一种微生物固化试剂盒及原位固化钙质砂的方法
阅读：992发布：2020-06-11
专利汇可以提供一种微生物固化试剂盒及原位固化钙质砂的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 微 生物 固化 试剂 盒 及原位固化 钙 质砂的方法，属于地质工程-微生物交叉学科领域。本发明的一种微生物固化试剂盒，用于原位固化钙质砂，包括：含有 羧酸 的第一组分；含有能产生脲酶的微生物的第二组分；含有尿素和 营养液 的第三组分。微生物原位固化钙质砂的方法，包括采用上述第一组分将钙质砂部分溶解的步骤。本发明能够在钙质 砂土 体原位或就近区域砂土中高效获取钙源，进而与微生物反应沉积 碳 酸钙，实现原位固化效果。，下面是一种微生物固化试剂盒及原位固化钙质砂的方法专利的具体信息内容。
1.一种微生物固化试剂盒，用于原位固化钙质砂，其特征在于，包括：含有羧酸的第一组分；含有能产生脲酶的微生物的第二组分；含有尿素和营养液的第三组分。
2.根据权利要求1所述的微生物固化试剂盒，其特征在于，所述第一组分的羧酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸中的一种或几种有机弱酸。
3.根据权利要求1所述的微生物固化试剂盒，其特征在于，所述第二组分包括产脲酶细菌和液体培养基的混合液。
4.一种微生物原位固化钙质砂的方法，其特征在于，包括采用权利要求1或2所述第一组分将钙质砂部分溶解的步骤。
5.根据权利要求4所述的微生物原位固化钙质砂的方法，其特征在于，所述原位固化钙质砂的方法具体为：
1)将第一组分喷淋在钙质砂表面；
2)将经活化的第二组分喷淋至步骤1)处理后的砂体；
3)将第三组分喷淋至经步骤2)处理后的砂体。
6.根据权利要求5所述的微生物原位固化钙质砂的方法，其特征在于，原位固化钙质砂的方法还可以采用通过注浆孔注浆方式，或采用喷淋与注浆孔注浆结合的方式代替上述喷淋各个组分的步骤。
7.根据权利要求4所述的微生物原位固化钙质砂的方法，其特征在于，所述原位固化钙质砂的方法具体为：
1)现场获取钙质砂，采用第一组分浸泡所取钙质砂并均匀搅拌以获取钙离子，过滤后将上清液沿注浆孔注入目标区域钙质砂体上，保持特定时间，等待钙离子扩散；
2)在目标区域钙质砂体布置注浆孔，将经活化的第二组分沿注浆孔注入目标区域钙质砂体的注浆孔；
3)将第三组分沿注浆孔注入至经步骤2)处理后的钙质砂体。
8.根据权利要求5或7所述的微生物原位固化钙质砂的方法，其特征在于，所述钙质砂为粒径大于0.50mm的颗粒含量超过全重50％、粒径大于2mm的颗粒含量少于全重25％的粗砂或粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50％、粒径大于0.50mm的颗粒含量少于全重50％的中砂，或粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85％、粒径大于0.25mm的颗粒含量小于全重50％的细砂或粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50％、小于全重85％的粉砂。
9.根据权利要求8所述的微生物原位固化钙质砂的方法，其特征在于，步骤1)中所述上清液钙离子浓度0.1～1.5mol/L。
10.根据权利要求4～7或9中任意一项所述的微生物原位固化钙质砂的方法，其特征在于，步骤1)中所述第一组分为质量浓度为5～25％的乙酸。
一种微生物固化试剂盒及原位固化钙质砂的方法
技术领域
[0001] 本发明属于地质工程-微生物交叉学科领域，更具体地说，涉及一种微生物固化试剂盒及原位固化钙质砂的方法。
背景技术
