入渗孔内填入料姜石粉并进行夯击压实的顺序为：从外向里间隔1～2孔进行，分层填料厚度不得大于35cm。
25.相对于现有技术，本发明有益效果如下：
26.1、地基采用微生物加压注浆固结工艺，对各湿陷等级情况不同的地基土对应不同的注浆方法进行加固处理；在对强湿陷性或者中等湿陷性地基土注浆加固后，对注浆孔进行料姜石粉 micp技术回填，形成新型绿色挤密料姜石粉桩体，地基处理结束后进行1-2周的养护处理，地基处理后在处理范围内的地基土湿陷性降低或消除，并且浆液能够较好的均匀分布于土样中，保证土样固化的均匀性与完整性，地基自身的承载性能得以提高。
27.2、本发明在加固的过程中微生物溶液对环境十分友好，可以做到在不损害环境的前提下进行工程应用加固黄土地基，实现了在保护施工及周边环境的前提下，对不同湿陷等级黄土降低或消除湿陷性并提升黄土地基承载性能的目的。
附图说明
28.图1为本发明一种微生物加压注浆固化黄土地基的方法流程图。
29.图2为本发明对于黄土地基加固的施工装置的构造示意图，其中，图2(a)为其立体图，图2(b)为其仰视图。
30.图3为本发明装置布置侧视图，其中(a)为浅层黄土地基下浆液储藏器施工布置侧视图，(b)为深层黄土地基下注浆管施工布置侧视图。
31.图中：1、浆液桶；2、注浆机；3、压力表；4、注浆阀；5、浆液储藏器；6、浆液进口；7、浆液出口；8、注浆口；9、注浆管；10、浆液分散口。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
33.参见图2至图3，一种微生物加压注浆固化黄土地基的装置，包括通过管路依次连接的浆液桶1、注浆机2、压力表3、注浆阀4及浆液储藏器5，所述浆液储藏器5顶面中间开有浆液进口6，底面相对开设浆液出口7，底面浆液出口7周围还开设若干注浆口8。
34.所述浆液桶1并列设置有两个，分别盛放配比好的菌液和胶结液，然后管路分别并联至注浆机2进行液体混合。
35.所述浆液储藏器5呈圆柱状。
36.所述注浆口8可活动插设注浆管9。
37.所述注浆管9下端的管身四周还设有若干浆液分散口10。
38.所述注浆管9长度大于待加固地基深度。
39.参见图1，一种微生物加压注浆固化黄土地基的方法，具体包括以下步骤：
40.步骤一、对黄土地区浅表进行表面平整操作，并清理场地；去掉杂质及大块泥土；
41.步骤二、根据黄土湿陷量的大小来划分的黄土地基湿陷等级：按工程规定的压强(一般约为2
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105帕，折合20吨/平方米)求出湿陷系数；湿陷性黄土的湿陷等级，根据湿陷系数大小分为：湿陷性强烈、湿陷性中等、湿陷性轻微；
42.步骤三、当得到黄土场地的湿陷等级不满足建筑地基工程施工要求时，根据步骤二测得的黄土地基湿陷等级，对地基进行加固处理：若为轻微湿陷性，则采用灌浆法加固方案，即利用浆液储藏器5灌浆处理；若黄土地基湿陷等级为强湿陷性或者中等湿陷性，采用注浆加固方式通过注浆管9加压注浆；当需要对大范围的强湿陷性黄土地基进行处理时，可
采用浆液储藏器5与注浆管9联合进行现场布置注浆；
43.步骤四、通过管路依次连接的浆液桶1、注浆机2、压力表3、注浆阀4及浆液储藏器5，浆液储藏器5置于待加固的黄土地基上；
44.步骤五、将配比好的菌液和胶结液分别置于a浆液桶和b浆液桶；
45.步骤六、打开注浆阀4、启动注浆机2，使浆液在0.1mp～0.5mp压力作用下注入土体；
46.步骤七、针对不同湿陷等级地基问题进行注浆完成后，向注浆孔内进行料姜石粉 micp技术回填，形成挤密料姜石粉桩体并进行夯击压实；
