一种浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置及其方法

摘要

本发明公开了一种浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置，包括输送装置、成桩套筒、注浆管和注浆盒，所述注浆盒设于成桩套筒的内底部，所述注浆盒与注浆管的一端连通，注浆管的另一端伸出成桩套筒的上端与输送装置的输液出口连通；所述注浆管和注浆盒的分别开有第一注浆口和第二注浆口，且所述第二注浆盒上设有用于防止注浆液通过第二注浆口流入注浆盒内的单向阀，所述输送装置向注浆管内输入微生物菌液与胶结液。本发明还提供了一种方法。本发明可以避免砂土颗粒在注浆管内长时间残留，导致砂土颗粒随浆液倒灌回流，引起注浆管的堵塞的情况。

说明书

技术领域

本发明涉及一种注浆装置及其方法，尤其是指一种浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置及其方法。

背景技术

当天然地基无法满足上部构筑物及荷载对地基承载力和变形的要求时，通常要对地基进行地基处理。华南地区具有丰富的软弱下卧层软土资源，面对江河周边的工程建设时往往会遇到大面积的淤泥质软土，而淤泥质软土地基承载力较差，往往不能满足工程建设的需要，因此我们需要对其进行地基处理。MICP固化的砂桩可作为竖向增强体，与淤泥质软土地基形成复合地基共同承担上部构筑物的荷载。目前在工程中淤泥质软土地基的技术方法有后注浆方法，主要是采用水泥砂浆等方法进行注浆处理，常规的加固方法由于存在着高能耗、高污染排放和高成本等缺点而限制了这些方法的应用，与中国当前正在大力推行节能减排和低碳环保的经济社会建设理念相悖。

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化砂土是一种针对砂土的环境友好型土体加固技术，通过对砂土注入高产服酶的微生物菌液和胶结液，微生物菌液为巴氏芽孢八叠球菌，该种细菌通过自身的代谢产生可以催化尿素发生水解反应的脲酶，当碱性环境中存在有尿素和钙离子时，尿素会被脲酶催化发生水解反应，产生二氧化碳和氨气，二氧化碳在碱性环境下会转为碳酸根离子，然后碳酸根离子与溶液中游离的钙离子结合形成碳酸钙，当溶液中的碳酸钙达到饱和状态后会析出形成具有胶结性强的碳酸钙沉淀。碳酸钙沉淀会附着在砂粒表面或者土壤颗粒的孔隙中，随着碳酸钙沉淀的不断积累，它可以粘结砂土颗粒，填充孔隙，从而提高土体的强度和刚度，改善其力学性能。MICP技术的应用对生产能耗、生产成本要求低，同时能减少温室气体排放MICP技术可提高土的地质特性，因此可利用其作为一种替代地质加固技术。

MICP技术的成功依赖于微生物菌液和胶结液在地层孔隙中的存在，通过浸泡法或注浆法可以顺利地将微生物菌液和胶结液注入土体空隙。然而目前关于MICP的注浆应用技术，大多采用单一的注浆管进行注浆，单一注浆管注浆的方法具有砂土易回流至注浆管内，与细菌代谢产生的碳酸钙在管道内壁进行胶结，使得注浆管道内径缩小，堵塞管道进而影响后续再次注浆的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种适用于浅层微生物砂桩注浆装置和方法，以提高微生物砂桩的注浆质量，从而保障微生物砂桩的强度、刚度和力学性能。本发明既提高微生物砂桩的注浆质量，从而保障微生物砂桩的强度、刚度和力学性能，也可以避免砂土颗粒在注浆管内长时间残留，导致砂土颗粒随浆液倒灌回流，引起注浆管的堵塞的情况。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置，包括输送装置、成桩套筒、注浆管和注浆盒，所述注浆盒设于成桩套筒的内底部，所述注浆盒与注浆管的一端连通，注浆管的另一端伸出成桩套筒的上端与输送装置的输液出口连通；所述注浆管和注浆盒的分别开有第一注浆口和第二注浆口，且所述第二注浆盒上设有用于防止注浆液通过第二注浆口流入注浆盒内的单向阀，所述输送装置向注浆管内输入微生物菌液与胶结液。