[0002] 微生物矿化作用在自然界中广泛存在，某些微生物能够利用自身的生理活动或新陈代谢在体外诱导生成多种矿物，这些结晶产物对岩土体物理力学性质会产生一定的影响，近年来被地质工程学界广泛关注。由于方解石性质较为稳定，具有较好的强度和耐久性，可以很好的固化砂土，因而微生物诱导生成碳酸钙沉积(Microbial induced calcium carbonate precipitation，简称MICP)一直是微生物岩土技术研究的热点。MICP方法利用一些特定的产脲酶细菌，例如巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)，在碱性环境中水解尿素产生CO32-，通过为之提供富含钙离子(Ca2+)的营养盐，快速析出具有优异胶结作用的碳酸钙结晶，沉淀填满相邻砂土颗粒之间的孔隙，从而将松散的砂粒团聚成块状固体。该技术成本低、见效快、无污染，最早应用于多孔介质材料的堵漏，随后被推广应用到修复石质材料和水泥基材料的表面裂缝缺陷中，而关于土体加固的研究起步较晚。
[0003] 在岛礁开发建设过程中，不可避免地会遇到钙质砂地层，因其力学性质差，地基承载力低，不能满足正常的工程施工要求，必须对钙质砂体进行加固改良处理。传统地基加固方法是利用机械能或人造材料对土体进行物理或化学加固，物理加固方法包括强夯地基、换土垫层、设水泥搅拌桩等措施，施工工期长、成本耗费高，且需要场地支持大型机械设备的展开，在很多情况下的应用受到限制。而化学加固方法即向目标岩土体灌注化学浆液，但因灌浆材料大多有强碱性和生物毒性，固化后的岩土体无法生长植被，对环境危害过大。
[0004] 公开号为CN 108718586 A的现有技术公开了一种利用再生钙源通过微生物诱导碳酸钙沉淀固化砂土的方法，包括如下步骤：S1：培养液的制备；S2：菌液的制备；S3：再生钙源营养液制备；S4：生物砂浆制备。其中，再生钙源采用的是厨余来源的生蚝壳、扇贝壳和鸡蛋壳，该现有技术利用上述来源的再生钙源经过酸洗获取钙离子，应用到固化砂土技术中，利用了厨余废物，还能对砂土进行加固和固化，获得的材料的强度和形貌均良好，相比较现有技术中采用的化学分析钙，成本大大降低，经济性和环保效果较好。
发明内容
[0005] 1.要解决的问题
[0006] 现有技术中虽然能够通过添加再生钙源的方法降低MICP成本，但是仍处于实验室研究阶段，在实际施工过程中，现有技术获取的再生钙源难以保证持续、足量的供给，针对这一问题，本发明提供一种微生物固化试剂盒及原位固化钙质砂的方法，能够在钙质砂土体原位或就近区域砂土中高效获取钙源，进而与微生物反应沉积碳酸钙，实现原位固化效果。
[0007] 2.技术方案
[0008] 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0009] 目前尚无将MICP技术与钙质砂原位胶结加固相结合的先例，利用砂体自身特性进行MICP，可以在钙质砂地基中形成具有一定强度的胶结硬化壳层，提升了钙质砂作为建/构筑物地基时的工程稳定性及安全性。
[0010] 一种微生物固化试剂盒，用于原位固化钙质砂，包括：含有羧酸的第一组分；含有能产生脲酶的微生物的第二组分；含有尿素和营养液的第三组分。第一组分的作用主要有两个方面：其一，含酸的第一组分与富含碳酸钙的钙质砂发生酸解反应，原位生产后续MICP过程所需的钙离子，省去了额外添加钙盐作为钙源的成本；其二，第一组分与钙质砂酸解反应过程中可以逐渐扩大砂土内部的孔隙，制造渗透的通道，有利于后续MICP过程中微生物在砂土体中的均匀分散定植。
[0011] 优选地，所述第一组分的羧酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、乳酸中的一种或几种有机弱酸，这些酸成本较低、反应产物对环境基本没有影响。
[0012] 优选地，所述第二组分包括产脲酶细菌和液体培养基的混合液。
