一種微生物—電場聯(lián)合加固可液化地基的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微生物與電場聯(lián)合加固可液化地基的方法，屬于地基處理的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]飽和狀態(tài)下的砂土或粉土受到振動時會發(fā)生液化，使地基喪失承載能力，可液化地基的抗液化處理和加固一直是地基處理領(lǐng)域發(fā)展的重要技術(shù)，針對可液化地基的加固技術(shù)，既有化學(xué)固化法、強夯法、振沖法等傳統(tǒng)地基加固方法，又有近幾年發(fā)展迅速的微生物注漿加固方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)一的技術(shù)方案如下:
[0004]加固可液化地基的傳統(tǒng)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，其中強夯法、振沖法屬于典型的物理加固方法，化學(xué)加固方法一般指化學(xué)注漿加固法，強夯法通過反復(fù)將重錘提升到一定高度使其自由下落產(chǎn)生巨大的沖擊能量，利用動力密實、動力固結(jié)和動力置換效應(yīng)，使土體的強度提高，抗液化性能增強，振沖法是指在振沖器的高頻振動下成孔，使孔周松散土層振密，并在孔中回填碎石等粗粒料形成粧柱，和粧間地基土組成復(fù)合地基的地基處理方法，振沖法加固可液化地基時，振沖作用使得地基土密實度提高，回填碎石料形成碎石粧對粧周土體具有擠密作用，使地基土的孔隙比減少、干密度和抗剪強度提高，物理力學(xué)性質(zhì)得以改善，碎石粧還可以在地基土層中形成滲透性良好的豎向排水通道，有效降低孔隙水壓力，加快地基的排水固結(jié)，起到排水減壓作用，改善了地基的抗液化能力，而化學(xué)固化法則是通過灌漿、深層攪拌、高壓噴射等方法，將水泥漿或其他化學(xué)漿液注入或拌入地基土層中，通過漿液硬化后的膠結(jié)作用增強土顆粒間的聯(lián)結(jié)，使土體強度提高、變形減少并且降低了振動引起的孔隙水壓力，從而改善了土體的抗液化性會K ;
[0005]現(xiàn)有技術(shù)一的缺點為:
[0006]加固可液化地基的傳統(tǒng)方法中，強夯法雖然提高了地基的強度，改善了地基的抗液化性能，但施工過程中振動較大，不適合用于離建筑物和構(gòu)筑物較近的區(qū)域，振沖法來處理可液化地基時，一是需要大量的碎石等外加填料，二是振沖粧屬于散體粧，粧體受荷會發(fā)生鼓脹破壞，不能充分發(fā)揮材料的承載力性能，而采用化學(xué)注漿加固法時使用的水泥、石灰或其他化學(xué)膠凝材料，存在著高能耗、高污染排放等缺點。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)二的技術(shù)方案如下:
[0008]微生物注漿加固方法是一種新興的加固可液化地基方法，在一定的人為環(huán)境和營養(yǎng)條件下，巖土中一些無毒害的天然微生物(產(chǎn)脲酶菌、反硝化菌等)新陳代謝作用能析出具有優(yōu)異膠結(jié)作用的碳酸鈣結(jié)晶，該結(jié)晶能夠很好地膠結(jié)松散土顆粒，可對砂土和粘聚力較低的粉土進行原位改性與固化，利用微生物注漿加固方法處理可液化地基時，首先通過注漿設(shè)備將菌液以及膠結(jié)溶液依次注入待加固地層中，然后等待微生物誘導(dǎo)出碳酸鈣結(jié)晶體完成對地基土的加固，最后抽取出含有高濃度NH4Cl的地下水進行污水處理，經(jīng)過微生物注漿加固方法處理后的地基，承載力與抗液化性能得到明顯提高，且與傳統(tǒng)加固方法相比，此方法具有施工擾動小，對場地要求低，無污染、無碳排放、無化學(