1.本实用新型涉及一种微生物诱导碳酸钙沉淀砂石复合桩加固结构，属于岩土工程技术领域领域。
背景技术：
2.自改革开放以来，我国社会基础设施建设迅猛发展，过程中导致源源不断大量的工程渣土的产生与堆积。我国许多基建工程量庞大的城镇，如天津、上海、宁波、广州、深圳等，由于地下空间的开发(基坑工程、隧道工程等)，挖出了大量粉质与黏质等富水的细粒工程渣土。这些渣土多数还是通过集中堆填的方式予以处理，形成了许多工程渣土边坡，不合理的、简易的工程渣土堆填易诱发渣土边坡变形破坏灾害，2015年12月20日我国深圳光明新区工程渣土填埋场垮塌重大安全事故即为典型案例。弱透水基底上的富水细粒工程渣土堆填体一方面难以排水固结，快速堆填也容易导致渣土深部产生异常超孔压，增加渣土堆体变形破坏的风险；另一方面填埋场常选在具有一定坡度的场地内堆填，堆填土与下伏基底之间的接触带通常表现为易导致滑坡变形的软弱带，这种场地内的不合理堆填渣土易诱发渣土体的滑坡破坏。
3.中国专利cn103669340a公开了一种聚氨酯砂石桩，该装置在地基中成孔，填筑砂石骨料，浇注聚氨酯反应原料浆，聚氨酯泡沫反应原料浆注射进砂石骨料后，瞬间发生反应，填充砂石骨料孔隙并固化成聚氨酯泡沫，在地基中砂石骨料与聚氨酯泡沫粘结所述的桩，该桩呈腰鼓状，具有单桩承载力高，工后沉降小，抗弯能力强，施工简单快捷，工期短，不会出现缩径、断桩质量事故等优点。但是该装置采用的聚氨酯泡沫为易爆剧毒材料，不利于环保和施工安全；且该装置的施工方法导致在工程现场时，很难对原位深埋且直径较大的砂石桩有效均匀地注射反应原料浆液。
4.中国专利cn108677912a公开了一种cfg芯砂石组合桩、其构成的复合地基及施工方法，该专利中的cfg芯砂石组合桩包括cfg芯以及包裹cfg芯的砂石外壳，其中砂石外壳由砂和碎石按体积比1～2：1组成。cfg芯砂石组合桩复合地基，其特征在于，包括软土地基、打入软土地基的cfg芯砂石组合桩、以及填筑在cfg芯砂石组合桩和软土地基上方的褥垫层，所述的褥垫层中设有土工格栅。该实用新型具有施工简便、成桩速度快、施工期间桩间土中超静孔隙水应力消散迅速，土体强度恢复快，缩短工期，工后沉降小，利用工业废料降低工程造价等特点。但是该桩体的抗剪切能力主要由其cfg芯承担，其外围骨料仍只具有传统砂石桩的促地基排水固结、提高地基竖向承载力的功能。
5.为了在不明显降低工程场地的岩土及水体的初始环境质量的前提下，降低弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡的变形破坏，特别是剪切变形破坏的风险，本实用新型提出将传统砂石桩技术与微生物诱导碳酸钙沉淀技术相结合，充分考虑弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡的工程实际，对工程废料进行再利用，在工程现场原位制作微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩，以促进富水细粒工程渣土边坡排水固结，提高边坡的整体地基承载力及其抗剪切变形能力，达到长期预防其发生宏观变形破坏的目的。
6.聚氨酯砂石桩采用的聚氨酯泡沫为易爆剧毒材料，不利于环保和施工安全；且该装置的施工方法导致在工程现场时，很难对原位深埋且直径较大的砂石桩有效均匀地注射反应原料浆液；
7.cfg芯砂石组合桩的抗剪切能力主要由其cfg芯承担，其外围骨料仍只具有传统砂石桩的促地基排水固结、提高地基竖向承载力的功能。
技术实现要素：
8.本实用新型的目的是提供一种微生物诱导碳酸钙沉淀砂石复合桩加固结构，本实用新型在不明显降低工程场地的岩土及水体的初始环境质量的前提下，可以降低弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡的变形破坏，特别是剪切变形破坏的风险。
9.为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：一种微生物诱导碳酸钙沉淀砂石复合桩加固结构，它包括弱渗透性基底，所述弱渗透性基底的顶部堆放有富水细粒工程渣土，所述富水细粒工程渣土的内部贯穿设置有微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩，所述微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩的底端穿过渣土与基底界面，并插入到弱渗透性基底一段长度。
10.所述微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩包括处于桩体轴心的中心管，所述中心管的外围，并沿着其高度方向由上至下依次包围设置有排水骨料段、排水胶结骨料段和胶结骨料段，所述排水骨料段、排水胶结骨料段和胶结骨料段通过微生物诱导碳酸钙沉淀方式予以胶结。
11.所述排水骨料段、排水胶结骨料段和胶结骨料段的砂石骨料采用资源化再利用颗粒级配区间合格的工程渣土料，所述排水骨料段、排水胶结骨料段和胶结骨料段的砂石骨料颗粒最大粒径不大于30mm，砂石骨料的组分均需符合环境质量行业规范。
12.所述工程渣土料包括废混凝土料或废砖块料。
13.所述排水骨料段的厚度至少为1m，砂石骨料选用级配处于粗砂至碎石区间砂石；
