一种微生物固化联合防渗墙的海工建筑物基础冲刷防护施工方法与流程

本发明涉及一种微生物固化联合防渗墙的海工建筑物基础冲刷防护施工方法，属于建筑物基础冲刷防护领域。

背景技术：

近年来，随着微生物化学、土木工程等学科间交叉研究的不断发展，微生物诱导碳酸钙沉积技术（micp）逐步应用于各相关领域。如污水处理，沙漠扬尘治理以及混凝土修复等，此外，它也被广泛应用于地基土强度与稳定性的改善。在国内外的研究当中，对淡水条件下的micp机理已经了解得较为透彻，但是对于海水条件下micp反应过程的研究还处于起步阶段。因此，海水环境下micp处理软弱地基土效果如何还未曾得知，这也成为micp技术应用于海洋工程领域的一大难题。

现有专利号为201711277952.8的一种基于micp的珊瑚砂地层桶型基础加固装置和安装方法，该方法采用两相注的micp注浆技术对桶型基础内的珊瑚砂地层进行注浆加固，从而增大珊瑚砂地层的承载力和稳定性；还有专利号为201810283744.7的一种基于micp技术的大直径桩基防冲刷方法及装置，通过两相注的micp注、抽循环，在桩基周围形成渗流场，进而对海洋桩基周围土体进行加固达到防冲刷的效果；以及有专利号为201710138458.7的一种微生物砂桩成桩装置及方法，通过一相注的micp注浆技术，在圆筒内部砂土中注入细菌和胶结液的混合液，从而达到在岛礁及沙漠地区成桩的目的。以上方法存在一定的不足，即注浆过程中没有考虑实际情况下海基饱和沙土中孔隙海水对注浆过程的限制和影响，因此工艺存在一定的局限性。同时，注浆液应用于海水环境时对砂土胶结作用的成效如何还具有不确定性。并且，以上专利在micp过程中采用的注浆方法都为两相注或一相注。两相注是指先注入微生物脲酶菌，再注入矿化液体。该注浆工艺已被证明在处理大尺度土体时处理结果的均匀性难以保证，因此注浆完成后，形成的钙化土层强度均匀性难以得到保障；一相注则是指微生物脲酶菌和矿化液体混合后同时注入，该注浆工艺在注浆初期就会形成大量碳酸钙沉淀堵塞注浆口，因此一般不被推荐使用。

基于以上两点不足，亟需提出一种新的微生物固化联合防渗墙的海工建筑物基础冲刷防护施工方法，让micp技术在海洋环境中进行，从而实现操作简单、施工时安装拆除灵活性大，可对多种海工建筑物基础进行冲刷防护，且形成的固化土层强度具有较好的均匀性的效果。

技术实现要素：

本发明提供一种微生物固化联合防渗墙的海工建筑物基础冲刷防护施工方法，不仅施工简单，操作灵活性大，而且注浆时不堵塞注浆口，形成的固结土效果稳定，防护完成后一次见效，不需多次进行修缮维护且兼具环境友好的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微生物固化联合防渗墙的海工建筑物基础冲刷防护施工方法，包括以下步骤：

第一步：预制至少八根t型钢板桩及盖板，在t型钢板桩的垂直柱部分开设两个吊孔，吊孔的穿透方向与t型钢板桩的水平面平行，且吊孔与t型钢板桩水平面之间的距离为40cm，在盖板表面均匀分布至少八个带螺纹的注浆孔；

第二步：在海工建筑物基础周围通过静压或锤击的方法进行t型钢板桩的沉桩，相邻的两根t型钢板桩形成一个正向安装一个倒向安装的连接方式，通过至少八根t型钢板桩的顺次连接，在海工建筑物基础周围形成闭合的防渗墙，且所形成的防渗墙顶部高出海床面；

第三步：对防渗墙内形成区域内的海床面进行整平，同时对防渗墙内施工区域进行砂样采集，测量其孔隙率,以获得防渗墙内部砂土孔隙体积；

第四步：盖板布设于闭合防渗墙所形成区域的开口处，将盖板上的注浆孔与注浆管的一端通过螺纹密封连接，注浆管的另一端与其余注浆管搭接形成接口后与注浆总管相连，且在盖板与防渗墙接触的部位通过橡胶密封条密封；

第五步：从防渗墙顶部向防渗墙区域内注入淡水，注入的淡水体积是防渗墙内部砂土孔隙体积的1.2-1.4倍，将防渗墙区域内部海水排出，从而形成适应micp反应的淡水环境；

第六步：采用低ph一相注的注射方法，在防渗墙区域内部由上而下注入配置好的细菌和胶结液的混合液，等待12-24小时，直至反应充分进行，在反应期间砂土颗粒间不断生成碳酸钙沉淀；

