CN115354644A - 一种减少micp固化土灌注次数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少MICP固化土灌注次数的方法，包括步骤如下：S1，将巴氏芽孢杆菌扩大培养后待用；S2，配置胶结液后待用，胶结液为氯化钙、尿素混合液，强化剂为絮凝剂；S3，在土中灌注固定液后，再灌注培养好的菌液，最后循环灌注配置好的胶结液，胶结液中加入强化剂。本发明在MICP中通过增加强化剂，不仅能使松散的土被快速固化成型，并具有一定的无侧限抗压强度，跟常规的MICP方法比较，能大幅减少灌注次数，从而方便施工、节约材料；本发明简便易行、环境友好、固化周期短、节约资源，对促进MICP在工程领域的应用具有推动作用。
Description
技术领域
本发明涉及土体加固的方法，尤其涉及一种减少MICP固化土灌注次数的方法。
背景技术
微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)是一种新的土体加固技术，其基本原理是通过尿素水解菌的新陈代谢作用，析出并沉积碳酸钙，在土颗粒间胶结填充，从而改善土体的物理力学特性。MICP具有能耗低、污染小的优点，潜在的应用领域较为广泛。但是目前存在的主要问题是用MICP技术固化土时，需要反复灌注胶结液，要使土体固化到所需的强度，往往需要灌注10～20次甚至更多次胶结液，造成大量的材料和人力浪费。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够用较少的菌液、氯化钙和尿素等原料得到加固效果好、高强度的砂柱的减少MICP固化土灌注次数的方法。
技术方案：本发明的MICP固化土灌注方法，包括以下步骤：
S1，培养菌液，使用的培养基包括：酵母提取物20g/L，氯化铵10g/L，六水合氯化镍2.4g/L，一水合硫酸锰1g/L；
S2，配置胶结液，所述胶结液为氯化钙、尿素的混合液；
S3，选择强化剂，将强化剂添加入胶结液形成强化胶结液；
S4，在土中灌注固定液后，再灌注菌液，最后循环灌注配置好的强化胶结液。
进一步，步骤S2中，所述胶结液为0.25～1.5mol/L氯化钙、0.25～1.5mol/L尿素。
进一步，步骤S3中，所述强化剂为絮凝剂，根据加固要求和絮凝剂种类添加进胶结液中形成强化胶结液。
进一步，所述絮凝剂加入胶结液后形成的絮凝剂浓度为0.1～3g/L。
进一步，所述絮凝剂为无机絮凝剂，或无机高分子絮凝剂，或有机高分子絮凝剂，或微生物絮凝剂。
进一步，步骤S4中，所述固定液为0.05mol/L氯化钙溶液；土的类型为砂，或粉砂，或粉土。
进一步，步骤S4中，固定液灌入后静置6h再灌入菌液，灌注菌液后静置6h，再灌入强化胶结液；所述菌液、固定液均只灌注一次。
进一步，步骤S4中，固定液、菌液、强化胶结液的每次灌入量分别为加固范围内土孔隙体积的1～1.5倍，每隔8～12h灌注一次。
本发明与现有技术相比，其显著效果如下：
1、本发明通过在MICP中增加强化剂，不仅能使松散的土被快速固化成型，并具有一定的无侧限抗压强度，与常规的MICP方法比较，能大幅减少灌注次数，从而方便施工、节约材料，能使目标加固土体快速被加固成整体，减少加固周期；
2、本发明提供了一种MICP固化方法，简便易行、环境友好、固化周期短、节约资源，对促进MICP在工程领域的应用具有推动作用。
附图说明
图1为本发明的总流程图；
图2(a)为本发明的实施例装置总示意，
图2(b)为图2(a)中试样容器的放大示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述。
如图1所示，本发明的实现步骤如下：
步骤1，将巴氏芽孢杆菌扩大培养后待用；
培养巴氏芽孢杆菌使用的培养基的成分为：酵母提取物20g/L，氯化铵10g/L，六水合氯化镍2.4g/L，一水合硫酸锰1g/L。
