用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法，包括吸气管，在吸气管的外壁上开有多个吸气孔，注浆管与吸气管通过隔板连接成一个固化管路，在固化管路的下段外壁上包裹有无纺布，注浆管上端与浆液罐连通，吸气管上端与水气分离器、真空泵连接，在固化管路下端设有接头，接头中部设有流道，在接头下端连接有下压块，在下压块上设有多个喷浆通道。通过注浆装置交替注浆，能够大幅度降低浆液用量的同时，快速实现土体的大面积注浆固化，并且在土体进行注浆加固完成后注浆装置同时启动真空泵，将反应生成的高浓度NH

【技术实现步骤摘要】
用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法
本专利技术涉及土体工程固化防渗
，具体提供一种能够适用于岩土工程土体的采用真空注浆工艺的微生物固化装置。
技术介绍
近年来随着微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术的逐步兴起，微生物诱导土体固化以其独具低能微扰、生态环保等优势成为工程土体加固研究热点。目前MICP的主流方式为巴士芽孢杆菌产生脲酶诱导尿素水解，原因在于该方式机制简单，反应过程容易控制，而且在短时间内能够产生大量的CaCO3。具体操作为向土体中灌注菌液以及胶结溶液(尿素和CaCl2的混合液)，使微生物诱导形成的碳酸钙沉积在土颗粒间，从而将松散颗粒胶结起来，使土体地基得到加固。然而目前传统的采用MICP技术加固土体的注浆工艺存在很大缺陷，如注浆压力过高会造成地层结构破坏、地面开裂以及土体隆起等问题；注浆压力过低，胶结溶液运移速率过慢会导致注浆口附近的碳酸钙过早沉淀堵住注浆口，致使后续胶结溶液无法深入，注浆效果不明显，达不到地层加固的目的；当土层中含水量较多时，土体具有孔隙比大、透水性差、压缩性大、强度及承载力低等特点。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供用于软土固化的微生物交替注浆装置及使用方法，解决了孔隙水的存在会导致注入的菌液和胶结溶液顺着薄弱土层产生的通道溢出而无法达到加固效果的缺陷。本专利技术通过下述技术方案实现：用于软土固化的微生物交替注浆装置，包括两端封闭的吸气管，沿所述吸气管的周向在其下段外圆周壁上开有多个吸气孔，还包括与所述吸气管轴线平行的注浆管，注浆管与吸气管通过隔板连接成一个固化管路，且隔板的下端面、注浆管的下端端面以及吸气管下端面齐平，在固化管路的上段外壁上由上至下依次套设有螺母、垫块以及止浆塞，在固化管路的下段外壁上包裹有无纺布，止浆塞外径与注浆孔的内径相同；注浆管上端与浆液罐连通，吸气管上端与水气分离器、真空泵连接，在所述固化管路下端设有接头，接头中部设有与所述注浆管内部连通的流道，在接头下端连接有呈锥形的下压块，在所述下压块上设有多个与流道连通的喷浆通道。针对传统的采用MICP技术加固土体的注浆工艺存在很大缺陷，如注浆压力过高会造成地层结构破坏、地面开裂以及土体隆起等问题；注浆压力过低，胶结溶液运移速率过慢会导致注浆口附近的碳酸钙过早沉淀堵住注浆口，致使后续胶结溶液无法深入，注浆效果不明显，申请人设计出一种注浆装置，采用真空负压环境下进行低压注浆，在土体含水量较低时边吸边注，能有效减少土壤中空气和水分对浆液运移的阻碍；当土体含水量较高时，先抽水再注入能有效减少注入的菌液和胶结溶液溢出，加快浆液运移速率，提高注浆效率，在真空负压辅助下使得土体中原有阻碍浆液前进的空气和水被清除，菌液与土壤颗粒接触更多，确保了土体的固化效果；本技术方案中采用交替吸注的方式，当水气分离器排出浆液时，说明浆液分布较完善可停止注浆，极大地降低了浆液的耗用量。在土体中进行微生物注浆固化时，需要在注浆区域铺设土工布以及真空膜使区域密封，然后将无纺布包裹固定在吸气管外壁上，防止固体颗粒进入吸气管内，然后再将固化管路下端插入土体内，且固化管路在下插时会在土体内形成一个注浆孔，利用止浆塞、垫块、螺母对固化管路与注浆孔上端进行固定与封闭，启动真空泵开始对注浆孔内的气体进行抽吸，当压力传感器的读数维持不变或是上升速度非常缓慢时，说明密封性良好，此时可开始注浆作业；需要指出的是，注浆管与浆液罐连通，吸气管依次与水气分离器、真空泵连接，启动真空泵后，土体中的水、空气、固体颗粒会逐渐运移到吸气孔附近，固体颗粒被无纺布阻拦在吸气孔外，水、空气通过吸气孔进入吸气管，通过水气分离器时，水被分离，空气则进入真空泵，孔隙中的压力随之降低形成负压环境，负压的具体大小由真空泵的性能决定。