一种固化吹填土的方法

1.本发明涉及岩土工程技术领域，具体而言涉及一种固化吹填土的方法。


背景技术：

2.随着东部沿海城市的开放，经济迅猛发展，土地需求日益增加，土地资源相对紧缺成了东部沿海城市不可忽视的问题。为了解决土地资源紧缺的情况，许多沿海城市开始进行填海造陆。
3.但是在填海造陆的过程中，吹填土的泥沙结构遭到了破坏，以细小颗粒的形式缓慢沉积而成，因此吹填土具有塑性指数大、天然含水量及孔隙比大等特点，从而使得吹填土构成的地基强度较差，一般需进行地基处理。
4.传统的地基处理方法有强夯法、真空击密法、真空预压法、真空动力固结加固法、土体置换法等。强夯法处理地基时通常会出现地表液化、夯坑积水现象，严重影响了加固质量及上层建筑的安全生产；真空动力固结加固法需要严格控制单击夯击动能，过大容易造成土体结构过分扰动，过小不能有效加固深层土体。以上方法都有共同特点，即施工强度大、效率低、工期长，且施工效果不明显，安全生产存在隐患，易造成经济消耗。


技术实现要素：

5.本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种固化吹填土的方法，该方法可在短时间内改良吹填土的土体性质，效果好，且施工强度低，易操作。
6.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种固化吹填土的方法，具体包括以下步骤：
8.将高分子聚合物和胶结剂分别作为芯材，采用油溶性天然高分子材料作为壁材，制成高分子聚合物胶囊和胶结剂胶囊；其中，高分子聚合物为高分子吸水树脂；
9.将通过水力吹填而形成的沉积土与高分子聚合物胶囊、胶结剂胶囊和菌液按比例混合，并搅拌均匀，得到混合泥沙；
10.将混合泥沙填至土体需要被改良位置，使之形成陆地。
11.优选的，采用微胶囊技术制备高分子聚合物胶囊和胶结剂胶囊，具体过程如下：
12.将高分子聚合物粉末和乳化剂，或胶结剂粉末和乳化剂加入含有壁材的水溶液中，搅拌至溶解，得到第一溶液；其中，壁材为油溶性天然高分子材料，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；
13.将第一溶液雾化成液滴，并对液滴进行干燥，使油溶性天然高分子材料将高分子聚合物或胶结剂包覆，得到高分子聚合物胶囊或胶结剂胶囊。
14.优选的，第一溶液中，高分子聚合物的浓度为5～10g/ml，乳化剂与高分子聚合物的质量比为1:20；
15.第一溶液中，胶结剂的浓度为1～3g/ml，乳化剂和胶结剂的质量比为1:20；
16.高分子聚合物胶囊中，高分子聚合物与壁材的质量比为(1～3):1；
17.胶结剂胶囊中，胶结剂与壁材质量比为(1～2):1。
18.优选的，高分子聚合物胶囊的壁材厚度和胶结剂胶囊的壁材厚度比例为1:2；其中，高分子聚合物胶囊壁材的厚度为1～30μm。
19.优选的，通过水力吹填而形成的沉积土、高分子聚合物胶囊、菌液和胶结剂胶囊的质量比为3:1:4:4。
20.优选的，将混合泥沙填至土体需要被改良位置时，混合泥沙与土体的体积比为1:2。
21.优选的，所述高分子聚合物为高分子吸水树脂。
22.优选的，所述菌液的制备过程如下：将菌体接入天然培养基后放置在30℃的恒温摇床中，8～12h后达到菌体增长的对数期后，则可得到菌液。
23.优选的，所述菌液中的菌体为碳酸盐矿化菌、巴士芽孢杆菌、变形杆菌、奇异变形杆菌、幽门螺杆菌或脲解支原体。
24.优选的，所述胶结剂包括尿素和氯化钙，其中，尿素和氯化钙质量比为1:(1～2)。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.1、本发明的固化吹填土的方法，通过将高分子聚合物和胶结剂包裹在壁材中形成微胶囊，并通过控制高分子聚合物胶囊和胶结剂胶囊壁材厚度来控制两种胶囊的分解顺序，从而在菌液、沉积土、高分子聚合物胶囊和胶结剂胶囊混合后，高分子聚合物胶囊率先破裂吸收菌液和混合泥沙中水分，起到为菌液提供良好环境及保水的作用，保证后续反应的持久进行，随后胶结剂胶囊破裂，胶结剂与菌液反应生成碳酸钙沉淀，并随着时间增长碳酸钙沉淀逐渐增多，从而填充孔隙、胶结土颗粒，使土体需要被改良位置持有硬度，达到使用要求。