步骤2，配置胶结液后待用，胶结液为氯化钙、尿素的混合液；
所述胶结液为0.25～1.5mol/L氯化钙、0.25～1.5mol/L尿素。
步骤3，在胶结液中添加强化剂，强化剂为絮凝剂，添加后得到不同浓度絮凝剂的强化胶结液。
作为优选，絮凝剂的浓度取0.1～3g/L。絮凝剂的种类包括无机絮凝剂、无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂。如铝盐絮凝剂、铁盐絮凝剂、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺，动植物胶等。
作为优选，所述灌注固定液、菌液和强化胶结液的方法为：向土中灌注固定液，静置6h，然后灌注菌液，静置6h后反复灌注强化胶结液；强化胶结液灌注间隔为12h。
作为优选，固定液、菌液和强化胶结液每次灌注量分别为1～1.5倍加固范围内土孔隙体积。固定液和菌液灌注次数为1次。强化胶结液每隔8～12h灌注一次。
絮凝剂灌注顺序不同，带来的效果不同，胶结液中加入絮凝剂一同灌入后，随着MICP反应进行，絮凝剂溶液产生絮凝沉淀，由于土颗粒表面和微生物均带负电荷，因此絮凝剂沉淀容易吸附在砂颗粒表面，同时也能吸附溶液中的微生物，有利于促进微生物和土颗粒的相互附着，试样中生成的游离碳酸钙颗粒也易被絮凝剂沉淀吸附到砂颗粒表面。同时絮凝剂沉淀能增加碳酸钙-碳酸钙，碳酸钙-砂颗粒之间的粘结，从而使土体达到更加均匀的加固效果，从而使强度快速提高。
步骤4，在土中灌注固定液后，再灌注培养好的菌液，最后循环灌注配置好的强化胶结液；其中，固定液为0.05mol/L氯化钙。
实施例1
(1)细菌与培养基的制备
本实施例用菌巴氏生孢八叠球菌(Sporosarcina pasteurii，DSM 33)(又称巴氏芽孢杆菌)，购自中国科学院微生物研究所，是一种好氧的革兰氏阳性菌，其自身的新陈代谢作用能产生大量的高活性脲酶。巴氏生孢八叠球菌的推荐液体培养基为:20g/L酵母提取物、10g/L NH4Cl，2.4g/L NiCl·6H2O，1g/L MnSO4·H2O，并调节pH到7.2左右。培养条件为：按1％(V/V)比例接种，置于震荡速度为121rpm，温度为30℃的恒温震荡培养箱中培养。培养20小时左右收集微生物置于冰箱内(4℃)冷藏至使用，本批试验用微生物处理后的平均脲酶活性为7.8±0.5mM urea hydrolysed·min-1，OD600＝1.2±0.2。
(2)固定液与强化胶结液制备
本实施例中所用的固定液为0.05mol/L氯化钙，固定液的目的是使微生物尽可能吸附在土颗粒表面。强化胶结液为1mol/L氯化钙，1mol/L尿素和不同浓度絮凝剂的混合液。所用絮凝剂为氯化铝，浓度取0.1g/L、0.2g/L、0.3g/L和0.4g/L。
(3)砂样制备
本实施例拟加固钙质砂，其以珊瑚碎屑和贝壳碎片为主，规格多样，微孔丰富，含碱性物质，其钙质含量达90％。将钙质砂过筛，钙质砂的不均匀系数为3.00，曲率系数为1.08，钙质土粒比重为Gs＝2.7～2.8。将钙质砂在圆筒模型槽(如图2(b))中制成半径为5cm，高度为10cm的砂柱，将钙质砂适度压实。
(4)灌注试验
基于上述MICP技术快速加固钙质砂的方法，利用图2(a)装置，在土中灌注固定液后，再灌注培养好的菌巴氏生孢八叠球菌液；最后循环灌注配置好的强化胶结液，灌注速度6mL/min，胶结液每隔12h灌注一次，总计灌注5次。
(5)砂样的检测
测定砂柱的整体无侧限抗压强度。同时将加固后的砂柱分成相同大小的上、中、下三部分，磨平每部分的上下面后，测量每部分的无侧限抗压强度。用差异系数Cv来评价加固的均匀性。Cv是指各个砂柱上、中、下部分强度的标准差与均值的百分比，主要用来描述数据的离散程度，差异系数越大表明加固越不均匀。
对比例1
同实施例1，区别在于，胶结液中不加入氯化铝，即胶结液中氯化铝浓度为0g/L，也就是目前的常规MICP方法。且为了方便对比，对比例1胶结液灌注次数为18次。
