一种微生物砂桩原位成桩可回收抽注浆装置及施工方法

本发明涉及地基处理，尤其涉及一种微生物砂桩原位成桩可回收抽注浆装置及施工方法。

背景技术：

1、微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)技术，是指利用特定微生物产生脲酶，脲酶催化尿素水解生成碳酸根离子，分解生成的碳酸根离子与钙、镁等离子凝结形成碳酸盐胶结土体颗粒以实现土体固化，该技术具有能耗低、绿色环保和发展可持续等优点，是一种先进的土体生物改良技术。

2、利用微生物注浆加固技术改善不良地基，需要对待加固地基进行一次或多次注浆胶结加固，在多次微生物注浆加固过程中，菌液或胶结液具有较强的流动性，可以快速扩散到周围土体加固。

3、利用现有微生物注浆技术进行地基加固处理时，主要采用直接注入菌液或胶结液于待加固地基的施工方式，往往会存在下列问题：一是加固范围不可控，浆液消耗量大，浪费资源；二是浆液渗流路径不可控，加固强度不均匀；三是无法回收废液，生成的氨氮废物会对环境造成影响。

4、如中国专利申请号cn201510900093.8提出了一种微生物固土cfg桩复合地基及施工方法，但该方法在地基加固过程中，需直接向桩管注入微生物菌液和胶结溶液，溶液扩散至桩周地基，生成碳酸盐结晶加固地基，存在浆液扩散不可控，施工效率低，浆液用量大；且无法回收废液，影响环境的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供一种微生物砂桩原位成桩可回收抽注浆装置及施工方法，处理不良地基，该施工中采用可降解防水土工袋隔离不良地基中加固区与非加固区，可以控制加固范围，限制浆液流动范围，提高浆液的利用率，并实现废液回收，加固完成后，可降解防水土工袋可在自然环境下降解，避免影响环境；该施工中采用了兼具注浆功能和抽浆功能的可回收分段抽注浆装置，对待加固范围进行分段注浆和交替抽注浆，以提高加固均匀性，隔离层和旋转把手的组合，可对抽/注浆套管进行回收利用，节约资源，提高经济性和环境保护。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种微生物注浆砂桩原位成桩可回收抽注浆装置及施工方法，包括分段注浆装置、分段抽浆装置、注浆泵和抽浆泵，分段注浆装置与注浆泵连接，分段抽浆装置与抽浆泵连接，分段注浆装置与分段抽浆装置结构相同；分段注浆装置包括抽注浆芯管和抽注浆套管，抽注浆芯管和抽注浆套管的下端密封，抽注浆芯管上设置有若干抽注浆孔，抽注浆套管的外部还设置有两组密封圈，两组密封圈与抽注浆芯管、抽注浆套管形成环状注浆腔室，环状注浆腔室与通过注浆孔与外部连通。

4、进一步地，每组密封圈设置有两处密封橡胶圈，密封橡胶圈呈圆台状，密封橡胶圈的内径与抽注浆芯管的外径过渡或过盈配合，密封橡胶圈的内径与抽注浆套管的内径过度或过盈配合。

5、进一步地，两组密封橡胶圈的大径端相对设置，位于同一组的密封橡胶圈的朝向相同。

6、进一步地，抽注浆套管的外部还设置有隔离层，隔离层为聚乙烯醇薄膜、水溶膜或pla薄膜，隔离层上还设置有与抽注浆孔配合的通孔。

7、进一步地，抽注浆芯管的上端均设置有螺纹接头，螺纹接头通过管道与注浆泵或抽浆泵连接。

8、进一步地，抽注浆套管的顶部外侧设置有旋转把手，旋转把手与抽注浆套管一体设计。

9、进一步地，抽注浆孔上设置有过滤装置，过滤装置为无纺布或白洁布或透水石；抽注浆孔呈圆形、椭圆形或矩形。

10、微生物注浆砂桩原位成桩抽注浆装置的施工方法，包括有如下步骤：

11、s1、平整待加固场地，根据桩基的设计标高和孔径，利用钻机在地基上钻孔成桩；

12、s2、将降解防水土工袋套在pvc套筒外部，利用pvc套筒下放安装可降解防水土工袋，降解防水土工袋与桩孔内壁紧密贴合，隔离不良地基的待加固区和非加固区；

13、s3、确定分段注浆装置、分段抽浆装置的布置数量、布置位置和抽注浆管道直径，以及注浆和抽浆压力，并布置分段注浆装置、分段抽浆装置的抽注浆套管和抽注浆芯管；

14、s4、在可降解防水土工袋内分层填筑砂颗粒，填筑的同时上拔pvc套筒，形成待加固砂桩；

15、s5、进行砂柱的第一次分段注浆加固作业；

16、s51、注浆泵连接至设计注浆位置的抽注浆芯管，并将抽注浆芯管下放到抽注浆套管底部，从下往上依次对各层砂柱进行分层注菌液作业；

17、s52、抽浆泵连接至设计抽浆位置的抽注浆芯管，并将抽注浆芯管下放到抽注浆套管底部；从下往上依次对各层砂柱同时进行抽菌液作业和注胶结液作业，完成第一次分段注浆加固；

