CN106968219A - 一种新老堤防结合部加固结构及其应用 - Google Patents

一种新老堤防结合部加固结构及其应用 Download PDF

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杨永森
韩宇
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Abstract

本发明提供一种新老堤防结合部加固结构及其应用。所述新老堤防结合部加固结构包括在老堤防背水坡面上开挖的台阶结构，与每一级台阶水平高度一致填筑的新堤防土料结构以及在每一级台阶水平面上通过喷洒含有玄武岩纤维的微生物浆液而形成的微生物玄武岩纤维胶结层。本发明主要利用矿物纤维和微生物矿化，对新老堤防结合部进行加固，能够很好地防止新老堤防之间的差异沉降，同时减少土工格栅的使用，进而减少土体中塑料等高聚化合物的含量，避免对土体及周围水质的侵蚀和污染。

Description

一种新老堤防结合部加固结构及其应用
技术领域
本发明属于堤防扩建加固工程领域，具体地说，涉及一种新老堤防结合部加固结构及其应用。
背景技术
堤防工程是最早广为采用的重要的防洪工程，目前，国内大多堤防存在断面不足的问题，因而需加快堤防工程的建设，消除洪灾隐患。堤防的重建必然要耗费巨大的资源，也对工程进度有一定的影响，而对原有堤防工程的加高培厚是一种更加生态的方式，节约时间还能减少建设成本投入。然而新老堤防之间往往容易发生差异沉降、滑移等问题，这些问题直接导致堤防的加高培厚无法达到设计要求，因此，新老堤防紧密结合显得尤为重要，必须施加一定的加固措施，防止发生差异沉降。
目前新老堤防结合面处治大多参考路基扩建工程的经验，如在老堤防的坡面开挖台阶，有的同时在台阶上铺上土工格栅，这种方法能够有效防止新老堤防的差异沉降。但土工格栅一般是塑料等高聚化合合物制成，长期使用大量的土工格栅，对土体必然会造成一定的污染，还有可能影响江河的水质，这种隐性的环境污染问题不可忽视。
发明内容
本发明的目的是提供一种新老堤防结合部加固结构及其应用。
为了实现本发明目的，本发明的一种新老堤防结合部加固结构包括在老堤防背水的坡面上开挖的台阶结构，与每一级台阶水平高度一致填筑的新堤防土料结构以及在每一级台阶水平面上通过喷洒含有玄武岩纤维的微生物浆液而形成的微生物玄武岩纤维胶结层。
所述微生物玄武岩纤维胶结层的强度为20-50MPa。
所述微生物浆液包括菌液和营养液，每升营养液混入0.2-0.5kg(优选0.3kg)玄武岩纤维。其中，所述菌液为巴氏芽孢八叠球菌菌液，菌液浓度为108-109cells/L(优选5×108cells/L)。所述营养液由尿素和可溶性钙盐溶液组成。优选地，营养液是由体积比1:1的尿素和CaCl2溶液组成的混合溶液，二者浓度相同，均为1-1.5mol/L。
在现场施工时，具体工作过程如下：
1、平整场地，勘察堤防场地，根据现场资料和加高培厚尺寸，确定台阶开挖尺寸和施工通道。
2、按照设计对老堤防坡面进行开挖，开挖完毕后，保持台阶的平整度，并清理台阶上的杂物。
3、配制菌液和混有玄武岩纤维的营养液，菌液浓度为5×108cells/L，营养液含有体积比1:1的尿素和CaCl2溶液(浓度均为1mol/L)，每升营养液混入0.3kg玄武岩纤维，并搅拌均匀。
4、填筑新堤防土料至台阶高度，并碾压至设计压实度,。
5、填筑完毕后，利用双入口喷洒装置向台阶平面喷洒，可将菌液和营养液一起喷洒到土体表面，每次每平方米喷洒菌液和营养液均为20L，喷洒两次或以上，喷洒间隔为30min左右。
6、第一个台阶操作完毕后，剩下的台阶按照上述方法，重复步骤4和5，直至堤防加高培厚完毕。
7、清理现场，施工完毕。
