微生物灌浆加固土体技术的发展

聂宇星

摘 要：在土体加固中，最为常用的材料就是化学浆料与水泥，但是此类常见存在污染大、成本高、能耗高的特点，不利于节能环保的需求。微生物灌浆加固土体技术的存在改善了传统材料的不足，本文主要就微生物灌浆加固土体技术的发展展开综述。

关键词：微生物灌浆加固土体技术；特点；发展

随着我国社会主义市场经济的发展，人口的急剧增加，对住房的需求也越来越多，所以我国的城市基础设施建设存在着严重的供不应求的现象。在土木工程建设中，肯定会遇到一些不良的土体需要进行加固处理。目前，一般常用的加固方法是物理化学加固，利用机械能或者人造材料进行加固。灌浆技术是很常见的加固方法，是用水泥、石灰或化学浆材这些浆液灌进土体的缝隙中，或者是与土体进行搅拌混合，以此使土地的强度增强，渗透性降低。但是水泥和石灰等这些传统的建筑材料能使土体呈现碱性，并且对周围的植被和地下水都产生一定的破坏和污染。而且这些建筑材料耗能高，所以不利于我国所提倡的节能和绿色施工的要求。所以研究节能环保，经济效益高的新型土体加固技术就具有很重要的作用了。研究的关键就是找到一种新型的凝胶材料，这种凝胶材料具有能耗小污染少，性能优良的特点。经过各国专家的不断的研究，终于研制出MICP灌浆技术，采用微生物灌浆材料，这种灌浆材料具有黏性低、流动性好、渗透性强、胶结强度可以调控、低碳环保的优点。下面就简单介绍一下MICP土体加固技术。

一、MICP土体加固技术

MICP是自然界广泛存在的一种生物诱导矿化作用，微生物经过新陈代谢产生二氧化碳，碳酸钙离子，这是碳酸钙析出所依赖的环境，与微生物的种类没有多大关系，所以不同的微生物便形成了不同MICP方式。主要被广泛应用的碳酸钙生物矿化技术是尿素水解的MICP。

尿素水解的MICP大都基于一种高产脲酶的巴氏芽孢杆菌，这种细菌能够吞噬碱性细菌，适应环境的能力也很强，这种灌浆技术能够防止土体碱化。在整个生物矿化过程中，巴氏芽孢杆菌基本不会产生任何有毒的物质，所以对土质几乎没有任何污染。

二、MICP固化土体的工程性质

（一）强度

表征MICP固化土强度特性的重要指标是无侧限抗压强度。土颗粒之间沉积的方解石凝胶对固化土强度起主要的作用。

方解石含量不断增加，沙柱的强度也出现不同程度的增长。由于方解石颗粒间存在着不同的分布，所以砂土的力学性能也有很大的差异。

（二）刚度

土体的刚度是力学性能指标，是表征材料用来抵抗弹性变形能力的。通过剪切模量和剪切波速来衡量土体的刚度。

（三）渗透性

土体的渗透性的高低主要是取决于微生物矿化所形成的方解石填充到土颗粒的孔隙中的情况。当方解石把松散的砂粒中大部分的孔隙都填满时，就会大大降低砂土的渗透性，并且能够封堵多孔材料。MICP固化砂体的强度达到一定值时，其渗透性才能够显著降低。

（四）耐久性

表征材料具有抵抗风力、水源、酸碱盐溶液等的侵蚀性是评价固化土体耐久性的重要指标。把菌液和胶结溶液喷洒在松散的矿砂表面进行胶结加固，能够使其表面形成坚硬的胶结层，这种胶结层经过动力触探和方解石含量的测试，能够起到一定的抗侵蚀能力。

三、影响微生物灌浆加固土体的因素

影响微生物灌浆加固的因素有很多，菌液及营养液的浓度，温度，酶活性，PH值，灌浆工艺和土粒的粒径等。长距离和大面积的土体的灌浆加固采用分步灌浆方法得以实现，但是仍然存在一定的缺陷，胶结砂体的强度仍然是不均匀的。造成这种现象的原因是尿素水解速率和胶结溶液供给速率之间没有达到很好的平衡。两者之间的平衡掌握好后，胶结体的强度分布就会很均匀。另外，通过实验进一步研究表明，灌浆速度合理，胶结浓度适宜以及分步循环灌浆方式等都能够提高胶结体的均匀性。而如果需要加固的砂基面积较大，可以使用灌注井和抽取井，能够使菌液和胶结溶液通过砂土的传输，对加固区域的空间分布进行改善，提高砂基的胶结均匀性。

砂土粒径的大小也影响了MICP的灌浆加固效果。砂土粒径的尺寸对微生物在砂土颗粒之间的滞留、吸附、传输都有一定的影响。微生物的粒径较小就会抑制微生物之间的传输，较大的话又使得微生物在砂粒间难以滞留和吸附，使得胶结液的灌注被冲走，方解石的沉積效率变低。

四、结语

综上所述，MICP灌浆技术是一种低碳环保的新型的加固技术，虽说这种技术取得了一定的成就，但是仍然需要进一步的完善，不断的研究，在微生物灌浆加固土体的均匀性和耐久性，土壤微生物的激发和微生物有害代谢产物最低化方面还需要进一步的优化。

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