微生物注浆砂土固化技术是一种基于微生物诱导产生碳酸盐沉淀(MicrobialInducedCarbonatePrecipitate，简称MICP)的新型地基加固技术，具有传输距离长、反应可控、绿色环保等优点，应用前景十分广阔。目前微生物注浆的方式一般为纵向注浆，容易造成CaCO3晶体在注浆口处堵塞，使砂土的渗透性快速下降，影响注浆的继续进行。考虑自然土的横向渗透性大于其纵向渗透性，本文采用微生物花管注浆砂土固化技术，来改善固化砂土的均匀性。并分别从微生物注浆影响因素的优选、CaCO3晶体生成量的计算、大体积花管注浆试验和二维仿真模拟计算四个方面进行了研究。具体的研究内容和结论如下。
　　(1)选择影响微生物注浆固化砂土的6个试验因素，采用正交设计的方法进行了25种工况下的砂柱固化试验。分析了试验因素对Ca2+利用率和生成CaCO3晶体分布的影响，并观察了晶体的微观形态，同时对固化砂柱的无侧限抗压强度进行了检测。得到的结论如下：○1菌液的浓度越大，胶结溶液的浓度越低，矿化反应时间越长，Ca2+的利用率越高。○2细菌在砂柱中静置的过程中存在下沉现象。○3浆液的流速越大，砂柱中晶体含量越高，分布也越均匀。○4生成晶体的尺寸大小、形状特征、生长机制和表面形态均会受到试验因素的影响。○5固化后砂柱的无侧限抗压强度随着CaCO3含量的升高而增大，但同时会受到晶体分布、大小等因素的影响。○6砂柱试验中各个因素的优选结果为：菌液的OD600值为0.5~1.0，静置时间为3h，胶结溶液的浓度不高于500mM，浆液的流速与传输距离相关，反应时间使Ca2+完全消耗为最优。○7相比传统纵向注浆法，微生物花管注浆固化砂柱中CaCO3晶体的均匀性更好。
　　(2)基于MICP的机理，研究了微生物注浆过程中物质浓度、砂土环境和反应程度对CaCO3晶体生成的影响，建立了CaCO3晶体生成的量化模型，得到了不同试验参数下晶体生成数量随着反应时间的增长方程，使计算得到的晶体数量与实测值之间的偏差在5%以内。在模型建立的过程中发现，MICP过程中细菌和尿素会促进尿素的水解速率，Ca2+抑制尿素的水解速率，4NH+和Cl-对尿素的水解速率没有影响。与液体环境相比，砂土环境能够为细菌细胞提供更大的吸附面积，提高尿素的水解速率。但这种促进作用会随着细菌浓度的增加而减弱。同时，物质的不均匀性会影响砂土不同位置的反应程度，使砂土中部分Ca2+仍以离子状态存在。
　　(3)采用微生物注浆固化了尺寸为1.2m×0.6m×0.3m的砂体，通过对固化砂土中CaCO3晶体分布的研究，发现花管注浆的固化半径为5~10cm，采用漫灌注浆的方式可以补充花管注浆对表层砂土固化的不足。强度检测结果显示，固化砂土的抗压强度为0~2MPa，且上层砂土的强度高于下层。对注浆后砂土的地基承载力计算分析发现，微生物注浆对地基承载力的提高效果随着固化厚度与荷载宽度比值的增大而增大。当固化厚度达到荷载宽度的0.4倍时，地基承载力能提高2倍以上。
　　(4)基于微生物注浆的渗流-弥散-反应理论，建立了微生物花管注浆的二维仿真模拟计算模型，对注浆过程中CaCO3晶体的生成和砂土孔隙率的变化过程进行了计算。同时研究了细菌分布和注浆流速对微生物花管注浆的影响，结果显示，砂土中细菌的分布越均匀，生成的CaCO3晶体越均匀。在注浆过程中由于密度流的影响，砂土下部的固化半径会高于上部，提高注浆流速能够降低密度流的影响。在菌液OD600值为0.25，胶结液浓度为0.25mol/L，注浆流速为1×10-5m/s的优化注浆参数下，采用微生物花管注浆固化0.3m厚的砂土，得到的固化半径为0.15~0.4m。