CN112239672A - 一种边坡加固用微生物加固液、制备方法及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种边坡加固用微生物加固液、制备方法及其施工方法，涉及一种微生物加固液。附着粘结剂为钠离子溶液，矿化菌液A的菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，OD600值在1.0～1.5之间，矿化菌营养液A包括蒸馏水、3～5g/L的营养肉汤、35～45g/L的尿素、65～85g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵，矿化菌液B的菌种为巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌，OD600值在0.5～1.0之间，矿化菌营养液B包括蒸馏水、4～6g/L的营养肉汤、25～35g/L的尿素、45～65g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵。利用枯草芽孢杆菌、巴氏生孢八叠球菌的矿化能力对膨胀土边坡进行生态加固。

Description

一种边坡加固用微生物加固液、制备方法及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种微生物加固液，尤其是一种边坡加固用微生物加固液、制备方法及其施工方法，属于边坡工程技术领域。
背景技术
膨胀土含有丰富的黏土矿物，具有遇水膨胀、失水收缩的特性，在冻融与干湿循环下，易产生裂隙，在降雨与融雪入渗下，雪水进入裂隙中，会引起膨胀土边坡表面发生膨胀，并降低土体强度，诱发浅层滑塌现象。传统的护坡方法造价高，环境破坏程度大，且易引发二次滑塌。
微生物诱导碳酸钙沉积技术一直是国内外研究者们的研究热点，近年来该项技术也取得了极大进展。微生物诱导碳酸钙沉积技术的实质是一些特定的微生物利用尿素等有机物和钙源物质，快速生成具有胶凝性质的碳酸钙。目前，微生物诱导碳酸钙沉积技术已广泛应用于众多领域，包括生物砖及生物水泥的制作、混凝土裂缝的修补、文物的表面保护与油田裂缝封堵等。将微生物诱导碳酸钙沉积技术应用到膨胀土边坡的防护作业中，为膨胀土边坡的生态加固提供了一个新的思路。
发明内容
为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种边坡加固用微生物加固液、制备方法及其施工方法，通过向膨胀土边坡内喷射、向坡面喷洒微生物加固液，利用微生物矿化沉积作用，使坡内形成加固体，坡面形成加固层，达到对膨胀土边坡生态加固的目的，与周围环境和谐统一。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
一种边坡加固用微生物加固液，包括独立分开的附着粘结剂、矿化加固液A和矿化加固液B，所述附着粘结剂为钠离子溶液，所述矿化加固液A包括独立分开的矿化菌液A和矿化菌营养液A，所述矿化菌液A的菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，矿化菌液A的OD600值在1.0～1.5之间，所述矿化菌营养液A包括蒸馏水、3～5g/L的营养肉汤、35～45g/L的尿素、65～85g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵，所述矿化加固液B包括独立分开的矿化菌液B和矿化菌营养液B，所述矿化菌液B的菌种为巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌，矿化菌液B的OD600值在0.5～1.0之间，所述矿化菌营养液B包括蒸馏水、4～6g/L的营养肉汤、25～35g/L的尿素、45～65g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵。
一种边坡加固用微生物加固液的制备方法，包括：
矿化菌液A的制备方法：将枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌活化后接种至一号培养基，室温摇床震荡培养1～2d，扩培完成后去除原培养基，并采用新鲜的一号培养基对菌液进行稀释，获得菌液即为矿化菌液A，其中，一号培养基成分为蒸馏水、15～25g/L的葡萄糖、15～25g/L的琼脂、5～10g/L的蛋白胨、4～6g/L的氯化钠和0.1～0.2g/L的氢氧化钠；
