一种输电线路塔基堆土的生态固化方法与流程

1.本发明涉及一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，属于土壤处理技术领域。

背景技术：

2.我国是世界上水土流失最为严重的国家之一。2020年度全国水土流失动态监测结果显示，2020年全国水土流失面积为269.27万平方公里，占全国国土面积的28.05％。
3.输变电线路工程作为一种典型的点、线性相结合的生产建设项目，具有跨度广及扰动点分散等特点。就单个塔基而言，输变电线路工程对地面的扰动呈点状，塔基施工占地较小，对地表的破坏程度较其他线性工程小；而以整个项目而言，其对地面的扰动呈线状，一些输变电线路工程易跨越土壤环境敏感区、自然保护区及生物多样性优先保护区等重点生态功能区，这势必会对土地资源、生态景观及生态系统整体性产生重要影响。研究表明，输变电线路工程水土流失具有不可控因素多、总体水土流失强度较小、局部点状水土流失强烈的特点，相对于原地貌水土流失，输变电线路工程建设引起的水土流失量可增大5.1倍。而山丘是输变电线路水土流失强度最大的水土保持类型区。加之输变电线路塔基区山高坡陡，弃渣无法远运，需就地堆置，但因水土气生条件受限，堆土的植被修复往往出现成活率低、恢复缓慢、覆盖度低的问题。据统计，输电线路施工过程中产生水土流失的重点区域为塔基区和塔基施工临时占用区的水土流失量分别约总量的41％和28％。因此，在输电线路施工过程中，应重点做好塔基区与塔基施工临时占地区的水土防护措施，而做好塔基堆土加固是重中之重。
4.目前，土木工程建设过程中，大部分土体加固方法是利用机械能和人造材料对土地进行物理化学改性。其中，基于水泥、石灰或化学浆材的灌浆技术是一种极为常用的加固方法，即将浆液灌入土体的空隙中，让胶结材料与土体结合在一起，让土体的孔隙得到有效填充，赋予颗粒之间更强的粘结力，以此来提升土体自身的抗压能力和承载强度，从而达到增强土体强度，降低其渗透性的目的。但在机械施工及材料生产过程中使用的水泥、石灰等传统的胶凝材料会改变土体的ph，使土体呈碱性并形成一定范围的侵蚀环境，同时存在能耗高、污染环境等缺点，势必会对生态环境构成严重的威胁。对于化学灌浆材料而言，除了水玻璃(na2sio3)外，所有化学浆材(环氧树脂类、丙烯酸盐类、酚醛树脂类、聚氨酯类等)都是有毒的。因此，国内外研究者力图通过技术创新寻到环保经济的新型胶凝材料，从而开发出一种可持续发展的土体加固新技术。
5.微生物矿化是自然界中普遍存在的一种现象，在漫长的地质年代中，微生物是沉积物沉积变化和成岩、成矿作用的主要作用者。利用一些特定的微生物，通过为之提供丰富的钙离子及氮源的营养盐，快速析出具有优异胶结作用的方解石型碳酸钙结晶，这一微生物成矿作用常被称为微生物诱导碳酸钙矿化(microbial induced calcite precipitation，micp)技术。该技术最早应用于多孔介质材料的堵漏，随后推广应用到到修复石质材料和水泥基材料的表面裂缝缺陷中，而关于土体加固的研究起步稍晚。美国国家科学研究委员会(nrc)将微生物岩土工程技术确立为21世纪的一项重要研究课题，随后掀
起了研究micp加固土体的热潮，并发展了一种新型的原位灌浆技术，即通过向原位砂土中灌注菌液以及胶结溶液，使微生物诱导形成的碳酸钙沉积在砂土颗粒间，从而将松散砂颗粒胶结成为整体，通常将上述矿化过程中灌注的菌液和胶结溶液称为微生物水泥。有研究表明，砂土连续16d采用微生物诱导碳酸钙加固技术固化，部分固化后的土体无侧限抗压强度可达12mpa。
6.公开号为cn104631430a的中国专利公开了“一种微生物注浆排水砂桩处理软土地基的方法”，其中，具体公开了在待处理软土地基上制得桩孔，将产脲酶菌菌液和营养盐溶液均匀注入砂桩中，通过微生物诱导碳酸钙结晶技术使砂粒胶结，提高砂桩竖向承载能力的技术方案；公开号为cn112211176a的中国专利公开了“一种微生物注浆排水固化桩及其施工方法与应用”，其中，具体公开了通过振动沉管成桩法得到碎石砂桩；再在碎石砂桩中注入微生物菌液和营养液，通过微生物诱导碳酸钙沉淀，使砾石和砂固结成桩，并对桩周地基进行胶结固化，得到微生物注浆排水固化桩的地基加固方法；但是上述采用的微生物注浆的成分的选择以及注浆方式均是软土地基进行固化处理，对于申请人使用的输电线路塔基堆土，固化效果差。

