CN110185024B - 一种可同时实现micp灌浆加固土壤并去除其副产物的装置和方法 - Google Patents

一种可同时实现micp灌浆加固土壤并去除其副产物的装置和方法 Download PDF

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    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil

Abstract

本发明公开了一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置及方法，所述的装置包括注浆管、若干回流管、支撑架、MICP灌浆液贮存池；MICP灌浆液贮存池依次通过注浆泵、注浆管道与注浆管相连，回流管依次通过回流管道、回流泵与MICP贮存池相连，可实现MICP灌浆加固土壤功能。此外通过结构设计，使得注浆管和回流管分别连接直流电源的正负极，从而在注浆管和回流管之间形成闭合回路，利用该回路对土体中副产物NH4Cl溶液进行电解，实现NH4Cl的高效回收，避免残留于土壤中的NH4Cl对土体的污染。该装置使用时应先对土体进行MICP注浆处理，待土体加固完成后，再利用电解法去除副产物NH4Cl。

Description

一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置和 方法
技术领域
本发明涉及一种地基处理技术，属于生物岩土领域，尤其涉及一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置和方法，它不仅可进行土壤加固，还能有效去除MICP处理地基中生成的副产品NH4Cl，减小土体污染。
背景技术
MICP灌浆技术是一种新型地基处理技术。通过向原位土壤中灌注细菌悬浮液以及胶结液(尿素和CaCl2溶液)，诱导微生物产生脲酶分解尿素生成碳酸根离子和铵根离子，在土壤中存在钙离子的情况下生成碳酸钙，从而将土壤颗粒胶结起来，提高地基承载力、刚度、抗侵蚀性能。MICP灌浆技术具有浆液流动性好，渗透性强，反应速率和胶结强度可调控、环境污染小、对土体扰动小等优势而被广泛应用于软基处理、污水处理、古文物修复、防风治沙、堤坝防渗等领域。
但在利用MICP技术对土壤进行处理时，除了生成碳酸钙结晶体外，还会生成副产品NH4Cl，NH4Cl呈酸性，具有较强的腐蚀性，若土壤中长期存在NH4Cl,会对土壤中的生态环境产生较大的污染，尤其是对土壤中的金属质管道，由于氯离子的存在，会发生电化学腐蚀，减少管道使用年限，增加修复成本。常规的处理方法，比如离子交换法、反渗透膜技术等技术去除NH4Cl回收率较低，且成本较高，很难用于原位土壤NH4Cl去除。
发明内容
本发明的目的于在于提供一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置和方法，该装置主要包括MICP注浆部分以及电解部分，该装置及方法的特点是：简单易操作、环境友好、加固土壤效果好，且可同时去除副产物NH4Cl。
本发明采取以下技术方案：
一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，包括注浆管、若干回流管、支撑架、MICP灌浆液贮存池；所述的注浆管竖直设置，表面开设有注浆孔，回流管表面开设有回流孔，回流管均为竖直设置且环绕着注浆管均匀分布，支撑架为若干个支撑杆分支一端共接为一体的对称结构，支撑架中心、以及各分支的末端均开孔并设有螺母接头，注浆管与支撑架中心处的螺母接头螺纹连接，回流管则与其余螺母接头一一对应螺纹连接，在注浆管和回流管上位于支撑架下方都固定有限位块以限制支撑架向下运动，MICP灌浆液贮存池通过注浆管道经注浆泵后与注浆管顶部连接，通过回流管道经回流泵后与各回流管顶部连接；所述的注浆管、回流管、螺母接头均采用导电材料，所述的支撑架采用绝缘材料；在支撑架的各分支上分别设置直流电源，且直流电源的正负极通过导线与支撑架中心处的螺母接头以及所在分支末端的螺母接头连接。
上述技术方案中，进一步的，所述的注浆金属管和回流金属管的底部均设置有锥形的贯入头。
进一步的，所述的注浆孔与回流孔对应设置，即在同一高度下不仅开设有注浆孔，同时也设有回流孔。
进一步的，所述的注浆管、回流管均采用金属管。
进一步的，支撑杆分支上的直流电源的正极通过导线与支撑架中心处的螺母接头连接，直流电源的负极通过导线与所在分支末端的螺母接头连接。
进一步的，所述的MICP灌浆液为：菌液及均为0.5mol/L的尿素和CaCl2溶液，所述的菌液OD600≥1.0，脲酶活性≥2.0mM urea水解/min。
