微生物诱导生成碳酸钙封堵地下室裂缝的方法与流程

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及微生物诱导生成碳酸钙封堵地下室裂缝的方法。

背景技术：

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近些年来，地下车库、地下商业区、地下轨道交通等地下建筑工程越来越多，规模也越来越大。随着建筑防水技术的不断发展及我国建筑防水标准、规范、规程等的不断完善，我国房屋建筑的渗漏比例不断下降，全国性、大面积的渗漏问题已经得到初步遏制，但地下建筑的渗漏问题仍然不容乐观。根据2014年7月中国建筑防水协会发布的报告显示，28个城市建筑地下渗漏率达57.51％。地下室渗漏的处理一直是困扰工程技术人员的老、大、难问题。

针对地下室的渗漏问题，现有的堵漏材料通常采用环氧树脂类、聚氨酯类等有机材料。这些材料大多有毒性，随着时间的推移易老化，而且材料粘性大，不易灌入细小的裂缝中。

微生物诱导生成碳酸钙沉积灌浆封堵裂缝技术就是在这种情况下应运而生，它是由一系列复杂的生物化学反应组成的：一些嗜碱性的微生物能够利用自身产生的尿素酶将尿素分解为nh3和co2，随着分解生成的氨数量的增加会引起周围环境中ph的升高，使co2在溶液中以co3^2-的形式存在。这时如果细菌的周围有ca²⁺，细菌细胞中带负电荷的有机单层膜就会不断地螯合ca²⁺，就会引起碳酸钙晶体沉积。这种新型材料固化前粘性很低，借助负压可渗透到裂缝深处，不仅利用微生物沉积矿物质达到封堵的效果，而且能够自动找到渗漏处的位置进行有效的防渗，达到探查和封堵二合一的效果，这在一些复杂的环境中显得尤为重要。利用微生物诱导沉积生成的方解石等性质稳定，与混凝土材料的结合性好。修复后的混凝土材料的抗酸、抗碱、抗冻融循环、抗碳化和抗渗性等能力都得到了提高，不会因为材料的老化而失效。

处于地下水环境中的建筑物地下室，外墙、顶板等混凝土构件一旦出现开裂，很容易成为地下水渗漏的通道。专利201110413188.9公开了一种微生物灌浆封堵地下室混凝土结构竖向裂缝的方法，采用墙体内侧缝内灌浆的方法封闭裂缝，具体包括打孔、清孔、裂缝表面封闭、菌液和营养盐溶液制备、灌注菌液、灌注营养盐溶液、灌注孔的封堵，菌液诱导氯化钙生成的碳酸钙沉积物可将裂缝和灌注孔有效地填充和封堵。经注水试验和下雨后的观察，原裂缝的渗水量明显减少。但发明人发现，该方法是在枯水期没有地下水向外渗流时采取的方法，当裂缝中有一定压力的地下水向外渗流，会将灌入裂缝的灌浆液冲走，造成封堵失败。专利201811288820.x提出了一种利用微生物灌浆修复地下室外墙的方法，该方法在地下室室内开孔向室外水流上游一侧土壤内灌浆，使生成物伴随水流动填注到混凝土裂缝和靠近裂缝的土壤孔隙中，实现有效封堵。但发明人发现，墙体的开孔需要封堵，难度较大。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种利用微生物灌浆封堵地下室顶板和外墙裂缝的方法。本发明利用了菌液、营养盐溶液和钙源溶液渗透性好的特点，在地下室外侧埋设灌浆管的方法，将其灌注于裂缝附近，伴随水的流动将生成物填注到混凝土裂缝和靠近裂缝的土壤孔隙中，从而实现有效封堵。采用本发明技术方案有效克服了有机封堵材料粘性大，不易渗透到裂缝深处的缺点，因此具有良好的实际应用之价值。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的第一个方面，提供一种利用微生物灌浆封堵地下室顶板和外墙裂缝的方法，所述方法包括：

