[发明专利]一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法和装置，该方法主要为：在桩基防冲刷待加固区一侧设置注浆装置，另一侧设置抽浆装置，通过注浆装置进行压力注浆，同时抽浆装置进行抽浆，注浆基于MICP技术：先注入pH7‑8巴式芽孢杆菌菌液，再注入氯化钙溶液，最后注入尿素与氯化钙混合溶液，完成后，将注浆装置与抽浆装置位置互换，再次进行上述注浆抽浆过程；该方法可在海床表面形成硬壳层，大大增强海床的防冲刷能力。本发明的注浆装置主要包括注浆腿、空心钢圆台、标准化混凝土压载板、固定钢筒、注浆管等，具有对土体扰动小、施工方便、可重复利用、普遍适用性好等诸多优点。应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及大直径桩基防冲刷方法及装置，尤其涉及一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法及装置，属于生物技术固定建筑物领域。

背景技术

跨海大桥、海上风电、海洋平台的兴建正如火如荼的开展，然而，大直径桩基的近海结构物在服役过程中受波浪、海流作用影响大，砂质海床中桩基冲刷问题严重，直接影响到桩基及上部结构的稳定性，给近海结构物的安全运行带来巨大挑战。下面，简要阐述当前防冲刷措施的不足：桩前牺牲桩法不适于水流方向变化情况下的防护，所以无法应用于近海桩基的冲刷防护中；护圈、护壳法在海床面不平时，其位置容易变动，冲刷效果难以维持，并且后期维护难度大；抛石法整体性较差，施工较为繁琐、工程量大、后期维护成本高；扩大基础防护法在扩大基础周围底部容易形成冲刷坑，不断发生掏蚀，可能导致扩大基础的冲刷破坏；灌浆法的水下注浆会给环境带来较大的污染，恶化海洋生物的生存环境。

近年来，微生物土体加固技术迅速发展，该方法具有施工方便、灌浆压力低(稍大于水压力)、加固效果好、不污染环境、对原位土体影响小等诸多优点。但是，相关微生物防冲刷技术尚无相关应用，特别是在海洋环境中。该法的主要原理是利用微生物的矿化作用胶结处于散粒状态的土颗粒，使散粒土体的强度、刚度具有大幅的提升。目前来看，胶结效果最好的微生物成矿作用是生成方解石型碳酸钙沉积，这种成矿作用称为微生物诱导方解石沉积(Microbiologically induced calcite precipitation，简称MICP)。相关学者对MICP技术进行了大量的室内实验研究，表明该法胶结效率高、土体强度大幅提升，可以将松散砂粒胶结成5m砂柱。当前，最为成熟的为尿素水解MICP技术，主要过程为PH7-8巴式芽孢杆菌水解尿素产生碳酸根离子和铵根离子，之后碳酸根离子与注浆溶液中的钙离子结合形成具有胶结作用的碳酸钙晶体。

本发明将MICP技术应用到近海结构物桩基冲刷防护中，将砂质海床的一定范围内土体进行固化处理，并发明了一种对原位土体扰动小、施工便捷的注(抽)浆装置，在保证防冲刷效果、环境友好的前提下，降低成本、加快施工进度。

发明内容

本发明针对砂质海床中大直径桩基冲刷问题，在现有桩基防冲刷技术存在诸多不足的情况下，提出了一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法及装置，该方法是利用微生物矿化作用胶结土颗粒从而在海床表面一定深度范围内形成硬壳层，加强表层土体整体性、提高强度和刚度，进而防护桩基冲刷，保证海上结构安全使用。本发明采用将新型注(抽)浆装置吊放、贯入土体的方式，大大加快了施工进度并减小了对土体的扰动，另外，该技术还具有胶结效率高、加固效果好、不污染环境、成本低、注浆压力低、后期维护少等诸多优点，能够显著提高砂质海床中桩周土体的防冲刷能力。

本发明采取以下技术方案：

一种基于MICP技术的大直径桩基防冲刷方法，是在桩基防冲刷待加固区一侧设置注浆装置，另一侧设置抽浆装置，通过注浆装置进行压力注浆，同时抽浆装置进行抽浆，注浆基于MICP技术：先注入pH7-8巴式芽孢杆菌菌液，再注入氯化钙溶液，最后注入尿素与氯化钙混合溶液，完成后，将注浆装置与抽浆装置位置互换，再次进行上述注浆抽浆过程，可反复多次。