矿化菌液B的制备方法：将巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌活化后接种至二号培养基，室温摇床震荡培养1～2d，扩培完成后去除原培养基，并采用新鲜的二号培养基对菌液进行稀释，获得菌液即为矿化菌液B，其中，二号培养基成分为蒸馏水、20～30g/L的酵母提取物、10～20g/L的琼脂、2～5g/L的蛋白胨、2～5g/L的牛肉膏、0.1～0.2g/L的氢氧化钠和0.02～0.05g/L的氯化镍。
一种边坡加固用微生物加固液的施工方法，包括以下步骤：
S1：对膨胀土边坡进行地质勘察，估算微生物加固液各组分所需的体积；
S2：制备微生物加固液；
S3：利用钻机对膨胀土边坡进行钻孔施工，孔道平行于坡面及边坡倾向，孔道深度为5m，孔道间距为1m；
S4：将旋喷注浆管埋入孔道中，其固定管顶端置于坡脚处，回填土方，并预留旋喷注浆管的加压注浆口；
S5：清理膨胀土边坡并整平夯实，在坡顶设置截水沟，坡面设置排水槽，坡底设置排水沟；
S6：利用加压装置将附着粘结剂通过旋喷注浆管的加压注浆口喷射在膨胀土边坡中，在矿化加固液A喷射之前每天各喷射2次，连续喷射3天；
S7：附着粘结剂喷射完成后等待1h，再利用加压装置将矿化菌液A和矿化菌营养液A的混合液通过旋喷注浆管的加压注浆口喷射在膨胀土边坡中，每天各喷射2次，连续喷射3天，形成坡内加固体；
S8：待矿化加固液A喷射施工完成后，在矿化加固液B喷洒之前，向膨胀土边坡的坡面喷洒附着粘结剂，每天各喷洒2次，连续喷洒3天；
S9：附着粘结剂喷洒完成后等待1h，再向膨胀土边坡的坡面喷洒矿化菌液B和矿化菌营养液B，每天各喷洒2次，连续喷洒3天，形成坡面加固层；
S10：待矿化加固液B喷洒施工完成后，向膨胀土边坡的坡面均匀喷撒草籽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明充分利用微生物矿化作用，不释放任何有毒有害气体，对环境无污染，满足绿色治理、生态防护、环境保护的要求；
2、本发明采用钠离子溶液作为附着粘结剂，提高了细菌的利用率，提升了生成的碳酸钙在坡内、坡面的吸附率，增强了边坡加固的效果；
3、本发明采用枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌作为矿化加固液A的菌种，一方面形成坡内加固体，另一方面促使植物体产生抗菌活性物质、抑制致病菌生长；采用巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌作为矿化加固液B的菌种，一方面形成坡面加固层，另一方面提升土壤肥力、增强植物的光合作用；
4、本发明采用旋喷注浆管喷射微生物加固液，且加压注浆口置于坡脚处，逆边坡倾向进行旋喷注射，使得旋喷注浆管四周的加固液分布更加均匀，提升边坡加固效果。
附图说明
图1是本发明对膨胀土边坡进行加固的施工效果示意图；
图2是本发明实施例中旋喷注浆管的结构示意图；
图3是本发明实施例中旋喷注浆管的横截面示意图；
图4是本发明实施例中多元混合喷淋系统的箱体内部的结构示意图；
图5是本发明实施例中多元混合喷淋系统的多通道并行管的结构示意图；
图6是本发明实施例中多元混合喷淋系统的多向喷头的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一：本具体实施方式公开了一种边坡加固用微生物加固液，包括独立分开的附着粘结剂、矿化加固液A和矿化加固液B，所述附着粘结剂为钠离子溶液，所述矿化加固液A包括独立分开的矿化菌液A和矿化菌营养液A，所述矿化菌液A的菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，矿化菌液A的OD600值在1.0～1.5之间，所述矿化菌营养液A包括蒸馏水、3～5g/L的营养肉汤、35～45g/L的尿素、65～85g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵，优选为蒸馏水、4g/L的营养肉汤、40g/L的尿素、75g/L的氯化钙和15g/L的氯化铵，所述矿化加固液B包括独立分开的矿化菌液B和矿化菌营养液B，所述矿化菌液B的菌种为巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌，矿化菌液B的OD600值在0.5～1.0之间，所述矿化菌营养液B包括蒸馏水、4～6g/L的营养肉汤、25～35g/L的尿素、45～65g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵，优选为蒸馏水、5g/L的营养肉汤、30g/L的尿素、55g/L的氯化钙和15g/L的氯化铵。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述附着粘结剂为氯化钠溶液，钠离子浓度为0.8～1.2mol/L，优选为钠离子浓度为1.0mol/L的氯化钠溶液。
