一种礁灰岩桩基生物加固技术装置及施工方法

本发明涉及钢管桩加固，具体涉及一种礁灰岩桩基生物加固技术装置及施工方法。

背景技术：

1、近年来，海洋工工程活动日益频繁，例如，风力发电、跨海大桥和海上平台建造等，上述工程通常需要在珊瑚礁灰岩上打桩，但是珊瑚礁灰岩孔隙率大，结构极易发生脆性破坏，矿物成分主要是碳酸钙，钢管桩在打入过程中，礁灰岩胶结体结构遭到破坏，钢管桩侧壁的胶结颗粒破碎、脱落，脱落的颗粒被挤入空隙中，产生剪缩与软化现象，地表下沉，导致礁灰岩对钢管桩的侧壁无法提供有效的嵌固力，只能以摩擦的方式提供较低的摩阻力。因此，在珊瑚礁灰岩上沉桩，往往会因桩基础承载力不足而采用后处理方法，较为常见的后处理方法是后压浆法以提高桩侧摩阻力和桩端阻力。然而注浆过程中存在着大量的缺点：注浆压力、注浆量、浆液浓度和注浆节奏难以把握，注浆后的返浆问题等等。

2、并且传统的礁灰岩桩基加固往往不可避免地对桩周礁灰岩造成破坏，污染海洋生态环境。微生物诱导碳酸钙沉淀(micp)技术是近年来提出的一种新型加固技术，其原理是利用微生物的新陈代谢活动，通过生化反应生成碳酸钙，碳酸钙晶体沉积在砂颗粒间的孔隙中，可产生粒间胶结、孔隙填充效应，从而改善砂土的物理力学性能，如强度、渗透性等。由于micp技术具有环境相容性好、施工简便等优点，目前已被广泛用于多个领域，如岛礁地基加固、堤坝防渗、文物修复、沙漠治理、重金属污染防治和扬尘治理等。

3、针对上述不足，亟需一种礁灰岩桩基生物加固技术装置及施工方法，旨在提高桩基承载力的同时，亦可对环境降低到最小影响。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种礁灰岩桩基生物加固技术装置及施工方法，在避免环境污染的同时有效提高了桩基承载力。

2、为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种礁灰岩桩基生物加固技术装置，包括外部钢筒，所述外部钢筒内同轴设置内部导向筒，所述外部钢筒和内部导向筒之间通过连接杆连接，所述外部钢筒的底部低于内部导向筒的底部，使得外部钢筒底部插入礁灰岩地基后内部导向筒搁置在礁灰岩表面，所述内部导向筒的筒壁内沿轴向开设多个注浆导向孔，所述内部导向筒用于套在钢管桩外，所述内部导向筒和钢管桩贴合，所述注浆导向孔用于对注浆管进行导向。

3、本发明通过设置外部钢筒和内部导向筒，外部钢筒可插入礁灰岩地基进行固定从而固定内部导向筒，实现内部导向筒对钢管桩沉桩的导向作用；通过在内部导向筒上开设注浆导向孔，使得注浆管能够沿着注浆导向孔一直伸向钢管桩的底部进行注浆，保证了注浆管插入方向的准确性并有利于提高注浆效果，并且最低限度扰动已有礁灰岩。

4、进一步地，所述外部钢筒和内部导向筒之间设置种植空间，所述种植空间内的礁灰岩表面上固定有造礁石珊瑚。

5、本发明通过在外部钢筒和内部导向筒之间设置种植空间，对珊瑚礁生境资源起到了一定的修复作用。

6、进一步地，所述外部钢筒的底部设置尖型筒底，便于外部钢筒插入礁灰岩地基。

7、本发明的外部钢筒的底部设置尖型筒底，便于外部钢筒插入礁灰岩地基。

8、进一步地，所述外部钢筒顶部设置网盖，用于保护种植空间内的环境。

9、本发明通过网盖能够将种植空间与外界分隔，避免种植空间内的生态系统受到扰动时，并且可以揭开网盖进行种植空间内生态系统的人工调节。

10、第二方面，本发明提供一种礁灰岩桩基施工方法，包括：

11、s1、将礁灰岩桩基生物加固技术装置固定在钢管桩的沉桩点；

12、s2、钢管桩沉桩；

13、s3、沿内部导向筒的注浆导向孔插入注浆管注入生物浆液；

14、s4、向钢管桩内部插入注浆管注入生物浆液。

15、本发明通过向钢管桩的外侧和内侧注入生物浆液，改善与钢管桩接触的礁灰岩的物理力学性能，有利于提高钢管桩的承载力，并对环境影响极小。

16、进一步地，步骤s1包括：将外部钢筒的底部插入礁灰岩地基，使得内部导向筒搁置在礁灰岩表面。

17、进一步地，步骤s2包括：使用沉桩机将钢管桩沿内部导向筒沉入地下，直至到达设计要求的标高。

18、本发明利用内部导向筒对钢管桩的沉桩进行导向，使得钢管桩的沉桩方向沿着内部导向筒的轴向，后续利用注浆导向孔进行注浆时，注浆管能够精准地沿着内部导向筒的外壁布置，有利于提高注浆效果。