14.所述排水胶结骨料段自排水骨料段底部一直填充至渣土与基底界面，砂石骨料选用中砂；
15.所述胶结骨料段自富水细粒工程渣土的底层延伸至弱渗透性基底的内部，向下埋入长度不短于2m，砂石骨料选取细砂至中砂颗粒级配的砂石料。
16.所述微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩的直径控制在300mm～500mm。
17.所述中心管选用仅顶端开口的硬质pvc管，管内径处于15mm～30mm区间，管壁厚度在保证管体不会受工程现场中心管周边骨料段挤压发生明显变形的前提下，尽可能选厚度较小的pvc管；
18.所述中心管由上至下划分为上部的中心管排水段，中心管排水段上不布设管孔；
19.中间的中心管细孔径滤管段对应排水胶结骨料段，在中心管细孔径滤管段上沿轴线方向均匀交叉设置细管孔，以便于外部土体渗流进入和微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液通过该细管孔注射至管外骨料中；
20.下部的中心管粗孔径滤管段对应胶结骨料段，在胶结骨料段的管壁上沿轴线方向均匀交叉设置粗管孔。
21.所述中心管的外壁通过金属丝绕成螺旋形，以区隔外部缠绕的滤网，滤网设置两
层，内层滤网采用80目尼龙网或金属网，外层滤网采用3目至10目尼龙网或金属网，滤网外再绕一层粗金属丝；
22.微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩工程现场的平面布设采用等边三角形状，砂石桩间距设置为其直径的2.5～4.5倍。
23.通过微生物诱导碳酸钙沉淀技术在微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩的骨料颗粒间隙内生成微生物诱导碳酸钙沉淀胶结物团块。
24.本实用新型的有益效果：
25.本实用新型在不明显降低工程场地的岩土及水体的初始环境质量的前提下，可以降低弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡的变形破坏，特别是剪切变形破坏的风险。本实用新型提出将传统砂石桩技术与微生物诱导碳酸钙沉淀技术相结合，充分考虑了弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡的工程实际，对工程废料进行再利用，在工程现场原位制作微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩，以促进富水细粒工程渣土边坡排水固结，提高边坡的整体地基承载力及其抗剪切变形能力，达到长期预防其发生宏观变形破坏的目的。
26.本实用新型的主要改进点：
27.1、本实用新型一方面可利于弱透水性基底上富水细粒工程渣土层排水固结，另一方面可有效均匀地提高砂石桩桩体的力学强度，特别是抗剪切强度，以利于明显降低弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡的宏观破坏变形，尤其是剪切破坏变形的风险。并且，这种力学强度增高可按照现场实际，逐步递进微生物诱导碳酸钙沉淀工程注浆处理，不需要一次性完成。
28.2、本实用新型所采用的材料及产生的组分不含易燃易爆或剧毒物质，均为环境友好型材料，可对符合要求的中粗粒工程渣土进行资源化利用。
29.3、不同于一般化学胶结物进入土体孔隙后会快速胶结土粒，封闭渗流通道，降低土体总体渗透性能，微生物诱导碳酸钙沉淀技术的微生物诱导碳酸钙沉淀需要时间过程，在工程现场条件下，根据工程场地及微生物诱导碳酸钙沉淀技术施工的差异，该过程一般可持续一天以上，这有利于微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液充分在目标土体中扩散，从而较均匀地对目标区土体进行胶结。
30.4、本实用新型除了有利于预防弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡变形破坏的功能，还能通过中心管对工程场地的地下水水位进行长期监测。
附图说明
31.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
32.图1为本实用新型工程现场剖面布设结构示意图。
33.图2本实用新型剖面结构示意图((a)单桩现场布设结构剖面示意图；(b)中心管结构示意图)。
34.图3为本实用新型中心管管孔布设结构示意图。
35.图4为本实用新型填料结构示意图((a)未经微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理的填料结构示意图；(b)经微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理后的填料结构示意图)。
36.图5为本实用新型工程现场平面布设结构示意图。
37.图6为本实用新型微生物诱导碳酸钙沉淀处理操作示意图((a)疏干中心管积水操
作示意图；(b)注射工程浆液操作示意图)。