技术实现要素：

7.为了解决现有技术中所存在的问题，本发明提供一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，能够解决粗砂之间的黏结和桥接问题，获得更好的固化效果。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，包括如下步骤：
10.(1)针对粗颗粒的输电线路塔基堆土，在堆土表面喷洒浓度为0.01～0.1％的壳聚糖溶液或产聚谷氨酸的纳豆芽孢杆菌菌液或二者混合液；针对输电线路塔基堆土为黏质土和粉土，喷洒浓度为0.01～0.1％的季铵盐表面活性剂对堆土进行预处理；
11.(2)喷洒24h后，再在输电线路塔基堆土表面喷洒矿化菌菌液；
12.(3)喷洒完成后紧接着喷洒与上述矿化菌液等体积的固着液，循环喷洒矿化细菌和固着液多次后，使得细菌在塔基堆土内部充分吸附；
13.(4)循环处理完成后间隔2h，再在输电线路塔基堆土表面喷洒与上述步骤(2)中矿化菌液等体积的胶结溶液；
14.(5)胶结溶液喷洒1h后，再在输电线路塔基堆土表面喷洒矿化菌液；
15.(6)重复(4)和(5)的步骤，交替喷洒2次菌液和3次胶结溶液后静置，完成输电线路塔基堆土生态固化。
16.进一步的，所述矿化菌液为巴氏芽孢八叠球菌(sporosarcina pasteurrii)菌液或巴氏芽孢杆菌(bacillus pasteurii)菌液。
17.进一步的，固着液为浓度50～500mmol/l的cacl2溶液。
18.进一步的，所述胶结溶液为浓度为0.05～1.5mol/l的尿素和浓度为0.05～1.5mol/l的cacl2溶液的混合液。
19.进一步的，所述步骤(1)中喷洒壳聚糖溶液或产聚谷氨酸的纳豆芽孢杆菌菌液或二者混合液、步骤(2)中喷洒矿化菌液的流速均为100～1000ml/min。
20.进一步的，所述步骤(5)至(6)中喷洒矿化菌液或胶结溶液的流速为200～2000ml/
min。
21.进一步的，所述矿化菌液的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/20～1/2。
22.本发明的有益效果在于：
23.1、本发明首次将微生物生态固化的技术应用在输电线路塔基堆土处理上，目前，该领域普遍是采用播撒草籽进行复绿，但因水土气生条件受限，堆土的植被修复往往出现成活率低、恢复缓慢、覆盖度低的问题，导致坡面细沟发育充分，常因降雨或风蚀，加剧水土流失，破坏周边景观及生态系统，甚至引发次生地质灾害，因此，本发明提出利用微生物矿化技术进行塔基堆土的固化处理，首先，针对不同土壤性质的输电线路塔基堆土进行预处理，使得土壤更适于进行矿化固化，之后采用巴氏芽孢八叠球菌菌液或巴氏芽孢杆菌菌液为矿化菌液，cacl2溶液为固着液，尿素和cacl2溶液的混合液为胶结溶液，矿化菌通过分泌大量脲酶，化尿素水解生成nh
4+
和co
32-，同时令体系ph上升；在有ca
2+
的条件下，co
32-和ca
2+
逐渐结核生成具有较好热力学稳定性和一定胶凝性的caco3沉淀。
24.2、大多数输电线路塔基堆土不均匀系数不满足cu≥5.00、cc＝1.00～3.00的要求，为级配不良土，且粗颗粒土(0.5mm≤d≤2mm)接近50％，颗粒接触点少，碳酸钙晶体多在颗粒表面生成，起到覆膜作用的碳酸钙较多，而黏结和桥接作用的有效碳酸钙较少，固化效果差；为了解决输电线路塔基堆土中粗砂之间的黏结和桥接问题或者黏质土和粉土的渗透问题，本发明在喷洒矿化菌前，针对塔基堆土的性质进行预处理，针对粗颗粒的土，通过喷洒壳聚糖溶液或产聚谷氨酸的纳豆芽孢杆菌或二者的混合物在塔基堆土的孔隙中，通过生物高聚物与碳酸钙沉积固土联合使用，获得更好的固土效果；针对黏质土和粉土，通过喷洒季铵盐表面活性剂，增强菌液和胶结液在土体中的渗透性，增加堆土胶结的深度。
具体实施方式
25.下面结合较佳实施例对本发明做进一步的说明。
26.在输电线路塔基堆土生态固化处理之前，对需处理地方的土体采样，测量土体容重、孔隙度，并用筛析法分析颗粒级配(参照《nyt 1121.4-2006土壤检测第4部分：土壤容重的测定》和刘增文主编的《水土保持实验研究方法》)；
27.本发明中采用充电式高压水在塔基喷施矿化菌液、固着液和胶结液，大大简化了堆土固化工艺。
28.实施例1
29.一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，包括如下步骤：
30.(1)针对粗颗粒的输电线路塔基堆土，按照100ml/min的流速在堆土表面喷洒浓度为0.01％的壳聚糖溶液和产聚谷氨酸的纳豆芽孢杆菌菌液的混合液；