27.2、在本发明的固化吹填土的方法中，只需根据现场实际情况通过调整两种胶囊各种成分的比例预先生产，而后将两种胶囊放入指定位置并施加菌液唤醒胶囊，则胶囊会释放，发生micp反应并使被改良土体产生强度。该过程中高分子聚合物遇水瞬间反应形成凝胶体，菌液和胶结剂进行micp反应生成碳酸钙沉淀，形成坚硬的结晶体，且该过程中无需大型机械设备和过多人工干预，不仅造价成本大幅降低且施工时间有效减少，即可以在20小时左右使土地硬度达到使用要求，吹填效率有效提高31％。该方法效率高，工期短，且施工强度低，易操作，具有较高的工业化应用前景。
附图说明
28.图1是本发明的固化吹填土的方法的工艺流程图。
29.图2是本发明的固化吹填土的方法的实施示意图。
具体实施方式
30.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
31.在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
32.本发明提供一种固化吹填土的方法，通过将高分子聚合物和胶结剂包裹在壁材中形成微胶囊，据现场实际情况通过调整两种胶囊各种成分的比例预先生产，而后将两种胶囊放入指定位置并施加菌液唤醒胶囊，则胶囊会释放并使被改良土体产生强度。该过程中高分子聚合物遇水瞬间反应形成凝胶体，菌液和胶结剂进行micp反应生成碳酸钙沉淀，形成坚硬的结晶体，从而填充孔隙、胶结土颗粒，使土体需要被改良位置持有硬度，达到使用要求。
33.如图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，提出了一种固化吹填土的方法，具体包括以下步骤：
34.将高分子聚合物和胶结剂分别作为芯材，采用油溶性天然高分子材料作为壁材，制成高分子聚合物胶囊和胶结剂胶囊；其中，高分子聚合物为高分子吸水树脂。
35.将通过水力吹填而形成的沉积土与高分子聚合物胶囊、胶结剂胶囊和菌液按比例混合，并搅拌均匀，得到混合泥沙。
36.将混合泥沙填至土体需要被改良位置，使之形成陆地。
37.在优选的实施例中，采用微胶囊技术制备高分子聚合物胶囊和胶结剂胶囊，具体过程如下：
38.将将高分子聚合物粉末和乳化剂，或胶结剂粉末和乳化剂加入含有壁材的水溶液中，搅拌至溶解，得到第一溶液；其中，壁材为油溶性天然高分子材料，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；
39.将第一溶液雾化成液滴，并对液滴进行干燥，使油溶性天然高分子材料将高分子聚合物或胶结剂包覆，得到高分子聚合物胶囊或胶结剂胶囊。
40.在优选的实施例中，将乳液放置于干燥箱内通过雾化头雾化成微小液滴；其中，雾化温度为60℃。
41.在另一个优选的实施例中，对雾化所得小液滴以进风温度190℃、出风温度80℃迅速干燥，液滴与热空气接触，溶解壁材的水分受热迅速蒸发，使壁材凝固从而壁材将芯材包覆。
42.在优选的实施例中，第一溶液中，高分子聚合物的浓度为5～10g/ml，乳化剂与高分子聚合物的质量比为1:20。
43.第一溶液中，胶结剂的浓度为1～3g/ml，乳化剂和胶结剂的质量比为1:20。
44.高分子聚合物胶囊中，高分子聚合物与壁材的质量比为(1～3):1。
45.胶结剂胶囊中，胶结剂与壁材质量比为(1～2):1。
46.在优选的实施例中，高分子聚合物胶囊的壁材厚度和胶结剂胶囊的壁材厚度比例为1:2；其中，高分子聚合物胶囊壁材的厚度为1～30μm。
47.在优选的实施例中，通过水力吹填而形成的沉积土、高分子聚合物胶囊、菌液和胶结剂胶囊的质量比为3:1:4:4。
48.在优选的实施例中，将混合泥沙填至土体需要被改良位置时，混合泥沙与土体的体积比为1:2，并将混合泥沙和土体拌和均匀平铺于需改良的位置即可。
49.在优选的实施例中，所述高分子聚合物为高分子吸水树脂，例如，可以为淀粉衍生物、纤维素衍生物或合成树脂。
50.在优选的实施例中，所述菌液的制备过程如下：将菌体接入天然固体培养基后放
置在30℃的恒温摇床中，8～12h后达到菌体增长的对数期后，则可得到菌液。
51.天然固体培养基，包括：尿素1g、大豆蛋0.25g、琼脂1g、酪蛋白0.75g和氯化钠0.25g，添加量不唯一，可根据实际情况进行增减，且天然固体培养基为本领域的常识，在此不再赘述。
