一种利用沸石和粉煤灰加固液化砂土地基的方法

摘要

本发明涉及地基加固技术领域，具体涉及一种利用沸石和粉煤灰加固液化砂土地基的方法。本发明以沸石和粉煤灰共混研磨，并用无水乙醇进行羟基化改性，之后再将羟基化的混合粉末和富含蛋白质的过期牛奶以及豆腐渣共混发霉，密封发酵，利用微生物将牛奶以及豆腐渣降解并产生大量基团，并在微生物的作用下将这些基团引入到羟基化混合料中，混合料表面所带基团可与液化砂土颗粒表面发生氢键吸附和化学键合，在砂土地基内部形成交联网状的固化层，从而固化砂土，本发明还向加固料中加入了产脲酶的微生物，利用微生物产生矿化作用，诱导液化砂土间沉积碳酸盐晶体，形成的高强度碳酸钙晶体对砂土间起到填充支撑效果，进一步提高加固效果，应用前景广阔。

说明书

技术领域

本发明涉及地基加固技术领域，具体涉及一种利用沸石和粉煤灰加固液化砂土地基的方法。

背景技术

软弱地基，尤其是含可液化土层的地基，在日益增加的交通荷载（高速，重载）往复作用下，其疲劳寿命和工作性能不容乐观。如果地基土的承载力劣化与不足，甚至发生液化，则可能会引起与液化相关的工程灾害，如路基沉陷、桩基弯剪破坏、地下管道及隧道的上浮、边坡失稳以及海岸或河岸的过度侵蚀等病害，影响其交通运输功能的发挥。

然而，传统的液化地基整治的方法亟待改进与提高。比如土工织物加固技术存在耐久性不足的问题；基于水泥、石灰或有机胶的化学灌浆属高耗能和高排放产业，且高压灌浆对既有建筑与周边环境影响大，导致大规模的液化地基加固非常困难 ；而地基置换、桩基和强夯等物理加固方法技术经济性低，且在建成区施工成本高，大型施工机具受限。

因此，发明一种耐久性好，无需后期养护，加固强度高的新型液化砂土地基加固方法具有积极的意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前传统的液化砂土地基的加固方法存在耐久性差、需要后期养护且加固强度不足的缺陷，提供了一种利用沸石和粉煤灰加固液化砂土地基的方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种利用沸石和粉煤灰加固液化砂土地基的方法，其特征在于具体加固步骤为：

（1）称取沸石放入球磨机中，按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨处理后过滤200目筛，得到沸石粉末，将沸石粉末和粉煤灰混合后得到混合粉末；

（2）将上述混合粉末和无水乙醇混合后放置在摇床上振荡浸渍，浸渍结束后过滤分离得到滤渣，再将滤渣放入烘箱，干燥后即得羟基化混合粉末，备用；

（3）取过期的牛奶和豆腐渣混合搅拌得到混合浆，将混合浆放置在竹筛中，再将竹筛放入温室中，自然静置发霉，得到发霉混合浆；

（4）将备用的羟基化混合粉末和上述发霉混合浆以及水混合后装入发酵罐中，密封发酵，待发酵结束后，取出发酵产物过滤，分离得到滤饼即为改性羟基化混合粉末；

（5）按重量份数计，称取20～30份上述改性羟基化混合粉末、50～60份圆孢芽孢八叠球菌菌悬液和10～15份硅溶胶以及30～40份碳酰胺溶液，装入混料机中混合搅拌，得到自制加固浆料；

（6）用打孔机以“品”字形均匀地在待加固液化砂土地基上打孔，打孔结束后，将上述自制加固料用高压喷射管喷灌入孔洞中，直至注浆面和孔洞面齐平为止，待其自然固化即可完成对液化砂土地基的加固。

步骤（1）中所述的球磨处理时间为1～2h，沸石粉末和粉煤灰的质量比为2:1。

步骤（2）中所述的干燥温度为105～110℃，干燥时间为1～2h。

步骤（3）中所述的过期的牛奶和豆腐渣的质量比为1:5，混合搅拌时间为30～40min，温室的温度为35～45℃，空气相对湿度为70～80%，自然静置发霉的时间为7～9天。

步骤（4）中所述的羟基化混合粉末和发霉混合浆以及水的质量比为5:1:10，密封发酵的温度为40～50℃，密封发酵的时间为10～12天。

步骤（5）中所述的圆孢芽孢八叠球菌菌悬液的浓度为10¹¹cfu/mL，硅溶胶的二氧化硅质量含量为20～30%，碳酰胺溶液的质量分数为40%，混合搅拌时间为20～30min。

