本发明涉及岩土工程领域，具体地，涉及一种盐渍土路基填料以及将该盐渍土路基填料用于路基改良的方法。
背景技术：
路基作为整个交通运输系统的重要组成部分，其直接承受上部结构荷载及车辆静动荷载的长期作用，而路基质量的好坏直接影响行车速度与行车安全，因此有必要采用优质的路基填料填筑。进入二十一世纪，随着我国高速铁路、快速客运专线、重载铁路、高速公路、铁路隧道、公路隧道和城市地铁建设的日益加快，以及国家沿海战略和西部大开发战略的深入推进，越来越多的基础工程建设位于盐渍土地区。然而，由于盐渍土的含盐量较高，并且具有溶陷、盐胀、腐蚀等工程问题，对工程建设极其不利。
目前，在盐渍土工程建设中，通常采用远距离运送或石料厂购买优质路基填料的方式对盐渍土路基进行改良，但是通过远距离运送或厂家购买优质填料势必引起路基工程造价过高、工期过程等问题。因此，结合施工当地的条件，通过对盐渍土进行原位改良，使之满足路基填筑及后期运营的基本要求便成为盐渍土路基工程建设亟待解决的难题。
传统的土壤改良方法往往通过添加一系列污染性较强的化学固化剂进行土壤的固化。但是，由于盐渍土中含有多种盐分且含盐量较高，使用常规的固化剂固化盐渍土的效果并不理想。例如，最常用的固化剂水泥，其对普通路基起固化作用主要是通过形成水化硅酸钙(CSH)，而盐渍土中大量存在的硫酸盐、氯盐、碳酸盐等，严重影响CSH的生成与稳定，从而造成水泥固化的盐渍土的强度很低。同时，由于盐渍土中的盐离子长期大量存在，水泥固化的盐渍土的耐盐蚀性很弱，所以利用水泥固化盐渍土，难以保证固化土的强度，且难以满足工程耐久性的要求。而现有的其它土壤固化剂，实现固化效果的水化产物仍主要为CSH，所以都存在上述的固化问题。另外，现有的化学固化剂(如微细水泥、环氧树脂、丙烯酰胺、酚醛树脂、聚氨酯等)在一定程度上具有较高的毒性或者危险性。
因此，急需寻找一种改良效果好、养护周期短、成本低且环保的改良路基的方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提供了一种盐渍土路基填料以及将该盐渍土路基填料用于路基改良的方法。本发明提供的盐渍土路基填料形成的路基，具有较高的抗压强度，并且还具有成本低和环保的优势。
为了实现上述目的，本发明提供了一种盐渍土路基填料，其中，该盐渍土路基填料含有盐渍土、可溶性钙盐、尿素和微生物制剂，所述微生物制剂含有脲酶和/或产脲酶的菌。
本发明还提供了一种改良路基的方法，该方法包括：将路基填料施用于土体的表面，其中，所述路基填料为上述盐渍土路基填料。
本发明将盐渍土与含有脲酶和/或产脲酶的菌的微生物制剂、可溶性钙盐和尿素组合使用，利用可溶性钙盐产生的Ca2+与脲酶分解尿素产生的CO32-形成不溶于水的碳酸钙晶体，该碳酸钙晶体作为胶结物质将盐渍土颗粒粘结，形成稳定的盐渍土颗粒骨架，从而提升盐渍土的抗压强度。同时，由于使用的是土体中广泛存在的微生物，不会对环境和人体造成危害，具有环保的优势，并且还可以缩短养护周期，提高施工效率。
特别是，本发明提供的路基填料是以盐渍土为原料，可以对盐渍土土体进行原位改造，从而避免了远距离输送改良路基填料所导致的较高的经济成本和较长的工期，因此，具有降低成本且缩短工期的优势，具有良好的应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种盐渍土路基填料，其中，该盐渍土路基填料含有盐渍土、可溶性钙盐、尿素和微生物制剂，所述微生物制剂含有脲酶和/或产脲酶的菌。
根据本发明，以干基计，相对于100重量份的盐渍土，所述可溶性钙盐的含量可以为1-40重量份，所述尿素的含量可以为2-30重量份，所述微生物制剂的含量可以为1-20重量份；
优选地，以干基计，相对于100重量份的盐渍土，所述可溶性钙盐的含量为1-10重量份，所述尿素的含量为4-12重量份，所述微生物制剂的含量为4-6重量份。
在本发明中，术语“盐渍土”是指盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称。在我国，盐渍土主要分布在内陆干旱、半干旱地区和滨海地区。
本发明对所述盐渍土的来源没有特别的限定，可以采集自在我国盐渍土主要分布的地区。
根据本发明，所述盐渍土的含盐量大于等于0.3重量％，优选为0.3-10重量％，更优选为1-5重量％。在本发明中，含盐量采用烘干法或电导法进行测定。
在本发明中，所述盐渍土的粒径大于等于0.05mm，优选为0.075-2mm，更优选为0.25-2mm。
在本发明中，所述盐渍土可以为氯盐渍土、硫酸盐渍土、碳酸盐渍土、亚氯盐渍土和亚硫酸盐渍土中的至少一种，优选为氯盐渍土、硫酸盐渍土和碳酸盐渍土中的至少一种。
