本發(fā)明涉及微生物氣液循環(huán)注漿固土改善土體強(qiáng)度均勻性及改進(jìn)注漿工藝增強(qiáng)土體強(qiáng)度的方法，屬于土體加固的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微生物固土技術(shù)是一類生態(tài)、環(huán)保的固土方法，現(xiàn)有微生物注漿固土主要是通過交替注入微生物菌液和膠結(jié)液，利用微生物誘導(dǎo)碳酸鈣結(jié)晶技術(shù)(micp技術(shù))，最終在土顆粒間孔隙中析出碳酸鈣結(jié)晶膠結(jié)土顆粒。微生物誘導(dǎo)沉積的caco3結(jié)晶體具有膠結(jié)與填充的作用，土體能夠得到有效加固。目前工程上主要利用微生物注漿固化砂土和粉土。
現(xiàn)有技術(shù)一的技術(shù)方案
首先是向土中低速注入一定量的微生物菌液，然后低速注入低濃度的cacl2固定液，利用ca2+的絮凝作用，實(shí)現(xiàn)微生物的固定，最后低速注入膠結(jié)液(即尿素與cacl2的混合液)，使得吸附在砂顆粒表面的微生物不斷礦化生成方解石結(jié)晶體，固化土體。
現(xiàn)有技術(shù)一的缺點(diǎn)
為控制反應(yīng)析出caco3結(jié)晶體的速率，微生物注漿固化砂土采用的是交替注入微生物菌液與膠結(jié)液，該注漿方法沿注漿漿液流動(dòng)方向上長度變化幅度大，存在顯著的不均勻性，注漿口附近c(diǎn)aco3結(jié)晶體阻塞土體孔隙形成堵塞，造成遠(yuǎn)端加固困難，單孔注漿有效加固范圍小，且該方法周期長，效率低，材料利用率低，經(jīng)濟(jì)效益差。
現(xiàn)有技術(shù)二的技術(shù)方案
將微生物菌液攪拌入土，制成試樣后靜置一段時(shí)間，使細(xì)菌充分吸附，再多次注入膠結(jié)液，使得吸附在土顆粒上的微生物不斷礦化析出方解石結(jié)晶體，固化土體。
現(xiàn)有技術(shù)二的缺點(diǎn)
因采用微生物菌液攪拌入土，所以該注漿方法只能向被加固土體一次引入微生物細(xì)菌，隨著多次膠結(jié)液注入，土體內(nèi)微生物數(shù)量消耗衰減，且其礦化產(chǎn)生的碳酸鈣的效率很快降低，難以形成高強(qiáng)度的加固土體。
現(xiàn)有技術(shù)三的技術(shù)方案
在土中分別摻入微生物菌液及膠結(jié)液，拌和均勻，制成試樣，靜置一段時(shí)間使土體形成強(qiáng)度。
現(xiàn)有技術(shù)三的缺點(diǎn)
微生物菌液及膠結(jié)液拌和土樣過程中，新的膠結(jié)體生成，原先的膠結(jié)體受到破壞，土體最終強(qiáng)度提高幅度小，實(shí)際工程性能差，工程應(yīng)用價(jià)值小。
現(xiàn)有技術(shù)四的技術(shù)方案
將制成的土試樣直接浸入粘結(jié)液中(粘結(jié)液除了主要含有尿素和cacl2以外，還含有nh4cl、nahco3和營養(yǎng)物質(zhì))，靜置一段時(shí)間，通過粘結(jié)液自由滲透到土體孔隙中，隨著微生物代謝過程中的ph值升高，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣結(jié)晶膠結(jié)土體。
現(xiàn)有技術(shù)四的缺點(diǎn)
該試驗(yàn)方案中微生物吸附于土顆粒上，通過礦化作用，調(diào)節(jié)ph，使產(chǎn)生的碳酸鹽結(jié)晶析出，反應(yīng)緩慢，固土周期長。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問題：現(xiàn)有微生物注漿固土技術(shù)，注漿周期較長，效率低，材料利用率低；注漿口附近土體滲透性差、易堵塞，造成遠(yuǎn)端加固困難，難以形成高強(qiáng)度的均勻加固體，單孔注漿有效加固范圍小。本發(fā)明的目的是利用交替注入微生物菌液、壓縮空氣以及膠結(jié)液的氣液循環(huán)注漿固土技術(shù)，通過注入壓縮空氣降低待固土體的飽和度，實(shí)現(xiàn)在低caco3結(jié)晶量的條件下形成高強(qiáng)度，節(jié)約材料用量，同時(shí)解決注漿口遠(yuǎn)端加固的問題，擴(kuò)大單孔注漿有效加固范圍。
技術(shù)方案