作为一种优选的方案，所述注浆管包括外管和活动套设于外管内的内管，所述内管和外管的外壁上均开有所述的第一注浆口；当需要单独向注浆盒内输入微生物菌液与胶结液时，转动内管使内管的第一注浆口与外管的第一注浆口错开；当需要通过第一注浆口向成桩套筒内的砂土注入微生物菌液与胶结液时，转动内管使内管的第一注浆口与外管的第一注浆口连通。

作为一种优选的方案，所述输送装置包括储液罐、液泵和连接管，所述储液罐的输液出口通过连接管与液泵连接，所述液泵的输液出口通过连接管与注浆管连接。

作为一种优选的方案，所述第二注浆口开设于所述注浆盒的上表面和外壁上。

作为一种优选的方案，所述注浆盒的输液入口设有内螺纹，所述注浆管的底端设有外螺纹，所述内螺纹与外螺纹固定连接而将注浆盒和注浆管螺纹固定连接在一起。

作为一种优选的方案，所述注浆管和注浆盒设为两个。

一种浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将导杆式打桩机在预定位置就位，将成桩套筒固定于打桩机桩头处，通过打桩将套筒压入淤泥质土层中，达到预定深度后，挖空套筒内淤泥质软土，随后向桩底放置注浆盒并连接注浆管，再将注浆盒与注浆管螺纹固定在一起；再向注浆管、注浆盒与成桩套筒之间的空隙填满砂土颗粒，然后将伸出成桩套筒上端的注浆管上端与液泵的输液出口连接，并且液水泵的输液入口与储液罐的输液出口连通；

S2、制备好所需体积的微生物菌液和胶结液；

S3、转动内管，使内管的第一注浆口与外管的第一注浆口错开，然后启动液泵通过注浆管向注浆盒内注入微生物菌液；注浆盒内的液体通过单向阀均匀注入成桩套筒底部的砂土颗粒的孔隙之中；待灌入预定体积的菌液后，再转动内管，使内管的第一注浆口与外管的第一注浆口连通，通过第一注浆口向成桩套筒的上部注入微生物菌液，待灌入预定体积的菌液后，停止液泵工作，静置3小时等待微生物菌液均匀的渗透到砂土颗粒孔隙中；

S4、转动内管，使内管的第一注浆口与外管的第一注浆口错开，然后启动液泵通过注浆管向注浆盒内注入胶结液；注浆盒内的液体通过单向阀均匀注入成桩套筒底部的砂土颗粒的孔隙之中；待灌入预定体积的胶结液后，再转动内管，使内管的第一注浆口与外管的第一注浆口连通，通过第一注浆口向成桩套筒的上部注入胶结液，待灌入预定体积的胶结液后，停止液泵工作；静置9小时等待胶结液均匀的渗透到砂土颗粒孔隙中；

S5、转动内管，使内管的第一注浆口与外管的第一注浆口错开，然后启动液泵通过注浆管向注浆盒内注入胶结液；注浆盒内的液体通过单向阀均匀注入成桩套筒底部的砂土颗粒的孔隙之中；

S6、重复步骤S4、S5，重复到设定次数，直至完成一个灌注微生物菌液与胶结液的固化胶结过程；

S7、重复步骤S4至S6，完成注浆任务；

S8、完成注浆任务后，向注浆管内注入水泥浆填充管道，密封形成完整桩。

作为一种优选的方案，所述步骤S6中所述的设定次数为3次至9次。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明采用在成桩套筒的内底部设置注浆盒，并且注浆盒通过注浆管伸出成桩套筒与输送装置的输液出口连接；在注浆管开有第一注浆口，同时在注浆盒上开设带有单向阀的第二注浆口，使得微生物菌液与胶结液只能从注浆盒的内部向砂土颗粒体渗出，不能由砂土颗粒向注浆盒内部渗入，避免砂土颗粒在注浆管内长时间残留，导致砂土颗粒随浆液倒灌回流，引起注浆管的堵塞的情况。

