用于沙土地的注浆装置及注浆方法与流程

本发明涉及一种用于沙土地的注浆装置，还涉及利用该装置在沙土层一定深度中注入浆液的注浆方法。

背景技术：

目前，国内外有大量的沙土地，由于沙土渗透系数大、持水率低、透气性强，导致灌溉时水分大量渗漏，仅能维持少量水分，造成灌溉水的大量浪费，而后又很快干旱。

常用的沙土地防渗保水措施有利用草泥层、土工膜、沙草层、草编网格等形成防水层，阻止水的渗漏，这种方法见效快，但是施工很复杂，需要多次多层处理，且需投入大量的人力物力；还有采用水溶性胶粘剂配合适合级配的骨料，形成保水沙粒，但此化学方法会对环境造成污染，而且耐久性堪忧。因此迫切需要一种经济、环保、高效的土地节水技术。

技术实现要素：

发明目的：本发明的第一目的是提供一种用于沙土地的注浆装置；第二目的是提供利用该装置在沙土层中注入浆液的注浆方法。

技术方案：本发明采用如下技术方案实现：一种用于沙土地的注浆装置，包括用于盛放浆液的筒体、将筒体内的浆液注入到沙土地下的输液管、驱动输液管上下移动的第一驱动机构，筒体、输液管和第一驱动机构安装在底座上，底座安装在行走机构上，且输液管下端设有喷头。

所述装置设有驱动行走机构前进或者后退的第二驱动机构。

其次，所述输液管过柔性的传送管与筒体相连通，柔性的传送管可在输送管行程范围内伸缩。

当装置前行或者后退时，为了减少输液管下段插入沙土部分的阻力，所述输液管下段面向装置前进和后退的方向为尖角。

为了增加浆液喷洒面积，所述喷头为向左右延伸的管体，该管体的横截面为三角形，两腰表面布满注浆孔，且三角形的尖角向下。

传送管的管路上设有水泵、阀门和流量计；开启阀门后，水泵将筒体中的浆液吸出，通过传送管进入输液管。

进一步优选的，所述第一驱动机构和第二驱动机构由控制装置控制，该控制系统设有操作面板和显示喷头上下移动行程的显示屏。

行走机构为轮式或者履带式，考虑到沙土地形的不平整，为了增加装置行走时的稳定性，行走机构优选为履带式。

利用该装置实现在沙土层中注入浆液的注浆方法，包括以下步骤：

(a)将浆液装入筒体；

(b)在第一驱动装置驱动下，输液管向下移动并插入到沙土层下目标深度；

(c)筒体中的浆液通过输液管的喷头喷洒到沙土层中；随着注浆装置的前后移动，输液管的喷头在沙土地下移动，并将浆液喷洒在沙土地下形成防渗层；

(d)喷洒结束后，关闭防渗液输送，在第一驱动机构的驱动下，输液管向上移动抽出沙土层。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：利用注浆装置将浆液均匀注入沙土层中一定深度，在该深度处形成浆液层，例如可以为防渗层，防止降水、灌溉水的渗漏，起到保水、节水的作用。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的浆液传送管结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，一种用于沙土地的注浆装置，包括用于盛放浆液的筒体1、将筒体1内的浆液注入到沙土层下的输液管2、驱动输液管2上下移动的第一驱动机构3、驱动行走机构5前进或者后退的第二驱动机构6；其中，筒体1、输液管2、第一驱动机构3、第二驱动机构6安装在底座4上，底座4通过斜撑401水平安装在行走机构5上，且行走机构5包括履带；装置的行驶速度介于5-15公里/小时。

输液管2通过传送管7与筒体1相连通，且传送管7可在喷头201上下行程范围内移动，当第一驱动机构3驱动输液管2上下移动时，传送管7随输液管2上下移动，并将筒体1中的浆液不断输入输液管2中。

输液管2的下端设有喷头201，为了增大喷洒面积，该喷头201为向左右延伸的管体；为减少输液管2向下插入沙土时的阻力，该管体的横截面为三角形，且三角形的尖角向下，其次，喷头201的两腰表面布满注浆孔202，使得喷洒均匀。

第一驱动机构3驱动输液管2上下移动的同时，带动喷头201插入或者拔出沙土地；装置前进或者后退时，输液管2的下段部分及喷头201插入沙土层中，随装置前行的同时，喷头201在沙土层下移动并喷洒浆液，为减少输液管2插入沙土部分移动时所受的阻力，输液管2下段的横截面为三角形，且面向装置前进的方向为尖角。

其中，输液管2为钢制空心管道，输液管2的空心部分在底部不封闭，与喷头201焊接但两者的空心部分相互连通；优选的，输液管2的管壁厚1-3cm，管内面积介于10-40cm²；喷头201的长度介于0.5-1.5m，管壁厚0.4-1cm，管内面积介于5-40cm²；注浆孔202的间距为3-4cm，孔径为0.5cm。

为实现人机交互和自动控制，第一驱动机构3和第二驱动机构6由控制装置8控制，该控制装置8设有操作面板801、显示屏802和操作室803；操作者通过操作面板801上的按键发出指令，并由显示屏802实时监测和控制装置的工作状态，其中，操作面板301上设有控制装置速度和方向的按键、控制输液管2上下移动的按键、调节传送管7各元件工作状态的按键以及急停按钮等。

如图2所示，传送管7上设有水泵701、阀门702和流量计703，其中，水泵701的最大流量不小于150m³/小时，扬程不小于20m，流量计703的量程不小于150m³/小时；开启阀门702和水泵701后，水泵701将筒体1中的浆液吸入传送管7，首先进入输液管2，再从喷头201中的注浆孔中喷洒出，根据实际使用情况，可以通过调节水泵701的功率和阀门702的松紧，将浆液注入沙土的速度调整到目标速度。

