CN110904949B - 一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法。该方法将膨润土结合微生物诱导碳酸钙沉淀用于砂砾石地基(粗砂加固)，即增强加固后砂砾石地基强度及减少加固次数，降低加固成本，具有较强实用性。

Description

一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法
技术领域
本发明涉及一种微生物诱导碳酸钙沉淀技术加固砂砾石地基的方法，属于岩土工程领域。
背景技术
砂砾石地基中，砂砾石是一种颗粒状、无粘性材料。由于砂砾石缺乏粘性,容易产生水破坏、渗透破坏、冰冻破坏、松散破坏现象，因此需要加固。
用微生物促进相应的化学反应加固土体是近年来提出的一种加固技术。然而，如果被加固土体是砂砾石时，土体颗粒较大，颗粒间孔隙也较大，在加固过程中需要特定的反应液和微生物溶液，而且用量很大，使加固难度和费用大幅度提高，因此无法应用于砂砾石地基。
发明内容
本发明的目的是提供一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于，包括以下步骤:
1〕在液体培养基中培养巴氏芽孢杆菌微生物溶液；
2〕将膨润土加入微生物溶液中，搅拌形成膨润土微生物混合液；
3〕配置尿素和氯化钙混合组成的反应液；
4〕将膨润土微生物混合液与反应液混合，配置成微生物水泥；将配置好的微生物水泥立即灌入待砂砾石地基中，并养护12～48小时；
6〕将反应液灌入待加固的砂砾石地基中，并养护12～48小时。
值得说明的是，本发明将膨润土结合微生物诱导碳酸钙沉淀用于砂砾石地基加固，即增强加固后砂砾石地基强度及减少加固次数，降低加固成本，具有较强实用性。
进一步，步骤1〕中，所述液体培养基由去离子水配置而成，其中，组分及其配比为：
Figure BDA0002257909150000011
Figure BDA0002257909150000021
进一步，所述液体培养基采用1M氢氧化钠(NaOH)将pH值调至9.0～10.0。所述液体培养基接种后在恒温震荡箱中孵化，恒温震荡箱温度25～30℃，转速150～250rpm/min，孵化时间12～28h。
进一步，步骤2〕中，微生物溶液中，微生物密度在106～108cfu/L之间。
膨润土为钙基膨润土，粒径小于74μm，使用前105条件下烘24h，使其水分完全挥发。
所述膨润土微生物混合液中，膨润土浓度为5g/L-100g/L。
进一步，步骤3〕中，所述反应液由去离子水配置而成，其中，尿素的浓度为0.1～2M，氯化钙的浓度为0.1～2M。
进一步，步骤4〕中，膨润土微生物混合液与反应液的体积比为0.1～1。
进一步，步骤4〕中，所述砂砾石地基中颗粒粒径大于1mm。
进一步，步骤4〕～步骤5〕中，所述微生物水泥和反应液灌入方法可以采用泵送法及表面倾倒法等。
进一步，步骤4〕中，所述微生物水泥单次灌入体积应大于砂砾石地基中的孔隙体积；
进一步，步骤5〕中，所述反应液灌入体积应大于砂砾石地基中的孔隙体积。
进一步，重复步骤4～5若干次。可以直到地基中目标碳酸钙质量含量超过10％，或根据室内强度试验确定加固次数。
本发明的优点在于：
1.采用膨润土结合微生物诱导碳酸钙沉淀加固砂砾石地基时，膨润土可以填充部分孔隙，微生物水泥注入次数少，加固成本低。
2.在本发明的配比范围内，膨润土可以作为骨架，提供更多的颗粒间接触点，从而提高砂砾石地基加固后的强度。
3.膨润土是一种天然岩土材料，化学性质稳定，结合微生物诱导碳酸钙沉淀加固砂砾石地基，对加固后的耐久性影响小。
附图说明
图1粗砂砂柱
图2膨润土微生物混合液
图3实施例1、2、3和对比例1中粗砂加固试验结果对比。
具体实施方式
实施例1：
本实施例针对一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法进行实验，如图1所示，为模拟砂砾石地基，本实施例采用粗砂制成砂柱试样。粗砂为福建石英砂，粒径在1-2mm之间。粗砂的堆积密度为1.63g/cm3，孔隙率为0.385，砂柱直径为39.1mm，高度为78.2mm，孔隙体积为36.13mm3，砂柱试样长轴垂直于水平面，砂柱如图1所示。
包括以下步骤:
1〕在液体培养基中培养巴氏芽孢杆菌微生物溶液：
所述液体培养基由去离子水配置而成，其中，组分及其配比为：
Figure BDA0002257909150000031
所述液体培养基采用1M氢氧化钠(NaOH)将pH值调至9.0。所述液体培养基接种后在恒温震荡箱中孵化，恒温震荡箱温度30℃，转速200rpm/min，孵化时间约24h后，获得的微生物溶液中，微生物密度为108cfu/L。
2〕将膨润土加入微生物溶液中，搅拌形成膨润土微生物混合液：用量筒称量100mL微生物溶液并倒入250mL锥形瓶中，给锥形瓶中加入2g膨润土并在室温条件下电磁振荡10-20min，使膨润土完全溶解于微生物溶液中形成膨润土微生物混合液，如图2所示。
采用的膨润土为钙基膨润土，粒径小于74μm，使用前105条件下烘24h，使其水分完全挥发。
3〕配置尿素和氯化钙混合组成的反应液；
步骤3〕中，所述反应液由去离子水配置而成，其中，尿素的浓度为1M，氯化钙的浓度为1M。
4〕将膨润土微生物混合液与反应液混合，配置成微生物水泥；
膨润土微生物混合液与反应液的体积比为1:1。
将配置好的微生物水泥立即从试样顶部灌入。灌入体积约为1.5倍孔隙体积，即50mL。待微生物水泥液面与砂柱顶面持平时关闭出水口，使生物水泥反应24h后打开出水口排出废液。
5〕用同样的方法灌入反应液，反应液体积约为1.5倍孔隙体积，即50mL。待反应液液面与砂柱顶面持平时关闭出水口，使生物水泥反应24h后打开出水口排出废液。
重复上述步骤4〕～5〕分别2次、3次、4次和5次，使总的加固次数分别为4次，6次，8次和10次。
对经过上述方法加固的粗砂试样进行无侧限单轴抗压强度测试；无侧限单轴抗压强度测试过程由应变控制，应变速率为1mm/min；如表1所示为加固后粗砂砂柱的无侧限抗压强度。
表1膨润土微生物混合液中膨润土浓度为20g/L时的加固效果
Figure BDA0002257909150000041
实施例2
本实施例的加固方法参考实施例1，与实施例1不同的是，步骤2〕中，膨润土微生物混合液的膨润土浓度为40g/L。对加固的粗砂试样进行无侧限单轴抗压强度测试，其结果见表2。
表2膨润土微生物混合液中膨润土浓度为40g/L时的加固效果
Figure BDA0002257909150000042
实施例3
本实施例的加固方法参考实施例1，与实施例1不同的是，步骤2〕中，膨润土微生物混合液的膨润土浓度为80g/L。对加固的粗砂试样进行无侧限单轴抗压强度测试，其结果见表3。
表3膨润土微生物混合液中膨润土浓度为80g/L时的加固效果
Figure BDA0002257909150000051
对比例1
本对比实验的加固方法参考实施例1，与实施例1不同的是，步骤2〕中，不加入膨润土。对加固的粗砂试样进行无侧限单轴抗压强度测试，其结果见表4。
表3微生物溶液中不加入膨润土时的加固效果
Figure BDA0002257909150000052
通过上述实施方式处理的粗砂强度明显提高。3个实施例和1个对比例的对比结果见图3。结果表明，在微生物溶液中加入本发明限定的膨润土用量(20-40g/L)，对粗砂加固强度的提高明显优于未添加膨润土和膨润土添加过量的情况。