31.(2)喷洒24h后，再在输电线路塔基堆土表面按照100ml/min的流速喷洒矿化菌液，矿化菌液的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/20；所述矿化菌液为巴氏芽孢八叠球菌菌液，巴氏芽孢八叠球菌菌液能够诱导矿化，缩短矿化时间；
32.(3)喷洒完成后紧接着注入与上述矿化菌液等体积的固着液，固着液为浓度500mmol/l的cacl2溶液；循环喷洒矿化细菌和固着液多次后，使得细菌在塔基堆土内部充分吸附；
33.(4)循环处理完成后间隔2h，再在输电线路塔基堆土表面按照200ml/min的流速喷
洒与上述步骤(2)中矿化菌液等体积的胶结溶液；胶结溶液为浓度为0.5mol/l的尿素和浓度为0.5mol/l的cacl2溶液的混合液；
34.(5)胶结溶液喷洒1h后，再在输电线路塔基堆土表面喷洒矿化菌液，矿化细菌的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/20；
35.(6)重复(4)和(5)的步骤，交替喷洒2次菌液和3次胶结溶液后静置，完成输电线路塔基堆土生态固化，7天后观察堆土固结效果；
36.实施例2
37.一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，包括如下步骤：
38.(1)针对粗颗粒的输电线路塔基堆土，按照1000ml/min的流速在堆土表面喷洒浓度为产聚谷氨酸的0.1％的壳聚糖溶液；
39.(2)喷洒24h后，再在输电线路塔基堆土表面按照1000ml/min的流速喷洒矿化菌液，矿化菌液的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/2；所述矿化菌液为巴氏芽孢杆菌菌液，巴氏芽孢杆菌菌液能够诱导矿化，缩短矿化时间；
40.(3)喷洒完成后紧接着注入与上述矿化菌液等体积的固着液，固着液为浓度50～500mmol/l的cacl2溶液；循环喷洒矿化细菌和固着液多次后，使得细菌在塔基堆土内部充分吸附；
41.(4)循环处理完成后间隔2h，再在输电线路塔基堆土表面按照2000ml/min的流速喷洒与上述步骤(2)中矿化菌液等体积的胶结溶液；胶结溶液为浓度为0.5mol/l的尿素和浓度为0.5mol/l的cacl2溶液的混合液；
42.(5)胶结溶液喷洒1h后，再在输电线路塔基堆土表面喷洒矿化菌液，矿化细菌的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/2；
43.(6)重复(4)和(5)的步骤，交替喷洒2次菌液和3次胶结溶液后静置，完成输电线路塔基堆土生态固化，7天后观察堆土固结效果。
44.实施例3
45.一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，包括如下步骤：
46.(1)针对粗颗粒的输电线路塔基堆土，按照500ml/min的流速在堆土表面喷洒产聚谷氨酸的纳豆芽孢杆菌菌液；
47.(2)喷洒24h后，再在输电线路塔基堆土表面按照500ml/min的流速喷洒矿化菌液，矿化菌液的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/10；所述矿化菌液为巴氏芽孢八叠球菌菌液，巴氏芽孢八叠球菌菌液能够诱导矿化，缩短矿化时间；
48.(3)喷洒完成后紧接着注入与上述矿化菌液等体积的固着液，固着液为浓度100mmol/l的cacl2溶液；循环喷洒矿化细菌和固着液多次后，使得细菌在塔基堆土内部充分吸附；
49.(4)循环处理完成后间隔2h，再在输电线路塔基堆土表面按照1000ml/min的流速喷洒与上述步骤(2)中矿化菌液等体积的胶结溶液；胶结溶液为浓度为1.5mol/l的尿素和浓度为1.5mol/l的cacl2溶液的混合液；
50.(5)胶结溶液喷洒1h后，再在输电线路塔基堆土表面喷洒矿化菌液，矿化细菌的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/10；
51.(6)重复(4)和(5)的步骤，交替喷洒2次菌液和3次胶结溶液后静置，完成输电线路
塔基堆土生态固化，7天后观察堆土固结效果。
52.实施例4
53.实施例4与实施例1不同之处在于：针对输电线路塔基堆土为黏质土和粉土，喷洒浓度为0.01～0.1％的季铵盐表面活性剂对堆土进行预处理，其余固化步骤相同。
54.对经过上述实施例1至实施例4的生态固化处理的输电线路塔基堆土的固结效果进行检测，通过测量干密度、孔隙度和渗透系数、液限塑限等参数进行评价；