步骤（6）中所述的打孔深度为2～4m，孔洞直径为30～40cm，并保证每相邻两个孔洞间距为50cm，高压喷射管的喷射压力为0.40～0.45MPa，喷射流量为60～75L/min。

本发明的有益效果是：

（1）本发明以具有丰富孔隙结构的沸石作为原料，将其和富含钙离子的粉煤灰共混研磨，并用无水乙醇对混合粉末进行羟基化改性，增加混合粉末表面羟基数量，从而使得混合粉末表面的活性位点增多，之后再将羟基化的混合粉末和富含蛋白质的过期牛奶以及豆腐渣共混发霉，并在霉菌微生物的作用下密封发酵，利用微生物将牛奶以及豆腐渣降解并产生大量游离性氨基、羧基基团，并在微生物的作用下将这些基团引入到羟基化混合料中，提高混合料表面活性基团的数量，混合料表面所带有的羟基、氨基、羧基等活性基团可与液化砂土颗粒表面发生氢键吸附和化学键合，在砂土地基内部形成交联网状的固化层，从而达到固化砂土地基的目的；

（2）本发明还向加固料中加入了产脲酶的微生物，多孔沸石的存在可以给微生物提供给固着的场所，对微生物起到保护作用，这些微生物以粉煤灰作为钙源，以碳酰胺溶液作为营养来源和氮源，利用沸石固载的微生物进行自身新陈代谢活动产生矿化作用，诱导液化砂土间沉积碳酸盐晶体，形成的高强度碳酸钙晶体对砂土间起到填充支撑效果，进一步提高加固效果，增加了加固强度，并且经沸石保护固着后的微生物有效作用时间增长，碳酸钙结晶加固效果稳定，提高了加固的耐久性，本发明使用的加固方法一次注浆成型，无需后期人工养护，应用前景广阔。

具体实施方式

称取沸石放入球磨机中，按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨处理1～2h后过滤200目筛，得到沸石粉末，将沸石粉末和粉煤灰按质量比为2:1混合后得到混合粉末；将混合粉末和无水乙醇按质量比为1:5混合后放置在摇床上振荡浸渍30～40min，浸渍结束后过滤分离得到滤渣，再将滤渣放入烘箱，在105～110℃下干燥1～2h，干燥后即得羟基化混合粉末；取过期的牛奶和豆腐渣按质量比为1:5混合搅拌30～40min得到混合浆，将混合浆放置在竹筛中，再将竹筛放入温度为35～45℃，空气相对湿度为70～80%的温室中，自然静置发霉7～9天，得到发霉混合浆；按质量比为5:1:10将羟基化混合粉末和发霉混合浆以及水混合后装入发酵罐中，密封罐口，在40～50℃下密封发酵10～12天，待发酵结束后，取出发酵产物过滤，分离得到滤饼即为改性羟基化混合粉末；按重量份数计，称取20～30份上述改性羟基化混合粉末、50～60份浓度为10¹¹cfu/mL的圆孢芽孢八叠球菌菌悬液和10～15份二氧化硅质量含量为20～30%的硅溶胶以及30～40份质量分数为40%的碳酰胺溶液，装入混料机中混合搅拌20～30min，得到自制加固浆料；用打孔机以“品”字形均匀地在待加固液化砂土地基上打孔，控制打孔深度为2～4m，孔洞直径为30～40cm，并保证每相邻两个孔洞间距为50cm，打孔结束后，将上述自制加固料用高压喷射管以0.40～0.45MPa的压力和60～75L/min的流量喷灌入孔洞中，直至注浆面和孔洞面齐平为止，待其自然固化即可完成对液化砂土地基的加固。

实例1

称取沸石放入球磨机中，按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨处理1h后过滤200目筛，得到沸石粉末，将沸石粉末和粉煤灰按质量比为2:1混合后得到混合粉末；将混合粉末和无水乙醇按质量比为1:5混合后放置在摇床上振荡浸渍30min，浸渍结束后过滤分离得到滤渣，再将滤渣放入烘箱，在105℃下干燥1h，干燥后即得羟基化混合粉末；取过期的牛奶和豆腐渣按质量比为1:5混合搅拌30min得到混合浆，将混合浆放置在竹筛中，再将竹筛放入温度为35℃，空气相对湿度为70%的温室中，自然静置发霉7天，得到发霉混合浆；按质量比为5:1:10将羟基化混合粉末和发霉混合浆以及水混合后装入发酵罐中，密封罐口，在40℃下密封发酵10天，待发酵结束后，取出发酵产物过滤，分离得到滤饼即为改性羟基化混合粉末；按重量份数计，称取20份上述改性羟基化混合粉末、50份浓度为10¹¹cfu/mL的圆孢芽孢八叠球菌菌悬液和10份二氧化硅质量含量为20%的硅溶胶以及30份质量分数为40%的碳酰胺溶液，装入混料机中混合搅拌20min，得到自制加固浆料；用打孔机以“品”字形均匀地在待加固液化砂土地基上打孔，控制打孔深度为2m，孔洞直径为30cm，并保证每相邻两个孔洞间距为50cm，打孔结束后，将上述自制加固料用高压喷射管以0.40MPa的压力和60L/min的流量喷灌入孔洞中，直至注浆面和孔洞面齐平为止，待其自然固化即可完成对液化砂土地基的加固。

