CN109183778B - 一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法 - Google Patents

一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，属于地基加固技术领域。本发明以多枝状珊瑚礁为原料，先用去离子水浸泡后再以液氮冷冻，粉碎得到粗粒珊瑚礁颗粒，再用柠檬酸溶液对粗粒珊瑚礁颗粒进行改性，接着通过桃胶和尿素对其预处理制成自制加固填料，将自制加固填料填入地基表面打出的孔洞中，并回土掩埋，再用自制功能液淋洒养护后即可完成对液化土壤的加固，经本发明加固方法加固后的液化地基牢固性佳，耐久性好，并且施工简单易操作，具有广阔的应用前景。

Description

一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法
技术领域
本发明涉及一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，属于地基加固技术领域。
背景技术
软弱地基，尤其是含可液化土层的地基，在日益增加的交通荷载（高速，重载）往复作用下，其疲劳寿命和工作性能不容乐观。如果地基土的承载力劣化与不足，甚至发生液化，则可能会引起与液化相关的工程灾害，如路基沉陷、桩基弯剪破坏、地下管道及隧道的上浮、边坡失稳以及海岸或河岸的过度侵蚀等病害，影响其交通运输功能的发挥。
此外，松散粉砂边坡在降雨或地下水位上升过程中易发生“静态”液化，从而引发泥石流、滑坡等地质灾害也引起大家的高度重视。因而液化地基加固是岩土工程师面临的重要问题之一。
然而，传统的液化地基整治的方法亟待改进与提高。比如土工织物加固技术存在耐久性不足的问题；基于水泥、石灰或有机胶的化学灌浆属高耗能和高排放产业，且高压灌浆对既有建筑与周边环境影响大，导致大规模的液化地基加固非常困难；而地基置换、桩基和强夯等物理加固方法技术经济性低，且在建成区施工成本高，大型施工机具受限，加固的地基仍然不牢固。
因此，发明一种新型加固液化地基的方法对地基加固技术领域具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前液化地基加固方法耐久性差，加固地基不牢固，施工繁杂的缺陷，提供了一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集死亡后的多枝状珊瑚礁，将多枝状珊瑚礁和去离子水混合后浸渍1～2h，浸渍结束后取出珊瑚礁立即用液氮喷淋冷冻1～2min，再将喷淋冷冻后的珊瑚礁放入粉碎机中，粉碎成粒径为5～7cm的粗粒珊瑚礁颗粒；
（2）将上述粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液混合后搅拌反应，反应结束后取出反应后的粗粒珊瑚礁颗粒，用去离子水反复冲洗3～5遍，得到改性粗粒珊瑚礁；
（3）将上述改性粗粒珊瑚礁和温度为90～100℃的质量分数为30%的桃胶溶液搅拌混合，搅拌结束后过滤分离得到滤饼，自然冷却至室温，得到预处理改性粗粒珊瑚礁；
（4）将上述预处理改性粗粒珊瑚礁和质量分数为50%的尿素溶液混合后放入超声振荡仪中，超声振荡反应后过滤，分离得到滤渣，即为自制加固填料，备用；
（5）在待加固液化地基上沿着地面的垂直方向用钻机正循环回转钻孔，保证钻孔深度为3～5m，钻孔直径为30～40cm，且孔洞以“品”字形排列，每相邻两个孔洞间距为50cm；
（6）将备用的自制加固填料填入上述孔洞中，直至自制加固填料顶端距离洞口50cm时停止填料，回土掩埋，掩埋完成后，将浓度为107cfu/mL的巴氏芽孢杆菌菌悬液和质量分数为10%的氯化钙溶液混合后得到功能液，向掩埋后的孔洞中淋洒功能液进行养护，每天淋洒3～5次，如此淋洒养护1～2周后即完成对液化地基的加固。