根据本发明，对所述可溶性钙盐的种类没有特别的限定，只要可以提供游离的钙离子即可，例如，所述可溶性钙盐可以选自氯化钙、硝酸钙、磷酸二氢钙、碳酸氢钙、硫酸氢钙、亚硫酸氢钙、溴化钙和碘化钙中的至少一种，优选为氯化钙、溴化钙和碘化钙中的至少一种。
本发明对所述可溶性钙盐的使用形式没有特别的限定，可以为溶液和/或固体的形式，例如，当所述可溶性钙盐为溶液的形式时，可以直接使用；当所述可溶性钙盐为固体的形式时，可以先将其配制成溶液使用，或者可以在水的存在下，将固体可溶性钙盐与其余原料混合。
在本发明中，对所述微生物制剂的形式没有特别的限定，只要可以保证脲酶和/或产脲酶的菌具有生物活性即可，例如，可以为液体和/或固体的形式，优选地，当所述微生物制剂为液体形式时，其中还含有适于保持脲酶和/或产脲酶的菌的生物活性的任意溶剂，例如，所述溶剂可以为本领域常规使用的培养基。
在本发明中，对所述微生物制剂的来源没有特别的限定，例如，可以通过常规的商购获得，也可以通过常规的生物学手段制备获得。
根据本发明，以所述盐渍土的总量为基准，所述产脲酶的菌的含量可以为至少为1×107CFU/g，优选为1-100×107CFU/g。
在本发明中，所述产脲酶的菌可以为杆菌和/或球菌，优选为芽孢杆菌、芽孢球菌、变形杆菌和小球菌中的至少一种，更优选为巴氏芽孢八叠球菌、巴氏芽孢杆菌、尿素小球菌和幽门螺旋杆菌中的至少一种，进一步优选为巴氏芽孢八叠球菌(Sporosarcina pasteurii)和/或巴氏芽孢杆菌(Bacillus pasteurii)。
根据本发明，所述盐渍土路基填料的pH值可以为6-9，优选为7-8；含水量可以为10-40重量％，优选为20-30重量％。
在本发明中，为了保证所述盐渍土路基填料的pH值在上述范围内，所述盐渍土路基填料还可以含有pH调节剂，相对于100重量份的盐渍土，所述pH调节剂的含量为0.1-10重量份，优选为0.5-5重量份。
在本发明中，对所述pH调节剂没有特别的限定，可以为本领域常规使用的用于调节pH的各种酸性和/或碱性无机盐，优选地，所述pH调节剂为碳酸氢钠和/或碳酸氢钾中的至少一种。
本发明还提供了上述盐渍土路基填料的制备方法，该制备方法包括将盐渍土、可溶性钙盐、尿素和微生物制剂混合，所述微生物制剂含有脲酶和/或产脲酶的菌。其中，各原料的用量、种类和性能参数等如上所述，在此不再赘述。
在本发明中，对所述混合的条件没有特别的限定，只要可以使各原料混合均匀即可，例如，所述混合的形式可以为搅拌，所述混合的温度可以为20-45℃。
根据本发明，本发明还提供了一种改良路基的方法，该方法包括：将路基填料施用于土体的表面，其中，所述路基填料为本发明提供的上述盐渍土路基填料。
根据本发明，所述施用的条件可以包括：温度为10-40℃，优选为30-35℃；pH值为5-10，优选为6-9；时间为5-21天，优选为7-14天。
在本发明中，所述施用的方式可以为摊铺、拌合和注入中的至少一种。
根据本发明，所述方法还可以包括：在所述施用的过程中进行洒水和压实处理，所述洒水使得所述路基填料的含水量为10-40重量％，优选为20-30重量％。
在本发明中，对所述土体的类型没有特别的限定，可以为普通的土体，也可以为特殊的土体，优选地，所述土体是由盐渍土构成，也就是说，本发明提供的盐渍土路基填料中的所述盐渍土可以通过原位采集获得。
在本发明中，所述土体的含盐量大于等于0.3重量％，优选为0.3-10重量％，更优选为1-5重量％；优选地，所述土体的粒径大于等于0.05mm，优选为0.075-2mm，优选为0.25-2mm；更优选地，所述土体的含水量为10-40重量％，优选为20-30重量％；进一步优选地，所述土体由氯盐渍土、硫酸盐渍土、碳酸盐渍土、亚氯盐渍土和亚硫酸盐渍土中的至少一种构成，优选为氯盐渍土、硫酸盐渍土和碳酸盐渍土中的至少一种。
在优选的情况下，本发明提供了一种改良路基的方法，该方法包括以下步骤：
(1)从盐渍土土体原位采集盐渍土，将所述盐渍土与可溶性钙盐、尿素和微生物制剂混合，以获得盐渍土路基填料；
(2)将由步骤(1)获得的盐渍土路基填料施用于所述盐渍土土体的表面；
其中，所述微生物制剂含有脲酶和/或产脲酶的菌。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，
土壤中的含盐量按照LY/T 1251-199公开的方法进行测定；
无侧限抗压强度按照《铁路土工试验规程TB10102-2010》进行测定。
制备例1
本制备例用于说明人工配制盐渍土的方法。
将硫酸钠加入至土壤颗粒(采集自哈尔滨宾县郊区)中，经研磨和过筛处理，得到含盐量分别取其质量分数的1％、3％、5％人工配制的盐渍土，其中，粒径为0.25-0.5mm的土壤颗粒占总土壤颗粒重量的20％，粒径为0.5-1mm的土壤颗粒占总土壤颗粒重量的20％，粒径为1-2mm颗粒占总土壤颗粒重量的60％。