实例2

称取沸石放入球磨机中，按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨处理1h后过滤200目筛，得到沸石粉末，将沸石粉末和粉煤灰按质量比为2:1混合后得到混合粉末；将混合粉末和无水乙醇按质量比为1:5混合后放置在摇床上振荡浸渍35min，浸渍结束后过滤分离得到滤渣，再将滤渣放入烘箱，在108℃下干燥1h，干燥后即得羟基化混合粉末；取过期的牛奶和豆腐渣按质量比为1:5混合搅拌35min得到混合浆，将混合浆放置在竹筛中，再将竹筛放入温度为40℃，空气相对湿度为75%的温室中，自然静置发霉8天，得到发霉混合浆；按质量比为5:1:10将羟基化混合粉末和发霉混合浆以及水混合后装入发酵罐中，密封罐口，在45℃下密封发酵11天，待发酵结束后，取出发酵产物过滤，分离得到滤饼即为改性羟基化混合粉末；按重量份数计，称取25份上述改性羟基化混合粉末、55份浓度为10¹¹cfu/mL的圆孢芽孢八叠球菌菌悬液和13份二氧化硅质量含量为25%的硅溶胶以及35份质量分数为40%的碳酰胺溶液，装入混料机中混合搅拌25min，得到自制加固浆料；用打孔机以“品”字形均匀地在待加固液化砂土地基上打孔，控制打孔深度为3m，孔洞直径为35cm，并保证每相邻两个孔洞间距为50cm，打孔结束后，将上述自制加固料用高压喷射管以0.43MPa的压力和70L/min的流量喷灌入孔洞中，直至注浆面和孔洞面齐平为止，待其自然固化即可完成对液化砂土地基的加固。

实例3

称取沸石放入球磨机中，按球料质量比为20：1向球磨罐中加入氧化锆球磨珠，球磨处理2h后过滤200目筛，得到沸石粉末，将沸石粉末和粉煤灰按质量比为2:1混合后得到混合粉末；将混合粉末和无水乙醇按质量比为1:5混合后放置在摇床上振荡浸渍40min，浸渍结束后过滤分离得到滤渣，再将滤渣放入烘箱，在110℃下干燥2h，干燥后即得羟基化混合粉末；取过期的牛奶和豆腐渣按质量比为1:5混合搅拌40min得到混合浆，将混合浆放置在竹筛中，再将竹筛放入温度为45℃，空气相对湿度为80%的温室中，自然静置发霉9天，得到发霉混合浆；按质量比为5:1:10将羟基化混合粉末和发霉混合浆以及水混合后装入发酵罐中，密封罐口，在50℃下密封发酵12天，待发酵结束后，取出发酵产物过滤，分离得到滤饼即为改性羟基化混合粉末；按重量份数计，称取30份上述改性羟基化混合粉末、60份浓度为10¹¹cfu/mL的圆孢芽孢八叠球菌菌悬液和15份二氧化硅质量含量为30%的硅溶胶以及40份质量分数为40%的碳酰胺溶液，装入混料机中混合搅拌30min，得到自制加固浆料；用打孔机以“品”字形均匀地在待加固液化砂土地基上打孔，控制打孔深度为4m，孔洞直径为40cm，并保证每相邻两个孔洞间距为50cm，打孔结束后，将上述自制加固料用高压喷射管以0.45MPa的压力和75L/min的流量喷灌入孔洞中，直至注浆面和孔洞面齐平为止，待其自然固化即可完成对液化砂土地基的加固。

对照例

以传统的水泥浆灌浆加固液化砂土地基作为对照例

对本发明加固方法和对照例加固方法加固后的液化砂土地基加固效果进行检测，检测结果如表1所示：

表1

检测项目实例1实例2实例3对照例加固后地基的最大加载量（kN）400400400360加固后地基的承载力（kPa）550560570390加固耐久性（月）11011211460

由上表中的检测数据可以看出，本发明提供的加固方法，加固耐久性高，加固强度高，并且不需要后期养护，具有广阔的应用前景。