55.1、干密度
56.通过测定土壤的密度表明，矿化后的土壤由于形成碳酸钙结晶，密度有一定增大，如表1所示；
57.表1土壤密度测定结果
[0058][0059]
2、孔隙度和渗透系数
[0060]
表2土壤孔隙度测定结果
[0061][0062][0063]
由于空隙被碳酸钙晶体填充，土壤孔隙度和渗透系数降低，如表2、3所示；
[0064]
表3变水头渗透试验结果
[0065][0066]
3、液限塑限
[0067]
表2液限塑限测定结果
[0068][0069]
当细粒土的含水率不同时，会处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，即土从可塑状态过渡到流动状态的界限含水率；塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率，即土从可塑状态过渡到半固体状态的界限含水率；通过测定表明，矿化土壤试样的液限增高5％，即从可塑状态过渡到流动状态的含水率界限提高5％，这也解释了其可以减少滑坡的原理，而塑限却降低接近5％，塑性指数ip提高12％，说明矿化后，土壤有更好的可塑性，更不易出现裂缝。
[0070]
4、10
°
坡度矿化堆土抗降雨侵蚀试验
[0071]
参照实施例1的方法对输电线路塔基对于的10
°
坡度堆土矿化一个月后的抗降雨侵蚀试验表明，矿化后，在各个雨强等级的降雨侵蚀后，产沙量显著低于对照组，如表3所示。
[0072]
表3 10
°
坡度不同雨强降雨侵蚀后的产沙量
[0073][0074]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)针对粗颗粒的输电线路塔基堆土，在堆土表面喷洒浓度为0.01～0.1％的壳聚糖溶液或产聚谷氨酸的纳豆芽孢杆菌菌液或二者混合液；针对输电线路塔基堆土为黏质土和粉土，喷洒浓度为0.01～0.1％的季铵盐表面活性剂对堆土进行预处理；(2)喷洒24h后，再在输电线路塔基堆土表面喷洒矿化菌菌液；(3)喷洒完成后紧接着喷洒与上述矿化菌液等体积的固着液；循环喷洒矿化细菌和固着液多次后，使得细菌在塔基堆土内部充分吸附；(4)循环处理完成后间隔2h，再在输电线路塔基堆土表面喷洒与上述步骤(2)中矿化菌液等体积的胶结溶液；(5)胶结溶液喷洒1h后，再在输电线路塔基堆土表面喷洒矿化菌液；(6)重复(4)和(5)的步骤，交替喷洒2次菌液和3次胶结溶液后静置，完成输电线路塔基堆土生态固化。2.如权利要求1所述的一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，其特征在于，所述矿化菌液为巴氏芽孢八叠球菌菌液或巴氏芽孢杆菌菌液。3.如权利要求1所述的一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，其特征在于，所述固着液为浓度50～500mmol/l的cacl2溶液。4.如权利要求1所述的一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，其特征在于，所述胶结溶液为浓度为0.05～1.5mol/l的尿素和浓度为0.05～1.5mol/l的cacl2溶液的混合液。5.如权利要求1所述的一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，其特征在于，所述步骤(1)中喷洒壳聚糖溶液或产聚谷氨酸的纳豆芽孢杆菌菌液或二者混合液、步骤(2)中喷洒矿化菌液的流速均为100～1000ml/min。6.如权利要求1所述的一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，其特征在于，所述步骤(5)至(7)中喷洒矿化菌液或胶结溶液的流速为200～2000ml/min。7.如权利要求1所述的一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，其特征在于，所述矿化细菌的喷洒量为塔基堆土表面孔隙体积的1/20～1/2。

技术总结

本发明涉及一种输电线路塔基堆土的生态固化方法，利用微生物矿化技术进行塔基堆土的固化处理，首先，针对不同土壤性质的输电线路塔基堆土进行预处理，使得土壤更适于进行矿化固化，之后采用巴氏芽孢八叠球菌菌液或巴氏芽孢杆菌菌液为矿化菌液，CaCl2溶液为固着液，尿素和CaCl2溶液的混合液为胶结溶液，经过多次的喷洒矿化菌液和胶结溶液后，实现输电线路塔基堆土生态固化。基堆土生态固化。