38.图中：1-弱渗透性基底；2-富水细粒工程渣土；3-微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩；4-渣土与基底界面；5-中心管；6-排水骨料段；7-排水胶结骨料段；8-胶结骨料段；9-中心管排水段；10-中心管细孔径滤管段；11-中心管粗孔径滤管段；12-细管孔；13-粗管孔；14-内层金属丝；15-滤网；16-外层金属丝；17-骨料颗粒；18-微生物诱导碳酸钙沉淀胶结物团块；19-抽水管；20-抽水装置；21-软胶管；22-注射装置；23-微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液。
具体实施方式
39.下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
40.实施例1：
41.参见图1-6，一种微生物诱导碳酸钙沉淀砂石复合桩加固结构，它包括弱渗透性基底1，所述弱渗透性基底1的顶部堆放有富水细粒工程渣土2，所述富水细粒工程渣土2的内部贯穿设置有微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩3，所述微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩3的底端穿过渣土与基底界面4，并插入到弱渗透性基底1一段长度。此加固结构用于长期环保地预防弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡宏观变形破坏，融合了传统砂石桩技术和微生物诱导碳酸钙沉淀技术。
42.进一步的，所述微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩3包括处于桩体轴心的中心管5，所述中心管5的外围，并沿着其高度方向由上至下依次包围设置有排水骨料段6、排水胶结骨料段7和胶结骨料段8，所述排水骨料段6、排水胶结骨料段7和胶结骨料段8通过微生物诱导碳酸钙沉淀方式予以胶结。
43.进一步的，所述排水骨料段6、排水胶结骨料段7和胶结骨料段8的砂石骨料采用资源化再利用颗粒级配区间合格的工程渣土料，所述排水骨料段6、排水胶结骨料段7和胶结骨料段8的砂石骨料颗粒最大粒径不大于30mm，砂石骨料的组分均需符合环境质量行业规范。
44.进一步的，所述工程渣土料包括废混凝土料或废砖块料。
45.进一步的，所述排水骨料段6的厚度至少为1m，砂石骨料选用级配处于粗砂至碎石区间砂石；所述排水胶结骨料段7自排水骨料段6底部一直填充至渣土与基底界面4，砂石骨料选用中砂；所述胶结骨料段8自富水细粒工程渣土2的底层延伸至弱渗透性基底1的内部，向下埋入长度不短于2m，砂石骨料选取细砂至中砂颗粒级配的砂石料。
46.排水骨料段6设置是考虑到富水细粒土在经地表充分排水后，易形成1m厚左右的硬壳层，故该埋深区间无需特别通过砂石桩横向排水，且该深度的土体难单独构成宏观剪切变形破坏问题，其抗剪切强度无需特别得到提高。
47.排水胶结骨料段7一方面有利于促进渣土体的排水，另一方面中砂骨料较有利于保证微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理后充分提高桩体抗剪强度。
48.胶结骨料段8这样利于微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理后充分提高桩体的抗剪切能力。
49.进一步的，所述微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩3的直径控制在300mm～500mm。
50.进一步的，为充分促进渣土堆的排水固结和桩体整体强度的提升，且不能明显增
加工程成本，所述中心管5选用仅顶端开口的硬质pvc管，管内径处于15mm～30mm区间，管壁厚度在保证管体不会受工程现场中心管周边骨料段挤压发生明显变形的前提下，尽可能选厚度较小的pvc管；所述中心管5由上至下划分为上部的中心管排水段9，中心管排水段9上不布设管孔；中间的中心管细孔径滤管段10对应排水胶结骨料段7，在中心管细孔径滤管段10上沿轴线方向均匀交叉设置细管孔12，以便于外部土体渗流进入和微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液通过该细管孔12注射至管外骨料中；下部的中心管粗孔径滤管段11对应胶结骨料段8，在胶结骨料段8的管壁上沿轴线方向均匀交叉设置粗管孔13。
51.进一步的，细管孔12孔径为2.5mm，以便于外部土体渗流进入和微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液通过该管孔注射至管外骨料中；粗管孔13孔径为4mm，以便于外部土体渗流进入和微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液通过该管孔注射至管外骨料中。
52.进一步的，所述中心管5的外壁通过金属丝14绕成螺旋形，以区隔外部缠绕的滤网15，滤网15设置两层，内层滤网采用80目尼龙网或金属网，外层滤网采用3目至10目尼龙网或金属网，滤网外再绕一层粗金属丝16；微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩3工程现场的平面布设采用等边三角形状，砂石桩间距设置为其直径的2.5～4.5倍。