第七步：重复第六步，直至微生物固化形成的砂土抗冲强度达到预设值；

第八步：通过吊具插设在注浆孔内，拆除覆设在防渗墙所形成区域开口处的盖板，随后将吊具插设在吊孔内，拆除形成防渗墙的t型钢板桩，最终在防护区域内形成具有抗冲能力的固化土层；

作为本发明的进一步优选，所述的t型钢板桩沉桩过程中，沉桩的初始点设置有一段导墙，沉桩所形成的防渗墙围绕在海工建筑物基础的外部，且防渗墙所围成的形状为方形；

作为本发明的进一步优选，前述的盖板形状与围成的防渗墙开口处形状契合；在盖板中心挖设孔洞，孔洞的孔型与海工建筑物基础形状契合；

作为本发明的进一步优选，前述的盖板沿其中心线分成相同的两部分进行制作，施工时，盖板在海工建筑物基础底部合拢，合拢接触的部分通过橡胶密封条密封，将盖板、防渗墙及海工建筑物基础形成封闭式结构，同时形成的封闭结构底部透空；

作为本发明的进一步优选，前述的注浆孔直径为4cm，

当海工建筑物基础呈圆形形状时，沿着海工建筑物基础的圆周，以盖板中心为圆心，开设至少八个注浆孔且相邻两个注浆孔呈45度夹角；

当海工建筑物基础呈方形结构时，沿着海工建筑物基础边线开设注浆孔，相邻两个注浆孔之间距离为1m；

作为本发明的进一步优选，在防渗墙区域内部由上而下注入配置好的细菌和胶结液的混合液，前述的细菌采用巴氏芽孢杆菌，脲酶活性在1.5-20u/ml；胶结液采用0.1-2mol/l的氯化钙和尿素混合液，氯化钙和尿素的浓度比为1：1；

作为本发明的进一步优选，在防渗墙区域内部由上而下注入配置好的细菌和胶结液的混合液，前述的细菌采用巴氏芽孢杆菌，脲酶活性为10u/ml；胶结液采用1.5mol/l的氯化钙和尿素混合液，氯化钙和尿素的浓度比为1：1；

作为本发明的进一步优选，：前述采用低ph一相注的注射方法，具体包括以下步骤：

步骤6a：采用0.25-4mol/l的有机酸或无机酸，即盐酸，乙酸或硝酸，将细菌液ph调整至4-5；

步骤6b：等体积加入胶结液，将细菌液和胶结液混合液的最终ph值用上述有机酸和无机酸调至3.5-4.5；该低ph可以在一定窗口期内有效获取均相混合液；

步骤6c：采用1-10l/min的注浆速率对防渗墙区域内部进行注浆，在细菌和胶结液的混合液未生成碳酸钙沉淀的窗口期内完成注浆工作；

作为本发明的进一步优选，前述采用低ph一相注的注射方法，具体包括以下步骤：

步骤6a：采用2mol/l的有机酸或无机酸，即盐酸，乙酸或硝酸，将细菌液ph调整至4-5；

步骤6b：等体积加入胶结液，将细菌液和胶结液混合液的最终ph值用上述有机酸和无机酸调至4；该低ph可以在一定窗口期内有效获取均相混合液；

步骤6c：采用1-10l/min的注浆速率对防渗墙区域内部进行注浆，在细菌和胶结液的混合液未生成碳酸钙沉淀的窗口期内完成注浆工作。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）通过采用往封闭区域注淡水的方法，能让微生物诱导micp过程避免受到海水高盐度和沙土内部渗流的影响，形成一个环境可控的micp反应区域，使得通常用于城市岩土加固的micp技术能够很好地应用于海洋环境；

（2）低ph一相注的注浆方法较传统的一相注及两相注方法更加简单，不堵塞注浆口，且固化形成的地基土强度更加均匀；

（3）本施工方法采用装配式的t型钢板桩形成防渗墙，易于安装和拆除，且t型钢板桩可重复使用；

（4）本施工方法灵活性大，用途广泛，可对诸如海上风机、防波堤、海上石油平台等多种海工建筑物基础进行冲刷防护；

（5）本施工方法较传统方法（抛石防护等）防护效果更好，不需进行多次防护，且具有良好的生态性，基本不会对海洋环境造成污染。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的t型钢板桩三视图，其中，1a为主视图，1b为左视图，1c为俯视图；

