(揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 揚(yáng)州 225009)

一、地基土常見(jiàn)問(wèn)題

由于我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)地質(zhì)環(huán)境層出不窮，土體力學(xué)特性也各不相同，故地基處理一直以來(lái)都是巖土工程領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。軟弱地基在工程中較為常見(jiàn)，例如淤泥質(zhì)土、吹填土、雜填土等[1]，這些軟弱地基土往往壓縮性較高，抗剪強(qiáng)度和承載力較低，抗液化性能較差。而近年來(lái)隨著我國(guó)城市化水平不斷增大以及 “一帶一路”戰(zhàn)略計(jì)劃的提出，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)提出更高的要求，對(duì)地基土的承載力、強(qiáng)度等特性的要求也在提高。因此采取行之有效的方法對(duì)地基土進(jìn)行改良變得尤為重要。

二、傳統(tǒng)的地基處理技術(shù)

地基處理技術(shù)的發(fā)展歷史悠久，按作用機(jī)理可大致分為物理處理和化學(xué)處理兩大類。其中，常見(jiàn)的物理處理方法包括換土墊層法、振沖擠密法、夯實(shí)法、堆載法、真空預(yù)壓法、加筋土法、深層攪拌樁法等等，這些方法都是通過(guò)改善土的一些物理性質(zhì)，例如增加土的密實(shí)度、固結(jié)度以及降低土的可壓縮性實(shí)現(xiàn)地基的改良。這些方法在一定程度上可有效增強(qiáng)土的強(qiáng)度、剛度和抗液化特性，但處理過(guò)程中往往伴隨大量人力物力的消耗，更重要的是，一些方法還會(huì)對(duì)土壤生態(tài)帶來(lái)永久性破壞；而化學(xué)方法處理地基，顧名思義，即向土體中注射特殊的化學(xué)藥劑實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的改良，這種方法起初收到了良好的效果，但不可避免地對(duì)生態(tài)環(huán)境甚至人體健康帶來(lái)嚴(yán)重危害。因此，亟需要找尋一種新型、低碳、環(huán)保的地基處理方法。

三、微生物礦化技術(shù)改良地基的方法

而與傳統(tǒng)的地面加固方法相比，微生物過(guò)程通常需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，其固化周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)可以持續(xù)不斷地誘導(dǎo)出碳酸鈣，這使得隨著固化進(jìn)程的推移，更多的土壤中產(chǎn)生了膠結(jié)物質(zhì)，一定程度上提高了固化土體的效率[4]。

圖1 全接觸柔性模具圖[8]

學(xué)者們?cè)趯?shí)驗(yàn)室階段利用MICP技術(shù)對(duì)土體加固時(shí)，主要通過(guò)注漿法和浸泡法兩種途徑。對(duì)于微生物注漿加固土體，由于在灌注漿液的過(guò)程中，隨著微生物礦化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，沉積物不斷析出，容易導(dǎo)致土體固化的不均勻性，以及在注漿孔處由于碳酸鈣堆積導(dǎo)致注漿孔堵塞，進(jìn)而達(dá)不到理想的注漿效果。針對(duì)這一問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別圍繞菌液濃度[5]、反應(yīng)液濃度[6]、反應(yīng)溫度[7]、注漿工藝[8]等因素對(duì)注漿加固土體效果的影響進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)注漿效果的初步優(yōu)化；而對(duì)于浸泡法，學(xué)者們大多采用圖1所示的全接觸柔性模具[8]，首先向待固化的土樣中加入菌液并混合均勻，之后將混合后的土樣填至土工布內(nèi)，縫上土工布上蓋，放入裝有尿素和氯化鈣的反應(yīng)器中浸泡一定天數(shù)后拆模，即完成固化。

另外，由于固化后土體往往破壞時(shí)表現(xiàn)為脆性破壞，有學(xué)者針對(duì)浸泡法加固土體提出改進(jìn)措施[9]，即在向土體中混入菌液的同時(shí)摻入一定量的聚丙烯纖維，研究結(jié)果表明，纖維加筋與MICP技術(shù)相輔相成，微生物礦化固化土樣在破壞時(shí)的脆性特點(diǎn)得到改善，殘余強(qiáng)度也得到極大的提高。

四、結(jié)論與研究展望

城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)地基土的承載力、強(qiáng)度等要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的地基處理方式在對(duì)地基土處理的同時(shí)會(huì)給土壤生態(tài)帶來(lái)一定影響。實(shí)踐證明，微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉積技術(shù)用于地基處理是可行的，將微生物成礦學(xué)與巖土工程相結(jié)合，在有效處理問(wèn)題地基土的同時(shí)避免了對(duì)地基土壤生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

微生物礦化技術(shù)在許多工程應(yīng)用中顯示出巨大潛力，然而，若要使該技術(shù)在工程應(yīng)用中發(fā)揮更多的作用，尚有很多研究工作需要進(jìn)行。需要在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中將該方法與傳統(tǒng)的地基處理方法進(jìn)行比較研究，特別是在環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)方面，從不同土自身的物理性質(zhì)出發(fā)，如粒度分布、級(jí)配、形狀等，具體落實(shí)到對(duì)不同土的改良效果評(píng)價(jià)，進(jìn)而評(píng)估其可行性并確定適用對(duì)象。此外，方解石沉淀物在改良土壤中的降解將會(huì)嚴(yán)重影響固化后土體的長(zhǎng)期強(qiáng)度。因此，微生物礦化技術(shù)改良地基土在耐候性、耐久性方面的表現(xiàn)也將是研究的重要課題。需要注意的是，由于地質(zhì)的復(fù)雜性，在選取地基處理方法時(shí)應(yīng)遵循因地制宜的原則，必要時(shí)可采取多種地基處理技術(shù)相結(jié)合的方法。