本发明专利技术公开了一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法和装置，该方法主要为：在桩基防冲刷待加固区一侧设置注浆装置，另一侧设置抽浆装置，通过注浆装置进行压力注浆，同时抽浆装置进行抽浆，注浆基于MICP技术：先注入pH7‑8巴式芽孢杆菌菌液，再注入氯化钙溶液，最后注入尿素与氯化钙混合溶液，完成后，将注浆装置与抽浆装置位置互换，再次进行上述注浆抽浆过程；该方法可在海床表面形成硬壳层，大大增强海床的防冲刷能力。本发明专利技术的注浆装置主要包括注浆腿、空心钢圆台、标准化混凝土压载板、固定钢筒、注浆管等，具有对土体扰动小、施工方便、可重复利用、普遍适用性好等诸多优点。应用前景广阔。
【技术实现步骤摘要】
一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法及装置
本专利技术涉及大直径桩基防冲刷方法及装置，尤其涉及一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法及装置，属于生物技术固定建筑物领域。
技术介绍
跨海大桥、海上风电、海洋平台的兴建正如火如荼的开展，然而，大直径桩基的近海结构物在服役过程中受波浪、海流作用影响大，砂质海床中桩基冲刷问题严重，直接影响到桩基及上部结构的稳定性，给近海结构物的安全运行带来巨大挑战。下面，简要阐述当前防冲刷措施的不足：桩前牺牲桩法不适于水流方向变化情况下的防护，所以无法应用于近海桩基的冲刷防护中；护圈、护壳法在海床面不平时，其位置容易变动，冲刷效果难以维持，并且后期维护难度大；抛石法整体性较差，施工较为繁琐、工程量大、后期维护成本高；扩大基础防护法在扩大基础周围底部容易形成冲刷坑，不断发生掏蚀，可能导致扩大基础的冲刷破坏；灌浆法的水下注浆会给环境带来较大的污染，恶化海洋生物的生存环境。近年来，微生物土体加固技术迅速发展，该方法具有施工方便、灌浆压力低(稍大于水压力)、加固效果好、不污染环境、对原位土体影响小等诸多优点。但是，相关微生物防冲刷技术尚无相关应用，特别是在海洋环境中。该法的主要原理是利用微生物的矿化作用胶结处于散粒状态的土颗粒，使散粒土体的强度、刚度具有大幅的提升。目前来看，胶结效果最好的微生物成矿作用是生成方解石型碳酸钙沉积，这种成矿作用称为微生物诱导方解石沉积(Microbiologicallyinducedcalciteprecipitation，简称MICP)。相关学者对MICP技术进行了大量的室内实验研究，表明该法胶结效率高、土体强度大幅提升，可以将松散砂粒胶结成5m砂柱。当前，最为成熟的为尿素水解MICP技术，主要过程为PH7-8巴式芽孢杆菌水解尿素产生碳酸根离子和铵根离子，之后碳酸根离子与注浆溶液中的钙离子结合形成具有胶结作用的碳酸钙晶体。本专利技术将MICP技术应用到近海结构物桩基冲刷防护中，将砂质海床的一定范围内土体进行固化处理，并专利技术了一种对原位土体扰动小、施工便捷的注(抽)浆装置，在保证防冲刷效果、环境友好的前提下，降低成本、加快施工进度。
技术实现思路
本专利技术针对砂质海床中大直径桩基冲刷问题，在现有桩基防冲刷技术存在诸多不足的情况下，提出了一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法及装置，该方法是利用微生物矿化作用胶结土颗粒从而在海床表面一定深度范围内形成硬壳层，加强表层土体整体性、提高强度和刚度，进而防护桩基冲刷，保证海上结构安全使用。本专利技术采用将新型注(抽)浆装置吊放、贯入土体的方式，大大加快了施工进度并减小了对土体的扰动，另外，该技术还具有胶结效率高、加固效果好、不污染环境、成本低、注浆压力低、后期维护少等诸多优点，能够显著提高砂质海床中桩周土体的防冲刷能力。本专利技术采取以下技术方案：一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法，是在桩基防冲刷待加固区一侧设置注浆装置，另一侧设置抽浆装置，通过注浆装置进行压力注浆，同时抽浆装置进行抽浆，注浆基于MICP技术：先注入pH7-8巴式芽孢杆菌菌液，再注入氯化钙溶液，最后注入尿素与氯化钙混合溶液，完成后，将注浆装置与抽浆装置位置互换，再次进行上述注浆抽浆过程，可反复多次。一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷注浆装置，包括空心的钢圆台、分别固定于钢圆台上表面的注浆管和下表面的若干注浆腿，注浆管、钢圆台、注浆腿相通，所述的注浆腿为细长钢管,在管身上均匀开有若干注浆孔,在钢圆台上表面还焊接有若干表面具有螺纹的固定钢筒，标准化混凝土压载板上对应开有若干连接孔，固定钢筒插入连接孔中并通过螺母将标准化混凝土压载板固定，在固定钢筒上设置有用于施工的吊装孔。该注浆装置也可作为抽浆装置使用。上述技术方案中，优选的，所述的注浆腿的管底呈圆锥体状，易于贯入土体。优选的，所述的注浆腿上每个注浆孔内壁面和外壁面各设置有一层钢丝网，尤其是高强细目钢丝网，以防止在注浆腿贯入海床过程中泥沙堵塞注浆孔。