微生物诱导碳酸钙沉积（microbially induced carbonate precipitation, MICP）技术因具有绿色环保、低能耗、反应可控的优势，已成为近年来岩土工程领域最受关注的新型加固技术[1]，广泛应用于地基处理[2, 3]、裂隙修复[4]、抗液化[5]、侵蚀防治[6]及边坡加固[7]等方向。该技术利用微生物代谢产生的脲酶催化尿素产生碳酸盐离子，然后与环境中的钙离子反应生成碳酸钙晶体，实现胶结土颗粒和填充孔隙的作用，从而提高土体强度和抗侵蚀性。
MICP技术于2004年首次被Whiffin[8]提出并应用于土体加固中，至今已取得了丰富的研究成果，尤其在砂土固化中效果显著[3]，然而产酶细菌的尺寸、好氧性及提取工艺等因素限制了其在细粒土及深部土层处理中的应用，与之相比，脲酶诱导碳酸钙沉积（enzyme induced calcite precipitation, EICP）技术表现出更加突出的优势[9]。除了获取微生物中的脲酶外，EICP技术还可以从常见植物（如大豆、刀豆）中直接提取脲酶[10]，省去了细菌接种、培养、分离和提纯等复杂操作，使处理过程具有成本低廉、便捷可控的特点。EICP技术提取的游离脲酶单元约为12 nm，仅为微生物尺寸（500~5000 nm）的1/417~1/42[11]，可在土体小孔隙中运输，不易造成堵塞。同时，EICP技术不需要考虑细菌生长的需氧条件与生物间的竞争效应，可避免外部环境对细菌代谢活动的影响[12]。近年来研究人员已验证了EICP固化砂土和粘性土的有效性[9, 13, 14]。
土体的固化效果受到固化方法的重要影响[15]，为此，研究人员进行了一系列优化研究。Zhang等[9]基于EICP技术对不同固化方法（预拌合、分步注浆、平行注浆）和注浆速率（2和5 mL/min）的钙质砂胶结效果进行研究，得出高速率平行注浆法的胶结更均匀，强度提升较大。Cheng等[16]提出了一种新型MICP单相低pH注浆法，通过降低混合液的pH以降低脲酶活性，从而延迟生物胶结进程，避免固化前期的孔隙堵塞，以提高胶结均匀性。Cui等[17, 18]采用单相低pH注浆法对砂样进行EICP处理，试验验证了该方法能显著提高碳酸钙的转化效率、胶结均匀性以及无侧限抗压强度。由此可见，单相低pH注浆法可克服孔隙堵塞问题，同时大幅减小反应过程氨气的排放，更具环保性，在生物矿化技术中表现出极大的应用潜力。然而，现目前对单相低pH注浆法固化低渗透性土体尤其是黏性土的研究较少，其适用性有待进一步验证。
紫色土是三峡库区重要的建设工程与农业用土资源。该地区复杂的地形特点与恶劣的气候条件导致紫色土侵蚀剧烈，土体结构和力学特性严重退化，诱发水土流失、干旱及滑坡等一系列环境地质灾害，对地基、边坡与农田水利设施的安全造成巨大威胁[19]，土体加固成为该地区灾害防治的重要手段。然而，天然紫色土属于典型的细粒土，呈砂质黏性，渗透性弱[20]，传统的固化方法对其力学性能改善有限。基于此，本文提出一种新型EICP单相低pH负压注浆的固化方法，开展基于响应面设计的钙化试验以确定处理液的最适浓度，通过测定固化样的表面硬度、无侧限抗压强度、碳酸钙含量与分布、微观形态与矿化晶体结构，探究预拌合、单相低pH注浆、双相低pH负压注浆和单相低pH负压注浆4种固化方法对砂质黏性紫色土的改善效果，以期验证单相低pH负压注浆法的有效性。
（1）分析给出了脲酶浓度、胶结液浓度与碳酸钙产率的响应关系（如图1所示），提出了碳酸钙产率与脲酶浓度、胶结液浓度的回归方程。脲酶浓度、胶结液浓度与碳酸钙产率均呈极显著相关，而胶结液浓度的影响更为显著。50 g/L脲酶和1.2 mol/L胶结液为砂质黏性紫色土EICP固化试验的最适处理液浓度，对应的脲酶活性为4.6 mM urea/min，碳酸钙产率为76%。
（2）新型EICP单相低pH负压注浆法1轮处理后试样的表面硬度提高9.1%，仅次于双相低pH负压注浆法，而UCS和E50分别提高84.44%和144.37%（如图2所示），在4种固化方法中效果最优，且具备较大提升潜力。
（3）单相低pH负压注浆1轮处理后的碳酸钙含量为3.09%，在4中固化方法中含量最高，UCS随碳酸钙含量的增加呈指数型增长（如图3所示）。SEM分析表明单相低pH负压注浆法得到的碳酸钙晶体分布最多且均匀，存在大量接触胶结，晶体类型为方解石与球霰石。
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