微生物灌漿加固土體技術的發(fā)展

聶宇星

摘 要：在土體加固中，最為常用的材料就是化學漿料與水泥，但是此類常見存在污染大、成本高、能耗高的特點，不利于節(jié)能環(huán)保的需求。微生物灌漿加固土體技術的存在改善了傳統(tǒng)材料的不足，本文主要就微生物灌漿加固土體技術的發(fā)展展開綜述。

關鍵詞：微生物灌漿加固土體技術；特點；發(fā)展

隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展，人口的急劇增加，對住房的需求也越來越多，所以我國的城市基礎設施建設存在著嚴重的供不應求的現(xiàn)象。在土木工程建設中，肯定會遇到一些不良的土體需要進行加固處理。目前，一般常用的加固方法是物理化學加固，利用機械能或者人造材料進行加固。灌漿技術是很常見的加固方法，是用水泥、石灰或化學漿材這些漿液灌進土體的縫隙中，或者是與土體進行攪拌混合，以此使土地的強度增強，滲透性降低。但是水泥和石灰等這些傳統(tǒng)的建筑材料能使土體呈現(xiàn)堿性，并且對周圍的植被和地下水都產(chǎn)生一定的破壞和污染。而且這些建筑材料耗能高，所以不利于我國所提倡的節(jié)能和綠色施工的要求。所以研究節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟效益高的新型土體加固技術就具有很重要的作用了。研究的關鍵就是找到一種新型的凝膠材料，這種凝膠材料具有能耗小污染少，性能優(yōu)良的特點。經(jīng)過各國專家的不斷的研究，終于研制出MICP灌漿技術，采用微生物灌漿材料，這種灌漿材料具有黏性低、流動性好、滲透性強、膠結(jié)強度可以調(diào)控、低碳環(huán)保的優(yōu)點。下面就簡單介紹一下MICP土體加固技術。

一、MICP土體加固技術

MICP是自然界廣泛存在的一種生物誘導礦化作用，微生物經(jīng)過新陳代謝產(chǎn)生二氧化碳，碳酸鈣離子，這是碳酸鈣析出所依賴的環(huán)境，與微生物的種類沒有多大關系，所以不同的微生物便形成了不同MICP方式。主要被廣泛應用的碳酸鈣生物礦化技術是尿素水解的MICP。

尿素水解的MICP大都基于一種高產(chǎn)脲酶的巴氏芽孢桿菌，這種細菌能夠吞噬堿性細菌，適應環(huán)境的能力也很強，這種灌漿技術能夠防止土體堿化。在整個生物礦化過程中，巴氏芽孢桿菌基本不會產(chǎn)生任何有毒的物質(zhì)，所以對土質(zhì)幾乎沒有任何污染。

二、MICP固化土體的工程性質(zhì)

（一）強度

表征MICP固化土強度特性的重要指標是無側(cè)限抗壓強度。土顆粒之間沉積的方解石凝膠對固化土強度起主要的作用。

方解石含量不斷增加，沙柱的強度也出現(xiàn)不同程度的增長。由于方解石顆粒間存在著不同的分布，所以砂土的力學性能也有很大的差異。

（二）剛度

土體的剛度是力學性能指標，是表征材料用來抵抗彈性變形能力的。通過剪切模量和剪切波速來衡量土體的剛度。

（三）滲透性

土體的滲透性的高低主要是取決于微生物礦化所形成的方解石填充到土顆粒的孔隙中的情況。當方解石把松散的砂粒中大部分的孔隙都填滿時，就會大大降低砂土的滲透性，并且能夠封堵多孔材料。MICP固化砂體的強度達到一定值時，其滲透性才能夠顯著降低。

（四）耐久性

表征材料具有抵抗風力、水源、酸堿鹽溶液等的侵蝕性是評價固化土體耐久性的重要指標。把菌液和膠結(jié)溶液噴灑在松散的礦砂表面進行膠結(jié)加固，能夠使其表面形成堅硬的膠結(jié)層，這種膠結(jié)層經(jīng)過動力觸探和方解石含量的測試，能夠起到一定的抗侵蝕能力。

三、影響微生物灌漿加固土體的因素

影響微生物灌漿加固的因素有很多，菌液及營養(yǎng)液的濃度，溫度，酶活性，PH值，灌漿工藝和土粒的粒徑等。長距離和大面積的土體的灌漿加固采用分步灌漿方法得以實現(xiàn)，但是仍然存在一定的缺陷，膠結(jié)砂體的強度仍然是不均勻的。造成這種現(xiàn)象的原因是尿素水解速率和膠結(jié)溶液供給速率之間沒有達到很好的平衡。兩者之間的平衡掌握好后，膠結(jié)體的強度分布就會很均勻。另外，通過實驗進一步研究表明，灌漿速度合理，膠結(jié)濃度適宜以及分步循環(huán)灌漿方式等都能夠提高膠結(jié)體的均勻性。而如果需要加固的砂基面積較大，可以使用灌注井和抽取井，能夠使菌液和膠結(jié)溶液通過砂土的傳輸，對加固區(qū)域的空間分布進行改善，提高砂基的膠結(jié)均勻性。

砂土粒徑的大小也影響了MICP的灌漿加固效果。砂土粒徑的尺寸對微生物在砂土顆粒之間的滯留、吸附、傳輸都有一定的影響。微生物的粒徑較小就會抑制微生物之間的傳輸，較大的話又使得微生物在砂粒間難以滯留和吸附，使得膠結(jié)液的灌注被沖走，方解石的沉積效率變低。

四、結(jié)語

綜上所述，MICP灌漿技術是一種低碳環(huán)保的新型的加固技術，雖說這種技術取得了一定的成就，但是仍然需要進一步的完善，不斷的研究，在微生物灌漿加固土體的均勻性和耐久性，土壤微生物的激發(fā)和微生物有害代謝產(chǎn)物最低化方面還需要進一步的優(yōu)化。

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