具体实施方式三：本具体实施方式公开了一种根据具体实施方式一所述边坡加固用微生物加固液的制备方法，包括：
矿化菌液A的制备方法：将枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌活化后接种至一号培养基，室温摇床震荡培养1～2d，扩培完成后去除原培养基，并采用新鲜的一号培养基对菌液进行稀释，获得菌液即为矿化菌液A，其中，一号培养基成分为蒸馏水、15～25g/L的葡萄糖、15～25g/L的琼脂、5～10g/L的蛋白胨、4～6g/L的氯化钠和0.1～0.2g/L的氢氧化钠，优选为蒸馏水、20g/L的葡萄糖、20g/L的琼脂、8g/L的蛋白胨、5g/L的氯化钠和0.2g/L的氢氧化钠；
矿化菌液B的制备方法：将巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌活化后接种至二号培养基，室温摇床震荡培养1～2d，扩培完成后去除原培养基，并采用新鲜的二号培养基对菌液进行稀释，获得菌液即为矿化菌液B，其中，二号培养基成分为蒸馏水、20～30g/L的酵母提取物、10～20g/L的琼脂、2～5g/L的蛋白胨、2～5g/L的牛肉膏、0.1～0.2g/L的氢氧化钠和0.02～0.05g/L的氯化镍，优选为蒸馏水、25g/L的酵母提取物、15g/L的琼脂、4g/L的蛋白胨、4g/L的牛肉膏、0.2g/L的氢氧化钠和0.04g/L的氯化镍。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述矿化菌液A制备过程中在震荡扩培时，培养温度保持在30～40℃之间，培养基pH值保持在7～9之间，震荡频率保持在140～180r/min之间，优选为培养温度为35℃，培养基pH值为8，震荡频率为160r/min。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述矿化菌液B制备过程中在震荡扩培时，培养温度保持在27～37℃之间，培养基pH值保持在7～9之间，震荡频率保持在150～200r/min之间，优选为培养温度为30℃，培养基pH值为8，震荡频率为180r/min。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，所述矿化菌液A和所述矿化菌液B制备过程中在去除原培养基时，均在温度为30℃、离心转速为200r/min的条件下，将菌液离心25min。
具体实施方式七：如图1所示，本具体实施方式公开了一种根据具体实施方式一所述边坡加固用微生物加固液的施工方法，包括以下步骤：
S1：对膨胀土边坡1进行地质勘察，估算微生物加固液各组分所需的体积；
S2：制备微生物加固液；
S3：利用钻机对膨胀土边坡1进行钻孔施工，孔道平行于坡面及边坡倾向，孔道深度为5m，孔道间距为1m；
S4：将旋喷注浆管埋入孔道中，其固定管顶端置于坡脚处，回填土方，并预留旋喷注浆管的加压注浆口；
S5：清理膨胀土边坡1并整平夯实，在坡顶设置截水沟2，坡面设置排水槽，坡底设置排水沟3；
S6：利用加压装置将附着粘结剂通过旋喷注浆管的加压注浆口喷射在膨胀土边坡1中，在矿化加固液A喷射之前每天各喷射2次，连续喷射3天；
S7：附着粘结剂喷射完成后等待1h，再利用加压装置将矿化菌液A和矿化菌营养液A的混合液通过旋喷注浆管的加压注浆口喷射在膨胀土边坡1中，每天各喷射2次，连续喷射3天，形成坡内加固体4；
S8：待矿化加固液A喷射施工完成后，在矿化加固液B喷洒之前，向膨胀土边坡1的坡面喷洒附着粘结剂，每天各喷洒2次，连续喷洒3天；
S9：附着粘结剂喷洒完成后等待1h，再向膨胀土边坡1的坡面喷洒矿化菌液B和矿化菌营养液B，每天各喷洒2次，连续喷洒3天，形成坡面加固层5；