一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的方法，该方法基于上述的装置实现，在利用MICP灌浆时，先拼接好各管道，连接好电解电路，打开注浆泵和回流泵，通过注浆管道将MICP浆液注入土壤中，再通过回流管道将MICP浆液收集至MICP浆液贮存池中，实时测试浆液中Ca2+的浓度并及时调整尿素和氯化钙的浓度，在土体加固完成后，通过注浆泵和注浆管道向土壤中注入清水，将NH4Cl晶体溶解形成NH4Cl溶液，进行电解从而去除NH4Cl。
本发明具有以下优点：
本发明的装置和方法不仅利用了MICP方法加固土壤，更考虑了加固后副产物NH4Cl对土体的污染，将MICP注浆加固土体与去除NH4Cl一体化，实现土体无污染加固。另外，该装置可拆卸，使该装置使用起来更加方便。
附图说明
图1土壤加固及NH4Cl去除操作流程图；
图2是MICP注浆主视图；
图3是电解法去除NH4Cl主视图；
图4是装置俯视图；
图5是装置仰视图；
图6是注浆金属管示意；
其中，1注浆管、2回流管、3注浆管孔、4回流管孔、5锥形贯入头、6塑料十字架、7环形钛管限位板、8铜质螺母接头、9钛管螺纹、10导线、11直流电源、12注浆管道、13回流管道、14喉箍、15注浆泵、16回流泵、17 MICP灌浆液贮存池。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明的技术方案做进一步说明，但该实例仅是本发明技术方案的一种具体实现方式，并非对本发明的限制。
一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，包括1根注浆金属管1、4根回流金属管2、注浆金属管孔3、回流金属管孔4、锥形贯入头5、塑料十字架6、环形金属管限位板7、铜质螺母接头8、金属管螺纹9、导线10、直流电源11、注浆管道12、回流管道13、喉箍14、注浆泵15、回流泵16、MICP灌浆液贮存池17。
其中MICP灌浆液贮存池依次通过注浆泵15、注浆管道12与注浆金属管1相连，回流金属管2依次通过回流管道13、回流泵17与MICP贮存池17相连，整个系统构成闭合回路进行MICP灌浆加固土壤。待加固完成后利用电解法去除副产物NH4Cl。其中，依次由直流电源11、导线10、铜质螺母接头8、注浆金属管1、加固土体、回流金属管1、铜质螺母接头8、导线10组成闭合回路进行电解，电解质为NH4Cl溶液。
所述的MICP灌浆液贮存池17中浆液主要成分为一定活性的菌液(OD600≥1.0，脲酶活性≥2.0mM urea水解/min)及0.5mol/L的尿素及CaCl2溶液。
所述的注浆管道12、回流管道13均通过喉箍14分别与注浆金属管1、回流金属管2相连。
所述的注浆金属管1与4根回流金属管通过塑料十字架6相连，其中塑料十字架6上下分别由铜质螺母接头8、环形金属管限位板7固定在金属管上，铜质螺母接头8与金属管上的螺纹9连接，环形金属管限位板7焊接在金属管上。
所述的4个直流电源11固定在塑料十字架6上，通过导线10与铜质螺母接头8相连。
所述的注浆金属管1竖向均匀分布有8排注浆金属管孔3，且每一高度环向间隔90°均匀分布有4个注浆金属管孔3。回流金属管2竖向均匀分布有8排回流金属管孔4，每一高度分布一个回流金属管孔4，与相应注浆金属管孔3对应。
所述的注浆金属管1及回流金属管2在电解去除NH4Cl时分别作为阳极和阴极。
所述的注浆泵15及回流泵16在电解去除NH4Cl时分别用来抽取阳极电解产物(Cl-)及阴极电解产物(NH4 +),并集中收存于MICP灌浆液贮存池17中。
整个MICP灌浆及电解处理系统可拆卸，拆卸后体积小，所占运输空间小，可现场安装，施工便利。
在进行土体MICP加固及消除其副产物NH4Cl时，应先进行MICP加固地基处理，待土体加固完成后再进行NH4Cl去除操作。
在利用MICP灌浆加固地基时，先拼接好各管道，连接好电解电路，打开注浆泵15和回流泵16，依次通过注浆管道13、注浆金属管1将MICP浆液注入土壤中，再通过回流金属管2、回流管道13将MICP浆液收集至MICP浆液贮存池17中，并实时测试浆液中Ca2+的浓度及时调整浆液中尿素和氯化钙的浓度，持续向土体内部注浆，直至达到相应固化效果。
在土体加固完成后进行副产物NH4Cl去除时，先通过注浆泵15、注浆管道12、注浆金属管1向土壤中注入清水，将MICP生成的NH4Cl晶体溶解，形成NH4Cl溶液，再连接好电解电路，注浆金属管1和回流金属管2分别作为阳极和阴极，进行电解去除收集NH4Cl。