制备例2
本制备例用于说明微生物制剂的制备方法。
将巴氏芽孢八叠球菌(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心CGMCC，保藏编号为CGMCC NO.1.3687)接种于培养基(配方：牛肉膏5g/L、蛋白胨15g/L、氯化钠5g/L)中，于30℃下培养48h，得到密度为1×109CFU/mL的菌液。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的盐渍土路基填料及其制备方法。
称取100g由制备例1得到的含盐量为1重量％的盐渍土、5g无水氯化钙粉末、8g尿素(购自山东鲁西化工公司，下同)、10mL由制备例2得到的菌液和1g碳酸氢钠，将其置于搅拌机中于室温(25℃)下搅拌0.5h，得到盐渍土路基填料A1(pH值为8，含水量为25重量％)。
经测定，盐渍土路基填料A1的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的盐渍土路基填料及其制备方法。
称取100g由制备例1得到的含盐量为1重量％的盐渍土、10g无水氯化钙粉末、12g尿素、30mL由制备例2得到的菌液和0.5g碳酸氢钠，将其置于搅拌机中于室温(25℃)下搅拌0.5h，得到盐渍土路基填料A2(pH值为8，含水量为30重量％)。
经测定，盐渍土路基填料A2的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的盐渍土路基填料及其制备方法。
称取100g由制备例1得到的含盐量为1重量％的盐渍土、1g无水氯化钙粉末、4g尿素、10mL由制备例2得到的菌液和5g碳酸氢钠，将其置于搅拌机中于室温(25℃)下搅拌0.5h，得到盐渍土路基填料A3(pH值为7，含水量为00重量％)。
经测定，盐渍土路基填料A3的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的盐渍土路基填料及其制备方法。
按照实施例1的方法进行，所不同的是，使用相同重量的由制备例1得到的含盐量为3重量％的盐渍土代替实施例1中使用的含盐量为1重量％的盐渍土，得到盐渍土路基填料A4。
经测定，盐渍土路基填料A4的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的盐渍土路基填料及其制备方法。
按照实施例1的方法进行，所不同的是，使用相同重量的由制备例1得到的含盐量为5重量％的盐渍土代替实施例1中使用的含盐量为1重量％的盐渍土，得到盐渍土路基填料A5。
经测定，盐渍土路基填料A5的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供的盐渍土路基填料及其制备方法。
按照实施例1的方法进行，所不同的是，使用10g脲酶粉(购自上海拓旸生物科技有限公司，货号为Y020089)代替实施例1中使用的菌液，得到盐渍土路基填料A6。
经测定，盐渍土路基填料A6的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
实施例7
本实施例用于说明本发明提供的改良路基的方法。
按照实施例1的方法进行，所不同的是，使用相同重量的采集自嘉峪关至安西一级公路的盐渍土(含盐量4.5重量％，粒径2mm以下，pH值为8)代替实施例1中使用的盐渍土，得到盐渍土路基填料A7。
将盐渍土填料A7摊铺于该地区的土体上，然后压实，于35℃下进行路基养护，在养护的过程中不断洒水，以保证盐渍土填料A7的含水量不低于30重量％，养护7天后，取样进行测定。
经测定，盐渍土路基填料A7的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
对比例1
按照实施例7的方法进行，所不同的是，不加入菌液，得到路基填料D1。
经测定，路基填料D1的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
对比例2
称取100g采集自嘉峪关至安西一级公路的盐渍土(含盐量4.5重量％，粒径2mm以下，pH值为8)，加入24g氧化钙粉末，将其置于搅拌机中于室温(25℃)下搅拌0.5h，得到盐渍土路基填料D2。
经测定，路基填料D2的无侧限抗压强度的结果如表1所示。
表1
通过将以上实施例1-7与对比例1-2的结果相比较可知，本发明提供的盐渍土路基填料具有较高的抗压强度，同时，由于使用的是土体中广泛存在的微生物，不会对环境和人体造成危害，具有环保的优势，并且还可以缩短养护周期，提高施工效率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。