[0013] 优选地，所述产脲酶细菌为巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcinapasteurii)，保藏编号为ATCC11859。巴氏芽孢八叠球菌是一种自然土壤中富含的嗜碱性细菌，产生的脲酶能将固定液中的尿素快速水解生成碳酸根离子和铵根离子，逐渐升高土体中的pH,更加有利于碳酸钙沉积反应的正向进行。细菌培养基采用酵母浸提物20g/L，硫酸铵10g/L，0.13molTris-Buffer 15.73g/L，呈弱碱性，相比现有技术《微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究》中采用胰蛋白胨10～20g/L、氯化钠10～20g/L及尿素20g/L的中性混合液作为培养液，本发明中的弱碱性营养液更适合微生物的生长繁殖，能够预先创造一个适宜产脲酶细菌活动的环境。
[0014] 优选地，所述产脲酶细菌的液体培养基配方为：酵母浸提物20g/L，硫酸铵10g/L，0.13molTris-Buffer 15.73g/L。
[0015] 优选地，所述营养液含营养肉汤(蛋白胨：10g/L；氯化钠：5g/L；牛肉粉：3g/L)3g/L。所述营养肉汤选购自Oxoid供应商，英文名称Nutrient Broth，型号为M1168。其作用为维持微生物在砂土中定植后生长繁殖、诱导矿化所需的营养养分供给。
[0016] 一种微生物原位固化钙质砂的方法，包括采用上述第一组分将钙质砂部分溶解的步骤。其中，可以仅溶解浅表层钙质砂，也可以根据实际施工情况对一定深度的钙质砂进行部分溶解。
[0017] 优选地，所述原位固化钙质砂的方法具体为：
[0018] 1)将第一组分喷淋在钙质砂表面；
[0019] 2)将经活化的第二组分喷淋至步骤1)处理后的砂体；
[0020] 3)将第三组分喷淋至经步骤2)处理后的砂体。
[0021] 步骤1)中喷淋酸的具体下渗深度与喷淋量、砂土颗粒粒径、孔隙度、含水量等有关，第一组分中羧酸为乙酸时，乙酸会先溶解浅表层的砂颗粒，随着反应物消耗及范围扩散，溶解能力变弱，在保持期间一般会携带前期溶解的钙离子下渗2～5m左右；以上步骤使2+
富含碳酸钙的钙质砂在酸性环境下分解产生足量的钙离子(Ca )，并随着溶液的向下渗流逐渐扩散，可以促进细胞表面为负电荷的产脲酶细菌在土体中吸附和定植，并为之后的MICP过程创造物质基础；同时，随着酸溶液下渗，浅表层沿途部分砂颗粒的溶解也导致砂土体孔隙增多，有利于后续过程微生物菌液和固定液下渗，形成更厚的固化层。
富含碳酸钙的钙质砂在酸性环境下分解产生足量的钙离子(Ca )，并随着溶液的向下渗流逐渐扩散，可以促进细胞表面为负电荷的产脲酶细菌在土体中吸附和定植，并为之后的MICP过程创造物质基础；同时，随着酸溶液下渗，浅表层沿途部分砂颗粒的溶解也导致砂土体孔隙增多，有利于后续过程微生物菌液和固定液下渗，形成更厚的固化层。
[0022] 优选地，步骤1)喷淋结束后保持12～24h，步骤2)喷淋结束后保持0.5～2h，步骤3)喷淋结束后保持6～24h。
[0023] 优选地，原位固化钙质砂的方法还可以采用通过注浆孔注浆方式，或采用喷淋与注浆孔注浆结合的方式代替上述喷淋各个组分的步骤。
[0024] 优选地，重复进行1～2次步骤1)，使乙酸在钙质砂体中充分渗透和反应。
[0025] 优选地，对地基承载力和稳定性要求较高的大型建筑工程，重复3～5次步骤2)和步骤3)，并等待自然胶结完成。
[0026] 优选地，对于滨海步行道、防尘壳等小规模场地改造工程，重复2～4次步骤3)和步骤4)。
[0027] 重复喷淋的步骤具体为，先喷淋一次微生物菌液，等待菌液下渗完成后，多次喷淋含有尿素和营养液的第三组分，或交替重复多次喷淋细菌液与含有尿素和营养液的第三组分。
[0028] 优选地，所述步骤1)至步骤3)的操作现场环境温度为20～40℃，该温度范围有利于最优地保持微生物的活性，确保反应的正向发生，且施工阶段不能淋雨，若出现施工后24小时内遭受淋雨，需进行强度测试，必要时采取二次喷淋补强措施。