步骤（2）中所述的粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液的质量比为1:8。
步骤（3）中所述的改性粗粒珊瑚礁和温度为90～100℃的质量分数为30%的桃胶溶液的质量比为1:5，搅拌混合的转速为100～200r/min，搅拌混合的时间为20～30min。
步骤（4）中所述的超声振荡反应的频率为25～30kHz，超声振荡反应的时间为1～2h。
步骤（6）中所述的巴氏芽孢杆菌菌悬液和氯化钙溶液的体积比为1:8，功能液的淋洒量为1～2L/m2。
本发明的有益效果是：
（1）本发明以多枝状珊瑚礁为原料，先用去离子水浸泡后再以液氮冷冻，粉碎得到粗粒珊瑚礁颗粒，再用柠檬酸溶液对粗粒珊瑚礁颗粒进行改性，接着通过桃胶和尿素对其预处理制成自制加固填料，将自制加固填料填入地基表面打出的孔洞中，并回土掩埋，再用自制功能液淋洒养护后即可完成对液化土壤的加固，本发明利用珊瑚的多孔多枝状结构，先用去离子水浸泡使得去离子水浸入珊瑚内部，再用液氮瞬时冷冻使得珊瑚内部去离子水结冰体积变大，起到撑开拓宽珊瑚内部孔隙的作用，接着再用柠檬酸溶液浸泡珊瑚，通过柠檬酸对珊瑚内部孔壁进行腐蚀，进一步拓宽珊瑚的孔容，随后将拓宽孔容的珊瑚颗粒和桃胶溶液混合浸渍，使得桃胶浸入吸附在珊瑚礁内部，接着再利用具有粘性的桃胶将尿素吸附固着在珊瑚礁内部，并以此作为加固填料，将加固填料填入待加固地基表面打出的孔洞中，回土掩埋，再向掩埋后的孔洞中淋洒自制功能液，当自制功能液和孔洞中的加固填料接触后，由于功能液中的巴氏芽孢杆菌细胞壁表面特殊带有负电荷，会和珊瑚表面钙离子产生吸附，牢固的固着在多枝状珊瑚礁表面，并且巴氏芽孢杆菌会以珊瑚中的尿素、桃胶为营养进行新陈代谢，在其新陈代谢的过程中会产生脲酶，脲酶能够将尿素快速分解生成铵根离子和碳酸根离子，并以微生物自身为晶核，以多枝状粗粒珊瑚礁为模板，和功能液中的钙离子反应生成碳酸钙晶体，并在珊瑚礁表面不断沉积生长，最终生成放射状，树枝形的加固体，此加固体能够将孔洞中的加固填料连接成柱状整体，起到纵向加固的作用，而碳酸钙沉积过程中形成的放射树枝状加固体能和周边地基之间产生物理性的横向锚固作用，又起到了横向加固的效果，并且加固过程中的形成的碳酸钙性质稳定，不易损坏，加固持久性好，经本发明加固方法加固后的液化地基牢固性佳，耐久性好，并且施工简单易操作，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
收集死亡后的多枝状珊瑚礁，将多枝状珊瑚礁和去离子水混合后浸渍1～2h，浸渍结束后取出珊瑚礁立即用液氮喷淋冷冻1～2min，再将喷淋冷冻后的珊瑚礁放入粉碎机中，粉碎成粒径为5～7cm的粗粒珊瑚礁颗粒；将粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液按质量比为1:8混合后搅拌反应2～3h，反应结束后取出反应后的粗粒珊瑚礁颗粒，用去离子水反复冲洗3～5遍，得到改性粗粒珊瑚礁；将改性粗粒珊瑚礁和温度为90～100℃的质量分数为30%的桃胶溶液按质量比为1:5混合，以100～200r/min的转速搅拌混合20～30min，搅拌结束后过滤分离得到滤饼，自然冷却至室温，得到预处理改性粗粒珊瑚礁；将预处理改性粗粒珊瑚礁和质量分数为50%的尿素溶液混合后放入超声振荡仪中，常温下以25～30kHz的频率超声振荡反应1～2h后过滤，分离得到滤渣，即为自制加固填料，备用；在待加固液化地基上沿着地面的垂直方向用钻机正循环回转钻孔，保证钻孔深度为3～5m，钻孔直径为30～40cm，且孔洞以“品”字形排列，每相邻两个孔洞间距为50cm；将备用的自制加固填料填入上述孔洞中，直至自制加固填料顶端距离洞口50cm时停止填料，回土掩埋，掩埋完成后，将浓度为107cfu/mL的巴氏芽孢杆菌菌悬液和质量分数为10%的氯化钙溶液按体积比为1:8混合后得到功能液，按1～2L/m2的淋洒量向掩埋后的孔洞中淋洒功能液进行养护，每天淋洒3～5次，如此淋洒养护1～2周后即完成对液化地基的加固。