53.进一步的，通过微生物诱导碳酸钙沉淀技术在微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩3的骨料颗粒17间隙内生成微生物诱导碳酸钙沉淀胶结物团块18。
54.本实用新型的机理为：
55.微生物诱导碳酸钙沉淀技术的理论机理可通过公式1和公式2表征：
[0056][0057][0058]
微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液由尿素浆液、钙源浆液和微生物浆液组成。钙源浆液为二价钙离子溶液，如氯化钙或乙酸钙等易溶于水的二价钙离子化合物的水溶液，该溶液现场应用前需要通过弱酸或弱碱将其ph调节到6.5至7.0区间，25℃测值，钙源浆液的二价钙离子浓度宜调节于0.25mol/l至0.3mol/l。尿素溶液中尿素的摩尔浓度应保持与钙源浆液中二价钙离子浓度一致。考虑到本实用新型的应用环境为地下深处，可能面临缺氧条件，微生物浆液中的微生物可采用环境友好型的兼性厌氧型巴氏芽孢杆菌，微生物浆液ph值宜调节于9.5左右，25℃测值，菌液浓度宜高于1
×
105cfu/ml。
[0059]
进一步的，所述结构旨在应用于弱透水性基底上富水细粒工程渣土边坡，所处理的细粒工程渣土层厚度不宜小于4m。
[0060]
进一步的，所述排水骨料段、排水胶结骨料段和胶结骨料段在微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩中组合分布，应根据所处理的细粒工程渣土边坡及其下伏弱透水性基底的实际予以设定。
[0061]
进一步的，所述中心管针对场地探明的渣土体与下伏基底之间的接触带以及其他软弱区段，管孔布设密度可按需加密。
[0062]
进一步的，所述微生物菌液在20℃至40℃区间时工程效能最佳，故本技术现场应用时，应保证微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理环节的气温处于20℃至40℃区间。
[0063]
进一步的，所述微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液是通过注射装置通过软胶管联通中心管顶端口，将浆液借助中心管注射到桩体骨料孔隙中。注射工程浆液前，需通过将一细
硬胶管从中心管顶口插入至其底部，将其中积水抽干至中心管内短时间内不会迅速产生明显积水状态，再开始注射工程浆液。工程浆液的注射宜根据场地现场状况和工程需求操作，先通过中心管向桩体骨料孔隙中注射足量微生物浆液，静置若干小时使菌液能充分进入骨料；再通过中心管低速注入所需的钙源浆液，使其充分进入骨料间隙；最后通过中心管低速注入所需的尿素浆液，使其充分进入骨料间隙；再静置。用于注射三种工程浆液的注射器不能混用。
[0064]
进一步的，所述微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理后的砂石桩的强度的提升效果，可通过对比处理前后，中心管内的积水速率和稳定水头予以判断。微生物诱导碳酸钙沉淀处理后中心管内积水速率越小，稳定水位埋深越大，代表砂石桩的强度提升程度越高。微生物诱导碳酸钙沉淀技术注浆后，可通过测试分析中心管中抽出水体中的微生物浓度、二价钙离子浓度及尿素浓度，结合关于桩体强度提升程度的判断，可对进一步微生物诱导碳酸钙沉淀注浆与否进行决策。
[0065]
实施例2：
[0066]
一种微生物诱导碳酸钙沉淀砂石复合桩加固结构的施工方法：
[0067]
进行微生物诱导碳酸钙沉淀处理前，需通过将一细硬胶抽水管19从中心管5顶口插入至其底部，外连抽水装置20，将其中积水抽干至中心管5内短时间内不会迅速产生明显积水状态，再开始微生物诱导碳酸钙沉淀技术处理；
[0068]
通过软胶管21将注射装置22与中心管5顶端口相连，将微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液23装在注射装置22中，借助中心管5注射到微生物诱导碳酸钙沉淀强化砂石桩3的骨料颗粒17间的孔隙中；
[0069]
微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液23包含尿素浆液、钙源浆液和微生物浆液；
[0070]
钙源浆液为二价钙离子溶液，需通过弱酸或弱碱将其ph调节到6.5至7.0区间；钙源浆液的二价钙离子浓度宜调节于0.25mol/l至0.3mol/l；尿素溶液中尿素的摩尔浓度应保持与钙源浆液中二价钙离子浓度一致；微生物浆液中的微生物采用环境友好型的兼性厌氧型巴氏芽孢杆菌，微生物浆液ph值调节于9.4～9.6，菌液浓度高于1
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105cfu/ml；
[0071]
微生物诱导碳酸钙沉淀工程浆液23的注射根据场地现场状况和工程需求实施，先通过中心管5向骨料颗粒17间的孔隙中注射足量微生物浆液，静置若干小时待菌液能充分进入骨料颗粒17间的孔隙；再通过中心管5低速注入所需的钙源浆液，使其充分进入骨料颗粒17间的孔隙；最后通过中心管5低速注入所需的尿素浆液，使其充分进入骨料颗粒17间的孔隙；再静置养护。