一种微生物注浆固化土遗址裂隙的方法

本发明属于环境岩土工程技术领域，特别涉及一种微生物注浆固化土遗址裂隙的方法。

背景技术：

土遗址是具有很高的历史、艺术、科学价值的文化遗产，主要用土夯击而成。我国土遗址分布广泛，在全国各地均有分布。其中在我国的西北地区保存了多数极为珍贵的土遗址。但是土体仍然是土遗址的主要材料，土体本身结构性不强，容易遇到雨水崩解，结构松散受损，导致土遗址遭到破坏，其中裂隙是影响黄土遗址稳定性的主要病害。遗址体上裂隙的存在对其结构稳定具有一定的影响，当受到降雨的侵蚀时，会使两侧土体软化，引起裂隙两侧土体的错动坍塌。裂隙的发育和延伸会导致黄土遗址的进一步破坏，对文物产生极大的威胁。

为了防止黄土遗址的进一步破坏，需要采取一定的加固措施。传统的化学灌浆如树脂类材料属于有机加固材料，具有很好的加固土体强度等特点，但其堵塞孔隙的特点使加固后试样透气性不佳，阻碍土体内部水分向外部迁移蒸发，从而易导致土体的二次风化破坏。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种微生物注浆固化土遗址裂隙的方法，此方法是一种绿色环保的微生物诱导生成碳酸钙的矿化过程，能够减少注浆过程中边壁效应的影响和溶液在裂隙土遗址试样中渗流过慢的问题，试验材料易得，易操作，微生物逐级固化土遗址裂隙效果明显；为micp技术固化土遗址裂隙提供了新思路。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微生物注浆固化土遗址裂隙的方法，具体包括以下步骤：

1)将0.3g-0.45g的尿素分析纯加入到10ml-15ml处于稳定期培养20-30h的菌液中进行催化15min-20min，待用；

2)对裂隙开度1.2mm之内的土遗址试样裂隙进行封涂，在土遗址试样顶部且裂隙上方预留注浆口，土遗址试样底部且裂隙下方预留出浆口；

3)以3ml/min-5ml/min的流速，通过注浆口稳定注入步骤1)催化后的菌液，使其进入土遗址试样的裂隙中，直至注入的菌液从出浆口中流出，停止注入；

4)以3ml/min-5ml/min的流速，通过注浆口稳定注入浓度为0.5-1.5mol/l的cacl2溶液，使cacl2溶液进入土遗址试样的裂隙中，直至cacl2溶液从出浆口中流出，停止注入，并静置30min-1h，使裂隙中的菌液和cacl2溶液充分矿化反应；

5)重复第3)-4)步8-10次。

第2)步所述封涂采用密封胶泥，在裂隙两侧涂抹密封。

第3)-4)步所述流速通过蠕动泵调节控制；防止过高的流速对土遗址试样的冲蚀。

第3)步所述菌液的尿酶活性为1.0-1.5。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

目前，现有技术多为化学注浆法固化土遗址裂隙，对于微生物注浆固化土遗址裂隙的方法还未有人提出；土遗址多由改良黄土夯实而成，改良黄土中的石灰成分与大气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，而微生物矿化反应生成的碳酸钙与原有土遗址中的碳酸钙在组成成分上没有冲突，相容性好，能够更好地防止土遗址造成保护性破坏；本发明采用微生物注浆固化土遗址裂隙，首先进行反应液的改良，将尿素提前加入到菌液中进行催化，可使反应速率提高，弥补了双相注浆的反应速率的不足，然后通过双相注浆方法进行注浆固化，使双相注浆法的微生物矿化反应更彻底；同时，减少了注浆过程中边壁效应的影响和溶液在裂隙土遗址试样中渗流过慢的问题，微生物逐级固化土遗址裂隙效果明显，为micp技术固化土遗址裂隙提供了新思路。

附图说明

图1为本发明的试验效果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步详细说明。

实施例1

一种微生物注浆固化土遗址裂隙的方法，具体包括以下步骤：

1)将0.3g的尿素分析纯加入到10ml处于稳定期培养20h的菌液中进行催化15min，待用；

2)对裂隙开度为0.5mm的土遗址试样的裂隙进行封涂，在土遗址试样顶部且裂隙上方预留注浆口，土遗址试样底部且裂隙下方预留出浆口；

3)以3ml/min的流速，通过注浆口稳定注入步骤1)催化后的菌液，使其进入土遗址试样的裂隙中，直至注入的菌液从出浆口中流出，停止注入；

4)以3ml/min的流速，通过注浆口稳定注入浓度为0.5mol/l的cacl2溶液，使cacl2溶液进入土遗址试样的裂隙中，直至cacl2溶液从出浆口中流出，停止注入，并静置30min，使裂隙中的菌液和cacl2溶液充分矿化反应；

5)重复第3)-4)步8次。

对试样进行直接剪切试验，测得法向应力在50kpa时，固化界面层处屈服强度在79.2kpa，比未固化屈服强度提高244％。

实施例2

一种微生物注浆固化土遗址裂隙的方法，具体包括以下步骤：

1)将0.4g的尿素分析纯加入到13ml处于稳定期培养25h的菌液中进行催化18min，待用；

2)对裂隙开度为1.0mm的土遗址试样的裂隙进行封涂，在土遗址试样顶部且裂隙上方预留注浆口，土遗址试样底部且裂隙下方预留出浆口；

3)以4ml/min的流速，通过注浆口稳定注入步骤1)催化后的菌液，使其进入土遗址试样的裂隙中，直至注入的菌液从出浆口中流出，停止注入；

4)以4ml/min的流速，通过注浆口稳定注入浓度为1mol/l的cacl2溶液，使cacl2溶液进入土遗址试样的裂隙中，直至cacl2溶液从出浆口中流出，停止注入，并静置50min，使裂隙中的菌液和cacl2溶液充分矿化反应；

5)重复第3)-4)步9次。

对试样进行直接剪切试验，测得法向应力在50kpa时，固化界面层处屈服强度在61.3kpa，比未固化屈服强度提高166％。

实施例3

一种微生物注浆固化土遗址裂隙的方法，具体包括以下步骤：

1)将0.45g的尿素分析纯加入到15ml处于稳定期培养30h的菌液中进行催化20min，待用；

2)对裂隙开度为1.2mm的土遗址试样的裂隙进行封涂，在土遗址试样顶部且裂隙上方预留注浆口，土遗址试样底部且裂隙下方预留出浆口；

3)以5ml/min的流速，通过注浆口稳定注入步骤1)催化后的菌液，使其进入土遗址试样的裂隙中，直至注入的菌液从出浆口中流出，停止注入；

4)以5ml/min的流速，通过注浆口稳定注入浓度为1.5mol/l的cacl2溶液，使cacl2溶液进入土遗址试样的裂隙中，直至cacl2溶液从出浆口中流出，停止注入，并静置1h，使裂隙中的菌液和cacl2溶液充分矿化反应；

5)重复第3)-4)步10次。

对试样进行直接剪切试验，测得法向应力在50kpa时，固化界面层处屈服强度在40.9kpa，比未固化屈服强度提高109％。

参见图1所示，从左至右分别为实施例1-3微生物注浆固化后的土遗址试块；通过试验可以看出，通过微生物注浆固化土遗址裂隙的方法的固化裂隙效果明显，同时，固化强度受裂隙开度影响，裂隙越小，固化效果越好，因此对土遗址尽早展开保护尤显重要。