实例1
收集死亡后的多枝状珊瑚礁，将多枝状珊瑚礁和去离子水混合后浸渍1h，浸渍结束后取出珊瑚礁立即用液氮喷淋冷冻1min，再将喷淋冷冻后的珊瑚礁放入粉碎机中，粉碎成粒径为5cm的粗粒珊瑚礁颗粒；将粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液按质量比为1:8混合后搅拌反应2h，反应结束后取出反应后的粗粒珊瑚礁颗粒，用去离子水反复冲洗3遍，得到改性粗粒珊瑚礁；将改性粗粒珊瑚礁和温度为90℃的质量分数为30%的桃胶溶液按质量比为1:5混合，以100r/min的转速搅拌混合20min，搅拌结束后过滤分离得到滤饼，自然冷却至室温，得到预处理改性粗粒珊瑚礁；将预处理改性粗粒珊瑚礁和质量分数为50%的尿素溶液混合后放入超声振荡仪中，常温下以25kHz的频率超声振荡反应1h后过滤，分离得到滤渣，即为自制加固填料，备用；在待加固液化地基上沿着地面的垂直方向用钻机正循环回转钻孔，保证钻孔深度为3m，钻孔直径为30cm，且孔洞以“品”字形排列，每相邻两个孔洞间距为50cm；将备用的自制加固填料填入上述孔洞中，直至自制加固填料顶端距离洞口50cm时停止填料，回土掩埋，掩埋完成后，将浓度为107cfu/mL的巴氏芽孢杆菌菌悬液和质量分数为10%的氯化钙溶液按体积比为1:8混合后得到功能液，按1L/m2的淋洒量向掩埋后的孔洞中淋洒功能液进行养护，每天淋洒3次，如此淋洒养护1周后即完成对液化地基的加固。
实例2
收集死亡后的多枝状珊瑚礁，将多枝状珊瑚礁和去离子水混合后浸渍1h，浸渍结束后取出珊瑚礁立即用液氮喷淋冷冻2min，再将喷淋冷冻后的珊瑚礁放入粉碎机中，粉碎成粒径为6cm的粗粒珊瑚礁颗粒；将粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液按质量比为1:8混合后搅拌反应3h，反应结束后取出反应后的粗粒珊瑚礁颗粒，用去离子水反复冲洗4遍，得到改性粗粒珊瑚礁；将改性粗粒珊瑚礁和温度为95℃的质量分数为30%的桃胶溶液按质量比为1:5混合，以150r/min的转速搅拌混合25min，搅拌结束后过滤分离得到滤饼，自然冷却至室温，得到预处理改性粗粒珊瑚礁；将预处理改性粗粒珊瑚礁和质量分数为50%的尿素溶液混合后放入超声振荡仪中，常温下以28kHz的频率超声振荡反应1h后过滤，分离得到滤渣，即为自制加固填料，备用；在待加固液化地基上沿着地面的垂直方向用钻机正循环回转钻孔，保证钻孔深度为4m，钻孔直径为35cm，且孔洞以“品”字形排列，每相邻两个孔洞间距为50cm；将备用的自制加固填料填入上述孔洞中，直至自制加固填料顶端距离洞口50cm时停止填料，回土掩埋，掩埋完成后，将浓度为107cfu/mL的巴氏芽孢杆菌菌悬液和质量分数为10%的氯化钙溶液按体积比为1:8混合后得到功能液，按2L/m2的淋洒量向掩埋后的孔洞中淋洒功能液进行养护，每天淋洒4次，如此淋洒养护2周后即完成对液化地基的加固。
实例3
收集死亡后的多枝状珊瑚礁，将多枝状珊瑚礁和去离子水混合后浸渍2h，浸渍结束后取出珊瑚礁立即用液氮喷淋冷冻2min，再将喷淋冷冻后的珊瑚礁放入粉碎机中，粉碎成粒径为7cm的粗粒珊瑚礁颗粒；将粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液按质量比为1:8混合后搅拌反应3h，反应结束后取出反应后的粗粒珊瑚礁颗粒，用去离子水反复冲洗5遍，得到改性粗粒珊瑚礁；将改性粗粒珊瑚礁和温度为100℃的质量分数为30%的桃胶溶液按质量比为1:5混合，以200r/min的转速搅拌混合30min，搅拌结束后过滤分离得到滤饼，自然冷却至室温，得到预处理改性粗粒珊瑚礁；将预处理改性粗粒珊瑚礁和质量分数为50%的尿素溶液混合后放入超声振荡仪中，常温下以30kHz的频率超声振荡反应2h后