微生物灌漿：地基基礎加固的新探索

《微生物灌漿：地基基礎加固的新探索》是依託清華大學，由程曉輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：微生物灌漿：地基基礎加固的新探索
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：程曉輝
• 項目類別：面上項目

項目摘要

基於生物脲酶催化尿素水解和污水反硝化反應的微生物灌漿，可以在迅速提高被處理地基強度和變形性能的同時，又保持其具有一定的滲透性。相比傳統化學灌漿而言，具有顯著的工程技術與經濟價值。本項目利用上述兩類微生物，研究微生物灌漿原料在砂土地基中長距離輸送及固定的機理，並著重研究反硝化微生物利用污水處理中間產物析出碳酸鈣凝膠的機理。研究工作主要包括一系列多尺度的一維、二維和三維的灌漿模型和原位實驗研究。通過測定微生物析出膠凝碳酸鈣在地基中的數量、分布、生成速度、加固強度、滲透性隨時間的變化規律，探索微生物灌漿機理以及受控因素。最終，嘗試建立一套有效的微生物地基加固灌漿體系，並建立微生物灌漿的理論分析模型。

結題摘要

微生物灌漿加固技術是一項利用微生物成礦學的最新進展，即微生物誘導碳酸鈣結晶技術，通過向鬆散砂土地基中低壓傳輸微生物細胞以及營養鹽（尿素與CaCl2的混合液），最終在砂土孔隙中快速析出碳酸鈣膠凝結晶，改善地基力學性能。微生物灌漿加固技術具有注漿壓力低、傳輸距離遠、擾動小、工期短、加固效果明顯和低耗能等優勢，是目前液化地基加固研究的前沿問題。本課題主要是通過標準動三軸及振動台試驗來檢測微生物灌漿技術是否能夠用於液化地基加固，並針對試驗中發現的問題，對微生物灌漿配方及注漿方案進行了調整。首先，結合高強微生物砂漿的製備方法，研究了適用於液化砂土地基加固的微生物灌漿方法。其次，通過標準動三軸及小型振動台試驗，研究了微生物灌漿加固液化砂土的動力反應，尤其是抗液化性能，並與傳統的碎石樁擋牆加固地基進行了對比。試驗結果表明，微生物灌漿加固液化砂土的抗液化性能顯著提高，且固化效果高於碎石樁擋牆。最後，針對國內外微生物灌漿技術在液化砂土加固研究中存在的問題與不足，又對固定液濃度、砂土顆粒級配、注漿速度、砂土相對密實度、平均粒徑等因素對微生物傳輸的影響進行了詳細的研究。實驗結果表明，固定液濃度對微生物在砂土內的傳輸影響較大，易造成微生物的不均勻分布。根據這一研究結果，課題組對微生物配方及灌漿方案進行了調整，並通過動三軸試驗、無側限單軸壓縮UCS試驗及不排水三軸壓縮CU試驗，測試了調整後微生物灌漿加固砂樣的受力變形性能，尤其對動力反應進行了測試和分析。試驗研究表明，採用25mM/L固定液、1ml/min的注漿速度，有利於提高菌液在砂柱內傳輸的均勻性。經過2批次灌漿後，固化砂樣的抗液化強度高於Dr=85 %的密砂砂樣；經4批次注漿後，固化砂樣在CSR=0.5時，動力載入3000次，軸向應變僅為0.3 %，且孔壓無明顯變化。可見，調整後的微生物灌漿技術，菌液用量及灌漿批次都有大幅減少，固化時間縮短至1-2 d，且CaCO3膠凝分布不均勻現象有所減緩，固化強度能夠得到充分發揮。這為微生物灌漿技術套用於地基基礎加固，尤其是液化是液化地基基礎加固邁出了重要的一步。