开始注浆后，罐中浆液在低压下通过注浆管进入注浆孔内，由于注入浆液时采用低压，能有效防止地面开裂及土体隆起，此时因为土体为负压，浆液将向吸气孔附近运移，土体中较低的水含量以及空气含量能够使浆液地运移更加顺利，浆液也能更好的与颗粒相接触，提高固化效果，当浆液到达注浆孔时，由于无纺布的存在，只有部分浆液会通过注浆孔进入注浆管，最后被水气分离器排出，此时可停止注浆，减少了注浆用量；浆液罐包括胶结溶液罐和菌液罐，胶结溶液罐和菌液罐之间设有三通电磁阀，三通电磁阀的一个出液端与注浆管连通，根据实际注浆情况，可随意切换胶结溶液或是菌液的注入。需要进一步解释说明的是，固化管路在插入土体时受到的阻力较大，对此，本技术方案在固化管路的底部依次设有接头与下压块，呈锥形的下压块能够快速切入土体内部，喷浆通道通过流道与注浆管内部连通，与注浆管内径相比，喷浆通道的内径较小，浆液在通过流通截面的变化后流速增大，能够有效避免在注浆时喷浆通道处出现堵塞。本技术方案针对土体的微生物固化包含两种注浆方式，即针对土体中含水量大时的注浆和针对土体中含水量小时的注浆；其中，当土体中的含水量小时，采用边吸边注的方式，并选择多个固化管路同时使用，具体操作如下：首先在注浆区域周围开挖边沟，边沟深度为1.3～1.6m，然后从边沟开始铺设真空膜，将固化管路交错插入土体中，且确保相邻的两个固化管路插入的深度不同，同时启动真空泵，吸气管开始抽排气体，压力传感器的探头置于土体内部，观察每个真空注浆装置外的压力表是否下降，若没有下降则说明该装置密封没有做好或该装置周围区域没有铺设真空膜，待压力表下降到一定程度，关闭真空泵，若压力表数值不变或者上升非常缓慢说明装置密封性好，重复上述操作2到3次，待所有密封性检测结果都表明真空注浆装置密封性好时即可开始进行注浆操作，打开与插入深度较小的固化管路连通的真空泵，向土体内部提供80KPa以上的负压，同时插入深度较大的固化管路开始向土体内注入菌液，真空注入菌液时将内外压差调整至110kPa左右，使土体中的微生物分布更加均匀，当与插入深度较小的固化管路连通的水气分离装置中流出菌液时可停止注浆，此时减小内外压差向孔隙中注入空气，提高氧气含量，有助于巴氏芽孢杆菌的培养繁殖；待菌液培养一段时间后，打开与插入深度较大的固化管路连通的真空泵，由插入深度较小的固化管路开始向土体内注入胶结溶液，在注入胶结溶液时提高内外压差，可以加快胶结溶液运移速率，同时吸走更多空气，减少孔隙中氧气含量，抑制巴氏芽孢杆菌反应生成CaCO3，避免方解石在灌注口附近过早沉积而导致堵塞；当与插入深度较大的固化管路连通的水气分离装置中流出胶结溶液时可停止注浆，此时减小内外压差向里注入空气，提高氧气含量，提升巴氏芽孢杆菌活性，以此增加CaCO3的生成量，依照上述方法对该区域进行反复注浆直到加固完成；该区域加固完成后所有装置启动真空泵，将反应生成的高浓度NH4Cl抽出并装入特定容器内送往污水处理厂进行处理，防止土壤和地下水被污染。所述固化管路下段外壁上设有多个固定环，固定环用于固定所述无纺布。进一步地，通过固定环将无纺布固定在吸气管外壁上，避免注浆孔内的固体颗粒经吸气孔进入至吸气管、真空泵中，降低装置中各部件的损伤几率。在所述隔板中部开有空腔，且空腔上端开放，在空腔内滑动设置有与之匹配的随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于软土固化的微生物交替注浆装置，包括两端封闭的吸气管(2)，沿所述吸气管(2)的周向在其下段外圆周壁上开有多个吸气孔(16)，其特征在于：还包括与所述吸气管(2)轴线平行的注浆管(1)，注浆管(1)与吸气管(2)通过隔板(5)连接成一个固化管路(37)，且隔板(5)的下端面、注浆管(1)的下端端面以及吸气管(2)下端面齐平，在固化管路(37)的上段外壁上由上至下依次套设有螺母(3)、垫块(4)以及止浆塞(7)，在固化管路(37)的下段外壁上包裹有无纺布(15)，止浆塞(7)外径与注浆孔(10)的内径相同；注浆管(1)上端与浆液罐连通，吸气管(2)上端与水气分离器(39)、真空泵(40)连接，在所述固化管路(37)下端设有接头(21)，接头(21)中部设有与所述注浆管(1)内部连通的流道(17)，在接头(21)下端连接有呈锥形的下压块(20)，在所述下压块(20)上设有多个与流道(17)连通的喷浆通道(19)。/n