S10：待矿化加固液B喷洒施工完成后，向膨胀土边坡1的坡面均匀喷撒草籽。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七作出的进一步说明，所述步骤S6中附着粘结剂的喷射量为4～8L/m3,所述步骤S8中附着粘结剂的喷洒量为3～6L/m2。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式七作出的进一步说明，所述步骤S7中矿化菌液A的喷射量为5～10L/m3,所述矿化菌液A和所述矿化菌营养液A的体积比为1：(2～3)。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式七作出的进一步说明，所述步骤S9中矿化菌液B的喷洒量为4～8L/m2,所述矿化菌液B和所述矿化菌营养液B的体积比为1：(3～4)。
实施例：
本实例中微生物加固液全部用量：附着粘结剂为13.2m3、矿化菌液A为9.6m3、矿化菌营养液A为19.2m3、矿化菌液B为7.2m3、矿化菌营养液B为21.6m3。在步骤S6中附着粘结剂的喷射量为6L/m3，步骤S8中附着粘结剂的喷洒量为5L/m2，步骤S7中矿化菌液A的喷射量为8L/m3，矿化菌液A和矿化菌营养液A的喷洒体积比为1：2，步骤S9中矿化菌液B的喷射量为6L/m3，矿化菌液B和矿化菌营养液B的喷洒体积比为1：3。参照图1～3所示，旋喷注浆管由固定管6、旋喷管9和防护管套7组成，固定管6与防护管套7刚接且留有加压注浆口，旋喷管9顶部与固定管6底部用封闭式轴承8连接，旋喷管9底部与防护管套7用封闭式轴承8连接且完全密封，旋喷管9四周均匀设置喷头10，喷头10由喷管11和喷嘴12组成，喷头10在管长方向上间距为0.5m。旋喷注浆管使用方法为：利用钻机在坡面钻孔至设计深度，形成可供旋喷注浆管埋入的孔道；将旋喷注浆管埋入孔道中(固定管6顶端置于坡脚处)，回填土方并夯实坡面，注意预留加压注浆口；通过加压注浆口接入外接压力源，将附着粘结剂或矿化加固液A按施工顺序分别喷射在膨胀土边坡1内，逆边坡倾向进行旋喷注射，使得旋喷注浆管四周的溶液分布更加均匀，提升边坡加固效果。参照图4～6所示，附着粘结剂和矿化加固液B的喷洒采用多元混合喷淋系统，多元混合喷淋系统由箱体、多通道并行管和多向喷头组成，箱体由外接压力源接口13和多元溶液储藏罐15组成，内部还包括压力进管14、浆液出管16和浆液清理口17，多通道并行管内部有多根与不同的溶液储藏罐15连接的相互独立的并行小导管18，多向喷头与多通道并行管连接，为喷淋方孔20形式，并设置喷洒阀门19。多元混合喷淋系统的使用方法为：将附着粘结剂、矿化菌液B和矿化菌营养液B按施工顺序分别装入多元溶液储藏罐15中并保证处于密封状态；将箱体、多通道并行管和多向喷头进行组装，并将多向喷头调整至合理位置及角度；通过外接压力源接口13接入外接压力源，对多元溶液储藏罐15进行加压，可通过阀门进行控制；打开喷洒阀门19进行喷洒作业，利用多元混合喷淋系统其多通道并行管及多向喷头同时喷洒多种溶液，解决了传统喷淋系统需反复多次喷洒的问题，提高了作业效率，节约了施工成本。
本发明将微生物诱导碳酸钙沉积技术应用于边坡工程，适用于有生态加固要求的公路工程、铁路工程及其它类型的边坡工程，利用枯草芽孢杆菌、巴氏生孢八叠球菌的矿化能力对膨胀土边坡进行生态加固，防止膨胀土边坡在冻融与干湿循环下发生浅层滑塌的现象。微生物加固液的成矿加固原理为：枯草芽孢杆菌、巴氏生孢八叠球菌作为高产脲酶的细菌，能以尿素为能源，通过产生大量的高活性脲酶，将尿素水解成铵根离子和碳酸根离子，而微生物代谢产物胞外聚合物含有大量羟基、羧基等负离子基团，带负电的细胞表面不断吸收环境中的钙离子，最终在细菌周围形成碳酸钙。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种边坡加固用微生物加固液，其特征在于：包括独立分开的附着粘结剂、矿化加固液A和矿化加固液B，所述附着粘结剂为钠离子溶液，所述矿化加固液A包括独立分开的矿化菌液A和矿化菌营养液A，所述矿化菌液A的菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，矿化菌液A的OD600值在1.0～1.5之间，所述矿化菌营养液A包括蒸馏水、3～5g/L的营养肉汤、35～45g/L的尿素、65～85g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵，所述矿化加固液B包括独立分开的矿化菌液B和矿化菌营养液B，所述矿化菌液B的菌种为巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌，矿化菌液B的OD600值在0.5～1.0之间，所述矿化菌营养液B包括蒸馏水、4～6g/L的营养肉汤、25～35g/L的尿素、45～65g/L的氯化钙和10～20g/L的氯化铵。