--制备封堵材料：包括钙源溶液、营养盐溶液的配制以及微生物的制备，其中，所述微生物为能够将周围环境中钙源诱导生成碳酸钙的菌类；

--地下室混凝土顶板每个有裂缝的正上方设置竖孔，孔深至顶板板顶；对于地下室外墙有竖向裂缝处，在墙体外侧距墙体20～30cm处，设置竖孔，孔深至竖向裂缝底端；

--在地下室混凝土顶板正上方每个竖孔内，安放灌浆管；地下室外墙外侧竖孔内，根据竖向裂缝高度确定安放灌浆管数量；

--地下室混凝土顶板上方灌浆时，利用自重或低压灌浆设备将菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入顶板上方土壤中，停歇一段时间后，将钙源溶液通过灌浆管灌入；

--地下室混凝土外墙外侧灌浆时，首先灌注埋置最深的灌浆管，利用自重或低压灌浆设备将菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入管侧土壤中，停歇一段时间后，将钙源溶液通过灌浆管灌入；

优选的，全部灌浆工作完成后，将露出地面的灌浆管截除。

本发明的第二个方面，提供上述方法在封堵地下室顶板和外墙裂缝中的应用。

需要说明的是，在注浆完毕后仍会有水流在裂缝内渗出，但随着碳酸钙不断沉积，灌浆范围内土壤渗透系数明显下降，水流带着灌浆液和沉积的碳酸钙颗粒将裂缝渗流通道逐渐封堵，最终实现防渗堵漏。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

(1)本发明利用了菌液、营养盐溶液和钙源溶液渗透性好的特点，将其灌注于水流上游一侧，伴随水的流动将灌浆液填注到混凝土裂缝和靠近裂缝的土壤孔隙中，实现有效封堵，很好地克服了现有技术中采用有机封堵材料时粘性大，不易渗透到裂缝深处的缺点。

(2)本发明技术方案，在室外钻孔安放灌浆管，非常适合于地下室埋深不是很大的情况。与室内打孔灌浆相比，不需要封堵墙体钻孔，可靠性更高，降低施工难度，节省人力物力资源，具有良好的实际应用之价值。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是地下室顶板和外墙开裂剖面示意图。

图2是板顶和外墙外侧钻孔示意图。

图3是钻孔内安放灌浆管的示意图。

图中附图标记分别代表：1-地下室外墙、2-地下室顶板、3-地下室外侧和顶部土壤、4-外墙竖向裂缝、5-顶板裂缝、6-顶板正上方钻孔、7-外墙外侧钻孔、8-顶板正上方灌浆管、9-外墙外侧灌浆管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如前所述，处于地下水环境中的建筑物地下室，外墙、顶板等混凝土构件一旦出现开裂，很容易成为地下水渗漏的通道，而现有技术中对墙体的开孔等进行封堵的效果并不佳。

有鉴于此，本发明的一个具体实施方式中，提供一种利用微生物灌浆封堵地下室顶板和外墙裂缝的方法，所述方法包括：

--制备封堵材料：包括钙源溶液、营养盐溶液的配制以及微生物的制备，所述微生物为能够将周围环境中钙源诱导生成碳酸钙的菌类；

本发明的又一具体实施方式中，所述钙源溶液选用硝酸钙(ca(no3)2)溶液或醋酸钙(ca(ch3coo)2)溶液，其主要作用是为碳酸钙沉积提供钙离子。

本发明的又一具体实施方式中，所述钙源溶液的浓度为1-4mol/l，优选为2mol/l。采用上述钙源溶液配合微生物菌液及营养盐溶液，能够加速菌类生产碳酸钙，有利于后期封堵；

本发明的又一具体实施方式中，所述营养盐溶液包括尿素(co(nh2)2)溶液，其主要作用是为微生物的生长和繁殖提供营养物质。

本发明的又一具体实施方式中，所述营养盐溶液的浓度为2-4mol/l，优选为3mol/l。

本发明的又一具体实施方式中，所述微生物包括巴氏芽孢杆菌。所述微生物采用发酵罐培养。培养基成分及含量为：酵母提取物20g/l、硫酸铵10g/l、氢氧化钠2g/l(调节ph＝9)和氯化镍10umol/l。培养时间设定为20h，温度设定为30℃，为保证供给细菌充足的氧气，振荡转速为210r/min。培养结束后用电导率方法检测菌液的酶活性od600大于1。

