一种微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法

1.本发明涉及挤密桩领域，特别涉及一种微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法。


背景技术：

2.建筑垃圾中的废弃混凝土和废弃砌块一方面是拆除既有的旧建筑结构和新建建筑工程过程中产生的，还有就是由于地震、火灾等灾害造成的建筑物破坏产生的。如果能将废弃混凝土等建筑垃圾变废为宝，最大好处就是对生态环境的保护，降低了对天然砂石资源的开采，从而达到可持续发展的目标。
3.载体桩复合地基是以素载体桩施工为增强体实现桩土共同受力的复合地基处理技术，该技术既可应用于建筑地基处理(刚性基础)，也可应用于路基处理(柔性基础)。建筑中载体桩复合地基包括：刚性基础、褥垫层、素载体桩、桩间土；路基中载体桩复合地基包括：土工织物、褥垫层、素载体桩、桩间土。通过褥垫层调节桩顶处桩土位移的不同，实现桩土共同受力，既发挥载体桩单桩承载力，同时合理利用桩间土。为充分发挥载体桩较高的单桩承载力，将桩顶一定深度范围内进行扩顶，将上部更多的荷载通过单桩传递到深层土体。
4.与传统cfg桩复合地基相比，由于载体桩单桩承载力高，故复合地基承载力较cfg桩高；桩顶一定范围内扩顶，将更多荷载通过桩传递到桩端土体，桩端土体承载力和模量较浅层土高，有效减少地基沉降；比cfg桩节约成本10-30％。但随着工程质量要求不断提升，桩体结构强度也需要进一步提升。


