含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，包括微生物加固處理后的土體，所述土體中開設(shè)一孔，孔中用于放置鋼管，鋼管的底部密封，上部設(shè)有活動端蓋，且鋼管上端超出所述土體外部，所述鋼管中沿其縱向分為兩部分，兩部分的底部連通，其余部分相互密封獨立，鋼管端蓋上設(shè)有分別與所述兩部分相連通的進口和出口，所述進口與熱源連通。本實用新型通過在經(jīng)過微生物加固處理后的土體中插入低碳無縫鋼管，再在鋼管中循環(huán)30?70℃的熱水，使得土體溫度升高，達到微生物最佳生長的溫度范圍，提高微生物的新陳代謝，促進其生長繁殖，微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣沉淀速率越快且含量越多，最終大大提高微生物土的強度以及抗?jié)B性能。
【專利說明】
含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及一種含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，大部分土體加固方法是利用機械能或人造材料對土體進行物理化學(xué)加固， 而在機械施工及材料生產(chǎn)過程中均需要消耗大量的能源。其中，基于水泥、石灰或化學(xué)漿材 的化學(xué)加固技術(shù)是一種極為常用的土體加固方法，它是將漿液灌入土體的孔隙或者與土體 強制攪拌混合，從而達到增強土體強度，降低其滲透性的目的。然而，水泥與石灰等傳統(tǒng)的 膠凝材料能改變土體的pH值，使土體呈堿性并形成一定范圍的侵蝕環(huán)境，對地下水與周圍 植被均會造成不良的影響。水泥生產(chǎn)過程中還會排放大量的溫室氣體，每生產(chǎn)It水泥熟料， 因燃煤和石灰石分解會排放出It的C0 2,其存在能耗高、污染環(huán)境等缺點，勢必會對生態(tài)環(huán) 境構(gòu)成威脅，嚴重阻礙我國建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的發(fā)展進程。對于其它化學(xué) 灌漿材料而言，除了水玻璃(Na 2Si03)外，所有化學(xué)漿材(環(huán)氧樹脂類、丙烯酸鹽類、酸醛樹脂 類、聚氨酯類等)都是有毒的。因此，研究節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟高效的新型土體加固方 法意義重大。如何尋找到具有能耗小、污染少且性能優(yōu)良的新型土體加固技術(shù)是目前亟待 解決的關(guān)鍵問題。
[0003] 微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(MICP)是一種在自然界中廣泛存在的生物礦化過程，機理 簡單，快速高效，環(huán)境耐受性好。將這一技術(shù)用于土體加固，將會帶來巨大的環(huán)境效益和經(jīng) 濟效益。2010年荷蘭代爾夫特理工大學(xué)首次將MICP加固土體技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場砂礫土穩(wěn)固工 程中，即利用微生物加固地下砂礫土層來穩(wěn)定水平定向鉆孔。首先通過灌注井依次注入約 200m 3菌液以及300-600m3膠結(jié)溶液，漿液沿滲流方向傳輸至抽取井附近，然后抽取出含有高 濃度NH 4CL的地下水進行污水處理。加固結(jié)束后砂礫膠結(jié)體中方解石含量高達6%，并且在 進行水平定向鉆孔和天然氣管道鋪設(shè)時，砂礫層一直保持穩(wěn)定狀態(tài)，這是微生物加固土體 技術(shù)的首次現(xiàn)場應(yīng)用。
[0004] 微生物土加固技術(shù)是一種綠色科學(xué)的加固方法，微生物通過其生命活動產(chǎn)生的酶 通過酶化作用生成方解石，填充在土體顆?？障吨衅鹉z結(jié)作用。通過室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)膠結(jié)后 的微生物土的抗剪、抗壓以及抗?jié)B性能都有很大提高。