本发明的又一具体实施方式中，灌浆前0.5～1小时，将菌液和营养盐溶液先行混合，有助于提高菌液的酶活性，在早期产生更多碳酸钙沉积。所述菌液和营养盐溶液的体积比为1:1。

本发明的又一具体实施方式中，所述注入的钙源溶液、菌液与营养盐的混合溶液的体积比为1：2。

--地下室混凝土顶板每个有裂缝的正上方设置竖孔，孔深至顶板板顶；对于地下室外墙有竖向裂缝处，在墙体外侧距墙体20～30cm处，设置竖孔，孔深至竖向裂缝底端；

本发明的又一具体实施方式中，上述竖孔的孔径不小于灌浆管的管径，即可以使灌浆管安放于竖孔中；

--在地下室混凝土顶板正上方每个竖孔内，安放灌浆管；地下室外墙外侧竖孔内，根据竖向裂缝高度确定安放灌浆管数量；

本发明的又一具体实施方式中，每0.4～0.6m(优选0.5m)竖缝高度至少有1根灌浆管，最长的灌浆管底部伸至裂缝最底端，其余灌浆管底部依次向上抬高0.4～0.6m(优选0.5m)，直至最短一根的灌浆管底部与裂缝最顶部齐平或者低于裂缝最顶部不多于0.3m，从而有利于实现对外墙墙体竖缝的有效完全封堵；灌浆管的排列平行于外墙墙体长度方向。灌浆管的顶端伸出地面至少0.2m，以保证与灌浆设备的连接；

本发明的又一具体实施方式中，灌浆管安放好后，在灌浆管与竖孔间的缝隙内填筑粗砂；从而进一步提高封堵效率；

本发明的又一具体实施方式中，灌浆管选用直径40～60mm的pvc管或钢管(优选为直径50mm的pvc管，pvc管具有良好的抗拉、抗压强度，同时兼具一定的柔性，有利于灌浆管的铺管设置)；顶板正上方孔内灌浆管应为底端开口；外墙外侧孔内灌浆管应在朝向裂缝一侧设置直径8～12mm(优选10mm)小孔，小孔在灌浆管上的竖向间距为40～60mm(优选50mm)，竖向布置在灌浆管底部0.4～0.6m(优选0.5m)范围内。采用上述铺设方式，有利于提高封堵效率，同时有利于实现完全均匀封堵；

--地下室混凝土顶板上方灌浆时，利用自重或低压灌浆设备将菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入顶板上方土壤中，停歇5～10分钟后，将钙源溶液通过灌浆管灌入；从而有利于提高沉积物的早期产量，减少灌浆量和次数；

--地下室混凝土外墙外侧灌浆时，灌注埋置最深的灌浆管：利用自重或低压灌浆设备将菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入管侧土壤中，停歇5～10分钟后，将钙源溶液通过灌浆管灌入；从而有利于提高沉积物的早期产量，减少灌浆量和次数；

本发明的又一具体实施方式中，灌注埋置深度减小0.4～0.6m(优选0.5m)的灌浆管，灌注时间控制为前一灌浆管开始灌浆的至少24小时之后，此时前次灌浆范围(0.4～0.6m高度土壤)内土壤的渗透系数明显减小，之后灌浆液很少在自重作用下渗入下层土壤中。该次灌浆的成分、数量、顺序与前次相同。同理完成其他灌浆管的灌浆；

本发明的又一具体实施方式中，全部灌浆工作完成后，将露出地面的灌浆管截除。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述方法在封堵地下室顶板和外墙裂缝中的应用。

以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

需要说明的是，以下各实施例中所用微生物均为巴氏芽孢杆菌，巴氏芽孢杆菌采用发酵罐培养。其培养基成分及含量为：酵母提取物20g/l、硫酸铵10g/l、氢氧化钠2g/l(调节ph＝9)和氯化镍10umol/l。培养时间设定为20h，温度设定为30℃，为保证供给细菌充足的氧气，振荡床转速为210r/min。培养结束后用电导率方法检测菌液的酶活性od600大于1。

实施例1

一种利用微生物灌浆封堵地下室外墙裂缝的方法，包括如下步骤：

(1)封堵材料的制备：包括2mol/l硝酸钙溶液(钙源)、3mol/l尿素(营养盐溶液)的配制以及微生物的制备，所述微生物为能够将周围环境中钙源诱导生成碳酸钙的菌类；