技术实现要素：

5.鉴于此，本发明提出一种微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，解决上述问题。
6.本发明的技术方案是这样实现的：
7.一种微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，以建筑垃圾作为填料，向桩位的孔内填入建筑垃圾填料，同时加入菌液和胶结液混合物，建筑垃圾填料为废弃混凝土块粉碎制得，所述建筑垃圾填料由两种规格的建筑垃圾组成，粒径分别为15～25mm和3～5mm；所述菌液由尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌(providencia rettgeri)与巴氏芽孢杆菌(sporosar-cina pasteurii)制得。
8.优选地，所述建筑垃圾填料中15～25mm和3～5mm两种粒径的质量比为1:0.3～0.5。
9.优选地，按重量份计，每填入建筑垃圾填料1份，加入菌液和胶结液混合物0.3～0.4份。
10.优选地，所述菌液和胶结液混合物中菌液和胶结液的比例为0.4～0.6：0.8～1.2。
11.优选地，所述菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌的活菌
浓度依次为(4.5～5.5)*108cfu/g、(2～4)*108cfu/g、(1.5～2.5)*108cfu/g。
12.优选地，所述胶结液包括以下原料制得：氯化钙、尿素、椰子外皮粉、椰壳粉、碳酸铵、六偏磷酸钠和水。
13.优选地，所述胶结液包括以下重量份的原料制得：氯化钙8～12份、尿素4～6份、氯化钠0.1～0.2份、椰子外皮粉1.4～1.6份、椰壳粉0.8～1.2份、碳酸铵0.2～0.4份、六偏磷酸钠0.1～0.2份和水80～85份。
14.优选地，所述椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至80～100目。
15.优选地，所述椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至30～50目。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.(1)本发明搭配不同粒径的建筑垃圾填料为原料，采用尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌微生物固化建筑垃圾填料，有效提高微生物固化效果，提高所形成复合地基承载能力。
18.(2)本发明针对建筑垃圾填料，采用尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌组合，具有更高、更稳定的脲酶活性，提升微生物固化质量，增强桩体结构强度。
19.(3)本发明以氯化钙、尿素、椰子外皮粉、椰壳粉、碳酸铵、六偏磷酸钠和水制备胶结液，结合本发明的复配菌液，有效促进微生物固化效果，有助提升桩体承载力。
20.(3)本发明形成的复合地基承载能力较强，具有较高的使用价值；施工工艺简单易行，具有较高的施工质量保证率；施工效率高、工期短、速度快；在施工的过程中，不产生泥浆且填充料的材料为建筑垃圾，具有变废为宝、利于环保，节约工程造价，符合我国绿色发展的理念。
具体实施方式
21.为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
22.本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
23.本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
24.本发明所用菌种均购买所得，其中，
25.巴氏芽孢杆菌(sporosar-cina pasteurii)：广东省微生物菌种保藏中心，菌种编号gdmcc no.:1.803；
26.雷氏普罗威登斯菌(providencia rettgeri)：品牌atcc，货号atcc29944；
27.尿酸氧化节杆菌(arthrobacter uratoxydans)：品牌atcc，货号：atcc 21751；
28.现场所用菌液均采用常规方法进行室内无菌培养、离心浓缩、低温运输及现场扩大培养的方式获得。
29.实施例1微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法
30.(1)建筑垃圾填料制备：采用废弃混凝土块粉碎制得，分别粉碎制得两种规格的建筑垃圾填料，粒径分别为15～25mm和3～5mm，将两种粒径的建筑垃圾填料按照质量比为1：0.4混合，得到目标建筑垃圾填料，备用；
31.(2)菌液制备：以尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种混合制得菌液，菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种的活菌浓度依次为5.0*108cfu/g、3.0*108cfu/g、2.0*108cfu/g。
32.(3)胶结液制备：按照以下重量比例取原料：氯化钙10g、尿素5g、氯化钠0.15g、椰子外皮粉1.5g、椰壳粉1.0g、碳酸铵0.3g、六偏磷酸钠0.15g和水82g，混合后制得胶结液；其中椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至100目，椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至40目。
33.(4)施工工艺
34.1)清理、平整场地；
35.2)施工准备，进行施工放线、验线；检查并调试施工设备；
36.3)桩机就位，使重锤中心对准桩位中心；
37.4)锤击成孔，提起重锤，再自由下落，冲击地基土体成孔，至设计深度；
38.5)向孔内填0.2～0.3m3的建筑垃圾填料，再倒入0.2～0.3m3等体积的菌液和胶结液混合物(临用前，将菌液和胶结液按照体积比1：1混合)，再提起重锤，对填料进行多次夯击；
39.6)在标准夯击能量的作用下，实测重锤最后的一击贯入量，当不大于设计要求时，再重复第5)步工作；
40.7)重复步骤5)、6)，将桩孔夯填至地面。最终在地基中形成微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩。