[0029] 优选地，所述原位固化钙质砂的方法具体为：
[0030] 1)现场获取钙质砂，采用第一组分浸泡所取钙质砂并均匀搅拌以获取钙离子，过滤后将上清液沿注浆孔注入目标区域钙质砂体上，保持特定时间，等待钙离子扩散；
[0031] 2)在目标区域钙质砂体布置注浆孔，将经活化的第二组分沿注浆孔注入目标区域钙质砂体的注浆孔；
[0032] 3)将第三组分沿注浆孔注入至经步骤2)处理后的钙质砂体。
[0033] 优选地，所述钙质砂为粒径大于0.50mm的颗粒含量超过全重50％、粒径大于2mm的颗粒含量少于全重25％的粗砂，或粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50％、粒径大于0.50mm的颗粒含量少于全重50％的中砂，或粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85％、粒径大于0.25mm的颗粒含量小于全重50％的细砂，或粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重
50％、小于全重85％的粉砂。其中，砂的分类来源《建筑地基基础设计规范》)(GB50007-
2011)，表4.1.7砂土的分类。
50％、小于全重85％的粉砂。其中，砂的分类来源《建筑地基基础设计规范》)(GB50007-
2011)，表4.1.7砂土的分类。
[0034] 优选地，步骤1)中所述上清液钙离子浓度0.1～1.5mol/L。过高的浓度会影响细菌活性，或者胶结反应过快，表层胶结后后续渗透无法继续完成。
[0035] 优选地，步骤1)中所述第一组分为质量浓度为5～25％的乙酸。高浓度的酸效率不会增长太多，造成成本提高浪费。
[0036] 优选地，步骤1)中所述注浆孔内径0.1～0.5m，孔深0.1～1.0m，相邻注浆孔间隔1.0～2.0m。可根据实际情况扩大或缩小注浆孔内径以及调整孔深及间隔。
[0037] 优选地，步骤3)中所述尿素与钙离子摩尔浓度为1:1。
[0038] 优选地，步骤3)中所述尿素含量为60.06g/L。
[0040] 优选地，采用分光光度计控制产脲酶细菌菌液浓度，即波长设定为600nm时吸光值为1.0～2.0(OD600)，采用电导率仪控制菌液脲酶活性水平为1.8～2.0mS/(cm·min-1)。所述电导率仪检测脲酶活性具体方法为：在室温条件下，取5mL培养24h后的产脲酶细菌菌液，加入45mL1.6mol/L的尿素溶液混合，利用电导率仪检测混合液电导率变化，每间隔5min记录一次数据，推算出单位时间内细菌脲酶水解的尿素量，并使用单位分钟脲酶水解的尿素量表示脲酶活性。
[0041] 3.有益效果
[0042] 相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0043] (1)本发明的一种用于原位固化钙质砂的微生物固化试剂盒，采用了含有酸的第一组分；能够将目标区域浅表层钙质砂溶解，在砂土体表层原位生成钙离子，既省去了额外添加钙离子的成本，又能够增大砂土体孔隙通道，解决了微生物菌液沿砂体深度方向下渗、扩散的问题，有利于第二组分中微生物的定植；
[0044] (2)本发明中第一组分中酸优选羧酸中的乙酸，其原因在于，强酸会造成砂体酸解过快，易发生砂体的塌陷；同时相对于盐酸、硫酸、硝酸等强酸，乙酸等羧酸可以避免额外引入Cl-、SO42-、NO3-等危害生态环境和工程安全的化学元素进入胶结体；该溶解过程产生的乙酸钙钙源可以保证MICP产生结构稳定、咬合紧密的针状碳酸钙，既减少了固化液原材料成本，方便施工，又可以增强固化效果，一举多得；
