土的微生物灌漿加固技術(shù)特性試驗(yàn)研究

于立通 劉瀟

摘? 要： 根據(jù)DSC2000動(dòng)三軸系統(tǒng)，進(jìn)行了一系列飽和標(biāo)準(zhǔn)砂土不排水動(dòng)三軸試驗(yàn)。來(lái)驗(yàn)證微生物灌漿加固技術(shù)對(duì)提高地基土抗液化性能的效果，并針對(duì)不同的微生物灌漿加固方案進(jìn)行了對(duì)比探究。

關(guān)鍵詞： MICP灌漿技術(shù);動(dòng)三軸試驗(yàn);液化特性

1、引言

目前，國(guó)內(nèi)外MICP注漿技術(shù)在顆粒材料中的研究，大多都是針對(duì)較密實(shí)的砂土（土體初始密度約為1.6g/cm3），由于松砂和密砂的力學(xué)性質(zhì)有明顯的差別，故MICP注漿技術(shù)在液化砂土地基中的應(yīng)用，需要進(jìn)行專門的研究與測(cè)試。然而，關(guān)于MICP注漿加固液化砂土地基的可行性與有效性的直接評(píng)價(jià)，即MICP注漿加固砂土的動(dòng)力和抗液化性能，還鮮有系統(tǒng)研究和測(cè)試，這是影響該方法真正應(yīng)用于液化地基加固的瓶頸之一。為該技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程邁出了重要的一步。

2、試驗(yàn)儀器、試樣設(shè)備及試驗(yàn)方法

2.1試驗(yàn)儀器

本文試驗(yàn)采用英國(guó)VJ Tech公司生產(chǎn)的DSC2000動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，主要包括軸向加載裝置、圍壓控制裝置、反壓控制器、壓力室等幾部分構(gòu)成，可以進(jìn)行單雙向振動(dòng)和非飽和土的動(dòng)力試驗(yàn)，性能穩(wěn)定可靠。試驗(yàn)過程由clisp.studio軟件來(lái)控制，可以實(shí)時(shí)查看土樣的動(dòng)孔隙水壓力和動(dòng)應(yīng)變，便于了解土樣的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。

2.2試樣設(shè)備和試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用土樣為飽和標(biāo)準(zhǔn)砂土。進(jìn)行灌漿加固前先進(jìn)行砂土制樣，試樣尺寸為直徑d=39.1 mm，高度h=80 mm的重塑土樣。分四層擊實(shí)，各層接觸面要進(jìn)行刮毛保證接觸良好。

目前，為了簡(jiǎn)化試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法，常采用動(dòng)三軸儀近似模擬某一埋深的土體單元，并將實(shí)際地震波按震級(jí)大小進(jìn)行簡(jiǎn)化模擬，按周期循環(huán)荷載（正弦波、矩形波、鋸齒波等）施加。此外，砂樣應(yīng)盡可能模擬現(xiàn)場(chǎng)土層的實(shí)際狀況，如：密實(shí)度、飽和度及結(jié)構(gòu)等方面。且由于地震作用時(shí)間較短，超靜孔隙水壓力不易消散，故試驗(yàn)過程中采取不排水方法進(jìn)行。

試驗(yàn)采用通水加反壓的方法進(jìn)行飽和，飽和度是根據(jù)B值來(lái)測(cè)定的，當(dāng)孔隙水壓力系數(shù)B值達(dá)到95%以上認(rèn)為滿足飽和要求。然后進(jìn)入固結(jié)階段，打開排水閥，使試樣排水固結(jié)。振動(dòng)階段，這個(gè)階段分為兩部分，動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)和動(dòng)彈模量試驗(yàn)。

3、試驗(yàn)結(jié)果分析

本組試驗(yàn)方案是控制相同砂土相對(duì)密實(shí)度，相同有效圍壓和固結(jié)比。本文使用的微生物種類為的S.pasteurii，其主要特點(diǎn)為易產(chǎn)脲酶。通過不同的MICP灌漿加固培養(yǎng)時(shí)間來(lái)探究微生物改良土的抗液化情況。本試驗(yàn)控制灌注培育時(shí)間分為3小時(shí)，6小時(shí)，9 小時(shí)，12小時(shí)，24小時(shí)，分別對(duì)MICP灌漿加固試樣在不同動(dòng)剪應(yīng)力比DSR下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

從圖2可以看出當(dāng)培養(yǎng)時(shí)間為3小時(shí)，6小時(shí)，9小時(shí)微生物改良土樣的加固效果的呈逐級(jí)上升趨勢(shì)，每經(jīng)過一個(gè)時(shí)間段，土樣的抗液化強(qiáng)度都明顯幅度的提高。而從9小時(shí)開始，9小時(shí)，12小時(shí)，24小時(shí)，這三個(gè)時(shí)間段的培養(yǎng)時(shí)間，其加固試樣在同等應(yīng)力比DSR下，液化破壞振次并沒有明顯增大，幾乎保持不變。即抗液化強(qiáng)度幾乎沒有發(fā)生變化，其凝結(jié)的CaCO3膠凝物質(zhì)含量也沒有提高。從圖得出從9小時(shí)開始土樣的加固效果就趨于穩(wěn)定。經(jīng)過一系列室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)可以得出得出微生物改良土樣逐漸趨于穩(wěn)定的最佳時(shí)間為8-9小時(shí)。

結(jié)論：通過不同的MICP灌漿加固時(shí)間（3h，6h，9h，12h，24h，）進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)得出，隨著MICP灌漿加固時(shí)間的增加，試樣抗液化能力增加。當(dāng)時(shí)間增加到9～12小時(shí)以后，試樣的抗液化能力趨于穩(wěn)定，因此最優(yōu)MICP灌漿加固為9～12小時(shí)。

4、結(jié)束語(yǔ)

試驗(yàn)研究初步表明，MICP加固技術(shù)可以有效提高地基的承載力、剛度及抗液化能力。與此同時(shí)又能保持一定的滲透性（相對(duì)傳統(tǒng)注漿加固的砂土而言）。這就使得相對(duì)于傳統(tǒng)的水泥或化學(xué)注漿技術(shù)，MICP注漿技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)：它不僅避免了傳統(tǒng)注漿方法施工擾動(dòng)土體等影響，而且新型MICP注漿壓力小、傳輸半徑范圍大、固化時(shí)間短等?？梢姡琈ICP注漿加固技術(shù)有望成為液化砂土地基的新型加固方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]程曉輝，麻強(qiáng)，楊鉆，張志超，李萌. 微生物灌漿加固液化砂土地基的動(dòng)力反應(yīng)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2013，08：1486-1495.