52.在优选的实施例中，所述菌液中的菌体为碳酸盐矿化菌、巴士芽孢杆菌、变形杆菌、奇异变形杆菌、幽门螺杆菌或脲解支原体。
53.在优选的实施例中，所述胶结剂包括尿素和氯化钙，其中，尿素和氯化钙质量比为1:(1～2)。
54.如图2所示，本发明的固化吹填土的方法，通过将高分子聚合物和胶结剂包裹在壁材中形成微胶囊(图2中，1：高分子聚合物胶囊，2：胶结剂胶囊)，施加菌液唤醒胶囊，两种胶囊先后释放，高分子聚合物遇水瞬间反应形成凝胶体，菌液和胶结剂进行micp反应生成碳酸钙沉淀，形成坚硬的结晶体，使被改良土体硬化。
55.下面将结合具体的示例和试验，对前述固化吹填土的方法及其效果进行示例性试验和对比。当然本发明的实施例并不以此为限。
56.下述实施例中所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施方式中所用的材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
57.【实施例1】
58.制备胶结剂胶囊
59.选择200g三聚氰胺-尿素-甲醛缩聚体作为壁材，取100g胶结剂粉末(质量比为1:1.9的尿素和氯化钙)和5g十二烷基苯磺酸钠，加入40ml含有三聚氰胺-尿素-甲醛缩聚体的溶液中并搅拌至溶解，形成油包水型乳液。
60.将乳液放置于干燥箱内通过雾化头雾化成微小液滴；其中，雾化温度为60℃。
61.对所得液滴以进风温度190℃、出风温度80℃迅速干燥，液滴与热空气接触，溶解壁材的水分受热迅速蒸发，使壁材凝固从而壁材将芯材包覆，得到胶结剂胶囊。
62.【实施例2】
63.制备高分子聚合物胶囊
64.选择50g三聚氰胺-尿素-甲醛缩聚体作为壁材，取25g高分子吸水树脂和0.825g十二烷基苯磺酸钠加入40ml含有三聚氰胺-尿素-甲醛缩聚体的溶液中并搅拌至溶解，形成油包水型乳液。
65.将乳液放置于干燥箱内通过雾化头雾化成微小液滴；其中，雾化温度为60℃。
66.对所得液滴以进风温度190℃、出风温度80℃迅速干燥，液滴与热空气接触，溶解壁材的水分受热迅速蒸发，使壁材凝固从而壁材将芯材包覆，得到高分子聚合物胶囊。
67.【实施例3】
68.制备菌液
69.用接种环蘸取巴适芽孢杆菌菌体接入培养基后放置在30℃的恒温摇床中，8-12h后达到菌体增长的对数期后，则可得到菌液。
70.其中，培养基为天然固体培养基，包括：尿素1g、大豆蛋0.25g、琼脂1g、酪蛋白0.75g和氯化钠0.25g。
71.【实施例4】
72.将实施例1得到的胶结剂胶囊、实施例2得到的高分子聚合物胶囊，实施例3得到的菌液和沉积土(其沉积土是由水力带动堆积而形成的土体)按照4:1:4:3的质量比拌制，得到混合泥沙。
73.将混合泥沙与需要被改良土体按照1:2的比例拌和均匀平铺于需要被改良位置，经过24小时左右，被改良位置完全硬化。
74.【对比例】
75.采用传统方法固化吹填土(处理地基)方法实验操作步骤(本次实验采用电动击实实验)：
76.1、将吹填土、水泥、粒径为0.1mm煤矸石和粉煤灰按照4:3:1:2的质量比拌和均匀，得到具有固化吹填土性质的混合物并平铺于需要被改良位置。
77.2、采用电动夯实法，启动机器，用95n的力击实需要被改良位置。
78.3、重复上述步骤，并即时采用莫氏硬度笔检测，直至硬度等级达到7-8级。
79.通过与对比例的相比，可以发现，在达到相同硬度条件下，本发明使用的时间更短，提高了近60％，这主要是因为本发明利用微胶囊技术、微生物与高分子吸水树脂相结合通过micp反应所得产物去胶结吹填土，使得被改良土体硬化。该过程中所用到的微胶囊于施工前期制备完成，在施工过程中，只需根据实际所需按照比例掺入即可，且施工过程中只需将各类物质拌和均匀而后平铺于被改良位置即可，此过程所用时间较短，。
80.同时，本发明的过程中所用材料均为环境友好型材料，不仅价格低廉且无毒无害无污染，不会对人体及环境造成任何威胁。另外，本发明的过程中材料无污染且未使用大型机械设备，因此，此方法不仅较为安全且经济节约，与对比例相比，经济节约近56％，是一种经济环保型改良土体的方法。
81.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。