一種利用微生物氣泡處理可液化砂土地基的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用微生物氣泡處理可液化砂土地基的方法，主要針對可液化砂土層，利用注液噴頭、空心鉆桿、連接器、導(dǎo)液管、壓縮機以及菌液儲池等裝置，向土體注入預(yù)先富集培養(yǎng)的反硝化細菌菌液，置換孔隙水，細菌在孔隙中進行反硝化作用產(chǎn)生惰性氣體氮氣和二氧化碳。生物代謝產(chǎn)生的氮氣在孔隙中，可有效降低土體飽和度，增加土體抗剪強度，提高土體抗液化能力。生物代謝產(chǎn)生的二氧化氮可誘導(dǎo)菌液中的鈣離子沉淀，形成方解石。方解石具有較強膠結(jié)性能可有效提高土顆粒之間黏聚力，增加抗剪強度，并可填充土體孔隙，增加土體密實度，進一步提高其抗液化能力。
【專利說明】
一種利用微生物氣泡處理可液化砂土地基的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可液化地基處理的方法，具體涉及一種利用微生物氣泡加固可液化地基的操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是一個地震多發(fā)國家，不僅地處環(huán)太平洋火山地震帶和地中海-喜馬拉雅地震帶兩個世界級地震帶，而且國內(nèi)還有大大小小各種地震帶，如華北平原地震帶、汾渭地震帶、郯城-營口地震帶和銀川一河套地震帶等。砂土液化作為地震時地基失效的一種主要形式，可大規(guī)模發(fā)生并造成嚴重危害。砂土主要依靠顆粒間的摩擦阻力成固體狀態(tài)提供支撐力，在外力作用下，砂土顆粒逐漸離散，孔隙水壓力增高，摩擦阻力逐漸消失，砂土呈現(xiàn)液體狀態(tài)從而喪失支撐作用。砂土液化按成因主要分為三種類型:滲透壓力引起的液化、單向加載或剪切引起的液化、往返加載或剪切引起的液化。而實際工程中主要考慮地震作用下往返加載或剪切引起的振動液化。其作用機理主要是松散砂土、粉土，在振動荷載作用下，土中孔隙水壓力逐漸累積，有效應(yīng)力下降，當有效應(yīng)力下降至零或孔隙水壓力增加至總應(yīng)力時，土顆粒處于懸浮，表現(xiàn)出類似水體特性從而完全喪失其抗剪切強度。砂土的地質(zhì)成因、顆粒組、應(yīng)力狀態(tài)、邊界條件等都是砂土液化的影響因素。砂土液化可導(dǎo)致地面下沉、地表塌陷、地基失去承載力、地面流滑、涌砂等，其帶來的危害和災(zāi)難不容忽視。
[0003]目前砂土液化的防治方法主要有換填法、強夯法、振沖法、擠密砂粧法、碎石粧排水法、攪拌粧法。換填法，指法將可液化土層挖走，然后分層填入強度較大的砂、碎石、素土、灰土及其他性能穩(wěn)定的材料，并夯實至要求的密實度;強夯法，指利用動力固結(jié)與沖擊加密提高土體密實程度，增強其抗液化性能;振沖法，利用一個產(chǎn)生水平向振動的管狀設(shè)備在高壓水流下邊振邊沖，在軟弱地基上成孔，再在孔內(nèi)分批填入碎石等堅硬材料制成一根根粧體，粧體和原來的地基構(gòu)成復(fù)合地基，提高承載力;擠密砂粧，指通過沖擊和振動把砂擠入土層中形成砂粧提高土體密實度;碎石粧排水法，指是在砂層中設(shè)置豎向碎石排水體，形成排水通道，有效消散孔壓;攪拌粧法，指使用水泥作為固化劑的主劑，并利用攪拌粧機將水泥噴入土體并充分攪拌，使水泥與土發(fā)生一系列物理化學反應(yīng)，使軟土硬結(jié)而提高基礎(chǔ)強度。
[0004]工程實踐表明，傳統(tǒng)方法從一定程度上能減少砂土液化帶來的危害，但是仍存在不少問題，歸納起來主要有:
[0005]I)換填法對材料要求嚴格，不一定能夠就地取材，且施工量巨大，造價過高；
[0006]2)強夯法處理深度有限，且對周邊影響巨大，甚至造成周邊建筑破壞；
[0007]3)振沖法在可液化粉細砂和粉土中，土粒流失較大，成粧困難，其效果并不明顯，且造價較高；
[0008]4)擠密砂粧法、碎石粧排水法、攪拌粧法等不僅施工工藝比較復(fù)雜且均對材料有較高要求，造價較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)處理可液化地基的不足，提出一種注微生物氣泡處理地基的方法。
[0010]技術(shù)方案:一種利用微生物氣泡處理可液化砂土地基的方法，包括如下步驟:
[0011 ] I)，根據(jù)地質(zhì)勘測結(jié)果，得到待加固區(qū)域的位置和深度，確定鉆孔的深度；