[0045] (3)本发明的微生物原位固化钙质砂的方法，包括采用上述第一组分将钙质砂部分溶解的步骤，虽然酸能够溶解碳酸钙是公知常识，但先前的MICP技术思路均为采用外加钙离子在微生物作用下生成碳酸钙，而本发明利用钙质砂天然含钙率高的特点，首先将目标区域浅表层部分钙质砂中的碳酸钙逐渐溶解，再补充产脲酶微生物和尿素在原位生成具有胶结作用的碳酸钙，这一思路尚未应用于MICP技术中；
[0046] (4)本发明针对传统砂土地基固化技术中伴随的场地限制和环境污染等技术问题，将地基处理和MICP技术充分结合，考虑到不同的场地条件(如钙质砂颗粒级配)和不同的工程建设目的，分别提出了针对性处理方案，对症下药；
[0047] (5)本发明采用乙酸溶解钙质砂就地获取钙源的方法，对于需要较深的地下基础的大型工程，采用通过注浆孔的注浆法，就地取砂与乙酸混合搅拌，制备含钙离子的上清液再注入目标区域钙质砂体中；对于小型工程，不需要基础，只要一层硬化壳的工况，采用喷淋乙酸，等待自然渗透和反应；对于孔隙度低、渗透性差的细砂和粉砂。附图说明
[0048] 图1为微生物原位固化钙质砂效果示意图；
[0049] 图2为乙酸溶液喷淋示意图；
[0050] 图3为搅拌酸解钙质砂及含钙清液注浆示意图；
[0051] 图4为微生物菌液注浆示意图；
[0052] 图5为微生物菌液喷淋示意图；
[0053] 图6为固化液注浆示意图；
[0054] 图7为固化液喷淋示意图；
具体实施方式
[0056] 作为一种绿色环保的新兴工艺方法，MICP技术使用产脲酶微生物作为媒介，在尿素和钙离子存在的条件下，利用生物自然诱导矿化产生具有一定强度和胶结功能的碳酸钙，在一定程度上可以替代水泥类化学胶结物，如图1所示，既满足工程需求，又能极大减少二氧化碳排放量，降低了温室效应及其他化学有害物质对环境带来的不良影响。碳酸钙在胶结体中主要起到两个作用，一是碳酸钙本身可以承担一定强度的荷载；二是碳酸钙沉积在钙质砂颗粒之间的孔隙，将松散的砂颗粒牢牢胶结在一起，形成一个密实的整体。MICP技术胶结钙质砂形成的硬化层不仅可以提高土体的承载力，还具有一定的抗液化能力。
[0057] 一种微生物固化试剂盒，用于原位固化钙质砂，第一组分为质量分数为5～25％的乙酸；第二组分为巴氏芽孢八叠球菌(OD600为0.5～2.0，脲酶活性水平为1.8～2.0mS/(cm·min-1))和液体培养基，培养基配方为：酵母浸提物20g/L，硫酸铵10g/L，0.13molTris-Buffer 15.73g/L；第三组分为60.06g/L的尿素和含有3g/L营养肉汤营养液的固化液，营养肉汤选购自Oxoid供应商，英文名称Nutrient Broth，型号为M1168。
[0058] 由于微生物固化前需用特定浓度的乙酸3喷淋或者浸泡溶解表层钙质砂2，以获得足量的钙离子，作为辅助微生物定植及诱导生产碳酸钙的物质基础。为了确定第一组分中乙酸的最优质量分数，本实施例中采用了如下的方案研究不同浓度乙酸对钙质砂的12h溶解率：分别将6g冰乙酸与不等量纯水按照5％，10％，15％，20％和25％的预设质量浓度均匀混合，每份乙酸溶液浸泡处理5g钙质砂，经过12h充分反应后，过滤、去离子水冲洗并烘干残余钙质砂，计算不同浓度乙酸对碳酸钙的溶解率，综合考虑溶解效率和工程经济效益，选取最优乙酸浓度。试验结果如下表所示：
[0059] 表1钙质砂在不同浓度乙酸中的12h溶解率
[0060]
[0061] 乙酸酸解碳酸钙试验结果表明，乙酸浓度为20％时，可以在12h内溶解接近90％的碳酸钙，对比低浓度结果优势明显，当浓度为25％时，5％的乙酸浓度变化仅仅增加了3％的溶解率，经济效益大大降低。因此选择20％作为最优乙酸浓度，既保证了钙质砂的溶解率，又避免了不必要的工程开支。
[0062] 下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0063] 实施例1
[0064] 本实施例中的固化的对象为含钙量为95.13％的中国南海钙质砂，颗粒级配见表2。
[0065] 表2实施例1中所用钙质砂级配