本發(fā)明的原理為：利用微生物注漿固土的非飽和效應(yīng)克服現(xiàn)有飽和注漿存在的缺陷。在土體飽和狀態(tài)下的微生物注漿固土過程中，caco3結(jié)晶量較低時(shí)其作用主要是填充土體孔隙為主，膠結(jié)為輔，土體強(qiáng)度提高有限；在caco3結(jié)晶量中等條件下其作用主要是填充土體孔隙為與膠結(jié)土顆粒共同發(fā)揮作用；在caco3結(jié)晶量較高條件下，新增caco3結(jié)晶對(duì)土體強(qiáng)度的提高貢獻(xiàn)效率顯著提高，但此時(shí)土體孔隙接近封閉，無法繼續(xù)注漿。在土體非飽和狀態(tài)下的微生物注漿固土過程中，微生物誘導(dǎo)析出的caco3易在土體顆粒表面上形成方解石涂層，并優(yōu)先在土顆粒接觸點(diǎn)處析出碳酸鈣結(jié)晶體，在土顆粒間形成橋接，非飽和狀態(tài)下析出的caco3結(jié)晶體主要用于膠結(jié)土顆粒，只有極少量的caco3結(jié)晶體填充土體孔隙，使被加固土體在低caco3結(jié)晶量條件下就能形成高強(qiáng)度，在高caco3結(jié)晶量條件依然保持高滲透性，保持土體可注性，防止注漿口附近阻塞，保證注漿口遠(yuǎn)端土體得到加固，擴(kuò)大單孔注漿有效加固范圍。
一種微生物氣液循環(huán)注漿固土方法，其特征在于該方法步驟如下：
a.將注漿花管1垂直打入地基7；
b.通過注漿花管1，首先向待固土體8中注入待固土體孔隙體積1.5倍的濃度為od600＝1.2的菌液3，再注入與菌液3等體積的濃度為0.5mol/l～1.0mol/l的尿素與cacl2混合而成的膠結(jié)液4；
c.利用空氣壓縮機(jī)6向待固土體8中注入壓力為100kpa～200kpa、體積為待固土體8孔隙體積1.5倍的壓縮空氣，將待固土體8中的孔隙液頂出，使待固土體8處于非飽和狀態(tài)，靜置12h；
d.向待固土體8中注入待固土體8孔隙體積1.5倍的膠結(jié)液4，靜置12h；
e.重復(fù)d操作1次；
f.反復(fù)進(jìn)行b、c、d、e操作，直至待固土體8強(qiáng)度達(dá)到要求或注漿液體(菌液3或膠結(jié)液4)無法注入待固土體8中時(shí)，停止注漿。
所述的微生物氣液循環(huán)注漿固土的方法，其特征在于步驟c中注入壓縮空氣使土體處于非飽和狀態(tài)，飽和度需控制在20％～40％。
所述的微生物氣液循環(huán)注漿固土的方法，其特征在于所用菌液為巴氏芽孢桿菌(s.pasteurii)。
本發(fā)明的有益效果：
(1)氣液循環(huán)注漿加固土體有效改善了土體加固的均勻性，防止注漿口附近阻塞，保證注漿口遠(yuǎn)端土體得到加固，擴(kuò)大單孔注漿有效加固范圍。
(2)微生物氣液循環(huán)注漿過程中能夠保證待固土體保持原有的滲透性不顯著降低，可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)粒土的多輪注漿，使微生物注漿固化細(xì)粒土也能達(dá)到很高強(qiáng)度，擴(kuò)展微生物固土的適用土質(zhì)范圍。
(3)在產(chǎn)生相同的caco3含量下可獲得更高的土體強(qiáng)度，減少注漿材料消耗，提高材料利用率。
附圖說明
圖1注漿示意圖
附圖標(biāo)記：1-注漿花管，2-注漿泵，3-菌液，4-膠結(jié)液，5-閥門，6-空氣壓縮機(jī)，7-地基，8-待固土體
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
在本例中，一種微生物氣液循環(huán)注漿固土方法用于固化砂土地基，該方法包括以下步驟：
a.將注漿花管1垂直打入地基7；
b.通過注漿花管1，首先向待固土體8中注入待固土體孔隙體積1.5倍的濃度為od600＝1.2的巴氏芽孢桿菌菌液3，再注入與菌液3等體積的濃度為1.0mol/l的尿素與1.0mol/l的cacl2混合而成的膠結(jié)液4；
c.利用空氣壓縮機(jī)6向待固土體8中注入壓力為100kpa、體積為待固土體孔隙體積1.5倍的壓縮空氣，將待固土體8中的孔隙液頂出，使待固土體8處于非飽和狀態(tài)，靜置12h；
d.向待固土體8中注入待固土體孔隙體積1.5倍的膠結(jié)液4，靜置12h；
e.重復(fù)d操作1次；
f.反復(fù)進(jìn)行b、c、d、e操作，直至待固土體8強(qiáng)度達(dá)到要求或注漿液體(菌液3或膠結(jié)液4)無法注入待固土體8中時(shí)，停止注漿。
實(shí)施例2
在本例中，一種微生物氣液循環(huán)注漿固土方法用于固化粉土地基，該方法包括以下步驟：
a.將注漿花管1垂直打入地基7；
b.通過注漿花管1，首先向待固土體8中注入待固土體孔隙體積1.5倍的濃度為od600＝1.2的巴氏芽孢桿菌菌液3，再注入與菌液3等體積的濃度為0.5mol/l的尿素與0.5mol/l的cacl2混合而成的膠結(jié)液4；
c.利用空氣壓縮機(jī)6向待固土體8中注入壓力為200kpa、體積為待固土體8孔隙體積1.5倍的壓縮空氣，將待固土體8中的孔隙液頂出，使待固土體8處于非飽和狀態(tài)，靜置12h；
d.向待固土體8中注入待固土體8孔隙體積1.5倍的膠結(jié)液4，靜置12h；
e.重復(fù)d操作1次；
f.反復(fù)進(jìn)行b、c、d、e操作，直至待固土體8強(qiáng)度達(dá)到要求或注漿液體(菌液3或膠結(jié)液4)無法注入待固土體8中時(shí)，停止注漿。