本发明提供一种新老堤防结合部微生物加固结构，主要是老堤防开挖台阶后，在新老堤防结合面喷洒含有玄武岩纤维的混合菌液，通过混合液发生生物反应产生一层含有玄武岩纤维的胶结层，该胶结层强度能够达到35MPa，能够很好地承担新老堤防之间的差异沉降。
本发明所采用的微生物为巴氏芽孢八叠球菌(购于中国普通微生物菌种保藏管理中心，编号1.3687)，培养基为Yeast extract 20g/L,NH4Cl 10g/L，MnSO4 10mg/L，NiCl624mg/L，用NaOH调pH至7.5-8.5。营养液为CaCl2溶液和尿素溶液，菌体在新陈代谢过程中产生大量脲酶，该脲酶能够水解尿素产生CO3 2-离子；由于该细菌细胞壁的特殊结构，细菌表面带负电荷，细菌细胞吸附到土体颗粒表面，当孔隙环境中含有一定浓度钙离子时，钙离子会被细胞吸附，从而以细胞为晶核，在细菌周围会生成碳酸钙晶体的结晶核，碳酸钙晶体结晶核同细菌及其产生的胶性分泌物形成一层密实的胶结层，强度可达20-50MPa左右，同时这种胶结层的渗透系数比较低，比常规土体的渗透系数低3～4倍，能够起到很好地防渗效果。反应方程式如下：
Cell+土颗粒+玄武岩纤维→Cell-土颗粒-玄武岩纤维
Cell-土颗粒-玄武岩纤维+Ca2+→Cell-土颗粒-玄武岩纤维-Ca2+
Cell-土颗粒-玄武岩纤维-Ca2++CO3 2-→Cell-土颗粒-玄武岩纤维-CaCO3
本发明提供了一种新老堤防结合部微生物加固结构，利用矿物纤维和微生物矿化，对新老堤防结合部进行加固，能够很好地防止新老堤防之间的差异沉降，同时减少土工格栅的使用，进而减少土体中塑料等高聚化合物的含量，避免对土体及周围水质的侵蚀和污染。
微生物矿化是自然界中普遍存在的一种现象，土体中的某些微生物也能够利用自身的新陈代谢活动生成多种矿物结晶。由于碳酸钙是自然界中分布最广的一种碳酸盐，且性质较为稳定，具有较强的强度和耐久性。同时，本发明所选用的微生物菌种是从土壤中提取的无害、非致病菌，相对更安全；另外，利用原位固有的细菌，通过原位培养的方法加以增殖，使微生物反应的速率达到工程的需要。
玄武岩纤维是以火山喷出岩为原料，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤维。作为国内一种新型纤维材料，玄武岩纤维具有独特的力学性能、良好的稳定性以及较高的性价比，并且具有良好的抗腐蚀性，能够在苛刻条件或超低温条件下使用，这些特性使其成为一种良好的增强材料。另外玄武岩纤维表面利用静电吸力促进微生物固定，有利于微生物固定化，对微生物在载体表面粘附生长有积极的作用，使之能够负载更多的生物量，且长时间保持较高的微生物活性。利用微生物菌液的胶结作用，将玄武岩纤维和营养液混在一起，产生一层含有玄武岩纤维的胶结层，不仅提升了胶结层抗压强度和抗拉强度，还提高了原本胶结层比较差的抗剪强度。更重要是玄武岩纤维与其他高聚物纤维不同，它是一种新型无机绿色环保无污染的材料，是我国重大发展的四大纤维(玄武岩纤维、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维)之一。
本发明具有以下优点：
(一)混合菌液和玄武岩纤维产生的胶结层，强度高，耐久性强，可以很好地抵抗不均匀沉降的作用，取代土工格栅的使用，还能够起到防渗的作用。
(二)减少土体中塑料等高聚化合物的含量，避免对土体及周围水质的侵蚀和污染，生态环保，有利于土地的可持续利用。
(三)施工简单，技术经济合理，不需要大量的人工操作，减少施工成本。
(四)使用加固结构对新老堤防进行加固后，能够增大堤防的安全系数，进而可减小堤防断面，节约土地。
附图说明
图1为本发明实施例1中喷洒示意图。
图2为本发明实施例1中新老堤防结合部加固结构的横截面图。
