一种自动修补裂缝的注浆锚杆及使用方法与流程

本发明属于地下工程和岩石边坡建筑材料技术领域，特别涉及一种自动修补裂缝的注浆锚杆及使用方法。

背景技术：

锚杆与混凝土注浆加固是目前地下工程和岩石边坡的主要支护形式之一，对岩体稳定性的维护起着重要的作用，尤其是在节理裂隙岩体中。近年来人们研发出了各种形式的锚杆，从材质到锚固形式都得到了不断的强化，使得锚杆加固技术得到了更广泛的应用。但是现在的锚杆改进大多都是基于锚杆自身材质结构以及混凝土成分的事前改进，很少有人会针对锚杆注浆后的后期维护以及后期加固进行改进。锚杆在实际使用当中，锚杆与注浆体之间以及注浆体与地层结合处之间在受到围岩应力的作用下会不断产生裂隙，进而出现锚杆松动甚至脱落的情形；另外，混凝土材料由于在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下，会不可避免地产生微小裂缝等局部损伤，这些问题在很大程度上都大大缩短了锚杆的使用寿命和长期加固效果。

因此，对于注浆体的后期修复以及加固是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中注浆体的后期修复以及加固技术存在的缺陷，提供了一种自动修补裂缝的注浆锚杆及使用方法。该锚杆主要是利用水泥基体中含有的科氏芽孢杆菌和有机碳源乳酸钙或者甲酸钙的底物，不断产生矿化碳酸钙，填充混凝土之间的裂缝，修复甚至提高混凝土注浆体的强度，从而延长锚杆的使用寿命和长期加固效果。

本发明的技术方案之一为，一种自动修补裂缝的注浆锚杆，由管式灌浆锚杆和用于注入所述锚杆内部和锚杆与钻孔间的含有科氏芽孢杆菌的注浆液组成；

其中，所述管式灌浆锚杆为两端开口的中空的管式杆体，所述杆体一端为用于插入钻孔中的插入端，所述杆体另一端为用于注入所述注浆液的注入端，所述杆体的中空部分用于灌入所述注浆液，靠近所述插入端的杆体外壁固定有数个均匀分布的楔块，所述杆体注入端还设有套接在所述杆体上的方形垫板和用于密封所述杆体注入端的螺母；

所述注浆液由科氏芽孢杆菌菌液、乳酸钙/甲酸钙、营养液和混凝土组成。

进一步的，上述的注浆锚杆，所述楔块为非等腰直角三角形，较长的直角边固定于所述杆体外壁，较短的直角边与所述插入端在一个平面上。

进一步的，上述的注浆锚杆，所述注浆液中科氏芽孢杆菌菌液、乳酸钙/甲酸钙、营养液和混凝土的重量比为：60：3~6：1~3：180~260。

进一步的，上述的注浆锚杆，所述混凝土的ph为11~12。

进一步的，上述的注浆锚杆，所述科氏芽孢杆菌菌液浓度为1.0~3.0×10¹⁰个/ml。

进一步的，上述的注浆锚杆，所述营养液为含有浓度0.10~0.12g/ml天门冬氨酸钠、浓度0.10~0.12g/ml谷氨酸钠、浓度0.10~0.12g/ml葡萄糖酸钠的水溶液。

进一步的，所述注浆液的制备方法，包括如下步骤：

1）在摇床中繁殖科氏芽孢杆菌，并通过离心得到科氏芽孢杆菌菌液；

2）搅拌混凝土，并调配混凝土的ph范围；

3）按比例将菌液、乳酸钙/甲酸钙和营养液与混凝土混合均匀，形成注浆液。

本发明的技术方案之二为，上述自动修补裂缝的注浆锚杆的使用方法，具体为：

1）将中空管式杆体插入事先打好的钻孔中，钻孔的最深处与注入端间有一定缝隙，并且钻孔内壁与杆体外壁间有一定的缝隙；

2）通过锚杆的注入端向中空的管式杆体中注浆，注浆液充满管式杆体内部，并在注入端处喷出并布满钻孔内壁，当注浆液流到钻孔外时，停止注浆，再将方形垫板套在管式杆体上，在钻孔口处压实，再将螺母封堵在注入端，等待注浆液凝固后即与围岩形成一个坚固的形成注浆液实体，对围岩产生一个整体的支护力；

3）当楔块与注浆液实体之间、注浆液实体与管式杆体之间产生裂缝时，通过裂缝渗入的空气和湿气使注浆液实体中均匀分布的好氧科氏芽孢杆菌激活，科氏芽孢杆菌在裂缝中利用乳酸钙/甲酸钙产生caco3晶体，填充并修复裂缝。

本发明自动修补裂缝的原理是：

锚杆在后期支护过程中，由于受到围岩应力的作用，三角形楔块与注浆体实体之间以及注浆体与管式杆体之间会不断产生裂缝，削弱锚杆的支护能力，这时候注浆体中均匀分布的好氧科氏芽孢杆菌在裂缝中空气激活下，新陈代谢变得旺盛起来，在这一过程中逐渐产生大量的co2，在碱性环境下，产生的co2与潮湿空气中的oh^–反应生成hco3^–，由于细菌细胞表面带负电荷，能够吸附ca²⁺并作为成核位点，在碱性条件下hco3^–与ca²⁺继续反应生成caco3晶体，填充裂缝，最终达到自修复软弱裂纹裂缝的目的，在这一过程中不需要人为的提供ca²⁺离子，只需要有机钙源底物的存在，科氏芽孢杆菌就可以自动的把有机钙转化为无机钙（caco3）。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、本锚杆采用中空杆体设计，与传统的实心杆体相比，不但可以获得更好的刚度和抗剪强度，而且可以更加方便的灌注水泥浆液；本锚杆的锚固段采用长三角形楔块均匀四周分布，有助于锚杆在注浆后获得更大的锚固力，增加了锚杆的锚固效果。