图2是本发明的优选实施例的t型钢板桩及盖板装配形式立面图；

图3是本发明的优选实施例的t型钢板桩及盖板装配形式立面图中a-a部分的截面剖视图；

图4是本发明的优选实施例的防渗墙的建造施工流程图；

图5是本发明的优选实施例的注浆过程示意图；

图6是本发明的优选实施例中当海工建筑物基础呈圆形形状时防渗墙形状与注浆孔位置示意图；

图7是本发明的优选实施例中当海工建筑物基础呈方形形状时防渗墙形状与注浆孔位置示意图。

图中：1为t型钢板桩，2为盖板，3为橡胶密封条，4为吊孔，5为注浆孔，6为注浆管，7为注浆总管，8为固化土层，9为防渗墙。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图7所示，本发明包括以下特征部件：1为t型钢板桩，2为盖板，3为橡胶密封条，4为吊孔，5为注浆孔，6为注浆管，7为注浆总管，9为防渗墙，其中，8为固化土层。

本发明的一种微生物固化联合防渗墙的海工建筑物基础冲刷防护施工方法，包括以下步骤：

第一步：预制至少八根t型钢板桩及盖板，在t型钢板桩的垂直柱部分开设两个吊孔，吊孔的穿透方向与t型钢板桩的水平面平行，且吊孔与t型钢板桩水平面之间的距离为40cm，在盖板表面均匀分布至少八个带螺纹的注浆孔；

第二步：在海工建筑物基础周围通过静压或锤击的方法进行t型钢板桩的沉桩，相邻的两根t型钢板桩形成一个正向安装一个倒向安装的连接方式，通过至少八根t型钢板桩的顺次连接，在海工建筑物基础周围形成闭合的防渗墙，且所形成的防渗墙顶部高出海床面；

第三步：对防渗墙内形成区域内的海床面进行整平，同时对防渗墙内施工区域进行砂样采集，测量其孔隙率,以获得防渗墙内部砂土孔隙体积；

第四步：盖板布设于闭合防渗墙所形成区域的开口处，将盖板上的注浆孔与注浆管的一端通过螺纹密封连接，注浆管的另一端与其余注浆管搭接形成接口后与注浆总管相连，且在盖板与防渗墙接触的部位通过橡胶密封条密封；

第五步：从防渗墙顶部向防渗墙区域内注入淡水，注入的淡水体积是防渗墙内部砂土孔隙体积的1.2-1.4倍，将防渗墙区域内部海水排出，从而形成适应micp反应的淡水环境；

第六步：采用低ph一相注的注射方法，在防渗墙区域内部由上而下注入配置好的细菌和胶结液的混合液，等待12-24小时，直至反应充分进行，在反应期间砂土颗粒间不断生成碳酸钙沉淀；

第七步：重复第六步，直至微生物固化形成的砂土抗冲强度达到预设值；

第八步：通过吊具插设在注浆孔内，拆除覆设在防渗墙所形成区域开口处的盖板，随后将吊具插设在吊孔内，拆除形成防渗墙的t型钢板桩，最终在防护区域内形成具有抗冲能力的固化土层。

图1、2、3、4、5、6所示，是本发明的第一种实施例，即当海工建筑物基础呈圆形形状时，

图4所示，第一步：在工厂预制t型钢板桩及盖板；预制多根t型钢板桩及盖板，在t型钢板桩的垂直柱部分开设两个吊孔，吊孔的穿透方向与t型钢板桩的水平面平行，且吊孔与t型钢板桩水平面至今的距离为40cm，图6所示，在盖板表面以盖板中心为圆心，开设至少八个注浆孔且相邻两个注浆孔呈45度夹角；

第二步：沉桩施工；在海工建筑物基础周围通过静压或锤击的方法进行t型钢板桩的沉桩，相邻的两根t型钢板桩形成一个正向安装一个倒向安装的连接方式，通过多根t型钢板桩的顺次连接，在海工建筑物基础周围形成闭合的防渗墙，且形成的防渗墙的顶部高出海床面；

第三步：整平与采样；对防渗墙内形成区域内的海床面进行整平，同时对防渗墙内施工区域进行砂样采集，测量其孔隙率,以获得防渗墙内部砂土孔隙体积；

第四步：注浆管连接与盖板安装；盖板沿其中心线分成相同的两部分进行制作，盖板在海工建筑物基础底部合拢，将盖板上的注浆孔与注浆管的一端通过螺纹密封连接，注浆管的另一端与其余注浆管搭接形成接口后与注浆总管相连，合拢接触的部分通过橡胶密封条密封，将盖板、防渗墙及海工建筑物基础形成封闭式结构，同时形成的封闭结构底部透空；

第五步：淡水填充；从防渗墙顶部向防渗墙区域内注入淡水，注入的淡水体积是防渗墙内部砂土孔隙体积的1.2-1.4倍，将防渗墙区域内部海水排出，从而形成适应micp反应的淡水环境；