[0066]
[0067] 一种微生物原位固化钙质砂的方法，利用微生物诱导矿化技术，分别针对粒径大于0.50mm的颗粒含量超过全重50％、粒径大于2mm的颗粒含量少于全重25％的粗砂，或粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50％、粒径大于0.50mm的颗粒含量少于全重50％的中砂，在钙质砂体2内部依次喷淋质量分数为20％的乙酸溶液、微生物菌液以及由尿素和营养液组成的固化液，使钙质砂体2固化形成胶结块体1，具体结构如图1所示，原位固化钙质砂的方法具体为：
[0068] 1)如图2所示，于25℃下，将质量分数为20％的乙酸溶液喷淋在目标区域钙质砂表面，喷淋量120kg/m2，乙酸溶液随着酸解钙质砂过程逐渐沿着孔隙下渗，此过程中钙离子也沿着入渗孔道逐渐扩散，保持12h(一般大于等于12h即可)；乙酸喷淋、微生物菌液喷淋和尿素固定液喷淋可采用机械喷淋、人工喷淋之一种或两种的联合方式，确保在目标区域均匀覆盖即可；喷淋量根据实际工程需要进行设计，喷淋后等待反应和自由下渗；
[0069] 2)如图5所示，将经活化的巴氏芽孢八叠球菌的液体培养基混合液喷淋步骤1)处理后的砂体：先喷淋一次巴氏芽孢八叠球菌，喷淋量为60kg/m2，保持1.5h待菌液下渗定植完成；
[0070] 3)如图7所示，将60.06g/L的尿素和含有3g/L营养肉汤(营养肉汤的组分为：蛋白胨：10g/L；氯化钠：5g/L；牛肉粉：3g/L)的营养液的混合物喷淋经步骤2)处理后的砂体，喷淋量为200kg/m2，保持0.5h。
[0071] 重复步骤2)和步骤3)各一次，粗砂胶结体及硬化壳的无侧限单轴压缩强度达2.1MPa，中砂胶结体及硬化壳的无侧限单轴压缩强度达2.9MPa。
[0072] 上述结果表明，利用本方法加固钙质砂，产脲酶微生物将充分利用乙酸溶解的钙离子和后续补充的尿素分子，在土体内部诱导生成足量具有承载和胶结能力的碳酸钙，胶结硬化层强度可达数个MPa，足以有效提高钙质砂地基承载力。胶结材料所需的钙离子为原位或就近酸解产生，无需额外配置；胶结过程中没有额外引入氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子等有毒有害物质物质，且微生物诱导矿化是自然过程，对施工环境有很强的自适应性；胶结完成后，无需后期养护，无需其他材料覆盖支撑。本方法节省了大量人力物力成本，有效降低工程投资。
[0073] 实施例2
[0074] 本实施例中的固化的对象为钙含量为95.13％的中国南海钙质砂，颗粒级配见表3。
[0075] 表3实施例2中所用钙质砂级配
[0076]
[0077] 分别针对粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85％、粒径大于0.25mm的颗粒含量小于全重50％的细砂，或粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50％、小于全重85％的粉砂，在待处理砂体上均匀开设注浆孔，注浆孔内径0.1m，孔深0.2m,相邻注浆孔间隔1.0m，正方形网格状均匀布设。原位固化钙质砂的方法具体为：
[0078] 1)如图3所示，在目标区域附近就地采集足量钙质砂，倒入含有质量分数为20％的乙酸溶液的搅拌容器，浸泡12h，等待乙酸与钙质砂反应后静置取上清液；得到上清液钙离子浓度为1.0mol/L。将富含钙离子的上清液沿注浆孔注入在目标区域钙质砂体内部，注入量为150kg/m2，注入后保持6h；
[0079] 2)如图4所示，将经活化的巴氏芽孢八叠球菌的液体培养基混合液沿注浆孔注入步骤1)处理后的砂体：先沿注浆孔注入一次细菌液，注入量为50kg/m2，保持0.5h待菌液定植完成；