图中，1-老堤防，2-喷洒装置，3-混有玄武岩纤维的营养液，4-菌液，5-新堤防土料结构(加高培厚部分)，6-微生物玄武岩纤维胶结层，7-地基，8-水位。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1一种新老堤防结合部加固结构
如图1和图2所示，本实施例提供的一种新老堤防结合部加固结构，包括在老堤防背水的坡面上开挖的台阶结构，与每一级台阶水平高度一致填筑的新堤防土料结构5以及在每一级台阶水平面上通过喷洒含有玄武岩纤维的微生物浆液而形成的微生物玄武岩纤维胶结层6。
所述微生物浆液包括菌液和营养液，每升营养液混入0.3kg玄武岩纤维。其中，所述菌液为巴氏芽孢八叠球菌菌液，菌液浓度为5×108cells/L。所述营养液是由体积比1:1的尿素和CaCl2溶液组成的混合溶液，二者浓度均为1mol/L。
在现场施工时，具体工作过程如下：
1、平整场地，勘察堤防场地，根据现场资料和加高培厚尺寸，确定台阶开挖尺寸和施工通道。
2、按照设计对老堤防坡面进行开挖，开挖完毕后，保持台阶的平整度，并清理台阶上的杂物。
3、配制菌液和混有玄武岩纤维的营养液，菌液浓度为5×108cells/L，营养液含有体积比1:1的尿素和CaCl2溶液(浓度均为1mol/L)，每升营养液混入0.3kg玄武岩纤维，并搅拌均匀。
4、填筑新堤防土料至台阶高度，并碾压至设计压实度,。
5、填筑完毕后，利用双入口喷洒装置向台阶平面喷洒，可将菌液和营养液一起喷洒到土体表面，每次每平方米喷洒菌液和营养液均为20L，喷洒两次，喷洒间隔为30min左右。
6、第一个台阶操作完毕后，剩下的台阶按照上述方法，重复步骤4和5，直至堤防加高培厚完毕。
7、清理现场，施工完毕。
本发明提供了一种新老堤防结合部微生物加固结构，这种结构通过向新老堤防结合部喷洒微生物玄武岩纤维混合溶液，通过生物反应产生一种密实的具有足够强度的胶结层，可以抵抗新老堤防之间的差异沉降。该加固结构(即胶结层)是自然界常见的矿化反应的产物，无污染，能够很好地和土体结合在一起，并且施工操作简便。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种新老堤防结合部加固结构，其特征在于，包括在老堤防背水的坡面上开挖的台阶结构，与每一级台阶水平高度一致填筑的新堤防土料结构以及在每一级台阶水平面上通过喷洒含有玄武岩纤维的微生物浆液而形成的微生物玄武岩纤维胶结层。
2.根据权利要求1所述的加固结构，其特征在于，所述微生物玄武岩纤维胶结层的强度为20-50MPa。
3.根据权利要求1或2所述的加固结构，其特征在于，所述微生物浆液包括菌液和营养液，每升营养液混入0.2-0.5kg玄武岩纤维，优选每升营养液混入0.3kg玄武岩纤维。
4.根据权利要求3所述的加固结构，其特征在于，所述菌液为巴氏芽孢八叠球菌菌液。
5.根据权利要求4所述的加固结构，其特征在于，所述菌液的浓度为108-109cells/L。
6.根据权利要求3所述的加固结构，其特征在于，所述营养液由尿素和可溶性钙盐溶液组成。
7.根据权利要求6所述的加固结构，其特征在于，所述营养液是由体积比1:1的尿素和CaCl2溶液组成的混合溶液，二者浓度相同，均为1-1.5mol/L。
8.权利要求1-7任一项所述加固结构在堤防扩建加固中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，向新老堤防结合处的水平面上喷洒含有玄武岩纤维的微生物浆液，每次每平方米喷洒菌液菌液10-30L和营养液10-30L，喷洒两次或两次以上。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，每次每平方米菌液和营养液均为20L，喷洒两次。
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