CN111877072A - 一种运用生物酶材料固化新旧路基结合部的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种运用生物酶材料固化新旧粉质土路基结合部的方法，包括预先扩大化培养生物酶材料，然后运用生物酶材料进行新旧粉土路基拼宽施工。所述的生物酶为碳酸盐矿化菌。所述的生物酶材料为在碳酸盐矿化菌培养液中添加诱导反应液制得的混合材料。本发明创新性地解决粉土新旧路基结合部难处理的问题，在保证旧路仍保持运营状态下，新路基进行拼宽施工，缓解了交通压力，有效减少了新旧路基的不均匀沉降，提高了土体的抗剪强度，保证了新老路基的整体性，并且不会对周围土体产生毒害和污染，操作简单，施工和易性较高，创造了更多的经济效益和社会效益。

Description

一种运用生物酶材料固化新旧路基结合部的方法
技术领域
本发明属于道路工程领域，尤其涉及运用生物酶材料固化新旧粉质土路基结合部的方法及施工工艺。
背景技术
随着我国交通基础设施建设的快速发展，部分早期建设的高速公路，呈现出交通量饱和、道路通行能力和服务水平降低的情况，已不能很好地适应经济社会发展和城乡建设的需求，解决问题的有效途径是对早期修建的高速公路进行拼宽改扩建。而新旧路基结合部的有效处理是新旧路基拼宽成功与否的关键，尤其在处理一些粉土等不良地质路基时，加固广泛的易液化粉土地基，提高其密实度和稳定性，是一个现实的重要课题。传统的加固方法如地基换填，桩基布设和重力击实等往往存在技术经济性低、施工成本高等缺点，而化学灌浆技术易造成环境污染等问题，因此急需找到一种改良效果好、施工简单、成本低且环保，甚至能够保证在旧路处于运营状态下完成新路基拼宽的方法。
进入21世纪以来，微生物技术与基础工程科学间的结合渗透、互相促进，科学家们发现部分微生物霉菌分泌的物质能够结合周围环境中土颗粒，形成具有一定强度的土基，这一发现具有广泛的应用前景和显著的工程技术与经济价值，但具体应用要求土壤颗粒之间要有一定空隙能使微生物渗入，但空隙又不能太大能保证颗粒能够相互粘结，所以此类方法多用于满足粒径要求的部分砂土路基加固，应用范围有一定的局限性，现阶段，针对颗粒较细的粉质土改良，尤其是适用于易产生较大沉降的新旧粉土路基结合部处的加固处理，仍为技术空白。
发明内容
针对现有技术中存在的粉质路新旧路基结合部强度小的问题，本发明提供一种运用生物酶材料固化新旧粉质路基的方法。
一种运用生物酶材料固化新旧路基结合部的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）扩大化培养生物酶材料；
（2）将生物酶材料应用于新旧路基拼宽施工；
所述的生物酶为碳酸盐矿化菌的代谢产物。
其中，所述的新旧路基为粉质土路基。
其中，所述的碳酸盐矿化菌，是指粘细菌，铜绿假单胞菌等革兰氏阴性土壤菌，或者为巴氏芽孢八叠球菌等革兰氏阳性土壤菌。
其中，所述的步骤（1）具体为
a 挑选活化碳酸盐矿化菌接种于培养基中，扩大化培养；
b 分离出纯菌体，诱导得到生物酶材料。
其中，所述的培养基为NH4-YE培养基，具体为20g酵母提取物，10g硫酸铵，1L PH值为9的0.13mol的Tris buffer。
其中，所述的b具体为：离心分离得到纯菌体，至于生理盐水中，并与含有钙离子的诱导反应液混合，批量得到生物酶材料。
所述的诱导反应液具体为，生理盐水中添加CaCl2及CO（NH2）2 ，所述CaCl2及CO（NH2）2的浓度均为2mol/L。
所述的步骤（2）具体包括以下步骤：
步骤1) 旧路基清表，原有结构物拆除：老路基边坡进行清坡处理，然后对原有路基结构物进行拆除；
步骤2) 夯实基底；
步骤3) 的开挖台阶：自下而上开挖台阶；
步骤4) 分层填筑，喷洒生物酶材料：对路基进行分层填筑，每填筑一层均匀喷洒一层生物酶材料，喷撒3-5遍，喷洒间隔时间为2-3h。
步骤5) 动力压实。
其中，所述的步骤4），在此方案基础上，基底填筑路基时在最下一级台阶铺设一层整体式高强土工格室；第一层路床铺设一层HDPE钢塑土工格栅。路床中部10cm范围内回填4%石灰土，路床顶部回填6%石灰土。
碳酸盐矿化菌的作用机理是通过微生物霉菌新陈代谢过程催化尿素水解沉积碳酸钙，与周围土体颗粒胶结形成具有一定结构强度的固体物质，具体可表述为：
CO（NH2）2+2H2O（微生物降解）→CO3 2++2NH4+
Ca2++Cell（微生物带负电的细胞）→Cell-Ca2+
CO32-+Cell-Ca2+→Ｃell-CaCO3↓（碳酸钙沉积）
通过本发明提供的含钙离子的诱导反应液，原位静置后，通过钙离子的絮凝作用实现微生物的固定，从而得到具有对粉质土有粘结能力的生物酶材料。
本发明有益效果
（1）对于粉质土路基改良效果好，増加土的紧实程度，减少土体渗透性，降低液化程度等，新路基养护周期短，成本低且绿色环保，不会对周围土体产生毒害和污染，操作简单，施工和易性较高。
（2）有效减少路基的不均匀沉降，沉降控制符合《高速公路改扩建设计细则》（JTGTL11—2014）的相关规定，避免或减少横向错台和纵向裂缝的发生，提高了路基结合部的摩阻力和嵌挤作用，提高了土体的抗剪强度，保证新老路基的整体性。
（3）减少了施工过程对周围环境的扰动，保证旧路仍可以保持运营状态，提供一定的道路通行能力，缓解交通服务压力，保障了高速公路路基稳定性及车辆行驶安全性。
附图说明
图1为粉土路基拼宽剖面图；
图中：1-旧路基边坡，2-基底，3-台阶，4-生物酶材料，5-土工格室，6-土工格栅。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1 碳酸盐矿化菌的扩大化培养及生物酶材料的批量生产
1）挑选活化成功的碳酸盐矿化菌菌落到50ml NH4-YE培养基，放置于培养环境温度30℃下的恒湿振荡培养箱中，以180转/分的转速震荡培养12h得到母液。
2） 按照3%的接种比例，通过移液枪采取母液到含若干50ml NH4-YE培养基的容器中，放置于培养环境温度30℃下的恒湿振荡培养箱中，以180转/分的转速震荡，连续培养39h进行扩大化培养。
3） 对培养39h的菌液利用高速离机分离出纯菌体，并保存于0.9%的生理盐水中，将含有纯菌体的生理盐水与诱导反应液按照体积比1:3混合，原位静置2小时左右，通过Ca2+的絮凝作用实现微生物的固定，批量制得生物酶材料。
实施例2 具体施工
结合图1所示，
1）旧路基清表，原有结构物拆除；
是对旧路基边坡1进行30cm（垂直于坡面方向）的清坡处理，然后对原有路基结构物进行拆除。
2) 夯实基底；
将基底2先用推土机粗平，再用平地机精平，分别沿路线中线从中间向两侧推土，往返3次，基本平整后，采用25 KJ冲击压路机冲击碾压密实或采用40 KJ的高速液压夯实机进行20遍夯压密实。
在此方案基础上，应该对基底压实度进行检测，若压实度不满足要求则继续碾压直到满足要求。
3) 开挖台阶；
用机械结合人工的方式进行自下而上开挖台阶3，坡脚往上第一级台阶宽度2m，高度1.3m，其余台阶尺寸宽1m，高0.6m（具体台阶尺寸可根据路基高度和实际地形情况定）。其作用为增加新老路结合部接触面积，增强结合部摩阻力和抗剪能力，保证新老路基之间的有效结合和整体性。
在此方案基础上，应该对台阶处的原老路填土应进行含水率和力学性能试验，以便后期工序的调整。
4) 分层填筑，喷洒生物酶材料；
对路基进行分层填筑，每填筑一层均匀喷洒一层生物酶材料4，喷撒3-5遍，喷洒时间间隔为2-3h。
基底填筑路基时在最下一级台阶铺设一层整体式高强土工格室5；第一层路床铺设一层HDPE钢塑土工格栅6。路床中部10cm范围内回填4%石灰土，路床顶部回填6%石灰土。
5) 动力压实；
所述步骤5) 动力压实，施工中严格控制新旧路基结合部的压实，对大型压路机无法压实的死角用打夯机或高速液压夯实机分层填筑压实。
实施例3 对比实验
对不同组进行无侧限抗压刚度试验。
本文的无侧限抗压刚度试验参照《公路土工试验规程》（JTG E40-2007）进行无侧限抗压刚度试验。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1可知，龄期7天时，采用生物酶组和化学灌浆组相比于未处理组强度增大了98.2%、73.1%。龄期14天时，采用生物酶组和化学灌浆组相比于未处理组强度增大了107.1%、81.9%，由龄期增大了可以得出，在加入生物酶固化剂后其强度比未加生物酶的试样要高。总体来说，土样的无侧限抗压强度随着龄期的增加而增加，也会随着添加生物酶剂强度改善，采用化学灌浆也能改善了土样的强度，但是改善效果没有生物酶材料好。