[0005] 溫度是影響微生物生長繁殖的重要因素之一。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度升高有 利于微生物的新陳代謝作用，進而促進其生長繁殖，超出了這個范圍，較高或者較低的溫度 都會對微生物產(chǎn)生不利影響。有學(xué)者指出30_60°C范圍內(nèi)微生物的脲酶活性較高，然而，大 自然中土壤統(tǒng)計溫度的峰值不會超過30°C，10-25°C是我國大部分地區(qū)土壤(冬季除外）的 溫度變化范圍，尤其是距地面3-4米以下的土壤溫度大都是在10-16Γ之間，這個溫度范圍 不是微生物最佳的生長范圍。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含有加熱裝置的微生 物土系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使得土體溫度升高，達到微生物最佳生長溫度范圍，提高微生物的新陳 代謝，促進其生長繁殖，微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣沉淀速率越快且含量越多，最終大大提高 微生物土的強度以及抗?jié)B性能。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：
[0008] 一種含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，包括微生物加固處理后的土體，所述土體中 開設(shè)一孔，孔中用于放置鋼管，鋼管的底部密封，上部設(shè)有活動端蓋，且鋼管上端超出所述 土體外部，所述鋼管中沿其縱向分為兩部分，兩部分的底部連通，其余部分相互密封獨立， 鋼管端蓋上設(shè)有分別與所述兩部分相連通的進口和出口，所述進口與熱源連通。
[0009] 所述鋼管中與進口連通的部分的體積大于與出口連通部分的體積，這樣，在鋼管 中能保留較多的加熱介質(zhì)，使鋼管能保持較快的升溫，加熱其周圍的土體。
[0010] 所述出口設(shè)置于鋼管端蓋的中心位置，出口與設(shè)置于鋼管中心的回熱管連通，且 回熱管下端與鋼管內(nèi)底部之間有間隙，回熱管與鋼管內(nèi)壁之間為與進口連通區(qū)域，進口位 于鋼管端蓋中心位置一側(cè)。采用回熱管套在鋼管中心的設(shè)置方式，能夠使加熱介質(zhì)與鋼管 壁之間有最大的接觸面積，有利于熱量最快傳遞至鋼管壁上，然后再將熱量傳遞至鋼管外 部的土體中，提高加熱效率。
[0011] 所述回熱管的直徑為鋼管直徑的1/4至1/3。
[0012] 所述出口設(shè)置于鋼管端蓋的中心一側(cè)，鋼管中縱向設(shè)置的隔板將其分為體積大小 不等的兩部分，出口與體積較小部分連通，能夠使加熱介質(zhì)與鋼管壁之間有最大的接觸面 積，有利于熱量最快傳遞至鋼管壁上，然后再將熱量傳遞至鋼管外部的土體中，提高加熱效 率。
[0013] 所述隔板的橫斷面為直線型、S型或弧形。
[0014] 所述鋼管中的加熱介質(zhì)為30-70°C的熱水。
[0015]所述微生物加固處理后的土體中設(shè)置有測溫計，測溫計通過連線與外部顯示裝置 相連，能夠?qū)崟r顯示微生物加固處理后的土體溫度。
[0016] 所述進口通過供液管與熱源連通。
[0017] 所述出口通過回液管與熱源連通，實現(xiàn)加熱介質(zhì)的循環(huán)利用。
[0018] 本實用新型通過在經(jīng)過微生物加固處理后的土體中插入低碳無縫鋼管，再在鋼管 中循環(huán)30-70°C的熱水，使得土體溫度升高，達到微生物最佳生長的溫度范圍，提高微生物 的新陳代謝，促進其生長繁殖，微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣沉淀速率越快且含量越多，最終大 大提高微生物土的強度以及抗?jié)B性能。本實用新型可以應(yīng)用于基坑工程的圍護結(jié)構(gòu)，盾構(gòu) 進出洞端頭的土體加固，以及地基處理工程中。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020] 圖2是一個實施例的熱水循環(huán)施工工藝流程圖；