Claims (7)

1.一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，其特征在于，包括注浆管、若干回流管、支撑架、MICP灌浆液贮存池；所述的注浆管竖直设置，表面开设有注浆孔，回流管表面开设有回流孔，回流管均为竖直设置且环绕着注浆管均匀分布，支撑架为若干个支撑杆分支一端共接为一体的对称结构，支撑架中心、以及各分支的末端均开孔并设有螺母接头，注浆管与支撑架中心处的螺母接头螺纹连接，回流管则与其余螺母接头一一对应螺纹连接，在注浆管和回流管上位于支撑架下方都固定有限位块以限制支撑架向下运动，MICP灌浆液贮存池通过注浆管道经注浆泵后与注浆管顶部连接，通过回流管道经回流泵后与各回流管顶部连接；所述的注浆管、回流管、螺母接头均采用导电材料，所述的支撑架采用绝缘材料；在支撑架的各分支上分别设置直流电源，且直流电源的正负极通过导线与支撑架中心处的螺母接头以及所在分支末端的螺母接头连接。
2.根据权利要求1所述的可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，其特征在于，所述的注浆管和回流管的底部均设置有锥形的贯入头。
3.根据权利要求1所述的可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，其特征在于，所述的注浆孔与回流孔对应设置，即在同一高度下不仅开设有注浆孔，同时也设有回流孔。
4.根据权利要求1所述的可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，其特征在于，所述的注浆管、回流管均采用金属管。
5.根据权利要求1所述的可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，其特征在于，支撑杆分支上的直流电源的正极通过导线与支撑架中心处的螺母接头连接，直流电源的负极通过导线与所在分支末端的螺母接头连接。
6.根据权利要求1所述的可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的装置，其特征在于，所述的MICP灌浆液为：菌液及均为0.5mol/L的尿素和CaCl2溶液，所述的菌液OD600≥1.0，脲酶活性≥2.0mM urea水解/min。
7.一种可同时实现MICP灌浆加固土壤并去除其副产物的方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1-6任一项所述的装置实现，在利用MICP灌浆时，先拼接好各管道，连接好电解电路，打开注浆泵和回流泵，通过注浆管道将MICP浆液注入土壤中，再通过回流管道将MICP浆液收集至MICP浆液贮存池中，实时测试浆液中Ca2+的浓度并及时调整尿素和氯化钙的浓度，在土体加固完成后，通过注浆泵和注浆管道向土壤中注入清水，将NH4Cl晶体溶解形成NH4Cl溶液，进行电解从而去除NH4Cl。
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