41.8)成桩，设备移至下一根桩；
42.9)当全部成桩后，采用一定能量的平板夯对施工的区域的地面进行夯实；
43.10)在夯实后的地面再回填一层建筑垃圾填料和等体积的菌液和胶结液混合物，回填标高高于地表0.2m以上，之后提起平板夯一定高度，对地面微生物固化建筑垃圾填料垫层进行多次夯击，直至垫层与地表齐平。
44.最终在地基中形成微生物固化后建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基。
45.实施例2微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法
46.(1)建筑垃圾填料制备：采用废弃混凝土块粉碎制得，分别粉碎制得两种规格的建筑垃圾填料，粒径分别为15～25mm和3～5mm，将两种粒径的建筑垃圾填料按照质量比为1：0.3混合，得到目标建筑垃圾填料，备用；
47.(2)菌液制备：以尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种混合制得菌液，菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种的活菌浓度依次为4.5*108cfu/g、4.0*108cfu/g、1.5*108cfu/g。
48.(3)胶结液制备：按照以下重量比例取原料：氯化钙9g、尿素6g、氯化钠0.1g、椰子外皮粉1.4g、椰壳粉1.2g、碳酸铵0.2g、六偏磷酸钠0.1g和水82g，混合后制得胶结液；其中椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至100目，椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至40目。
49.(4)施工工艺与实施例1一致。
50.实施例3微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法
51.(1)建筑垃圾填料制备：采用废弃混凝土块粉碎制得，分别粉碎制得两种规格的建筑垃圾填料，粒径分别为15～25mm和3～5mm，将两种粒径的建筑垃圾填料按照质量比为1：0.3混合，得到目标建筑垃圾填料，备用；
52.(2)菌液制备：以尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种混合制得菌液，菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种的活菌浓度依次为5.5*108cfu/g、2.0*108cfu/g、2.5*108cfu/g。
53.(3)胶结液制备：按照以下重量比例取原料：氯化钙11g、尿素4g、氯化钠0.2g、椰子外皮粉1.5g、椰壳粉0.8g、碳酸铵0.4g、六偏磷酸钠0.1g和水82g，混合后制得胶结液；其中椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至100目，椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至40目。
54.(4)施工工艺与实施例1一致。
55.对比例1
56.在实施例1的基础上，主要调整的是建筑垃圾填料，采用单一粒径的建筑垃圾填料，具体方案为：
57.(1)建筑垃圾填料制备：采用废弃混凝土块粉碎至粒径为8～12mm，即得备用；
58.(2)菌液制备：以尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种混合制得菌液，菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种的活菌浓度依次为5.0*108cfu/g、3.0*108cfu/g、2.0*108cfu/g。
59.(3)胶结液制备：按照以下重量比例取原料：氯化钙10g、尿素5g、氯化钠0.15g、椰子外皮粉1.5g、椰壳粉1.0g、碳酸铵0.3g、六偏磷酸钠0.15g和水82g，混合后制得胶结液；其中椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至100目，椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至40目。
60.对比例2
61.在实施例1的基础上，主要调整的是菌液，采用单一的巴氏芽孢杆菌菌液，具体方案为：
62.(1)建筑垃圾填料制备：采用废弃混凝土块粉碎制得，分别粉碎制得两种规格的建筑垃圾填料，粒径分别为15～25mm和3～5mm，将两种粒径的建筑垃圾填料按照质量比为1：0.4混合，得到目标建筑垃圾填料，备用；
63.(2)菌液制备：采用单一的巴氏芽孢杆菌菌液，活菌浓度为10*108cfu/g。
64.(3)胶结液制备：按照以下重量比例取原料：氯化钙10g、尿素5g、氯化钠0.15g、椰子外皮粉1.5g、椰壳粉1.0g、碳酸铵0.3g、六偏磷酸钠0.15g和水82g，混合后制得胶结液；其中椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至100目，椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至40目。
65.(4)施工工艺与实施例1一致。
66.对比例3
67.在实施例1的基础上，主要调整的是胶结液，未加入椰子外皮粉、椰壳粉，具体方案为：
68.(1)建筑垃圾填料制备：采用废弃混凝土块粉碎制得，分别粉碎制得两种规格的建筑垃圾填料，粒径分别为15～25mm和3～5mm，将两种粒径的建筑垃圾填料按照质量比为1：0.4混合，得到目标建筑垃圾填料，备用；
69.(2)菌液制备：以尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种混合制得菌液，菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种的活菌浓度依次为5.0*108cfu/g、3.0*108cfu/g、2.0*108cfu/g。
70.(3)胶结液制备：按照以下重量比例取原料：氯化钙10g、尿素5g、氯化钠0.1g、秸秆粉2.6g、碳酸铵0.3g、六偏磷酸钠0.15g和水82g，混合后制得胶结液。