【技术特征摘要】
1.用于软土固化的微生物交替注浆装置，包括两端封闭的吸气管(2)，沿所述吸气管(2)的周向在其下段外圆周壁上开有多个吸气孔(16)，其特征在于：还包括与所述吸气管(2)轴线平行的注浆管(1)，注浆管(1)与吸气管(2)通过隔板(5)连接成一个固化管路(37)，且隔板(5)的下端面、注浆管(1)的下端端面以及吸气管(2)下端面齐平，在固化管路(37)的上段外壁上由上至下依次套设有螺母(3)、垫块(4)以及止浆塞(7)，在固化管路(37)的下段外壁上包裹有无纺布(15)，止浆塞(7)外径与注浆孔(10)的内径相同；注浆管(1)上端与浆液罐连通，吸气管(2)上端与水气分离器(39)、真空泵(40)连接，在所述固化管路(37)下端设有接头(21)，接头(21)中部设有与所述注浆管(1)内部连通的流道(17)，在接头(21)下端连接有呈锥形的下压块(20)，在所述下压块(20)上设有多个与流道(17)连通的喷浆通道(19)。


2.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：所述固化管路下段外壁上设有多个固定环(9)，固定环(9)用于固定所述无纺布(15)。


3.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：在所述隔板(5)中部开有空腔(23)，且空腔(23)上端开放，在空腔(23)内滑动设置有与之匹配的随动板(26)，在所述随动板(26)的下端面上设有两个传动辊(22)，在两个传动辊(22)上覆盖有防水膜(25)，且防水膜(25)的两端分别沿随动板(26)的两个侧壁向上延伸至突出于空腔(23)的开放端，在所述隔板(5)正对防水膜(25)的两个内侧壁下段上均开有多个滤孔(24)，在所述隔板(5)底部开有多个底孔(27)，在所述接头(21)的上端面开有多个与底孔(27)对中的对接孔(28)，对接孔(28)与流道(17)连通。


4.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：在所述固化管路上端设有锁紧盘(12)，且沿锁紧盘(12)的径向在其上端面上设有多个螺孔(14)，螺孔(14)上设有与之配合的锁紧螺杆(13)。


5.根据权利要求1所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：在所述接头(21)下端面设有连接管柱(18)，连接管柱(18)外圆周壁上设有螺纹，在所述下压块(20)上端面中部开有与连接管柱(18)配合的螺纹孔。


6.根据权利要求3所述的用于软土固化的微生物交替注浆装置，其特征在于：在所述下压块(20)底部设有与之匹配的锥帽(30)，锥帽(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮，郭豪，彭颐祈，王银帅，戴启辰，刘丰威，李佳艺，何肖玉，廖明伟，阿布拉铁，张军伟，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51