本发明的注浆装置可以将微生物防渗加固液、黏土浆、水泥浆等各类浆液注入沙土一定深度，并在该深度处形成浆液层。当选用微生物防渗加固液时，可以形成防止降水、灌溉水的渗漏，起到保水、节水的作用的防渗层。

当沙漠为粗颗粒砂土时，即沙漠中粒径为0.075-60mm的砂土含量大于50％，此时沙漠砂土的透水透气性较好，对应地采用好养型细菌制备的微生物防固液，其在有氧环境下能很好地发挥作用。利用微生物防渗加固液的反应副产物是植物生长的氮源，有利于植物的生长。微生物防渗加固液促成的地表防风层相比单纯的化学结皮较稳定，且不会对环境造成污染。从效果和效率方面考虑，尿素水解细菌是很好的选择。水解尿素过程中产生碳酸根，在碱性条件下和钙盐产生碳酸钙沉淀，同时产生了氯化铵，可以为植物的生长提供氮源，促进植物生长。具体来说，尿素水解细菌可以为巴氏生孢八叠球菌，例如保藏编号为cgmccno.1.3687，或者为地尿素芽孢杆菌，例如保藏编号为cgmccno.1.7272。微生物的增殖方式可以为：将菌种放在酵母浸粉20-30g/l、nh4cl8-12g/l、ph为8-9.5的液体培养基中，置于25-30℃摇床中以80-108次/min下的速度培养24-48h。对应的微生物防渗加固液可以包括以下成分：尿素水解细菌10⁷-10⁹个/l、尿素0.3-3mol/l、钙盐0.3-3mol/l及氯化钠0-15g/l。进一步地，尿素与钙盐的浓度比为2:1-1:1；再进一步地，尿素与钙盐的浓度比为1.5:1。钙盐为可溶性钙盐；进一步可以为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙中的一种或几种。

当沙漠为细颗粒砂土时，沙漠砂土的透水透气性差，对应采用兼性厌氧菌制备的微生物防固液，其在无氧条件下也能发挥作用。从效果和效率方面考虑，上述微生物可以为反硝化细菌，其在还原硝酸盐的过程中产生碳酸根，在碱性条件下和钙盐产生碳酸钙沉淀，同时可以为植物的生长提供氮源，促进植物生长。进一步地，反硝化细菌可以但不限于假单胞菌属或产碱杆菌属的细菌，例如可以为硝基还原假单胞菌，cgmccno.1.2343，或荧光假单胞菌，cgmccno.1.3893。对应的微生物防渗加固液包括以下成分：反硝化细菌10⁷-10⁹个/l、硝酸盐0.01-1mol/l、钙盐0.02-3mol/l、碳源0.03-1.5mol/l、氮源0.002-0.2mol/l及氯化钠0-15g/l。上述钙盐为可溶性钙盐，可以但不限于硝酸钙、氯化钙、醋酸钙中的一种或几种。碳源可以但不限于醋酸盐、葡萄糖、玉米秸秆等，氮源可以但不限于氯化铵、硫酸铵、硝酸铵、尿素、麸皮、玉米秆等，硝酸盐可以但不限于硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙、硝酸铵等微生物的增殖方式可以为：将反硝化菌种放入到液体培养基中，在25-35℃的环境温度下，以50-150rad/min的转速培养24-48h，其中，液体培养基包括硝酸盐0.01-1mol/l、氯化钙0.02-3g/l、碳源0.01-1mol/l、氯化铵0.05-0.5g/l，硫酸亚铁0.01-0.03g/l，并将ph调制7-8。

优选的，利用含有好养型细菌的微生物防渗加固液处理1-5次，利用含有兼性厌氧菌的微生物防渗加固液处理3-5次；其中，处理1次就有效果，处理5次效果很明显，能够结成1-3cm厚的硬壳层。进一步地，利用所述微生物防渗加固液每次的处理量为1-5l/m²，处理量控制在该范围内可以获得较好的效果，而且节省时间和成本。防固液处理后覆盖覆盖层，以防止阳光暴晒导致细菌死亡。相邻处理次数之间间隔3-6h，用于细菌反应，如果间隔时间太短，会对前一次的处理造成一定程度的破坏，因为喷洒时的冲击力会对短时间内形成的硬壳层造成破坏；如果处理时间太长会增加施工时间成本。最后一次处理后至少72h撤掉覆盖层，这里的覆盖层为黑色土工布或稻草席。

采用上述两种防渗加固液处理得到的防渗层与未经处理沙漠的渗透系数之比小于5％。由此该装置即为用于沙土地节水的注浆装置，优选为用于沙土地节水的微生物注浆装置。

操作时，首先配制浆液，并将其装入筒体1；

其次将注浆装置驶入待处理地点，控制装置8发送指令至第一驱动机构3，驱动输液管2向下移动并插入沙土层中，通过显示屏802观测喷头201向下移动的行程，到达目标深度时关停第一驱动机构3，其中，喷头201插入沙土层中的深度为0.4-0.8m；

通过控制装置3打开阀门702、开启水泵701，将浆液从筒体1中吸入传送管7，调节阀门702，将浆液注入速度调节至目标速度，浆液首先流入输液管2，再流进喷头201；

控制装置3发送指令至第二驱动装置6，驱动行走机构5，装置前行的同时输液管2下段和喷头201在沙土地下移动，将浆液喷洒到沙土层中，在该深度形成一层浆液层；

将浆液层喷洒过程重复1-5次，每次处理的浆液的喷洒量为1-5l/m²。

喷洒结束后，关闭浆液输送，在第一驱动机构3的驱动下，输液管2向上移动抽出沙土层；

对注浆装置的表面浮土、管道进行清洗。