[0012]2)，鉆孔定位:鉆孔采用梅花形布置，鉆孔間距為3?4m;
[0013]3)，菌液制備:篩選菌株，通過富集培養(yǎng)的方式制備菌液，儲存在菌液儲池中；
[0014]4)，埋設(shè)注液噴頭:在步驟2)定位的鉆孔位置上，通過鉆機將端部連接有注液噴頭的空心鉆桿打入可液化土層的上部；
[0015]5)，注菌液裝置的設(shè)置:利用導(dǎo)液管將空心鉆桿、壓縮機和菌液儲池連接，通過連接器將導(dǎo)液管與空心鉆桿連接，并在壓縮機與菌液儲池之間設(shè)置控制閥門，在壓縮機與連接器之間設(shè)置和流量表與壓力表；
[0016]6)，注菌液，包括步驟6a)和6b):
[0017]6a)，啟動壓縮機并逐漸加壓，待觀察到流量表開始變動時，放緩加壓速度，在設(shè)定恒定速率下持續(xù)注菌液，時間維持1?30min ；
[0018]6b)，單次注液完成后，空心鉆桿繼續(xù)鉆入2?3m，重復(fù)步驟6a)，直至步驟I)確定的鉆孔深度范圍內(nèi)完成菌液注液；
[0019]7)，在待加固區(qū)域的每個鉆孔均按步驟4)至6)依次進行操作；
[0020]8)，菌液中的微生物在土體孔隙中產(chǎn)生氮氣和二氧化碳氣泡，降低可液化土層飽和度;所述二氧化碳氣泡并誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀形成方解石，填充土體孔隙。
[0021]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟6a)中，啟動壓縮機到流量表開始變動的階段中，加壓閾值為10kPa/m;在流量表開始變動后的階段中，放緩加壓速度至5kPa/m。
[0022]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟6a)中，注菌液的恒定速率控制在0.5?IL/min。
[0023]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0024]I)微生物在土體孔隙中產(chǎn)生氮氣和二氧化碳氣泡，使土體整體飽和度降低，氣泡具有較強壓縮性，在土體中起到緩沖劑的作用，遭遇地震時可有效抑制孔隙水壓力的升高，增強土體抗液化能力，且反硝化細菌產(chǎn)生氣泡速率緩慢，對孔隙水形成穩(wěn)態(tài)驅(qū)替，不會擾動土體原有結(jié)構(gòu)，氣泡可長期滯留于土體孔隙之中；
[0025]2)二氧化碳作為微生物的主要代謝產(chǎn)物之一，可在菌液鈣離子充足的條件下，誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀形成方解石，方解石具有很強的膠結(jié)性能可有效提高土顆粒間的黏聚力增強土體抗剪強度，并可填充土體孔隙，減小孔隙率，增加土體密實程度，提高土體抗液化性能。
[0026]3)碳酸鈣沉淀形成方解石可進一步增強氣泡在土體孔隙當中的穩(wěn)定性，由于方解石填充孔隙降低了土體的滲透性，致使土體內(nèi)部連通通道減少，氣泡失去部分運移通道，使氣泡封閉于孔隙之中，抗外界干擾性能大幅增加，降低了二次注液補強的可能性。
[0027]4)此工法不僅對新建建筑地基適用，亦可對既有建筑進行加固，在鉆孔時需斜打入地基底部，其余操作與新建地基加固措施相同。
【附圖說明】
[0028]圖1為鉆孔平面布置示意圖；
[0029]圖2為注菌液裝置的設(shè)置示意圖；
[0030]圖3為單孔注菌液施工過程示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進一步的解釋。
[0032]一種利用微生物氣泡處理可液化砂土地基的方法，包括如下步驟:
[0033]I)，根據(jù)地質(zhì)勘測結(jié)果，得到待加固區(qū)域I的位置和深度，確定鉆孔2的深度。
[0034]2)，鉆孔定位:鉆孔2采用梅花形布置，鉆孔2間距a為3?4m，如圖1所示。
[0035]3)，菌液制備:篩選施氏假單胞菌菌株，通過富集培養(yǎng)的方式制備菌液，儲存在菌液儲池9中。
[0036]4)，埋設(shè)注液噴頭:如圖3所示，可液化土層13的上方稱為上覆土層12，在步驟2)定位的鉆孔位置上，通過鉆機將端部連接有注液噴頭11的空心鉆桿10穿過上覆土層12，停留在可液化土層13的上部。
[0037]5)，注菌液裝置的設(shè)置:利用導(dǎo)液管4將空心鉆桿10、壓縮機7和菌液儲池9連接，通過連接器3將導(dǎo)液管4與空心鉆桿10連接，并在壓縮機7與菌液儲池9之間設(shè)置控制閥門8，在壓縮機7與連接器3之間設(shè)置和流量表5與壓力表6，如圖2所不。
