含有加热装置的微生物土系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种含有加热装置的微生物土系统，包括微生物加固处理后的土体，所述土体中开设一孔，孔中用于放置钢管，钢管的底部密封，上部设有活动端盖，且钢管上端超出所述土体外部，所述钢管中沿其纵向分为两部分，两部分的底部连通，其余部分相互密封独立，钢管端盖上设有分别与所述两部分相连通的进口和出口，所述进口与热源连通。本实用新型通过在经过微生物加固处理后的土体中插入低碳无缝钢管，再在钢管中循环30?70℃的热水，使得土体温度升高，达到微生物最佳生长的温度范围，提高微生物的新陈代谢，促进其生长繁殖，微生物诱导生成的碳酸钙沉淀速率越快且含量越多，最终大大提高微生物土的强度以及抗渗性能。
【专利说明】
含有加热装置的微生物土系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种含有加热装置的微生物土系统。
【背景技术】
[0002] 目前，大部分土体加固方法是利用机械能或人造材料对土体进行物理化学加固， 而在机械施工及材料生产过程中均需要消耗大量的能源。其中，基于水泥、石灰或化学浆材 的化学加固技术是一种极为常用的土体加固方法，它是将浆液灌入土体的孔隙或者与土体 强制搅拌混合，从而达到增强土体强度，降低其渗透性的目的。然而，水泥与石灰等传统的 胶凝材料能改变土体的pH值，使土体呈碱性并形成一定范围的侵蚀环境，对地下水与周围 植被均会造成不良的影响。水泥生产过程中还会排放大量的温室气体，每生产It水泥熟料， 因燃煤和石灰石分解会排放出It的C0 2,其存在能耗高、污染环境等缺点，势必会对生态环 境构成威胁，严重阻碍我国建设资源节约型和环境友好型社会的发展进程。对于其它化学 灌浆材料而言，除了水玻璃(Na 2Si03)外，所有化学浆材(环氧树脂类、丙烯酸盐类、酸醛树脂 类、聚氨酯类等)都是有毒的。因此，研究节能减排、生态环保、经济高效的新型土体加固方 法意义重大。如何寻找到具有能耗小、污染少且性能优良的新型土体加固技术是目前亟待 解决的关键问题。
[0003] 微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)是一种在自然界中广泛存在的生物矿化过程，机理 简单，快速高效，环境耐受性好。将这一技术用于土体加固，将会带来巨大的环境效益和经 济效益。2010年荷兰代尔夫特理工大学首次将MICP加固土体技术应用于现场砂砾土稳固工 程中，即利用微生物加固地下砂砾土层来稳定水平定向钻孔。首先通过灌注井依次注入约 200m 3菌液以及300-600m3胶结溶液，浆液沿渗流方向传输至抽取井附近，然后抽取出含有高 浓度NH 4CL的地下水进行污水处理。加固结束后砂砾胶结体中方解石含量高达6%，并且在 进行水平定向钻孔和天然气管道铺设时，砂砾层一直保持稳定状态，这是微生物加固土体 技术的首次现场应用。
[0004] 微生物土加固技术是一种绿色科学的加固方法，微生物通过其生命活动产生的酶 通过酶化作用生成方解石，填充在土体颗粒空隙中起胶结作用。通过室内试验发现胶结后 的微生物土的抗剪、抗压以及抗渗性能都有很大提高。
[0005] 温度是影响微生物生长繁殖的重要因素之一。在适宜的温度范围内，温度升高有 利于微生物的新陈代谢作用，进而促进其生长繁殖，超出了这个范围，较高或者较低的温度 都会对微生物产生不利影响。有学者指出30_60°C范围内微生物的脲酶活性较高，然而，大 自然中土壤统计温度的峰值不会超过30°C，10-25°C是我国大部分地区土壤(冬季除外）的 温度变化范围，尤其是距地面3-4米以下的土壤温度大都是在10-16Γ之间，这个温度范围 不是微生物最佳的生长范围。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种含有加热装置的微生 物土系统，该系统能使得土体温度升高，达到微生物最佳生长温度范围，提高微生物的新陈 代谢，促进其生长繁殖，微生物诱导生成的碳酸钙沉淀速率越快且含量越多，最终大大提高 微生物土的强度以及抗渗性能。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
[0008] 一种含有加热装置的微生物土系统，包括微生物加固处理后的土体，所述土体中 开设一孔，孔中用于放置钢管，钢管的底部密封，上部设有活动端盖，且钢管上端超出所述 土体外部，所述钢管中沿其纵向分为两部分，两部分的底部连通，其余部分相互密封独立， 钢管端盖上设有分别与所述两部分相连通的进口和出口，所述进口与热源连通。