2、本发明通过在成桩套筒的内底部设置注浆盒，使得注浆盒成为注浆管的扩口部件，扩大了注浆的面积，进而使灌注更均匀，砂土固化更均匀，从而提高微生物砂桩的灌浆质量，保障微生物砂桩的强度、刚度和力学性能。

3、本发明通过转动内管可以控制微生物菌液与胶结液是否从注浆口向砂土颗粒注浆，从而实现单独通过注浆盒对成桩套筒的底部进行注浆，可同时通过注浆盒和注浆管对成桩套筒进行全方位的注浆，具有结构巧妙、操作简单和使用方便的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置的实施例1的结构示意图；

图2是图1的注浆盒安装于成桩套筒内的俯视图；

图3是图1的注浆管的内管的第一注浆口和外管的第一注浆口连通状态时的结构示意图；

图4是图1的注浆管的内管的第一注浆口和外管的第一注浆口不连通状态时的结构示意图；

图5是图1的注浆盒的结构示意图。

图6是图1的单向阀的结构示意图。

图7是图6的侧面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1至图7，本实施例涉及浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置，包括输送装置1、成桩套筒2、注浆管3和注浆盒4，所述注浆盒4设于成桩套筒2的内底部，所述注浆盒4与注浆管3的一端连通，注浆管3的另一端伸出成桩套筒2的上端与输送装置1的输液出口连通；所述注浆管3和注浆盒4的分别开有第一注浆口30和第二注浆口41，且所述第二注浆盒4上设有用于防止注浆液通过第二注浆口41流入注浆盒4内的单向阀5，所述输送装置1向注浆管3内输入微生物菌液与胶结液。单向阀5包括阀体51、阀瓣52和螺钉53。

本结构采用在成桩套筒2的内底部设置注浆盒4，并且注浆盒4通过注浆管3伸出成桩套筒2与输送装置1的输液出口连接；在注浆管3开有第一注浆口30，同时在注浆盒4上开设带有单向阀5的第二注浆口41，使得微生物菌液与胶结液只能从注浆盒4的内部向砂土颗粒体渗出，不能由砂土颗粒向注浆盒4内部渗入，避免砂土颗粒在注浆管3内长时间残留，导致砂土颗粒随浆液倒灌回流，引起注浆管3的堵塞的情况。

本结构通过在成桩套筒2的内底部设置注浆盒4，使得注浆盒4成为注浆管3的扩口部件，扩大了注浆的面积，进而使灌注更均匀，砂土固化更均匀，从而提高微生物砂桩的灌浆质量，保障微生物砂桩的强度、刚度和力学性能。

如图3和图4所示，所述注浆管3包括外管31和活动套设于外管31内的内管32，所述内管32和外管31的外壁上均开有所述的第一注浆口30；当需要单独向注浆盒4内输入微生物菌液与胶结液时，转动内管32使内管32的第一注浆口30与外管31的第一注浆口30错开；当需要通过第一注浆口30向成桩套筒2内的砂土注入微生物菌液与胶结液时，转动内管32使内管32的第一注浆口30与外管31的第一注浆口30连通。内管32可旋转调节角度位置，第一注浆口30的数量和位置间距根据成桩套管和注浆管3的长度决定。所述内管32的外壁与外管31的内壁接触，即内管32的外径与外管31内径相同，能够避免所需灌注的微生物菌液和胶结液大量残留于内管32和外管31之间。

本结构通过转动内管32可以控制微生物菌液与胶结液是否从注浆口向砂土颗粒注浆，从而实现单独通过注浆盒4对成桩套筒2的底部进行注浆，可同时通过注浆盒4和注浆管3对成桩套筒2进行全方位的注浆，具有结构巧妙、操作简单和使用方便的优点。

