微生物灌浆：地基基础加固的新探索

基于生物脲酶催化尿素水解和污水反硝化反应的微生物灌浆，可以在迅速提高被处理地基强度和变形性能的同时，又保持其具有一定的渗透性。相比传统化学灌浆而言，具有显著的工程技术与经济价值。本项目利用上述两类微生物，研究微生物灌浆原料在砂土地基中长距离输送及固定的机理，并着重研究反硝化微生物利用污水处理中间产物析出碳酸钙凝胶的机理。研究工作主要包括一系列多尺度的一维、二维和三维的灌浆模型和原位实验研究。通过测定微生物析出胶凝碳酸钙在地基中的数量、分布、生成速度、加固强度、渗透性随时间的变化规律，探索微生物灌浆机理以及受控因素。最终，尝试建立一套有效的微生物地基加固灌浆体系，并建立微生物灌浆的理论分析模型。

微生物灌浆加固技术是一项利用微生物成矿学的最新进展，即微生物诱导碳酸钙结晶技术，通过向松散砂土地基中低压传输微生物细胞以及营养盐（尿素与CaCl2的混合液），最终在砂土孔隙中快速析出碳酸钙胶凝结晶，改善地基力学性能。微生物灌浆加固技术具有注浆压力低、传输距离远、扰动小、工期短、加固效果明显和低耗能等优势，是目前液化地基加固研究的前沿问题。. 本课题主要是通过标准动三轴及振动台试验来检测微生物灌浆技术是否能够用于液化地基加固，并针对试验中发现的问题，对微生物灌浆配方及注浆方案进行了调整。. 首先，结合高强微生物砂浆的制备方法，研究了适用于液化砂土地基加固的微生物灌浆方法。. 其次，通过标准动三轴及小型振动台试验，研究了微生物灌浆加固液化砂土的动力反应，尤其是抗液化性能，并与传统的碎石桩挡墙加固地基进行了对比。试验结果表明，微生物灌浆加固液化砂土的抗液化性能显著提高，且固化效果高于碎石桩挡墙。. 最后，针对国内外微生物灌浆技术在液化砂土加固研究中存在的问题与不足，又对固定液浓度、砂土颗粒级配、注浆速度、砂土相对密实度、平均粒径等因素对微生物传输的影响进行了详细的研究。实验结果表明，固定液浓度对微生物在砂土内的传输影响较大，易造成微生物的不均匀分布。根据这一研究结果，课题组对微生物配方及灌浆方案进行了调整，并通过动三轴试验、无侧限单轴压缩UCS试验及不排水三轴压缩CU试验，测试了调整后微生物灌浆加固砂样的受力变形性能，尤其对动力反应进行了测试和分析。. 试验研究表明，采用25mM/L固定液、1ml/min的注浆速度，有利于提高菌液在砂柱内传输的均匀性。经过2批次灌浆后，固化砂样的抗液化强度高于Dr=85 %的密砂砂样；经4批次注浆后，固化砂样在CSR=0.5时，动力加载3000次，轴向应变仅为0.3 %，且孔压无明显变化。. 可见，调整后的微生物灌浆技术，菌液用量及灌浆批次都有大幅减少，固化时间缩短至1-2 d，且CaCO3胶凝分布不均匀现象有所减缓，固化强度能够得到充分发挥。这为微生物灌浆技术应用于地基基础加固，尤其是液化是液化地基基础加固迈出了重要的一步。