[0009] 所述钢管中与进口连通的部分的体积大于与出口连通部分的体积，这样，在钢管 中能保留较多的加热介质，使钢管能保持较快的升温，加热其周围的土体。
[0010] 所述出口设置于钢管端盖的中心位置，出口与设置于钢管中心的回热管连通，且 回热管下端与钢管内底部之间有间隙，回热管与钢管内壁之间为与进口连通区域，进口位 于钢管端盖中心位置一侧。采用回热管套在钢管中心的设置方式，能够使加热介质与钢管 壁之间有最大的接触面积，有利于热量最快传递至钢管壁上，然后再将热量传递至钢管外 部的土体中，提高加热效率。
[0011] 所述回热管的直径为钢管直径的1/4至1/3。
[0012] 所述出口设置于钢管端盖的中心一侧，钢管中纵向设置的隔板将其分为体积大小 不等的两部分，出口与体积较小部分连通，能够使加热介质与钢管壁之间有最大的接触面 积，有利于热量最快传递至钢管壁上，然后再将热量传递至钢管外部的土体中，提高加热效 率。
[0013] 所述隔板的横断面为直线型、S型或弧形。
[0014] 所述钢管中的加热介质为30-70°C的热水。
[0015]所述微生物加固处理后的土体中设置有测温计，测温计通过连线与外部显示装置 相连，能够实时显示微生物加固处理后的土体温度。
[0016] 所述进口通过供液管与热源连通。
[0017] 所述出口通过回液管与热源连通，实现加热介质的循环利用。
[0018] 本实用新型通过在经过微生物加固处理后的土体中插入低碳无缝钢管，再在钢管 中循环30-70°C的热水，使得土体温度升高，达到微生物最佳生长的温度范围，提高微生物 的新陈代谢，促进其生长繁殖，微生物诱导生成的碳酸钙沉淀速率越快且含量越多，最终大 大提高微生物土的强度以及抗渗性能。本实用新型可以应用于基坑工程的围护结构，盾构 进出洞端头的土体加固，以及地基处理工程中。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型结构不意图；
[0020] 图2是一个实施例的热水循环施工工艺流程图；
[0021] 其中，1.钢管，2.微生物加固处理后的土体，3.未加固土，4.测温计，5.外部显示装 置，6.热源。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0023]本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内 容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不 具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新 型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵 盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如"上"、"下"、"左"、"右"、"中间"及"一"等的用语， 亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调 整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0024] 实施例1:
[0025]如图1所示，含有加热装置的微生物土系统，包括微生物加固处理后的土体2,微生 物加固处理后的土体2的周围为未加固土 3。所述土体2中开设一孔，孔中用于放置钢管1，钢 管1的底部密封，上部设有活动端盖，且钢管1上端超出所述土体外部，所述钢管1中沿其纵 向分为两部分，两部分的底部连通，其余部分相互密封独立，钢管端盖上设有分别与所述两 部分相连通的进口和出口，所述进口通过供液管与热源6连通。出口通过回液管与热源6连 通，实现加热介质的循环利用。
[0026] 钢管1中与进口连通的部分的体积大于与出口连通部分的体积，这样，在钢管1中 能保留较多的加热介质，使钢管1能保持较快的升温，加热其周围的土体。钢管中的加热介 质为30-70°C的热水。
[0027] 出口设置于钢管端盖的中心位置，出口与设置于钢管1中心的回热管连通，回热管 的直径为钢管直径的1/4至1/3。且回热管下端与钢管1内底部之间有间隙，回热管与钢管内 壁之间为与进口连通区域，进口位于钢管端盖中心位置一侧。采用回热管套在钢管中心的 设置方式，能够使加热介质与钢管壁之间有最大的接触面积，有利于热量最快传递至钢管 壁上，然后再将热量传递至钢管外部的土体中，提高加热效率。