优选的，所述的注浆装置还包括土体电阻率测试装置，根据注浆装置布置位置以及加固区形状，将土体电阻率测试传感器布置于相应注浆腿上，动态监测土体注浆效果。优选的，所述的注浆腿上沿轴向每间隔5cm设置一排注浆孔，每排注浆孔为沿注浆腿径向均布8个注浆孔。优选的，所述的注浆孔孔径为1cm。本专利技术的MICP注浆防冲刷技术主要包括以下三个方面：第一，本技术利用相对成熟的尿素水解MICP反应，细菌为PH7-8巴式芽孢杆菌，胶结溶液为尿素溶液、氯化钙混合溶液。第二,注浆工艺对细菌附着、营养液供给等过程影响大，因而会对土颗粒之间最终的胶结效果产生巨大影响，采用分步注浆法，先向砂土中注入一定量PH7-8巴式芽孢杆菌菌液，之后缓慢注入较低浓度的氯化钙溶液，利用钙离子的絮凝作用将微生物固定在土颗粒表面，最后再低速注入尿素和氯化钙混合溶液，进行胶结。第三，本专利技术采用一侧注浆一侧抽浆的工艺，通过合理布置注(抽)浆装置的位置，在需要加固范围内的表层土体(0.5m深度左右)中形成稳定渗流场，通过注浆、抽浆的交替进行达到更好的加固效果。采用本专利技术的主要优点:1、相对于传统采用的水泥化学浆液，本专利技术基于MICP技术生态友好、水下注浆不污染环境；2、适合碱性海洋环境(PH7-8巴式芽孢杆菌活性好)；3、不改变原有地形、浅表层加固、不会形成抛石等防护体的边际冲刷效应；4、胶结松散颗粒，大大增强了海床土体的抗冲刷性能；5、新型注(抽)浆装置依靠自重贯入海床土体，对原位土体扰动小，施工速度快。6、本技术配备了土体电阻率测试系统，能够及时监控注浆过程，可以很好地控制注浆过程的质量。附图说明图1是单桩防冲刷加固区注(抽)浆装置布置及流场示意图；图2是注浆过程中桩周海床中流场竖向剖面示意图；图3是施工过程中吊放注(抽)浆装置示意图；图4是新型注(抽)浆装置三维结构正面简图；图5是新型注(抽)浆装置三维结构底部简图；图6是新型注(抽)浆装置中混凝土压载板三维结构简图；图7是新型注(抽)浆装置中钢圆台三维结构剖面简图(I)；图8是新型注(抽)浆装置中钢圆台三维结构剖面简图(II)；图9是新型注(抽)浆装置主视图；图10是注浆腿结构示意图；图11是注浆腿结构中A-A剖面图；其中，1注(抽)浆装置、2注浆腿、3钢圆台、4标准化混凝土压载板、5固定钢筒、6注浆管、7注(抽)浆软管、8注浆孔、9土体电阻率测试传感器、10固定钢筒上的吊装孔。具体实施方式一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷注(抽)浆装置，主要包括注浆腿2、钢圆台3、标准化混凝土压载板4、固定钢筒5、注浆管6、吊放链以及土体电阻率测试传感器9等，配合的施工设备主要有小型施工船(配有小型起吊机)、压力注浆机(小型)、抽水泵等。该注浆装置设有8根注浆腿2，注浆腿2主体为细长钢管，管外径尺寸为8cm，管底部为圆锥体易于贯入土体，管身沿径向等间距分布8个注浆孔8，沿轴向间隔5cm设置一排注浆孔，孔径宜为1cm，为防止在注浆腿贯入海床过程中泥沙堵塞注浆孔，在注浆孔的内壁和外壁处均设置一层高强细目钢丝网，钢丝网与管身焊接。注浆腿顶部设有螺纹，与钢圆台3相应孔位进行螺纹连接。钢圆台3主体为半径(R)2m、厚度(d)10cm的空心圆柱，由钢板切割、焊接而本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法，其特征在于，在桩基防冲刷待加固区一侧设置注浆装置，另一侧设置抽浆装置，通过注浆装置进行压力注浆，同时抽浆装置进行抽浆，注浆基于MICP技术：先注入pH7‑8巴式芽孢杆菌菌液，再注入氯化钙溶液，最后注入尿素与氯化钙混合溶液，完成后，将注浆装置与抽浆装置位置互换，再次进行上述注浆抽浆过程，可反复多次。
【技术特征摘要】
1.一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法，其特征在于，在桩基防冲刷待加固区一侧设置注浆装置，另一侧设置抽浆装置，通过注浆装置进行压力注浆，同时抽浆装置进行抽浆，注浆基于MICP技术：先注入pH7-8巴式芽孢杆菌菌液，再注入氯化钙溶液，最后注入尿素与氯化钙混合溶液，完成后，将注浆装置与抽浆装置位置互换，再次进行上述注浆抽浆过程，可反复多次。2.一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷注浆装置，其特征在于，包括空心的钢圆台(3)、分别固定于钢圆台(3)上表面的注浆管(6)和下表面的若干注浆腿(2)，注浆管(6)、钢圆台(3)、注浆腿(2)相通，所述的注浆腿(2)为细长钢管,在管身上均匀开有若干注浆孔(8),在钢圆台(3)上表面还焊接有若干表面具有螺纹的固定钢筒(5)，标准化混凝土压载板(4)上对应开有若干连接孔，固定钢筒(5)插入连接孔中并通过螺母将标准化混...
【专利技术属性】
技术研发人员：国振，周文杰，芮圣洁，王立忠，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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