xué)殘留、與加固土體生物相容性好，利于環(huán)境保護等優(yōu)勢；但現(xiàn)有技術(shù)二的缺點是:現(xiàn)有微生物注漿加固的對象主要是砂土，普遍存在加固體強度不均勻與加固范圍難控制的問題，土粒徑越小問題越突出，隨著微生物誘導(dǎo)出碳酸鈣膠結(jié)物的不斷生成會明顯降低被加固土體的滲透性，由于微生物體附著土顆粒的空間非均勻性與沉積反應(yīng)速率的非均勻性，漿液注入處近端與遠(yuǎn)端的強度與滲透性存在顯著差異，微生物注漿土體體積越大，這一現(xiàn)象越明顯，表現(xiàn)出顯著的尺寸效應(yīng)，加固后地基的不均勻性使其改善地基的抗液化性能的效果有限，也影響了其在工程上的大范圍推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]利用微生物注漿加固地基的方法具有良好的應(yīng)用前景，但存在著注漿加固不均勻性的問題，即注漿后沉積礦物在空間上分布不均勻，大面積加固可液化地基時可能出現(xiàn)尺寸效應(yīng)問題，本發(fā)明的原理為:電場作用能產(chǎn)生各種電動力學(xué)效應(yīng)，如電滲析、電迀移、電泳等，電迀移、電泳作用均可導(dǎo)致土壤帶電粒子在外加電場作用下會向兩極移動，微生物細(xì)胞表面通常都是帶負(fù)電荷，因此在電場作用下將從陰極向陽極迀移，并且迀移速率與電場強度呈正相關(guān)，沉積礦物的空間分布的非均勻性與尺寸效應(yīng)問題追根溯源是固化過程中微生物與反應(yīng)物的空間分布不均勻，因此通過電場使微生物及其酶代謝期間產(chǎn)生的碳酸根離子空間位置發(fā)生迀移，能夠使沉積礦物空間分布的非均勻性與尺寸效應(yīng)問題得到有效解決。
[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種微生物一電場聯(lián)合加固地基的方法，解決沉積礦物空間分布的非均勻性與尺寸效應(yīng)，從而對可液化地基進行均勻、經(jīng)濟、有效的加固。
[0011]技術(shù)方案:
[0012]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明公開了一種微生物一電場聯(lián)合加固可液化地基的方法，其特征在于該方法步驟如下:
[0013]a.在待加固可液化地基上鉆孔并放置注漿管a與注漿管b，注漿管a、b成列間隔布置，通過導(dǎo)線3將注漿管a與直流電源4的陰極相連接作為陰極注漿管1，注漿管b與直流電源4的陽極相連接作為陽極注漿管2，從而構(gòu)成陰極注漿管I與陽極注漿管2成列間隔布置；
[0014]b.打開第一閥門8，將預(yù)先準(zhǔn)備好的產(chǎn)脲酶菌菌液5通過陰極注漿管I注入待加固的地基土層中；
[0015]c.注漿開始的同時，閉合直流電源4的開關(guān)6，在陰極注漿管I與陽極注漿管2之間的區(qū)域內(nèi)形成一個直流電場，在直流電場作用4?Sh后，切斷直流電源4的開關(guān)6，關(guān)閉第一閥門8 ；
[0016]d.打開第二閥門8，通過陰極注漿管I往待加固地層中注入膠結(jié)溶液7，關(guān)閉第二閥門8，靜置8?12h，等待產(chǎn)脲酶菌充分誘導(dǎo)出碳酸鈣結(jié)晶對土體進行膠結(jié)；
[0017]e.對調(diào)與注漿管a、注漿管b相連接的直流電源4陰、陽電極后，重復(fù)步驟b?d對待加固地基進行新一輪注漿加固，待場地達到要求的注漿遍數(shù)后，拔出全部注漿管a與注漿管b，利用井用潛水栗抽取出含有高濃度NH4Cl的地下水進行污水處理。
