微生物矿化技术改良地基的研究进展

(扬州大学建筑科学与工程学院 江苏 扬州 225009)

一、地基土常见问题

由于我国幅员辽阔，各地区地质环境层出不穷，土体力学特性也各不相同，故地基处理一直以来都是岩土工程领域的一个重要研究课题。软弱地基在工程中较为常见，例如淤泥质土、吹填土、杂填土等[1]，这些软弱地基土往往压缩性较高，抗剪强度和承载力较低，抗液化性能较差。而近年来随着我国城市化水平不断增大以及 “一带一路”战略计划的提出，国家对基础设施的建设提出更高的要求，对地基土的承载力、强度等特性的要求也在提高。因此采取行之有效的方法对地基土进行改良变得尤为重要。

二、传统的地基处理技术

地基处理技术的发展历史悠久，按作用机理可大致分为物理处理和化学处理两大类。其中，常见的物理处理方法包括换土垫层法、振冲挤密法、夯实法、堆载法、真空预压法、加筋土法、深层搅拌桩法等等，这些方法都是通过改善土的一些物理性质，例如增加土的密实度、固结度以及降低土的可压缩性实现地基的改良。这些方法在一定程度上可有效增强土的强度、刚度和抗液化特性，但处理过程中往往伴随大量人力物力的消耗，更重要的是，一些方法还会对土壤生态带来永久性破坏；而化学方法处理地基，顾名思义，即向土体中注射特殊的化学药剂实现对土体的改良，这种方法起初收到了良好的效果，但不可避免地对生态环境甚至人体健康带来严重危害。因此，亟需要找寻一种新型、低碳、环保的地基处理方法。

三、微生物矿化技术改良地基的方法

而与传统的地面加固方法相比，微生物过程通常需要相对较长的时间，其固化周期较长的特点可以持续不断地诱导出碳酸钙，这使得随着固化进程的推移，更多的土壤中产生了胶结物质，一定程度上提高了固化土体的效率[4]。

图1 全接触柔性模具图[8]

学者们在实验室阶段利用MICP技术对土体加固时，主要通过注浆法和浸泡法两种途径。对于微生物注浆加固土体，由于在灌注浆液的过程中，随着微生物矿化反应的不断进行，沉积物不断析出，容易导致土体固化的不均匀性，以及在注浆孔处由于碳酸钙堆积导致注浆孔堵塞，进而达不到理想的注浆效果。针对这一问题，国内外学者分别围绕菌液浓度[5]、反应液浓度[6]、反应温度[7]、注浆工艺[8]等因素对注浆加固土体效果的影响进行研究，实现对注浆效果的初步优化；而对于浸泡法，学者们大多采用图1所示的全接触柔性模具[8]，首先向待固化的土样中加入菌液并混合均匀，之后将混合后的土样填至土工布内，缝上土工布上盖，放入装有尿素和氯化钙的反应器中浸泡一定天数后拆模，即完成固化。

另外，由于固化后土体往往破坏时表现为脆性破坏，有学者针对浸泡法加固土体提出改进措施[9]，即在向土体中混入菌液的同时掺入一定量的聚丙烯纤维，研究结果表明，纤维加筋与MICP技术相辅相成，微生物矿化固化土样在破坏时的脆性特点得到改善，残余强度也得到极大的提高。

四、结论与研究展望

城市基础设施建设对地基土的承载力、强度等要求越来越高，传统的地基处理方式在对地基土处理的同时会给土壤生态带来一定影响。实践证明，微生物诱导碳酸盐沉积技术用于地基处理是可行的，将微生物成矿学与岩土工程相结合，在有效处理问题地基土的同时避免了对地基土壤生态系统的破坏。

微生物矿化技术在许多工程应用中显示出巨大潜力，然而，若要使该技术在工程应用中发挥更多的作用，尚有很多研究工作需要进行。需要在现场试验中将该方法与传统的地基处理方法进行比较研究，特别是在环境影响和经济方面，从不同土自身的物理性质出发，如粒度分布、级配、形状等，具体落实到对不同土的改良效果评价，进而评估其可行性并确定适用对象。此外，方解石沉淀物在改良土壤中的降解将会严重影响固化后土体的长期强度。因此，微生物矿化技术改良地基土在耐候性、耐久性方面的表现也将是研究的重要课题。需要注意的是，由于地质的复杂性，在选取地基处理方法时应遵循因地制宜的原则，必要时可采取多种地基处理技术相结合的方法。