一种电脉冲处理微生物溶液固土装置

1.本实用新型涉及一种通过电脉冲改变水分子结构改善微生物固土效果的施工装置，属于地基处理技术领域。


背景技术：

2.微生物加固地基一般是利用脲酶微生物水解尿素并诱导碳酸钙矿物沉积来胶结松散土体，与传统胶凝材料加固地基相比，具有环境污染少、绿色环保的优点。但是，在微生物注浆加固地基时，微生物与胶结液的矿化诱导反应速率较快，且反应速率难以控制，易导致注浆口附近土体孔隙堵塞，后续微生物和浆液无法进入更深层的区域，最终使加固地基的均匀性和强度等达不到理想效果。因此，微生物注浆过程中如何有效控制注浆口附近土体堵塞、提高注浆加固体均匀性是微生物加固地基技术面临的主要困难。
3.现有技术一的技术方案
4.微生物注浆加固地基装置，通过注浆泵和注浆管组成的注浆系统，将脲酶菌或反硝化菌与含钙离子营养盐溶液先后注入待处理地基中，利用微生物诱导碳酸钙沉淀在土颗粒之间形成胶结，达到加固地基土的目的。
5.现有技术一的缺点
6.微生物直接注浆的装置系统采用分段式注浆，用于交替注入菌液和含钙源、尿素的胶结液，当待加固地基为粉土或其他细粒土时，浆液从注浆口渗流扩散到周围土体时易发生堵塞，后续的浆液无法扩散到更远端的土体孔隙中，导致加固区域小、加固土体强度不均匀。
7.现有技术二的技术方案
8.原位搅拌机用于微生物固土成桩，将微生物菌液与含钙源、尿素的胶结液用原位搅拌机搅拌入待加固土体，利用搅拌机的搅拌叶片旋转原位搅拌混合地基土、菌液与胶结液，待微生物诱导矿化作用胶结土体后，形成加固体。
9.现有技术二的缺点
10.由于微生物的活性不一，反应速率难以控制，微生物搅拌加固地基的过程中，大量生成不具备胶结特性的碳酸钙沉淀，并且在机械搅拌过程中会破坏已生成的胶结连接，发生了边胶结边破坏的情况，导致最后形成的加固体强度低，材料利用率低，加固效果不够理想。