所述输送装置1包括储液罐11、液泵12和连接管13，所述储液罐11的输液出口通过连接管13与液泵12连接，所述液泵12的输液出口通过连接管13与注浆管3连接。所述第二注浆口41开设于所述注浆盒4的上表面和外壁上。通过注浆盒4的上表面和外壁上的第二注浆口41可以对注浆盒4周围的各个方向进行注浆，使得注浆更加全面和均匀。

所述注浆盒4的输液入口设有内螺纹42，所述注浆管3的外管31底端设有外螺纹33，所述内螺纹42与外螺纹33固定连接而将注浆盒4和注浆管3螺纹固定连接在一起。注浆盒4与注浆管3之间密封连接。

所述注浆管3和注浆盒4设为两个。当然，根据成桩套筒2的直径的大小不同，注浆管3和注浆盒4的数量也可以相应的增加或减少。

本实施例还提供了一种浅层淤泥质软土地基中微生物砂桩注浆装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将导杆式打桩机在预定位置就位，将成桩套筒2固定于打桩机桩头处，通过打桩将套筒压入淤泥质土层中，达到预定深度后，挖空套筒内淤泥质软土，随后向桩底放置注浆盒4并连接注浆管3，再将注浆盒4与注浆管3螺纹固定在一起；再向注浆管3、注浆盒4与成桩套筒2之间的空隙填满砂土颗粒，然后将伸出成桩套筒2上端的注浆管3上端与液泵的输液出口连接，并且液水泵的输液入口与储液罐的输液出口连通；

S2、制备好所需体积的微生物菌液和胶结液；溶液体积由成桩套筒2内填入的砂土颗粒的孔隙总体积决定，并且用溶液中的电导率变化来间接测定脲酶活性，即配置好1.1M的尿素溶液，取18mL尿素溶液和2mL待用微生物菌液混合，用电导率仪测试5min内混合溶液的电导率的变化值乘以稀释倍数(10倍)，即菌液的初始脲酶活性(ms/cm/min)；

S3、转动内管32，使内管32的第一注浆口30与外管31的第一注浆口30错开，设置好各个注浆环节自动输液泵的注浆压力、注浆速率、注浆体积等参数与注浆的时间间隔等参数；然后启动液泵通过注浆管3向注浆盒4内注入微生物菌液；注浆盒4内的液体通过单向阀5均匀注入成桩套筒2底部的砂土颗粒的孔隙之中；待灌入预定体积的菌液后，再转动内管32，使内管32的第一注浆口30与外管31的第一注浆口30连通，通过第一注浆口30向成桩套筒2的上部注入微生物菌液，待灌入预定体积的菌液后，停止液泵工作，静置3小时等待微生物菌液均匀的渗透到砂土颗粒孔隙中；

S4、转动内管32，使内管32的第一注浆口30与外管31的第一注浆口30错开，然后启动液泵通过注浆管3向注浆盒4内注入胶结液；注浆盒4内的液体通过单向阀5均匀注入成桩套筒2底部的砂土颗粒的孔隙之中；待灌入预定体积的胶结液后，再转动内管32，使内管32的第一注浆口30与外管31的第一注浆口30连通，通过第一注浆口30向成桩套筒2的上部注入胶结液，待灌入预定体积的胶结液后，停止液泵工作；静置9小时等待胶结液均匀的渗透到砂土颗粒孔隙中；

S5、转动内管32，使内管32的第一注浆口30与外管31的第一注浆口30错开，然后启动液泵通过注浆管3向注浆盒4内注入胶结液；注浆盒4内的液体通过单向阀5均匀注入成桩套筒2底部的砂土颗粒的孔隙之中；

S6、重复步骤S4、S5，重复3次至9次(视微生物的固化效果而定)，直至完成一个灌注微生物菌液与胶结液的固化胶结过程；

S7、重复步骤S4至S6，完成注浆任务；

S8、完成注浆任务后，向注浆管3内注入水泥浆填充管道，密封形成完整桩。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。