[0021] 其中，1.鋼管，2.微生物加固處理后的土體，3.未加固土，4.測溫計，5.外部顯示裝 置，6.熱源。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0023]本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi) 容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不 具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實用新 型所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應(yīng)仍落在本實用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵 蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、"中間"及"一"等的用語， 亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào) 整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本實用新型可實施的范疇。
[0024] 實施例1:
[0025]如圖1所示，含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，包括微生物加固處理后的土體2,微生 物加固處理后的土體2的周圍為未加固土 3。所述土體2中開設(shè)一孔，孔中用于放置鋼管1，鋼 管1的底部密封，上部設(shè)有活動端蓋，且鋼管1上端超出所述土體外部，所述鋼管1中沿其縱 向分為兩部分，兩部分的底部連通，其余部分相互密封獨立，鋼管端蓋上設(shè)有分別與所述兩 部分相連通的進口和出口，所述進口通過供液管與熱源6連通。出口通過回液管與熱源6連 通，實現(xiàn)加熱介質(zhì)的循環(huán)利用。
[0026] 鋼管1中與進口連通的部分的體積大于與出口連通部分的體積，這樣，在鋼管1中 能保留較多的加熱介質(zhì)，使鋼管1能保持較快的升溫，加熱其周圍的土體。鋼管中的加熱介 質(zhì)為30-70°C的熱水。
[0027] 出口設(shè)置于鋼管端蓋的中心位置，出口與設(shè)置于鋼管1中心的回熱管連通，回熱管 的直徑為鋼管直徑的1/4至1/3。且回熱管下端與鋼管1內(nèi)底部之間有間隙，回熱管與鋼管內(nèi) 壁之間為與進口連通區(qū)域，進口位于鋼管端蓋中心位置一側(cè)。采用回熱管套在鋼管中心的 設(shè)置方式，能夠使加熱介質(zhì)與鋼管壁之間有最大的接觸面積，有利于熱量最快傳遞至鋼管 壁上，然后再將熱量傳遞至鋼管外部的土體中，提高加熱效率。
[0028] 微生物加固處理后的土體2中設(shè)置有測溫計4,測溫計4通過連線與外部顯示裝置5 相連，能夠?qū)崟r顯示微生物加固處理后的土體2溫度。
[0029] 實施例2:
[0030]如圖1所示，含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，包括微生物加固處理后的土體2，微生 物加固處理后的土體2的周圍為未加固土 3。所述土體2中開設(shè)一孔，孔中用于放置鋼管1，鋼 管1的底部密封，上部設(shè)有活動端蓋，且鋼管1上端超出所述土體外部，所述鋼管1中沿其縱 向分為兩部分，兩部分的底部連通，其余部分相互密封獨立，鋼管端蓋上設(shè)有分別與所述兩 部分相連通的進口和出口，所述進口通過供液管與熱源6連通。出口通過回液管與熱源6連 通，實現(xiàn)加熱介質(zhì)的循環(huán)利用。
[0031 ]鋼管1中與進口連通的部分的體積大于與出口連通部分的體積，這樣，在鋼管1中 能保留較多的加熱介質(zhì)，使鋼管1能保持較快的升溫，加熱其周圍的土體。鋼管中的加熱介 質(zhì)為30-70°C的熱水。
[0032]出口設(shè)置于鋼管端蓋的中心一側(cè)，鋼管中縱向設(shè)置的隔板將其分為體積大小不等 的兩部分，出口與體積較小部分連通。隔板的橫斷面為直線型、S型或弧形。出口與體積較小 部分連通，能夠使加熱介質(zhì)與鋼管壁之間有最大的接觸面積，有利于熱量最快傳遞至鋼管 壁上，然后再將熱量傳遞至鋼管外部的土體中，提高加熱效率。
[0033] 微生物加固處理后的土體2中設(shè)置有測溫計4,測溫計4通過連線與外部顯示裝置5 相連，能夠?qū)崟r顯示微生物加固處理后的土體2溫度。