Claims (9)

1.一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于，包括以下步骤：
1〕在液体培养基中培养巴氏芽孢杆菌微生物溶液；
所述液体培养基由去离子水配置而成，其中，组分及其配比为：
酵母提取物 15~30 g/L
氯化铵 10~20 g/L
硫酸锰 10~15 mg/L
氯化镍 20~28 mg/L；
2〕将膨润土加入微生物溶液中，搅拌形成膨润土微生物混合液；
3〕配置尿素和氯化钙混合组成的反应液；
4〕将膨润土微生物混合液与反应液混合，配置成微生物水泥；
将配置好的微生物水泥立即灌入待加固的砂砾石地基中，并养护；
5〕将反应液灌入待加固的砂砾石地基中，并养护。
2.根据权利要求1所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于：所述液体培养基采用1M氢氧化钠将pH值调至9.0~10.0；所述液体培养基接种后在恒温震荡箱中孵化，恒温震荡箱温度25~30℃，转速150~250 rpm，孵化时间12~28h。
3.根据权利要求1所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于：
步骤2〕中，
微生物溶液中，微生物密度在106～108cfu/L之间；
所述膨润土微生物混合液中，膨润土浓度为5 g/L-100 g/L。
4.根据权利要求1或3所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于：步骤3〕中，所述反应液由去离子水配置而成，其中，尿素的浓度为0.1～2 M，氯化钙的浓度为0.1～2M。
5.根据权利要求4所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于：步骤4〕中，膨润土微生物混合液与反应液的体积比为0.1～1。
6.根据权利要求1或5所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于：步骤4〕中，所述砂砾石地基中颗粒粒径大于1mm。
7.根据权利要求1或5所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于，步骤4〕～步骤5〕中，所述微生物水泥和反应液灌入方法是采用泵送法或表面倾倒法。
8.根据权利要求1或5所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于：
步骤4〕中，所述微生物水泥单次灌入体积大于砂砾石地基中的孔隙体积；
步骤5〕中，所述反应液单次灌入体积大于砂砾石地基中的孔隙体积。
9.根据权利要求1或5所述的一种膨润土辅助微生物加固砂砾石地基方法，其特征在于：重复步骤4～5若干次。
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