灌浆前0.5小时，将菌液和营养盐溶液先行混合，有助于提高菌液的酶活性，在早期产生更多碳酸钙沉积。菌液和营养盐溶液的体积比为1:1。

所述注入的钙源溶液、菌液与营养盐的混合溶液的体积比为1：2。

(2)在地下室混凝土顶板每个有裂缝的正上方用钻机钻竖孔，孔深至顶板板顶。对于地下室外墙有竖向裂缝处，在墙体外侧距墙体20cm处，用钻机钻竖孔，孔深至竖向裂缝底端。孔的直径能够容纳灌浆管的安放。

(3)在地下室混凝土顶板正上方每个竖孔内，安放1根灌浆管。地下室外墙外侧竖孔内，根据竖向裂缝高度确定安放灌浆管数量，保证每0.5m竖缝高度有1根灌浆管，最长的灌浆管底部应伸至裂缝最底端，其余管的底部依次向上抬高0.5m，至最短一根的灌浆管底部与裂缝最顶部齐平。管的排列应平行于外墙墙体长度方向。灌浆管的顶端伸出地面最少20cm，以保证与灌浆设备的连接。灌浆管安放好后，在灌浆管与钻孔间的缝隙内填筑粗砂。

(4)灌浆管应选用直径50mm的pvc管。顶板正上方孔内灌浆管应为底端开口；外墙外侧孔内灌浆管应在朝向裂缝一侧用电钻钻取直径10mm小孔，孔的竖向间距50mm，竖向布置在灌浆管底部0.5m范围内。

(5)地下室混凝土顶板上方灌浆时，利用自重或低压灌浆设备将40l菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入顶板上方土壤中，停歇5分钟后，将20l钙源溶液通过灌浆管灌入。

(6)地下室混凝土外墙外侧灌浆时，首先灌注埋置最深的灌浆管：利用自重或低压灌浆设备将40l菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入管侧土壤中，停歇5分钟后，将20l钙源溶液通过灌浆管灌入。其次，灌注埋置深度减小0.5m的灌浆管，灌注时间在前一灌浆管开始灌浆的24小时之后，此时前次灌浆范围(0.5m高度土壤)内土壤的渗透系数明显减小，之后灌浆液很少在自重作用下渗入下层土壤中。该次灌浆的成分、数量、顺序与前次相同。同理、可完成其他灌浆管的灌浆。

(7)全部灌浆工作完成后，将露出地面的灌浆管截除。经现场验证，全部灌浆完成后约2天渗流即完全停止，缝隙被完全封堵，一个月时复测，缝隙无渗流，封堵效果良好。

实施例2

(1)封堵材料的制备：包括2mol/l硝酸钙溶液(钙源)、3mol/l尿素(营养盐溶液)的配制以及微生物的制备，所述微生物为能够将周围环境中钙源诱导生成碳酸钙的菌类；

灌浆前1小时，将菌液和营养盐溶液先行混合，有助于提高菌液的酶活性，在早期产生更多碳酸钙沉积。菌液和营养盐溶液的体积比为1:1。

所述注入的钙源溶液、菌液与营养盐的混合溶液的体积比为1：2。

(2)在地下室混凝土顶板每个有裂缝的正上方用钻机钻竖孔，孔深至顶板板顶。对于地下室外墙有竖向裂缝处，在墙体外侧距墙体25cm处，用钻机钻竖孔，孔深至竖向裂缝底端。孔的直径能够容纳灌浆管的安放。

(3)在地下室混凝土顶板正上方每个竖孔内，安放1根灌浆管。地下室外墙外侧竖孔内，根据竖向裂缝高度确定安放灌浆管数量，应保证每0.5m竖缝高度有1根灌浆管，最长的灌浆管底部应伸至裂缝最底端，其余管的底部依次向上抬高0.5m，至最短一根的灌浆管底部低于裂缝最顶部0.2m。管的排列应平行于外墙墙体长度方向。灌浆管的顶端伸出地面最少20cm，以保证与灌浆设备的连接。灌浆管安放好后，在灌浆管与钻孔间的缝隙内填筑粗砂。