47.步骤八、注浆孔回填夯实完成后的黄土地基进行检测防护，并进行1-2周的养护处理；
48.步骤九、完成对黄土地基的加固和湿陷性消除。
49.所述步骤三中黄土地基深度不超过5m时，则浆液进口6和浆液出口7内无需插入注浆管9，如黄土地基深度超过5m时，则浆液进口6和浆液出口7内插入注浆管9，当需要对大范围的黄土地基进行处理时，即深浅地基土都需要加固处理时，可采用浆液储藏器5注浆管9联合装置进行现场布置注浆。
50.所述步骤七填夯施工前，应进行夯填试验，以确定合理的填实数量和填实次数，据填实质量标准确定检测方法应达到的指标：桩间土的平均挤密系数不小于0.92；入渗孔底在填料前必须夯实；填料要分层回填夯实；填料量不得小于设计值；桩身压实系数不小于0.96；回填料注浆采用连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实后注浆，不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。
51.所述步骤七向入渗孔内填入料姜石粉并进行夯击压实的顺序为：从外向里间隔1～2孔进行，分层夯击压实，填料厚度不得大于35cm。
52.地基处理结束后进行1-2周的养护处理。
53.实施例：
54.在浅层地基范围内，如图3(a)，浆液储藏器5中的微生物溶液，借助适当压力通过浆液储藏器下表面圆孔下渗进入黄土地基，可达到一定深度的注浆加固土体；当处理地基深度在超过地下5m，便可采用注浆管法，如图3(b)，在成孔的土体中插入装置中的注浆管9，利用加压注浆机2将微生物溶液注入到土体中，对土体进行挤密加固作用；当需要对大范围的黄土地基进行处理时，即深浅地基土都需要加固处理时，可采用浆液储藏器 注浆管联合装置进行现场布置注浆，如图3(c)，两部分注浆装置联合使用，达到对更大范围土体的加固处理。全过程严格按照信息化施工进行注浆信息统计与沉降量检测，并依次对设计的施工参数的合理性进行评估和调整。
55.施工过程对成孔注浆完成后，进行回填施工。回填施工工艺采用料姜石粉 micp技术，料姜石粉为黄土层或风化红土层中钙质结核。成孔和孔内回填夯实的施工顺序，从外向里间隔1～2孔进行。回填夯实时，分层夯击压实。填料厚度不得大于35cm。
56.填夯施工前，应进行夯填试验，以确定合理的填实数量和填实次数，据填实质量标准确定检测方法应达到的指标。桩间土的平均挤密系数不小于0.92。孔底在填料前必须夯实。填料要分层回填夯实。填料量不得小于设计值。桩身压实系数不小于0.96。料姜石粉回填注浆采用连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实后注浆，不得间隔停顿或隔日施工以
免降低桩的承载力。
57.灌浆效果的检验，通常在注浆结束后28d才可进行，检验方法如下：
58.统计计算灌浆量。
59.利用静力触探测试加固前后土体力学指标的变化，用以了解加固效果。
60.在现场进行抽水试验，测定加固土体的渗透系数。
61.采用现场静载荷试验，测定加固土体的承载力和变形模量。
62.采用钻孔弹性波试验测定加固土体的动弹性模量和剪切模量。
63.采用标准贯入试验或轻便触探等动力触探方法测定加固土体的力学性能，此法可直接得到灌浆前后原位土的强度，进行对比。
64.进行室内实验。通过室内加固前后土的物理力学指标的对比试验，判定加固效果。
65.在以上方法中，动力触探试验和静力触探试验最为简便实用。对灌浆效果的评定应注重灌浆前后数据的比较，以综合评价灌浆效果。检验点一般为灌浆孔数的2％～5％，如检验点的不合格率等于或大于20％，或虽小于20％但检验点的平均值达不到设计要求，在确认设计原则正确后应对不合格的注浆区实施重复灌浆。