[0018]所述的微生物一電場聯(lián)合加固可液化地基的方法，其特征在于步驟b中的產(chǎn)脲酶菌菌液5由濃度0D6。。= 1.5的巴氏芽孢桿菌S.pasteurii及其生命活動所必需的營養(yǎng)鹽溶液共同構(gòu)成，其中每IL的營養(yǎng)鹽溶液中含有5.0g的大豆蛋白胨、15.0g的胰蛋白胨、5.0g的氯化鈉以及20g的尿素，營養(yǎng)鹽溶液的pH值為7.3。
[0019]所述的微生物一電場聯(lián)合加固可液化地基的方法，其特征在于步驟c中直流電場施加時機是在產(chǎn)脲酶菌附著階段，帶負(fù)電荷的產(chǎn)脲酶菌以電泳形式向陽極移動，從而使富集在漿液注入處近端的產(chǎn)脲酶菌往漿液注入處遠(yuǎn)端迀移，實現(xiàn)了產(chǎn)脲酶菌在空間上的重分布。
[0020]所述的微生物一電場聯(lián)合加固可液化地基的方法，其特征在于步驟c中所述的直流電場強度在0.5V/cm?lV/cm。
[0021]所述的微生物一電場聯(lián)合加固可液化地基的方法，其特征在于步驟d中的膠結(jié)溶液7由濃度為0.50mol/L?1.20mol/L的氯化I丐溶液，濃度為0.50mol/L?1.20mol/L的尿素溶液混合而成，膠結(jié)溶液7的具體濃度必須根據(jù)現(xiàn)場地基中的土粒級配來合理確定。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023]1.本發(fā)明通過電場的干預(yù)作用改善了微生物注漿加固地基土體的不均勻性，使地基的整體抗液化能力提尚;
[0024]2.由于土顆粒粒徑尺寸、孔喉尺寸與微生物個體尺寸的相容性制約，微生物難以在小于一定粒徑的土顆粒孔隙間自由流動，目前微生物注漿加固的對象主要是砂土，而本發(fā)明使加固對象能夠擴展到粉細(xì)砂和粉土等粒徑更小的土。
【附圖說明】
[0025]圖1注漿管平面布置及注漿示意圖，a—注漿管平面布置圖，b—注漿示意圖；
[0026]附圖標(biāo)記:1 一陰極注漿管，2—陽極注漿管，3—導(dǎo)線，4一直流電源，5—產(chǎn)脲酶菌菌液，6—開關(guān)，7—膠結(jié)溶液，8—閥門。
【具體實施方式】
[0027]實施例1
[0028]某建筑場地的平面尺寸:長50m，寬50m，工程勘察報告的資料顯示該場地中粒徑大于0.25mm的土顆粒含量為76 %，超過全重的50 %，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)對土體分類的標(biāo)準(zhǔn)，該場地的地基土體屬于可液化的中砂，需要采取抗液化處理措施對場地地基進行加固，待加固地基土層的厚度為5.0m?5.2m，利用本發(fā)明提出的地基處理方法加固該場地地基包括以下步驟:
[0029]a.在待加固的地基中用鉆機在布孔位置鉆得孔位，孔距為1.0m,在孔中放置注漿管a與注漿管b，注漿管a、b管長均為5.2m，成列間隔布置，場地上共布置50行、50列的注漿管，通過導(dǎo)線3將注漿管a與直流電源4的陰極相連接作為陰極注漿管1，注漿管b與直流電源4的陽極相連接作為陽極注漿管2，從而構(gòu)成陰極注漿管I與陽極注漿管2成列間隔布置；
[0030]b.打開第一閥門8，將預(yù)先準(zhǔn)備好的產(chǎn)脲酶菌菌液5通過陰極注漿管I注入待加固的地基土層中，注漿過程中注意密封孔口間隙，防止?jié){液沿孔壁和陰極注漿管I之間的間隙外溢至地表；
[0031]c.注漿開始的同時，閉合直流電源3的開關(guān)6，在陰極注漿管I與陽極注漿管2之間的區(qū)域內(nèi)形成一個直流電場，電場強度為0.5V/cm，作用時間為4h，當(dāng)電場作用完畢后，切斷直流電源4的開關(guān)6，關(guān)閉第一閥門8 ;
[0032]d.打開第二閥門8，將與菌液體積比為0.75:1的膠結(jié)溶液7(膠結(jié)溶液7由1.20mol/L的氯化鈣和1.20mol/L的尿素混合而成)通過陰極注漿管I注入待加固土層中，注漿過程中也