(4)灌浆管选用直径50mm的pvc管。顶板正上方孔内灌浆管应为底端开口；外墙外侧孔内灌浆管应在朝向裂缝一侧用电钻钻取直径10mm小孔，孔的竖向间距50mm，竖向布置在灌浆管底部0.5m范围内。

(5)地下室混凝土顶板上方灌浆时，利用自重或低压灌浆设备将40l菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入顶板上方土壤中，停歇5分钟后，将20l钙源溶液通过灌浆管灌入。

(6)地下室混凝土外墙外侧灌浆时，首先灌注埋置最深的灌浆管：利用自重或低压灌浆设备将40l菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入管侧土壤中，停歇5分钟后，将20l钙源溶液通过灌浆管灌入。其次，灌注埋置深度减小0.5m的灌浆管，灌注时间在前一灌浆管开始灌浆的24小时之后，此时前次灌浆范围(0.5m高度土壤)内土壤的渗透系数明显减小，之后灌浆液很少在自重作用下渗入下层土壤中。该次灌浆的成分、数量、顺序与前次相同。同理、可完成其他灌浆管的灌浆。

(7)全部灌浆工作完成后，将露出地面的灌浆管截除。经现场验证，全部灌浆完成后约3天渗流即完全停止，缝隙被完全封堵，一个月时复测，缝隙无渗流，封堵效果良好。

实施例3

(1)封堵材料的制备：包括3mol/l氯化钙溶液(钙源)、3mol/l尿素(营养盐溶液)的配制以及微生物的制备，所述微生物为能够将周围环境中钙源诱导生成碳酸钙的菌类；

灌浆前0.8小时，将菌液和营养盐溶液先行混合，有助于提高菌液的酶活性，在早期产生更多碳酸钙沉积。菌液和营养盐溶液的体积比为1:1。

所述注入的钙源溶液、菌液与营养盐的混合溶液的体积比为1：2。

(2)在地下室混凝土顶板每个有裂缝的正上方用钻机钻竖孔，孔深至顶板板顶。对于地下室外墙有竖向裂缝处，在墙体外侧距墙体30cm处，用钻机钻竖孔，孔深至竖向裂缝底端。孔的直径能够容纳灌浆管的安放。

(3)在地下室混凝土顶板正上方每个竖孔内，安放1根灌浆管。地下室外墙外侧竖孔内，根据竖向裂缝高度确定安放灌浆管数量，应保证每0.5m竖缝高度有1根灌浆管，最长的灌浆管底部应伸至裂缝最底端，其余管的底部依次向上抬高0.5m，至最短一根的灌浆管底部低于裂缝最顶部0.3m。管的排列应平行于外墙墙体长度方向。灌浆管的顶端伸出地面最少20cm，以保证与灌浆设备的连接。灌浆管安放好后，在灌浆管与钻孔间的缝隙内填筑粗砂。

(4)灌浆管应选用直径50mm的pvc管。顶板正上方孔内灌浆管应为底端开口；外墙外侧孔内灌浆管应在朝向裂缝一侧用电钻钻取直径10mm小孔，孔的竖向间距50mm，竖向布置在灌浆管底部0.5m范围内。

(5)地下室混凝土顶板上方灌浆时，利用自重或低压灌浆设备将40l菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入顶板上方土壤中，停歇5分钟后，将20l钙源溶液通过灌浆管灌入。

(6)地下室混凝土外墙外侧灌浆时，首先灌注埋置最深的灌浆管：利用自重或低压灌浆设备将40l菌液与营养盐的混合溶液通过灌浆管灌入管侧土壤中，停歇5分钟后，将20l钙源溶液通过灌浆管灌入。其次，灌注埋置深度减小0.5m的灌浆管，灌注时间在前一灌浆管开始灌浆的24小时之后，此时前次灌浆范围(0.5m高度土壤)内土壤的渗透系数明显减小，之后灌浆液很少在自重作用下渗入下层土壤中。该次灌浆的成分、数量、顺序与前次相同。同理、可完成其他灌浆管的灌浆。

(7)全部灌浆工作完成后，将露出地面的灌浆管截除。经现场验证，全部灌浆完成后约3天渗流即完全停止，缝隙被完全封堵，一个月时复测，缝隙无渗流，封堵效果良好。

应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。