过滤，分离得到滤渣，即为自制加固填料，备用；在待加固液化地基上沿着地面的垂直方向用钻机正循环回转钻孔，保证钻孔深度为5m，钻孔直径为40cm，且孔洞以“品”字形排列，每相邻两个孔洞间距为50cm；将备用的自制加固填料填入上述孔洞中，直至自制加固填料顶端距离洞口50cm时停止填料，回土掩埋，掩埋完成后，将浓度为107cfu/mL的巴氏芽孢杆菌菌悬液和质量分数为10%的氯化钙溶液按体积比为1:8混合后得到功能液，按2L/m2的淋洒量向掩埋后的孔洞中淋洒功能液进行养护，每天淋洒5次，如此淋洒养护2周后即完成对液化地基的加固。
对照例
将本发明自制加固填料换成相同量的水泥对液化地基进行加固作为对照例。
对本发明加固后的液化地基和对照例中加固的液化地基进行性能检测，检测结果如表1所示：
检测方法：通过中型振动三轴和小型振动台，按照土工试验规程（SL237—1999）实测和研究加固后液化地基的动力性能。
表1 性能检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由上表中检测数据可以看出本发明加固液化地基的方法耐久性好，地基加固后牢固度高，具有广阔的应用前景。

Claims (5)

1.一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）收集死亡后的多枝状珊瑚礁，将多枝状珊瑚礁和去离子水混合后浸渍1～2h，浸渍结束后取出珊瑚礁立即用液氮喷淋冷冻1～2min，再将喷淋冷冻后的珊瑚礁放入粉碎机中，粉碎成粒径为5～7cm的粗粒珊瑚礁颗粒；
（2）将上述粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液混合后搅拌反应，反应结束后取出反应后的粗粒珊瑚礁颗粒，用去离子水反复冲洗3～5遍，得到改性粗粒珊瑚礁；
（3）将上述改性粗粒珊瑚礁和温度为90～100℃的质量分数为30%的桃胶溶液搅拌混合，搅拌结束后过滤分离得到滤饼，自然冷却至室温，得到预处理改性粗粒珊瑚礁；
（4）将上述预处理改性粗粒珊瑚礁和质量分数为50%的尿素溶液混合后放入超声振荡仪中，超声振荡反应后过滤，分离得到滤渣，即为自制加固填料，备用；
（5）在待加固液化地基上沿着地面的垂直方向用钻机正循环回转钻孔，保证钻孔深度为3～5m，钻孔直径为30～40cm，且孔洞以“品”字形排列，每相邻两个孔洞间距为50cm；
（6）将备用的自制加固填料填入上述孔洞中，直至自制加固填料顶端距离洞口50cm时停止填料，回土掩埋，掩埋完成后，将浓度为107cfu/mL的巴氏芽孢杆菌菌悬液和质量分数为10%的氯化钙溶液混合后得到功能液，向掩埋后的孔洞中淋洒功能液进行养护，每天淋洒3～5次，如此淋洒养护1～2周后即完成对液化地基的加固。
2.根据权利要求1所述的一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的粗粒珊瑚礁颗粒和质量分数为20%的柠檬酸溶液的质量比为1:8。
3.根据权利要求1所述的一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的改性粗粒珊瑚礁和温度为90～100℃的质量分数为30%的桃胶溶液的质量比为1:5，搅拌混合的转速为100～200r/min，搅拌混合的时间为20～30min。
4.根据权利要求1所述的一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的超声振荡反应的频率为25～30kHz，超声振荡反应的时间为1～2h。
5.根据权利要求1所述的一种利用粗粒珊瑚礁加固液化地基的方法，其特征在于：步骤（6）中所述的巴氏芽孢杆菌菌悬液和氯化钙溶液的体积比为1:8，功能液的淋洒量为1～2L/m2。
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