[0028] 微生物加固处理后的土体2中设置有测温计4,测温计4通过连线与外部显示装置5 相连，能够实时显示微生物加固处理后的土体2温度。
[0029] 实施例2:
[0030]如图1所示，含有加热装置的微生物土系统，包括微生物加固处理后的土体2，微生 物加固处理后的土体2的周围为未加固土 3。所述土体2中开设一孔，孔中用于放置钢管1，钢 管1的底部密封，上部设有活动端盖，且钢管1上端超出所述土体外部，所述钢管1中沿其纵 向分为两部分，两部分的底部连通，其余部分相互密封独立，钢管端盖上设有分别与所述两 部分相连通的进口和出口，所述进口通过供液管与热源6连通。出口通过回液管与热源6连 通，实现加热介质的循环利用。
[0031 ]钢管1中与进口连通的部分的体积大于与出口连通部分的体积，这样，在钢管1中 能保留较多的加热介质，使钢管1能保持较快的升温，加热其周围的土体。钢管中的加热介 质为30-70°C的热水。
[0032]出口设置于钢管端盖的中心一侧，钢管中纵向设置的隔板将其分为体积大小不等 的两部分，出口与体积较小部分连通。隔板的横断面为直线型、S型或弧形。出口与体积较小 部分连通，能够使加热介质与钢管壁之间有最大的接触面积，有利于热量最快传递至钢管 壁上，然后再将热量传递至钢管外部的土体中，提高加热效率。
[0033] 微生物加固处理后的土体2中设置有测温计4,测温计4通过连线与外部显示装置5 相连，能够实时显示微生物加固处理后的土体2温度。
[0034] 实施例1和实施例2的施工工艺流程如图2所示。
[0035] 施工工艺流程如下：
[0036]制备菌液和胶结溶液-微生物加固土体（同时进行热水循环准备)-热水循环钢 管（即加热管)定位-热水循环钢管（即加热管)钻进-热水循环钢管（即加热管)安装-供 液管安装-加热系统及测温系统安装-循环30-70°C热水并测温-停止加热、拔管、注浆封 孔。
[0037] 重点工艺详述如下：
[0038] 一、施工准备
[0039] (1)要求提前供水、供电到施工场地附近，并清理隧道及施工场地，保证施工通行 顺畅。
[0040] (2)按不同位置的加热孔钻进要求，用1.5〃钢管搭建加热孔施工脚手架，安装钻孔 施工平台。
[0041 ] (3)施工设备进场。由于现场对施工影响大，应合理安排施工设备运抵安装地点的 时间顺序。
[0042] (4)合同签定后，开工前进行加工件加工。
[0043]二、热水循环钢管钻孔施工
[0044] (1)依据施工基准点，按加热孔施工图布置加热孔。孔位偏差不应大于100mm。
[0045] (2)水平钻孔使用MD-60A型钻机，垂直钻孔选用GXY-1型钻机钻进。水平钻孔前要 安装孔口管及孔口密封装置。当第一个孔开通后，没有涌水涌砂可继续钻进，但以后钻孔仍 要装孔口装置，以防突发涌水涌砂现象出现;若涌水涌砂较厉害，还应注水泥浆(或双液浆） 止水。
[0046] (3)为了保证钻进精度，开孔段是关键。钻进前5m时，要反复校核钻杆垂直度，调整 钻机位置，并采用减压钻进，检测偏斜无问题后方可继续钻进。
[0047] (4)热水循环钢管下入孔内前要先配管，保证加热管同心度。焊接时，焊缝要饱满， 保证加热管有足够强度，以免拔管时加热管断裂。下好加热管后，采用经炜仪灯光测斜法检 测，然后复测冻结孔深度，并进行打压试漏。
[0048] (5)试压不合格的加热管必须进行处理达到密封要求后方可使用。可逐根提出孔 内管，并用泥浆栗对逐个焊缝打压，找出泄漏焊缝及原因，及时处理，并作好记录，二次下入 后仍须自检。
[0049] (6)热水循环钢管通过供液管与热源相连通。
[0050] (7)热水循环钢管安装完毕后，用木塞等堵住管口，以免异物掉进加热管。
[0051 ] (8)测温孔施工方法与加热管相同。
[0052]三、加热管加热施工
[0053]加热系统设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度 等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。
[0054]在加热管循环热水过程中，每天检测热水温度、流量和温度扩展情况，必要时调整 加热系统运行参数。加热系统运转正常后进入积极加热阶段。
[0055] 每天检测测温孔温度，并根据测温数据，分析温度的扩展速度和厚度，预计温度扩 散厚度达到设计厚度的时间。
[0056] 实测温度扩散厚度达到设计值后，即可拔管。
[0057]四、拔管施工