技术实现要素：

11.技术问题：现有的微生物注浆加固地基技术，易于在注浆口附近土体中发生孔隙堵塞，微生物溶液与胶结液难以扩散到更大范围的土体中，导致微生物注浆单点加固区范围小而且均匀性差，当待加固地基为粉土或细粒土等孔隙较小的土体时，问题尤其突出。本发明的目的是改善微生物注浆加固地基时注浆口附近土体堵塞问题，以解决微生物注浆单点加固区域小、加固体强度不均匀的问题。
12.技术方案
13.技术原理：低电压电脉冲能够增强溶液中水分子极性，改变水分子结构，令溶液中的中的阴、阳离子分别趋向极性水分子的正负极端，限制阴阳离子的自由运动，在微生物诱导碳酸钙沉积过程中阻碍钙离子与碳酸根离子结合生成方解石结晶，延缓产生碳酸钙沉淀的时间，改变微生物诱导碳酸钙的成核方式，生成球霰石结晶，球霰石不易附着在土颗粒上，注浆时易被浆液直接冲走，保持注浆口附近土体孔隙通畅；采用特定电压范围内的低电压电脉冲，能够使微生物保持较好的活性，同时使浆液在土中扩散至一定距离后，水分子的极性减弱并逐渐恢复至初始状态，释放出原先极化吸附的阴、阳离子，微生物的脲酶水解反应生成高附着性的方解石结晶胶结土颗粒，实现扩大微生物注浆单点加固区域、提高加固体强度均匀性的目的。
14.为了实现本实用新型的目的，本实用新型公开了一种电脉冲处理微生物溶液固土装置。
15.一种电脉冲处理微生物溶液固土装置，其特征在于该装置由注浆管2、微生物溶液容器3、胶结液容器4、微生物溶液输入管5、胶结液输入管6、电脉冲发生器7、正向电脉冲发射端a8、反向电脉冲发射端a9、正向电脉冲发射端b10、反向电脉冲发射端b11、注浆泵12、阀门一13、阀门二14、导管15组成；微生物溶液输入管5下端连接微生物溶液容器3、上端连接导管15并设有阀门一13，胶结液输入管6下端连接胶结液容器4、上端连接导管15且并设有阀门二14，导管15上通过注浆泵12连接注浆管2，注浆管2插入待加固地基1；正向电脉冲发射端 a8和反向电脉冲发射端a9是用外部绝缘的导体缠绕在微生物溶液输入管5外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接；正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端b11是用外部绝缘的导体缠绕在胶结液输入管6外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接。
16.所述的一种电脉冲处理微生物溶液固土装置，其特征在于该装置中的电脉冲发生器 7的输出工作电压为12～36v，工作频率为3～32khz，正向电脉冲发射端a8和反向电脉冲发射端 a9在微生物溶液输入管5外部的缠绕方向相反，正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端 b11在胶结液输入管6外部的缠绕方向相反。
17.本实用新型的有益效果：(1)令胶结液与微生物溶液的混合溶液在管道输运和土体内的注浆扩散过程中不发生堵塞；(2)使微生物注浆单点加固区域更大、加固体更均匀；(3) 大幅降低非胶结碳酸钙的生成，增加具有胶结作用的碳酸钙结晶量，提高材料的利用率；(4) 低耗电，运行成本低廉。
附图说明
18.图1一种电脉冲处理微生物溶液固土装置示意图
19.附图标记：1-待加固地基；2-注浆管；3-微生物溶液容器；4-胶结液容器；5
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微生物溶液输入管；6-胶结液输入管；7-电脉冲发生器；8-正向电脉冲发射端a；9-反向电脉冲发射端a；10-正向电脉冲发射端b；11-反向电脉冲发射端b；12-注浆泵；13
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阀门一；14-阀门二、15-导管。
具体实施方式
20.实施例1
21.在本例中，一种电脉冲处理微生物溶液固土装置用于加固粉土地基。
22.一种电脉冲处理微生物溶液固土装置，其特征在于该装置由注浆管2、微生物溶液容器3、胶结液容器4、微生物溶液输入管5、胶结液输入管6、电脉冲发生器7、正向电脉冲发射端a8、反向电脉冲发射端a9、正向电脉冲发射端b10、反向电脉冲发射端b11、注浆泵12、阀门一13、阀门二14、导管15组成；微生物溶液输入管5下端连接微生物溶液容器3、上端连接导管15并设有阀门一13，胶结液输入管6下端连接胶结液容器4、上端连接导管15且并设有阀门二14，导管15上通过注浆泵12连接注浆管2，注浆管2插入待加固地基1；正向电脉冲发射端 a8和反向电脉冲发射端a9是用外部绝缘的导体缠绕在微生物溶液输入管5外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接；正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端b11是用外部绝缘的导体缠绕在胶结液输入管6外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接；电脉冲发生器7的输出工作电压为36v，工作频率为32khz，正向电脉冲发射端a8和反向电脉冲发射端a9在微生物溶液输入管5外部的缠绕方向相反，正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端b11在胶结液输入管6外部的缠绕方向相反，通过电脉冲发生器7发射电脉冲处理流经微生物溶液输入管5、胶结液输入管6中的溶液。
23.在本实施例中，由于粉土颗粒细小，注浆液在土体孔隙中通过性较砂土弱，所以采用高电脉冲电压和工作频率，保证水极性有足够的增强，以更长地延缓微生物诱导的碳酸钙胶结物形成。
24.实施例2
25.在本例中，一种电脉冲处理微生物溶液固土装置用于加固细砂地基。
26.一种电脉冲处理微生物溶液固土装置，其特征在于该装置由注浆管2、微生物溶液容器3、胶结液容器4、微生物溶液输入管5、胶结液输入管6、电脉冲发生器7、正向电脉冲发射端a8、反向电脉冲发射端a9、正向电脉冲发射端b10、反向电脉冲发射端b11、注浆泵12、阀门一13、阀门二14、导管15组成；微生物溶液输入管5下端连接微生物溶液容器3、上端连接导管15并设有阀门一13，胶结液输入管6下端连接胶结液容器4、上端连接导管15且并设有阀门二14，导管15上通过注浆泵12连接注浆管2，注浆管2插入待加固地基1；正向电脉冲发射端 a8和反向电脉冲发射端a9是用外部绝缘的导体缠绕在微生物溶液输入管5外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接；正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端b11是用外部绝缘的导体缠绕在胶结液输入管6外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接；电脉冲发生器7的输出工作电压为24v，工作频率为19khz，正向电脉冲发射端a8和反向电脉冲发射端a9在微生物溶液输入管5外部的缠绕方向相反，正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端b11在胶结液输入管6外部的缠绕方向相反，通过电脉冲发生器7发射电脉冲处理流经微生物溶液输入管5、胶结液输入管6中的溶液。
27.在本实施例中，由于细砂颗粒介于粉土和中砂之间，注浆液在土体孔隙中通过性较强，所以采用中等的电脉冲电压和工作频率。
28.实施例3
29.在本例中，一种电脉冲处理微生物溶液固土装置用于加固中砂地基。
30.一种电脉冲处理微生物溶液固土装置，其特征在于该装置由注浆管2、微生物溶液容器3、胶结液容器4、微生物溶液输入管5、胶结液输入管6、电脉冲发生器7、正向电脉冲发射端a8、反向电脉冲发射端a9、正向电脉冲发射端b10、反向电脉冲发射端b11、注浆泵12、阀
门一13、阀门二14、导管15组成；微生物溶液输入管5下端连接微生物溶液容器3、上端连接导管15并设有阀门一13，胶结液输入管6下端连接胶结液容器4、上端连接导管15且并设有阀门二14，导管15上通过注浆泵12连接注浆管2，注浆管2插入待加固地基1；正向电脉冲发射端 a8和反向电脉冲发射端a9是用外部绝缘的导体缠绕在微生物溶液输入管5外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接；正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端b11是用外部绝缘的导体缠绕在胶结液输入管6外部，并通过导线与电脉冲发生器7相连接；电脉冲发生器7的输出工作电压为12v，工作频率为3khz，正向电脉冲发射端a8和反向电脉冲发射端a9在微生物溶液输入管5外部的缠绕方向相反，正向电脉冲发射端b10和反向电脉冲发射端b11在胶结液输入管6外部的缠绕方向相反，通过电脉冲发生器7发射电脉冲处理流经微生物溶液输入管5、胶结液输入管6中的溶液。
31.在本实施例中，由于中砂孔隙尺寸大，注浆液在土体孔隙中通过性较强，所以采用较低的电脉冲电压与工作频率。