Claims (9)

1.一种运用生物酶材料固化新旧路基结合部的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）扩大化培养生物酶材料；
（2）将生物酶材料应用于新旧路基拼宽施工；
所述的生物酶为碳酸盐矿化菌的代谢产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的新旧路基为粉质土路基。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳酸盐矿化菌，是指粘细菌，铜绿假单胞菌等革兰氏阴性土壤菌，或者为巴氏芽孢八叠球菌等革兰氏阳性土壤菌。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤（1）具体为
a 挑选活化碳酸盐矿化菌接种于培养基中，扩大化培养；
b 分离出纯菌体，诱导得到生物酶材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的培养基为NH4-YE培养基，具体为20g酵母提取物，10g硫酸铵，1L PH值为9的0.13mol的Tris buffer。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的b具体为：离心分离得到纯菌体，至于生理盐水中，并与含有钙离子的诱导反应液混合，批量得到生物酶材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的诱导反应液具体为，生理盐水中添加CaCl2及CO（NH2）2 ，所述CaCl2及CO（NH2）2的浓度均为2mol/L。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤（2）具体包括以下步骤：
步骤1) 旧路基清表，原有结构物拆除：老路基边坡进行清坡处理，然后对原有路基结构物进行拆除；
步骤2) 夯实基底；
步骤3) 的开挖台阶：自下而上开挖台阶；
步骤4) 分层填筑，喷洒生物酶材料：对路基进行分层填筑，每填筑一层均匀喷洒一层生物酶材料，喷撒3-5遍，喷洒间隔时间为2-3h；
步骤5) 动力压实。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步骤4），基底填筑路基时在最下一级台阶铺设一层整体式高强土工格室；第一层路床铺设一层HDPE钢塑土工格栅；路床中部10cm范围内回填4%石灰土，路床顶部回填6%石灰土。
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