一种微生物均匀固化软粘土的方法与流程

1.本发明涉及一种微生物均匀固化软粘土的方法，属于地基处理技术领域。


背景技术：

2.微生物固土技术是一种利用微生物新陈代谢活动诱导形成碳酸钙结晶，将松散土颗粒胶结成整体，实现土壤固化的新型地基加固技术。由于其具有环境友好、对土体扰动较小等优势，在近几年受到广泛关注。目前，微生物固土大都采用分段注浆方式进行，即通过注浆装置反复往待加固区域内交替注入菌液和胶结溶液，直至土体达到预定的强度。由于细菌空间分布与矿化反应的非均匀性，采用分段注浆方式进行土壤加固普遍存在加固体强度不均匀与加固范围难控制的问题，碳酸钙结晶体会优先在注浆口附近汇集，造成注浆口近端与远端土体的强度存在显著差异，土粒径越小问题越突出，加固不均匀性成为制约这一技术工程应用的主要因素。
3.公告号为cn105714765a、cn108049409a的专利分别通过降低细菌生存环境的温度以及添加脲酶抑制剂以控制生物矿化速率，避免菌液与胶结溶液混合注入土体后形成的碳酸钙胶结物堵塞注浆口，虽然在一定程度上克服分段注浆方式引起的加固不均匀性，扩大了单孔注浆有效加固范围，但两者均需进行多次注浆才能使土体达到预定强度，材料利用率低，加固过程使土体呈碱性并产生大量氨气易对环境造成污染；公告号为cn108192623a的专利提出利用拌合机械将细菌与待加固土体拌合，之后再反复注入营养液和胶结溶液，尽管通过解决细菌空间分布不均提高了微生物固土的均匀性，但这种固土方式工序较多，亦需多次注浆才能使土体达到预定强度，材料利用率低，施工周期长的问题同样存在；而公告号cn105970913a的专利提出利用电渗法改变土中微生物以及营养盐离子的空间分布，通过矿化反应过程控制提高微生物固土均匀性，虽然可改善注浆口附近碳酸钙大量沉积影响灌浆效果的不利状况，但这种固土方式实际实施时依赖电场参数的合理选取，不同土质适用的电场参数不同，若电场参数选取不当，有可能引起新的加固不均匀问题，同时施工过程中因电力设备的引入还可能存在耗能与施工安全问题。