[0058]水平加热管利用48#大牙钳转动加热管，用2吨手拉萌芦拔出加热管(连同孔口管 一起拔除）。手拉萌芦固定在搭设的脚手架上，加热管范围内的脚手架须特殊加固使其与槽 壁紧密连接便于力的传递。上述方法不能拔出加热管时，利用两个32吨千斤顶架设在槽壁 上，水平向外顶推加热管。
[0059] 垂直加热管用起管机起拔松动加热管，然后用起重机或卷扬机快速拔出已松动的 加热管。
[0060] 五、注浆封孔
[0061 ]在加热管拔出后，可利用加热孔作为注浆孔向微生物土内进行注浆压密封孔。 [0062]本实用新型施工注意事项如下：
[0063] (1)微生物土加固完毕后，应立即进行加热系统的施工，保证微生物在最佳时机和 最佳温度下诱导生成碳酸钙。
[0064] (2)采用热水或热盐水在加热管内循环，热水或热盐水温度控制在30_70°C。温度 不宜过高，高温有可能导致微生物蛋白质变性，影响正常的代谢活动，甚至导致微生物的死 亡，对微生物有明显的杀灭作用。
[0065] (3)热水循环施工应该配合温度监测同时进行，当95%以上的测温点温度达到30 °C以上时可停止循环热水。
[0066] (4)热水循环施工参数如下表所示：
[0068] (5)本实用新型中的低碳无缝钢管还可以用PVC、PPR、ABS、PE等塑料管代替，当采 用塑料管时，盾构始发或到达无需拔除加热管，可直接切削推进。
[0069]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新 型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领 域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范 围以内。
【主权项】
1. 一种含有加热装置的微生物土系统，其特征是，包括微生物加固处理后的土体，所述 土体中开设一孔，孔中用于放置钢管，钢管的底部密封，上部设有活动端盖，且钢管上端超 出所述土体外部，所述钢管中沿其纵向分为两部分，两部分的底部连通，其余部分相互密封 独立，钢管端盖上设有分别与所述两部分相连通的进口和出口，所述进口与热源连通。2. 如权利要求1所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述钢管中与进口连 通的部分的体积大于与出口连通部分的体积。3. 如权利要求1所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述出口设置于钢管 端盖的中心位置，出口与设置于钢管中心的回热管连通，且回热管下端与钢管内底部之间 有间隙，回热管与钢管内壁之间为与进口连通区域，进口位于钢管端盖中心位置一侧。4. 如权利要求3所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述回热管的直径为 钢管直径的1/4至1/3。5. 如权利要求1所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述出口设置于钢管 端盖的中心一侧，钢管中纵向设置的隔板将其分为体积大小不等的两部分，出口与体积较 小部分连通。6. 如权利要求5所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述隔板的横断面为 直线型、S型或弧形。7. 如权利要求1所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述钢管中的加热介 质为30-70°C的热水。8. 如权利要求1所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述微生物加固处理 后的土体中设置有测温计，测温计通过连线与外部显示装置相连，能够实时显示微生物加 固处理后的土体温度。9. 如权利要求1所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述进口通过供液管 与热源连通。10. 如权利要求1所述的含有加热装置的微生物土系统，其特征是，所述出口通过回液 管与热源连通，实现加热介质的循环利用。
【文档编号】E02D3/12GK205557501SQ201620406319
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】胡俊, 卫宏, 李艳荣, 刘勇, 姚凯, 赵联桢, 佳琳
【申请人】海南大学