对实施例1以及对比例1中制备的砂柱进行性能上的比较，数据见表1。
表1实施例1、对比例1中制备的砂柱的性能对比表
从对比数据可以看出，胶结液未作任何处理的常规MICP对照组灌注18次后无侧限抗压强度为1.017MPa。而采用本发明的方法(实施例1)，在胶结液中加入0.4g/L氯化铝后，加固5轮后无侧限强度即可达2.32MPa。不仅将灌注次数从18次减少为5次，且强度也有大幅度提高，这表明胶结液中加入一定量氯化铝可显著提高加固效率。同时根据差异系数Cv可知，胶结液中加入一定浓度氯化铝的实施例组砂柱成型后具有更好的均匀性。实施例组用更短的加固周期达到了更好的加固效果。
对比例2
同实施例1，区别在于，胶结液中不加入氯化铝，即胶结液中氯化铝浓度为0g/L。且为了方便对比，对比例1胶结液灌注次数为24次。为使MICP反应继续，滴灌12次胶结液后再灌入一次菌液。
以胶结液中加入0.4g/L氯化铝为实施例组代表样，同样加固5轮。对比相近无侧限抗压强度下的原料消耗对比。结果见表2所示。
表2实施例1、对比例2的性能对比表
从对比数据可以看出，达到相近的无侧限抗压强度下，实施例组(即采用本发明的方法)的细菌、氯化钙和尿素等原料使用更少，造价更低，处理周期更短，在工程领域具有广泛的应用前景。
上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，培养菌液，使用的培养基包括：酵母提取物20g/L，氯化铵10g/L，六水合氯化镍2.4g/L，一水合硫酸锰1g/L；
S2，配置胶结液，所述胶结液为氯化钙、尿素的混合液；
S3，选择强化剂，将强化剂添加入胶结液形成强化胶结液；
S4，在土中灌注固定液后，再灌注菌液，最后循环灌注配置好的强化胶结液。
2.根据权利要求1所述的减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，步骤S2中，所述胶结液为0.25～1.5mol/L氯化钙、0.25～1.5mol/L尿素。
3.根据权利要求1所述的减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，步骤S3中，所述强化剂为絮凝剂，根据加固要求和絮凝剂种类添加进胶结液中形成强化胶结液。
4.根据权利要求3所述的减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，所述絮凝剂加入胶结液后形成的絮凝剂浓度为0.1～3g/L。
5.根据权利要求2所述的减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，所述絮凝剂为无机絮凝剂，或无机高分子絮凝剂，或有机高分子絮凝剂，或微生物絮凝剂。
6.根据权利要求1所述的减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，步骤S4中，所述固定液为0.05mol/L氯化钙溶液；土的类型为砂，或粉砂，或粉土。
7.根据权利要求1所述的减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，步骤S4中，固定液灌入后静置6h再灌入菌液，灌注菌液后静置6h，再灌入强化胶结液；所述菌液、固定液均只灌注一次。
8.根据权利要求1所述的减少MICP固化土灌注次数的方法，其特征在于，步骤S4中，固定液、菌液、强化胶结液的每次灌入量分别为加固范围内土孔隙体积的1～1.5倍，每隔8～12h灌注一次。
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Non-Patent Citations (1)
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