[0034] 實施例1和實施例2的施工工藝流程如圖2所示。
[0035] 施工工藝流程如下：
[0036]制備菌液和膠結(jié)溶液-微生物加固土體（同時進行熱水循環(huán)準備)-熱水循環(huán)鋼 管（即加熱管)定位-熱水循環(huán)鋼管（即加熱管)鉆進-熱水循環(huán)鋼管（即加熱管)安裝-供 液管安裝-加熱系統(tǒng)及測溫系統(tǒng)安裝-循環(huán)30-70°C熱水并測溫-停止加熱、拔管、注漿封 孔。
[0037] 重點工藝詳述如下：
[0038] 一、施工準備
[0039] (1)要求提前供水、供電到施工場地附近，并清理隧道及施工場地，保證施工通行 順暢。
[0040] (2)按不同位置的加熱孔鉆進要求，用1.5〃鋼管搭建加熱孔施工腳手架，安裝鉆孔 施工平臺。
[0041 ] (3)施工設(shè)備進場。由于現(xiàn)場對施工影響大，應(yīng)合理安排施工設(shè)備運抵安裝地點的 時間順序。
[0042] (4)合同簽定后，開工前進行加工件加工。
[0043]二、熱水循環(huán)鋼管鉆孔施工
[0044] (1)依據(jù)施工基準點，按加熱孔施工圖布置加熱孔?？孜黄畈粦?yīng)大于100mm。
[0045] (2)水平鉆孔使用MD-60A型鉆機，垂直鉆孔選用GXY-1型鉆機鉆進。水平鉆孔前要 安裝孔口管及孔口密封裝置。當?shù)谝粋€孔開通后，沒有涌水涌砂可繼續(xù)鉆進，但以后鉆孔仍 要裝孔口裝置，以防突發(fā)涌水涌砂現(xiàn)象出現(xiàn);若涌水涌砂較厲害，還應(yīng)注水泥漿(或雙液漿） 止水。
[0046] (3)為了保證鉆進精度，開孔段是關(guān)鍵。鉆進前5m時，要反復(fù)校核鉆桿垂直度，調(diào)整 鉆機位置，并采用減壓鉆進，檢測偏斜無問題后方可繼續(xù)鉆進。
[0047] (4)熱水循環(huán)鋼管下入孔內(nèi)前要先配管，保證加熱管同心度。焊接時，焊縫要飽滿， 保證加熱管有足夠強度，以免拔管時加熱管斷裂。下好加熱管后，采用經(jīng)煒儀燈光測斜法檢 測，然后復(fù)測凍結(jié)孔深度，并進行打壓試漏。
[0048] (5)試壓不合格的加熱管必須進行處理達到密封要求后方可使用。可逐根提出孔 內(nèi)管，并用泥漿栗對逐個焊縫打壓，找出泄漏焊縫及原因，及時處理，并作好記錄，二次下入 后仍須自檢。
[0049] (6)熱水循環(huán)鋼管通過供液管與熱源相連通。
[0050] (7)熱水循環(huán)鋼管安裝完畢后，用木塞等堵住管口，以免異物掉進加熱管。
[0051 ] (8)測溫孔施工方法與加熱管相同。
[0052]三、加熱管加熱施工
[0053]加熱系統(tǒng)設(shè)備安裝完畢后進行調(diào)試和試運轉(zhuǎn)。在試運轉(zhuǎn)時，要隨時調(diào)節(jié)壓力、溫度 等各狀態(tài)參數(shù)，使機組在有關(guān)工藝規(guī)程和設(shè)計要求的技術(shù)參數(shù)條件下運行。
[0054]在加熱管循環(huán)熱水過程中，每天檢測熱水溫度、流量和溫度擴展情況，必要時調(diào)整 加熱系統(tǒng)運行參數(shù)。加熱系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常后進入積極加熱階段。
[0055] 每天檢測測溫孔溫度，并根據(jù)測溫數(shù)據(jù)，分析溫度的擴展速度和厚度，預(yù)計溫度擴 散厚度達到設(shè)計厚度的時間。
[0056] 實測溫度擴散厚度達到設(shè)計值后，即可拔管。
[0057]四、拔管施工
[0058]水平加熱管利用48#大牙鉗轉(zhuǎn)動加熱管，用2噸手拉萌蘆拔出加熱管(連同孔口管 一起拔除）。手拉萌蘆固定在搭設(shè)的腳手架上，加熱管范圍內(nèi)的腳手架須特殊加固使其與槽 壁緊密連接便于力的傳遞。上述方法不能拔出加熱管時，利用兩個32噸千斤頂架設(shè)在槽壁 上，水平向外頂推加熱管。
[0059] 垂直加熱管用起管機起拔松動加熱管，然后用起重機或卷揚機快速拔出已松動的 加熱管。
[0060] 五、注漿封孔
[0061 ]在加熱管拔出后，可利用加熱孔作為注漿孔向微生物土內(nèi)進行注漿壓密封孔。 [0062]本實用新型施工注意事項如下：
[0063] (1)微生物土加固完畢后，應(yīng)立即進行加熱系統(tǒng)的施工，保證微生物在最佳時機和 最佳溫度下誘導(dǎo)生成碳酸鈣。