[0038]6)，注菌液，包括步驟6a)和6b):
[0039]6a)，啟動壓縮機7并逐漸加壓，待觀察到流量表5開始變動時，放緩加壓速度，在設(shè)定恒定速率下持續(xù)注菌液，時間維持10?30min。啟動壓縮機7到流量表5開始變動的階段中，加壓閾值為10kPa/m;在流量表5開始變動后的階段中，放緩加壓速度至5kPa/m，注菌液的恒定速率控制在0.5?lL/min。
[0040]6b)，單次注液完成后，空心鉆桿10繼續(xù)鉆入2?3m，重復(fù)步驟61)，直至步驟I)確定的鉆孔2深度范圍內(nèi)完成菌液注液；
[0041]7)，在待加固區(qū)域I的每個鉆孔2均按步驟4)至6)依次進行操作。
[0042]8)，菌液中的微生物在土體孔隙中代謝產(chǎn)生氮氣和二氧化碳氣泡，降低可液化土層(13)飽和度;二氧化碳氣泡并誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀形成方解石，填充土體孔隙。
[0043]本方法利用注液噴頭、空心鉆桿、連接器、導(dǎo)液管、壓縮機以及菌液儲池等裝置，向土體注入預(yù)先富集培養(yǎng)的反硝化細菌菌液，置換孔隙水，細菌在孔隙中進行反硝化作用產(chǎn)生惰性氣體氮氣和二氧化碳。生物代謝產(chǎn)生的氮氣在孔隙中，可有效降低土體飽和度，增加土體抗剪強度，提高土體抗液化能力；生物代謝產(chǎn)生的二氧化碳可誘導(dǎo)菌液中的鈣離子沉淀，形成方解石。方解石具有較強膠結(jié)性能可有效提高土顆粒之間黏聚力，增加抗剪強度，并可填充土體孔隙，增加土體密實度，提高其抗液化能力。
[0044]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種利用微生物氣泡處理可液化砂土地基的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)，根據(jù)地質(zhì)勘測結(jié)果，得到待加固區(qū)域(I)的位置和深度，確定鉆孔(2)的深度； 2)，鉆孔定位:鉆孔(2)采用梅花形布置，鉆孔(2)間距為3?4m; 3)，菌液制備:篩選菌株，通過富集培養(yǎng)的方式制備菌液，儲存在菌液儲池(9)中； 4)，埋設(shè)注液噴頭:在步驟2)定位的鉆孔位置上，通過鉆機將端部連接有注液噴頭(11)的空心鉆桿(10)打入可液化土層(13)的上部； 5)，注菌液裝置的設(shè)置:利用導(dǎo)液管(4)將空心鉆桿(10)、壓縮機(7)和菌液儲池(9)連接，通過連接器(3)將導(dǎo)液管(4)與空心鉆桿(10)連接，并在壓縮機(7)與菌液儲池(9)之間設(shè)置控制閥門(8)，在壓縮機(7)與連接器(3)之間設(shè)置和流量表(5)與壓力表(6); 6)，注菌液，包括步驟6a)和6b): 6a)，啟動壓縮機(7)并逐漸加壓，待觀察到流量表(5)開始變動時，放緩加壓速度，在設(shè)定恒定速率下持續(xù)注菌液，時間維持10?30min ； 6b)，單次注液完成后，空心鉆桿(10)繼續(xù)鉆入2?3m，重復(fù)步驟6a)，直至步驟I)確定的鉆孔(2)深度范圍內(nèi)完成菌液注液； 7)，在待加固區(qū)域(I)的每個鉆孔(2)均按步驟4)至6)依次進行操作； 8)，菌液中的微生物在土體孔隙中代謝產(chǎn)生氮氣和二氧化碳氣泡，降低可液化土層(13)飽和度;所述二氧化碳氣泡并誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀形成方解石，填充土體孔隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于:所述步驟6a)中，啟動壓縮機(7)到流量表(5)開始變動的階段中，加壓閾值為I OkPa/m;在流量表(5)開始變動后的階段中，放緩加壓速度至5kPa/m。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于:所述步驟6a)中，注菌液的恒定速率控制在 0.5 ?lL/min。
【文檔編號】E02D3/00GK105862706SQ201610403962
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】章定文, 彭爾興, 劉松玉
【申請人】東南大學