技术实现要素：

4.技术问题：综上所述，现有改善微生物固土不均匀的方案均存在一定不足，无论是通过抑制脲酶活性或将细菌与土体均匀拌合再行注浆，都无法通过单次固化使加固体达到预定强度，材料利用率低，施工周期长，且易对环境造成污染，而电渗法在施工过程中可控性差，存在安全隐患，工程应用价值较小。软粘土广泛分布于我国沿海，湖泊和河流地区，具有含水量高，压缩性高和抗剪强度低等特性，工程性质较差。近年来，土地资源紧缺以及社会发展需要使得大量的基础设施项目在软粘土地基上新建或者扩建，为保证建(构)筑物的安全与正常使用，必须对这种特殊地基进行处理。受制于软粘土的水力渗透系数以及土粒径尺寸、孔喉尺寸与微生物个体尺寸的相容性，目前采用分段微生物注浆固化软粘土普遍存在加固体强度低、加固均匀性差等问题，这一现状严重限制了微生物固土技术在软粘土
地基处理中的应用。本发明的目的在于提供一种微生物均匀固化软粘土的方法，通过生物矿化反应过程控制，实现待加固土体与包含细菌、乳酸钙、氢氧化钙等组分的混合液经过一次拌合均匀固化，固化期间无污染物产生，为软粘土地基处理提供一种新途径。
5.为了实现本发明的目的，本发明公开了一种微生物均匀固化软粘土的方法，其特征在于该方法步骤如下：a.将经过活化的科氏芽孢杆菌(bacillus cohnii)菌种接入发酵培养基中，在30℃条件下震荡培养48h，制得发酵液，其中，发酵培养基ph为7.0，1l的发酵培养基中包含5g牛肉膏、10g蛋白胨、5g氯化钠；b.通过离心机分离发酵液，除去清液，收集菌体，并将菌体转接入与清液等体积的营养盐溶液中，得到细菌悬浊液；c.往细菌悬浊液中快速投加氢氧化钙制得生物胶结液1，随后立即采用深层搅拌机2将生物胶结液1与待加固土壤3搅拌均匀，生物胶结液1体积与待加固土壤3的孔隙体积比为0.75～0.90，搅拌完成后整平场地；d.在场地中布置监测点，每隔5天开展一次荷载试验获得实时地基承载力值，当地基承载力大于200kpa后结束土壤固化。
6.所述的微生物均匀固化软粘土的方法，其特征在于步骤a中的发酵液od值为1.8。
7.所述的微生物均匀固化软粘土的方法，其特征在于步骤b中营养盐溶液ph为6.0，溶解氧浓度为15mg/l，配制温度为30℃，1l的营养盐溶液中包含10g牛肉膏、20g蛋白胨、8g氯化钠以及462～616g乳酸钙。
8.所述的微生物均匀固化软粘土的方法，其特征在于步骤c中1l细菌悬浊液中氢氧化钙的投加量为111～148g，氢氧化钙投加后不对细菌悬浊液进行搅拌。
9.本发明的有益效果：(1)与反复往待加固区域内注入菌液和胶结溶液的固土方法相比，本发明将土体与细菌、乳酸钙、氢氧化钙等混合制成的生物胶结液经过一次拌合固化，简化了施工工序，降低了施工成本；(2)拌合方式可令细菌在地层中分布相对均匀，当细菌吸附于土颗粒后会利用新陈代谢活动逐渐将乳酸钙分解成无污染的碳酸钙、二氧化碳以及水，由乳酸钙分解形成的碳酸钙直接对土体进行了初步均匀固化，而生成的二氧化碳则可进一步与土体内的氢氧化钙反应生成碳酸钙实现土体二次固化，材料利用率高，且随着氢氧化钙的不断消耗，土壤环境由强碱性逐渐转变为接近中性，避免了土壤碱化。
附图说明
10.图1待加固土壤与生物胶结液拌合示意图
11.附图标记：1
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生物胶结液；2
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深层搅拌机；3
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待加固土壤。
具体实施方式
12.实施例1
13.在本例中，一种微生物均匀固化软粘土的方法用于加固淤泥质粘土地基，待加固土壤的含水率49.32％，天然孔隙比1.34，承载力为35kpa，该方法包括以下步骤：a.将经过活化的科氏芽孢杆菌(bacillus cohnii)菌种接入ph为7.0的发酵培养
基中，在30℃条件下震荡培养48h，制得发酵液，其中，1l的发酵培养基中包含5g牛肉膏、10g蛋白胨、5g氯化钠，发酵液od值为1.8；b.通过离心机分离发酵液，除去清液，收集菌体，并将菌体转接入与清液等体积的营养盐溶液中，得到细菌悬浊液，其中，营养盐溶液配制温度为30℃，溶解氧浓度为15mg/l，ph控制在6.0，1l的营养盐溶液中包含10g牛肉膏、20g蛋白胨、8g氯化钠以及616g乳酸钙；c.往细菌悬浊液中快速投加氢氧化钙制得生物胶结液1，其中，1l细菌悬浊液中氢氧化钙的投加量为148g，氢氧化钙投加后不对细菌悬浊液进行搅拌，随后立即采用深层搅拌机2将生物胶结液1与待加固土层3搅拌均匀，投放的生物胶结液1体积与待加固土壤3的孔隙体积比为0.75，搅拌完成后整平场地；d.在场地中布置监测点，每隔5天开展一次荷载试验获得实时地基承载力值，当经过30天加固处理后场地的地基承载力达205kpa，随即结束土壤固化。
14.实施例2
15.在本例中，一种微生物均匀固化软粘土的方法用于加固淤泥质粉质粘土地基，待加固土壤的含水率43.50％，天然孔隙比1.25，承载力为65kpa，该方法包括以下步骤：a.将经过活化的科氏芽孢杆菌(bacillus cohnii)菌种接入ph为7.0的发酵培养基中，在30℃条件下震荡培养48h，制得发酵液，其中，1l的发酵培养基中包含5g牛肉膏、10g蛋白胨、5g氯化钠，发酵液od值为1.8；b.通过离心机分离发酵液，除去清液，收集菌体，并将菌体转接入与清液等体积的营养盐溶液中，得到细菌悬浊液，其中，营养盐溶液配制温度为30℃，溶解氧浓度为15mg/l，ph控制在6.0，1l的营养盐溶液中包含10g牛肉膏、20g蛋白胨、8g氯化钠以及462g乳酸钙；c.往细菌悬浊液中快速投加氢氧化钙制得生物胶结液1，其中，1l细菌悬浊液中氢氧化钙的投加量为111g，氢氧化钙投加后不对细菌悬浊液进行搅拌，随后立即采用深层搅拌机2将生物胶结液1与待加固土壤3搅拌均匀，投放的生物胶结液1体积与待加固土壤3的孔隙体积比为0.90，搅拌完成后整平场地；d.在场地中布置监测点，每隔5天开展一次荷载试验获得实时地基承载力值，当经过25天加固处理后场地的地基承载力达223kpa，随即结束土壤固化。