第六步：注浆；采用低ph一相注的注射方法，采用2mol/l的有机酸或无机酸，即盐酸，乙酸或硝酸，将细菌液ph调整至4-5，其中细菌采用巴氏芽孢杆菌，脲酶活性为10u/ml；

等体积加入胶结液，胶结液采用1.5mol/l的氯化钙和尿素混合液，氯化钙和尿素的浓度比为1：1，将细菌液和胶结液混合液的最终ph值用上述有机酸和无机酸调至4；该低ph可以在一定窗口期内有效获取均相混合液；

采用1-10l/min的注浆速率对防渗墙区域内部进行注浆，在细菌和胶结液的混合液未生成碳酸钙沉淀的窗口期内完成注浆工作，等待12-24小时，直至反应充分进行，在反应期间砂土颗粒间不断生成碳酸钙沉淀；

第七步：重复第六步，直至微生物固化形成的砂土抗冲强度达到预设值；

第八步：拆模；通过吊具插设在注浆孔内，拆除覆设在防渗墙所形成区域开口处的盖板，随后将吊具插设在吊孔内，拆除形成防渗墙的t型钢板桩，最终在防护区域内形成具有抗冲能力的固化土层。

图1、2、3、4、5、7所示，是本发明的第二种实施例，即当海工建筑物基础呈方形结构时，

图4所示，第一步：在工厂预制t型钢板桩及盖板；预制多根t型钢板桩及盖板，在t型钢板桩的垂直柱部分开设两个吊孔，吊孔的穿透方向与t型钢板桩的水平面平行，且吊孔与t型钢板桩水平面至今的距离为40cm，图7所示，在盖板表面开设至少八个注浆孔，相邻两个注浆孔之间距离为1m；

第二步：沉桩；在海工建筑物基础周围通过静压或锤击的方法进行t型钢板桩的沉桩，相邻的两根t型钢板桩形成一个正向安装一个倒向安装的连接方式，通过多根t型钢板桩的顺次连接，在海工建筑物基础周围形成闭合的防渗墙，且所形成的防渗墙顶部高出海床面；

第三步：整平与采样；对防渗墙内形成区域内的海床面进行整平，同时对防渗墙内施工区域进行砂样采集，测量其孔隙率,以获得防渗墙内部砂土孔隙体积；

第四步：注浆管连接及盖板安装；盖板沿其中心线分成相同的两部分进行制作，盖板在海工建筑物基础底部合拢，将盖板上的注浆孔与注浆管的一端通过螺纹密封连接，注浆管的另一端与其余注浆管搭接形成接口后与注浆总管相连，合拢接触的部分通过橡胶密封条密封，将盖板、防渗墙及海工建筑物基础形成封闭式结构，同时形成的封闭结构底部透空；

第五步：淡水填充；从防渗墙顶部向防渗墙区域内注入淡水，注入的淡水体积是防渗墙内部砂土孔隙体积的1.2-1.4倍，将防渗墙区域内部海水排出，从而形成适应micp反应的淡水环境；

第六步：注浆；采用低ph一相注的注射方法，采用2mol/l的有机酸或无机酸，即盐酸，乙酸或硝酸，将细菌液ph调整至4-5，其中细菌采用巴氏芽孢杆菌，脲酶活性为10u/ml；

等体积加入胶结液，胶结液采用1.5mol/l的氯化钙和尿素混合液，氯化钙和尿素的浓度比为1：1，将细菌液和胶结液混合液的最终ph值用上述有机酸和无机酸调至4；该低ph可以在一定窗口期内有效获取均相混合液；

采用1-10l/min的注浆速率对防渗墙区域内部进行注浆，在细菌和胶结液的混合液未生成碳酸钙沉淀的窗口期内完成注浆工作，等待12-24小时，直至反应充分进行，在反应期间砂土颗粒间不断生成碳酸钙沉淀；

第七步：重复第六步，直至微生物固化形成的砂土抗冲强度达到预设值；

第八步：拆模；通过吊具插设在注浆孔内，拆除覆设在防渗墙所形成区域开口处的盖板，随后将吊具插设在吊孔内，拆除形成防渗墙的t型钢板桩，最终在防护区域内形成具有抗冲能力的固化土层。

上述实施例中，沉桩过程，采用静压或锤击的方式在桩基周围进行t型钢板桩的沉桩，沉桩过程应严格满足相关的技术规范，每根t型钢板桩之间形成“t型+倒t型”的连接方式，最终在桩基外部装配形成闭合的防渗墙，防渗墙全部入土，顶部露出海床面；

淡水填充过程中，利用淡水密度比海水密度小的原理，将防渗墙区域内部的海水排出，从而在防渗墙区域内形成适应于micp反应进行的淡水环境。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。