71.(4)施工工艺与实施例1一致。
72.对比例4
73.在实施例1的基础上，主要调整的是胶结液，调整胶结液中椰子外皮粉、椰壳粉、碳
酸铵、六偏磷酸钠添加量，具体方案为：
74.(1)建筑垃圾填料制备：采用废弃混凝土块粉碎制得，分别粉碎制得两种规格的建筑垃圾填料，粒径分别为15～25mm和3～5mm，将两种粒径的建筑垃圾填料按照质量比为1：0.4混合，得到目标建筑垃圾填料，备用；
75.(2)菌液制备：以尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种混合制得菌液，菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌三种菌种的活菌浓度依次为5.0*108cfu/g、3.0*108cfu/g、2.0*108cfu/g。
76.(3)胶结液制备：按照以下重量比例取原料：氯化钙10g、尿素5g、氯化钠0.15g、椰子外皮粉1.0g、椰壳粉1.7g、碳酸铵0.05g、六偏磷酸钠0.4g和水82g，混合后制得胶结液；其中椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至100目，椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至40目。
77.(4)施工工艺与实施例1一致。
78.试验例
79.(1)胶结后土样结构强度测试
80.采用超微型贯入仪smp-1对实施例1-3以及对比例1-4方法胶结后土样进行贯入试验，由探针在贯入土体过程的端头阻力反映土体结构强度。在贯入之前，利用模具底部开孔使水由下而上渗透，将试样饱和。每个试样选取不同的点(间隔2cm以上)进行三轮贯入试验，每次贯入深度为2cm，然后对结果取平均值。
81.结果如下表1：
[0082][0083][0084]
上述结果表明，采用本发明实施例1-3方法，明显提高胶结后土样贯入端应力，有助提高地基土体结构强度。其中，相比实施例1，对比例1-4的土样贯入端应力有所下降。本发明采用不同粒径组合建筑垃圾填料、采用本发明复配菌液，采用本发明的胶结液，均有利于提高地基土体结构强度。
[0085]
(2)挤密桩复合地基的承载能力测试
[0086]
对实施例1方法施工后形成挤密桩复合地基的承载能力进行测试。参考jgj106-2014《建筑基桩检测技术规范》，进行单桩竖向抗压静载试验。
[0087]
结果如下表2：
[0088] 单桩承载能力/kn
实施例1816.5
[0089]
由表2可见，按照本发明施工方法所得到的挤密桩，单桩承载能力具有较高幅度提升。
[0090]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，以建筑垃圾作为填料，向桩位的孔内填入建筑垃圾填料，同时加入菌液和胶结液混合物，建筑垃圾填料为废弃混凝土块粉碎制得，所述建筑垃圾填料由两种规格的建筑垃圾组成，粒径分别为15～25mm和3～5mm；所述菌液由尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌制得。2.根据权利要求1所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，所述胶结液包括以下原料制得：氯化钙、尿素、椰子外皮粉、椰壳粉、碳酸铵、六偏磷酸钠和水。3.根据权利要求2所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，所述胶结液包括以下重量份的原料制得：氯化钙8～12份、尿素4～6份、氯化钠0.1～0.2份、椰子外皮粉1.4～1.6份、椰壳粉0.8～1.2份、碳酸铵0.2～0.4份、六偏磷酸钠0.1～0.2份和水80～85份。4.根据权利要求1所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，所述建筑垃圾填料中15～25mm和3～5mm两种粒径的质量比为1:0.3～0.5。5.根据权利要求1所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，所述菌液中尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌的活菌浓度依次为(4.5～5.5)*108cfu/g、(2～4)*108cfu/g、(1.5～2.5)*108cfu/g。6.根据权利要求2所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，所述椰子外皮粉采用废弃椰子外皮粉碎至80～100目。7.根据权利要求1所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，所述椰壳粉采用废弃椰子壳粉碎至30～50目。8.根据权利要求1所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，按体积份计，每填入建筑垃圾填料1份，加入菌液和胶结液混合物0.8～1.2份。9.根据权利要求1所述的微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法，其特征在于，所述菌液和胶结液混合物中菌液和胶结液的体积比例为1：0.8～1.2。

技术总结
本发明提供一种微生物固化建筑垃圾填料等能量变形挤密桩复合地基施工方法。本发明施工方法以建筑垃圾作为填料，向桩位的孔内填入建筑垃圾填料，同时加入菌液和胶结液混合物，建筑垃圾填料为废弃混凝土块粉碎制得，所述建筑垃圾填料由两种规格的建筑垃圾组成，粒径分别为15～25mm和3～5mm；所述菌液由尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌制得。本发明搭配不同粒径的建筑垃圾填料为原料，采用尿酸氧化节杆菌、雷氏普罗威登斯菌与巴氏芽孢杆菌微生物固化建筑垃圾填料，有效提高微生物固化效果，提高所形成复合地基承载能力。提高所形成复合地基承载能力。


技术研发人员：王永卫 任继勋 胡俊 张明 周恒 许国扬
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/5