2、本锚杆提出的是一种全新的概念，可以在锚杆注浆体后期的使用过程中自动修复裂缝，避免了裂缝的进一步扩大和裂缝之间的相互连接，使得混凝土岩体更好的保持了一个完整的岩体，减少了锚杆的移动和脱落的情形，增加了锚杆对岩体的锚固时间，延长了锚杆的使用寿命和长期加固效果。

附图说明

图1、实施例1中的注浆锚杆结构示意图；

图2、实施例1中的楔块与管式杆体连接示意图；

1、管式杆体，2、插入端，3、注入端，4、注浆液，5、楔块，6、方形垫板，7、螺母，8、围岩。

具体实施方式

一种自动修补裂缝的注浆锚杆，下面结合附图进一步说明具体实施方式，虽然将结合实施例描述本发明，但应当理解该描述并非要把本发明限制于该示范例中，相反，本发明将不仅覆盖该示范例，而且还覆盖各种替换的、改变的、等效的和其他实施例，其可包含在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

实施例1

一种自动修补裂缝的注浆锚杆，由管式灌浆锚杆和用于注入所述锚杆内部和锚杆与钻孔间的含有科氏芽孢杆菌的注浆液组成；

其中，所述管式灌浆锚杆为两端开口的中空的管式杆体1，所述杆体一端为用于插入围岩8钻孔中的插入端2，所述杆体另一端为用于注入所述注浆液的注入端3，所述杆体的中空部分用于灌入所述注浆液4，所述杆体外壁、靠近插入端固定有数个均匀分布的楔块5，所述楔块5为非等腰直角三角形，较长的直角边固定于所述杆体的外壁，较短的直角边与所述插入端在一个平面上，所述杆体注入端还设有套接在所述杆体上的方形垫板6和用于密封所述杆体注入端的螺母7；

注浆液的制备方法为：在摇床中繁殖科氏芽孢杆菌，并通过离心得到浓度1.0~1.5×10¹⁰个/ml的科氏芽孢杆菌菌液；搅拌混凝土，并调配混凝土的ph范围为11~12；取天门冬氨酸钠、谷氨酸钠、葡萄糖酸钠，制成含有天门冬氨酸钠、谷氨酸钠、葡萄糖酸钠浓度分别为0.10g/ml的水溶液作为营养液；按科氏芽孢杆菌菌液、乳酸钙、营养液和混凝土的重量比60：3：1：180的比例将菌液、乳酸钙和营养液与混凝土充分混合均匀，形成注浆液。

上述自动修补裂缝的注浆锚杆的使用方法，具体为：

1）将固定有楔块的中空的管式杆体插入事先打好的钻孔中，钻孔的最深处与注入端间有一定缝隙，并且钻孔内壁与杆体外壁间有一定的缝隙；

2）通过锚杆的注入端向中空的管式杆体中注浆，注浆液充满管式杆体内部，并在注入端处喷出并布满钻孔内壁，当注浆液流到钻孔外时，停止注浆，再将方形垫板套在管式杆体上，在钻孔口处压实，再将螺母封堵在注入端，等待注浆液冷却与围岩形成一个坚固的形成注浆实体，对围岩产生一个整体的支护力；

3）当楔块与注浆体之间、注浆体与管式杆体之间产生裂缝时，渗入的空气和湿气使注浆体中均匀分布的好氧科氏芽孢杆菌激活，科氏芽孢杆菌在裂缝中产生caco3晶体，填充并修复裂缝，由图1的放大部分所示，从而延长锚杆的使用寿命和提高长期加固效果。

实施例2

一种自动修补裂缝的注浆锚杆，所述注浆锚杆结构以及使用方法同实施例1，区别在于：注浆液的制备方法为：在摇床中繁殖科氏芽孢杆菌，并通过离心得到浓度2.5~3.0×10¹⁰个/ml科氏芽孢杆菌菌液；搅拌混凝土，并调配混凝土的ph范围为11~12；取天门冬氨酸钠、谷氨酸钠、葡萄糖酸钠，制成含有天门冬氨酸钠、谷氨酸钠、葡萄糖酸钠浓度分别为0.12g/ml的水溶液作为营养液；按科氏芽孢杆菌菌液、乳酸钙、营养液和混凝土的重量比60：6：3：260的比例将菌液、乳酸钙和营养液与混凝土充分混合均匀，形成注浆液。

实施例3

一种自动修补裂缝的注浆锚杆，所述注浆锚杆结构以及使用方法同实施例1.区别在于：注浆液的制备方法为：在摇床中繁殖科氏芽孢杆菌，并通过离心得到浓度1.8~2.3×10¹⁰个/ml科氏芽孢杆菌菌液；搅拌混凝土，并调配混凝土的ph范围为11~12；取天门冬氨酸钠、谷氨酸钠、葡萄糖酸钠，制成含有天门冬氨酸钠、谷氨酸钠、葡萄糖酸钠浓度分别为0.11g/ml的水溶液作为营养液；按科氏芽孢杆菌菌液、乳酸钙、营养液和混凝土的重量比60：5：2：210的比例将菌液、乳酸钙和营养液与混凝土充分混合均匀，形成注浆液。