[0080] 3)如图6所示，将60.06g/L的尿素和含有3g/L营养肉汤的营养液的混合物沿注浆孔注入经步骤2)处理后的砂体；注入量为150kg/m2，等待6h微生物自然诱导矿化；
[0081] 重复步骤2)和步骤3)各四次，得到的硬化壳厚度为10cm，细砂胶结体及硬化壳的无侧限单轴压缩强度达1.8MPa，粉砂胶结体及硬化壳的无侧限单轴压缩强度达1.5MPa。
[0082] 采用本实施例步骤1)中在目标区域附近就地采集足量钙质砂，倒入含有乙酸溶液的搅拌容器，控制乙酸浓度和浸泡时间，得到上清液钙离子浓度分别为0.1mol/L和1.5mol/L。分别采用该两种溶液进行本实施例中1)～3)步骤，并重复步骤2)和步骤3)各四次，同样得到具有硬化壳的固化后钙质砂。
[0083] 实施例3
[0084] 本实施例针对对地基承载力和稳定性要求较高的大型建筑工程，固化对象为钙含量为95.13％的中国南海钙质砂，颗粒级配为中砂，见表2，采用喷淋与注浆结合方式，在待处理钙质砂体上开设注浆孔，注浆孔内径0.2m，孔深1.0m,相邻注浆孔间隔1.5m，正方形网格状均匀布设。
[0085] 1)如图2所示，于25℃下，将质量分数为25％的乙酸溶液喷淋在目标区域钙质砂表面，喷淋量2500kg/m2，保持12h；
[0086] 2)采用水泵10将经活化的巴氏芽孢八叠球菌的液体培养基混合液通过注浆管沿注浆孔注入土体，注入量为500kg/m2，保持1.5h；微生物沿着原有孔隙及乙酸溶解的孔道逐渐扩散，并被沿途的钙离子吸附定植在砂颗粒表面；
[0087] 3)待微生物定植结束后，采用水泵10通过注浆管沿注浆孔注入固化液，固化液包括60.06g/L尿素及3g/L营养肉汤，注入量为4000kg/m2，保持？h；在钙离子和产脲酶微生物存在的情况下，加入尿素便可以高效地完成具有胶结能力的碳酸钙生产过程，营养肉汤(蛋白胨：10g/L；氯化钠：5g/L；牛肉粉：3g/L)可以为砂土中参与反应的微生物提供必要的养分，固化液下渗的过程中会逐渐产生沉淀固化钙质砂，形成坚固的胶结体；
[0088] 交替重复步骤2)和步骤3)各五次，最终得到的得到的硬化壳厚度为3m，胶结体及硬化壳的无侧限单轴压缩强度达5.3MPa。采用本方法能够以每个注浆孔为中心，有效固化单孔方圆1.0m范围砂土体。
[0089] 实施例4
[0090] 本实施例针对滨海步行道、防尘壳等小规模场地改造工程，固化对象为钙含量为95.13％的中国南海钙质砂，颗粒级配为中砂，见表2，采用喷淋方式。
[0091] 1)首先将5％乙酸溶液喷淋在钙质砂体表面，喷淋量为1500kg/m2，喷淋后保持12h；
[0092] 2)将经活化的巴氏芽孢八叠球菌的液体培养基混合液喷在钙质砂体表面，喷淋量为50kg/m2，等待自然下渗；
[0093] 3)采用喷淋方式将固化液喷在钙质砂体表面，喷淋量为150kg/m2，等待自然下渗，下渗过程中产生的碳酸钙沉淀会逐渐堵塞沿途孔隙并使表层被渗透到的砂体板结；
[0094] 交替重复步骤2)和步骤3)三次，形成5cm厚度的硬化壳，胶结体及硬化壳的无侧限单轴压缩强度达2.4MPa。
[0095] 喷淋、注浆施工作业时环境温度需在20℃～40℃，且24h内不能淋雨，如遇降水，则需进行强度测试，建议采用无侧限抗压试验进行测试，具体实施方案按照JTJ 051-93《公路土工试验规程》实施，必要情况下采取二次喷淋、注浆补强措施。
[0096] 以上所述仅为本发明及其实施方式的优选描述，应当指出，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构和过程并不局限于此。若本领域普通技术人员受其启发，在不脱离本发明创造原理的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，或若干改进和变形，这些内容均应视为本发明的保护范围。
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