19、进一步地，步骤s3包括：

20、s31、向内部导向筒的注浆导向孔中插入桩底注浆管，通过桩底注浆管向钢管桩底部的礁灰岩注入生物浆液；

21、s32、向内部导向筒的注浆导向孔中插入桩壁注浆管，通过桩壁注浆管向靠近钢管桩外壁的礁灰岩注入生物浆液；

22、桩底注浆管为管身封闭、管底开口的注浆管，桩壁注浆管为管身开孔、管底闭口的注浆管。

23、本发明采用桩底注浆管和桩壁注浆管分别对钢管桩的底部和外壁的礁灰岩进行加固，提高了钢管桩下端的承载力以及钢管桩外壁受到的摩阻力。

24、进一步地，步骤s4包括：

25、s41、向钢管桩内部插入桩底注浆管，通过桩底注浆管向钢管桩底部的礁灰岩注入生物浆液；

26、s42、向钢管桩内部插入桩壁注浆管，通过桩壁注浆管向钢管桩内的礁灰岩注入生物浆液，插入钢管桩内部的桩壁注浆管靠近钢管桩内壁布置。

27、本发明采用桩壁注浆管对钢管桩内的礁灰岩进行加固，提高了钢管桩内壁受到的摩阻力，采用桩底注浆管对钢管桩正下方的礁灰岩进行加固，进一步提高了钢管桩下端的承载力。

28、进一步地，步骤s3和步骤s4中，桩底注浆管和桩壁注浆管注浆完成后均永久保留。

29、本发明的桩底注浆管和桩壁注浆管注浆完成后不抽离，永久保留，桩底注浆管和桩壁注浆管对破碎的礁灰岩均具有一定的挤密作用，可提高礁灰岩的加固效果。

30、进一步地，所述桩底注浆管和桩壁注浆管均依次间隔布置。

31、本发明的桩壁注浆管上设置加劲肋，可增加注浆管与礁灰岩的接触面积，提高礁灰岩的加固效果。

32、进一步地，步骤s3和步骤s4中，生物浆液包括菌液、固定液、反应液，所述菌液包括巴氏生孢八叠球菌，所述反应液包括尿素和氯化钙，所述固定液包括氯化钙；反应液中，氯化钙和尿素浓度为1mol/l，混合溶液ph值为9.87，固定液中，氯化钙为1mol/l，ph值为9.47；

33、注入生物浆液的方法包括：

34、将菌液和固定液混合后注入注浆管中，静置；

35、将菌液和反应液混合后注入注浆管中，静置。

36、进一步地，包括：

37、s5、在种植空间内营造造礁石珊瑚所需的光照、水温、盐度、水深、浊度、营养水平、底质以及水流环境；

38、s6、在种植空间内的礁灰岩表面处应用造礁石珊瑚礁苗圃底播移植技术，将人工培养或野外的造礁石珊瑚幼苗通过底播移植技术固定在礁灰岩表面；

39、s7、在外部钢筒顶部安装网盖，保护种植空间内的环境。

40、本发明通过对种植空间的生态环境进行优化并种植造礁石珊瑚，对珊瑚礁生境资源起到一定的修复作用。海洋珊瑚礁的严重退化，加之海洋开发对礁灰岩的破坏，所以在各种海洋开发活动中，珊瑚礁生境资源的修复也尤为重要。珊瑚礁生境和资源修复以恢复造礁石珊瑚种类、数量以及覆盖率为主，珊瑚礁三维结构的修复和辅以珊瑚礁特色生物资源的恢复等技术方法。

41、本发明的有益效果为：本发明的装置简单，耗材不大，整体稳定性好，与micp技术搭配使用；施工方法简单、快速且成本低，通过采用micp技术对礁灰岩桩基加固较为全面，桩端承载力、桩外摩阻力和桩内摩阻力都得到了有效的提升，摒弃了现有的后压浆等技术，避免了对礁灰岩损害、对环境污染等问题；永久留下的桩底注浆管和桩壁注浆管能够对破碎的礁灰岩起到一定的挤密作用，提高加固效果；通过采用造礁石珊瑚移植技术，对珊瑚礁生境资源也起到一定的修复作用，极大程度上保护了海洋环境，减少珊瑚礁的退化。