2.根据权利要求1所述的一种边坡加固用微生物加固液，其特征在于：所述附着粘结剂为氯化钠溶液，钠离子浓度为0.8～1.2mol/L。
3.一种根据权利要求1所述的边坡加固用微生物加固液的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：
矿化菌液A的制备方法：将枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌活化后接种至一号培养基，室温摇床震荡培养1～2d，扩培完成后去除原培养基，并采用新鲜的一号培养基对菌液进行稀释，获得菌液即为矿化菌液A，其中，一号培养基成分为蒸馏水、15～25g/L的葡萄糖、15～25g/L的琼脂、5～10g/L的蛋白胨、4～6g/L的氯化钠和0.1～0.2g/L的氢氧化钠；
矿化菌液B的制备方法：将巴氏生孢八叠球菌和球形红假单胞菌活化后接种至二号培养基，室温摇床震荡培养1～2d，扩培完成后去除原培养基，并采用新鲜的二号培养基对菌液进行稀释，获得菌液即为矿化菌液B，其中，二号培养基成分为蒸馏水、20～30g/L的酵母提取物、10～20g/L的琼脂、2～5g/L的蛋白胨、2～5g/L的牛肉膏、0.1～0.2g/L的氢氧化钠和0.02～0.05g/L的氯化镍。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述矿化菌液A制备过程中在震荡扩培时，培养温度保持在30～40℃之间，培养基pH值保持在7～9之间，震荡频率保持在140～180r/min之间。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述矿化菌液B制备过程中在震荡扩培时，培养温度保持在27～37℃之间，培养基pH值保持在7～9之间，震荡频率保持在150～200r/min之间。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述矿化菌液A和所述矿化菌液B制备过程中在去除原培养基时，均在温度为30℃、离心转速为200r/min的条件下，将菌液离心25min。
7.一种根据权利要求1所述的边坡加固用微生物加固液的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：
S1：对膨胀土边坡进行地质勘察，估算微生物加固液各组分所需的体积；
S2：制备微生物加固液；
S3：利用钻机对膨胀土边坡进行钻孔施工，孔道平行于坡面及边坡倾向，孔道深度为5m，孔道间距为1m；
S4：将旋喷注浆管埋入孔道中，其固定管顶端置于坡脚处，回填土方，并预留旋喷注浆管的加压注浆口；
S5：清理膨胀土边坡并整平夯实，在坡顶设置截水沟，坡面设置排水槽，坡底设置排水沟；
S6：利用加压装置将附着粘结剂通过旋喷注浆管的加压注浆口喷射在膨胀土边坡中，在矿化加固液A喷射之前每天各喷射2次，连续喷射3天；
S7：附着粘结剂喷射完成后等待1h，再利用加压装置将矿化菌液A和矿化菌营养液A的混合液通过旋喷注浆管的加压注浆口喷射在膨胀土边坡中，每天各喷射2次，连续喷射3天，形成坡内加固体；
S8：待矿化加固液A喷射施工完成后，在矿化加固液B喷洒之前，向膨胀土边坡的坡面喷洒附着粘结剂，每天各喷洒2次，连续喷洒3天；
S9：附着粘结剂喷洒完成后等待1h，再向膨胀土边坡的坡面喷洒矿化菌液B和矿化菌营养液B，每天各喷洒2次，连续喷洒3天，形成坡面加固层；
S10：待矿化加固液B喷洒施工完成后，向膨胀土边坡的坡面均匀喷撒草籽。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述步骤S6中附着粘结剂的喷射量为4～8L/m3,所述步骤S8中附着粘结剂的喷洒量为3～6L/m2。
9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述步骤S7中矿化菌液A的喷射量为5～10L/m3,所述矿化菌液A和所述矿化菌营养液A的体积比为1：(2～3)。
10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述步骤S9中矿化菌液B的喷洒量为4～8L/m2,所述矿化菌液B和所述矿化菌营养液B的体积比为1：(3～4)。
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