[0064] (2)采用熱水或熱鹽水在加熱管內(nèi)循環(huán)，熱水或熱鹽水溫度控制在30_70°C。溫度 不宜過高，高溫有可能導(dǎo)致微生物蛋白質(zhì)變性，影響正常的代謝活動，甚至導(dǎo)致微生物的死 亡，對微生物有明顯的殺滅作用。
[0065] (3)熱水循環(huán)施工應(yīng)該配合溫度監(jiān)測同時進行，當95%以上的測溫點溫度達到30 °C以上時可停止循環(huán)熱水。
[0066] (4)熱水循環(huán)施工參數(shù)如下表所示：
[0068] (5)本實用新型中的低碳無縫鋼管還可以用PVC、PPR、ABS、PE等塑料管代替，當采 用塑料管時，盾構(gòu)始發(fā)或到達無需拔除加熱管，可直接切削推進。
[0069]上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新 型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng) 域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范 圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，包括微生物加固處理后的土體，所述 土體中開設(shè)一孔，孔中用于放置鋼管，鋼管的底部密封，上部設(shè)有活動端蓋，且鋼管上端超 出所述土體外部，所述鋼管中沿其縱向分為兩部分，兩部分的底部連通，其余部分相互密封 獨立，鋼管端蓋上設(shè)有分別與所述兩部分相連通的進口和出口，所述進口與熱源連通。2. 如權(quán)利要求1所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述鋼管中與進口連 通的部分的體積大于與出口連通部分的體積。3. 如權(quán)利要求1所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述出口設(shè)置于鋼管 端蓋的中心位置，出口與設(shè)置于鋼管中心的回熱管連通，且回熱管下端與鋼管內(nèi)底部之間 有間隙，回熱管與鋼管內(nèi)壁之間為與進口連通區(qū)域，進口位于鋼管端蓋中心位置一側(cè)。4. 如權(quán)利要求3所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述回熱管的直徑為 鋼管直徑的1/4至1/3。5. 如權(quán)利要求1所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述出口設(shè)置于鋼管 端蓋的中心一側(cè)，鋼管中縱向設(shè)置的隔板將其分為體積大小不等的兩部分，出口與體積較 小部分連通。6. 如權(quán)利要求5所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述隔板的橫斷面為 直線型、S型或弧形。7. 如權(quán)利要求1所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述鋼管中的加熱介 質(zhì)為30-70°C的熱水。8. 如權(quán)利要求1所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述微生物加固處理 后的土體中設(shè)置有測溫計，測溫計通過連線與外部顯示裝置相連，能夠?qū)崟r顯示微生物加 固處理后的土體溫度。9. 如權(quán)利要求1所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述進口通過供液管 與熱源連通。10. 如權(quán)利要求1所述的含有加熱裝置的微生物土系統(tǒng)，其特征是，所述出口通過回液 管與熱源連通，實現(xiàn)加熱介質(zhì)的循環(huán)利用。
【文檔編號】E02D3/12GK205557501SQ201620406319
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】胡俊, 衛(wèi)宏, 李艷榮, 劉勇, 姚凱, 趙聯(lián)楨, 佳琳
【申請人】海南大學(xué)