18、s6、第一次分段注浆加固作业加固完成后，交换注浆位置和抽浆位置；

19、s7、进行砂柱的第二次分段注浆加固作业，具体包括：

20、s71：抽注浆芯管和抽注浆套管同时下移至底层，同时打开抽浆泵和注浆泵，注入1倍孔隙体积菌液置换胶结液，向上逐层置换，待整个桩身的胶结液置换为菌液后，静置2-4h，使细菌吸附在砂颗粒表面；

21、s72、抽注浆芯管和抽注浆套管同时下移至底层，同时打开抽浆泵和注浆泵，注入1倍孔隙体积胶结液置换菌液，向上逐层置换，待整个桩身的菌液置换为胶结液后，静置14-20h，完成第二次分段注浆加固；

22、s8、重复步骤s5-s7，直至达到设计注浆加固次数，完成微生物注浆砂桩加固；

23、s9、完成微生物注浆砂桩加固后，拔出抽注浆芯管，通过旋转把手取出抽注浆套管；

24、s10、利用砂颗粒填充孔洞，并平整桩头，完成微生物注浆砂桩的原位成桩。

25、步骤s51中的各层砂柱分层注菌液作业包括：

26、s511、通过注浆泵向底层砂柱注入1倍孔隙体积菌液，对底层砂柱进行注菌液作业；

27、s512、底层砂柱注菌液作业完成后，上拔抽注浆芯管至第二层加固范围，在第二层加固范围内注入1倍孔隙体积菌液，对第二层砂柱进行注菌液作业；

28、s513、继续上拔抽注浆芯管，并在该分层砂柱注入1倍孔隙体积菌液；

29、s514、直到完成若干分层砂柱的菌液注入，静置2-4h，使细菌吸附在砂颗粒表面。

30、步骤s52中的各层砂柱同时进行抽菌液作业和注胶结液作业包括：

31、s521、抽注浆芯管下放到抽注浆套管底部，通过注浆泵注入1倍孔隙体积胶结液，同时抽浆泵抽出1倍孔隙体积菌液；

32、s522、抽注浆芯管和抽注浆套管同时上移至第二层，注入1倍孔隙体积胶结液，通过抽浆泵抽出第2层1倍孔隙体积菌液，将第2层菌液置换为胶结液；s523、重复以上步骤，直到完成各层的砂柱抽菌液作业和注胶结液作业，整个砂柱中的菌液置换为胶结液后，静置14-20h，完成第一次分段注浆加固。

33、本发明的有益效果为：

34、本发明的可降解防水土工袋可以控制微生物加固范围，使浆液充分填充待加固区的砂颗粒空隙，降低浆液使用量，提高浆液利用率。

35、本发明采用兼具注浆和抽浆功能的可回收分段抽注浆装置进行分段注浆加固，可以改善微生物注浆加固的不均匀性。

36、本发明的可降解防水土工袋可由聚乳酸等生物可降解合成高分子材料制作，具有良好的生物可降解性，无毒、无刺激，不污染环境。可降解防水土工袋在自然环境下可降解，绿色环保。可降解防水土工袋属于不透水材料，同时具有一定的强度，保证施工过程中不易破损。

37、本发明通过将可降解防水土工袋应用于微生物成矿技术对不良地基的深层加固工程中，完全隔离不良地基处理中的注浆加固区与非加固区，控制注浆加固范围，降低浆液用量，实现浆液的回收处理。可降解防水土工袋能避免浆液或废液在待加固区以外区域的扩散，可使用兼具注浆和抽浆功能的可回收分段抽注浆装置抽出多余浆液和废液，以回收利用或合理处置，避免影响周围环境。

38、本发明兼具注浆和抽浆功能的分段抽注浆装置外壁设置有隔离层，避免砂颗粒与套管胶结；加固完成后，注浆套筒可以通过顶部把手旋转拔出，重复使用，提高经济性。

39、本发明的解决了现有主要微生物注浆加固技术直接将菌液或胶结液注入待加固地基，造成浆液浪费，加固范围不可控，加固强度不均匀且生成氨氮废物影响环境的问题。

40、本发明适用于各种不良地基，利用可降解防水土工袋隔离加固区与非加固区，控制加固范围，减少浆液的用量，实现废液回收处理，并可在自然环境下降解。

41、本发明的每次分段注浆加固作业加固完成后，交换注浆位置和抽浆位置，微生物注浆加固，离注浆点距离越远加固效果越差，这是现在微生物注浆进行地基处理面临的技术难题；本装置兼具注浆和抽浆功能，每加固一次交换一次抽注浆位置，可以让微生物加固效果更均匀。