一种可回收的旋进式锚杆-微生物灌浆加固装置及方法

1.本发明涉及浅层边坡灌浆加固装置，尤其是一种可回收的旋进式锚杆-微生物灌浆加固装置及方法。


背景技术：

2.进入21世纪以来，人类工程活动范围不断扩大，资源开发以及需求量在不断扩大。与此同时工程地质与水文地质条件逐渐恶化。因边坡失稳引起的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害日益加剧。
3.对于一些在暴雨作用下，一般不会产生大范围滑坡破坏，但会存在比较严重的水土流失和局部浅层滑塌问题的倾角较缓的花岗岩残积土、碎石土等松散介质边坡。目前针对这类倾角较缓的松散介质边坡的加固缺少系统的应对的措施。而传统的边坡加固方式存在以下问题：1）、采用抗滑桩、挡土墙、预应力锚索等措施进行加固时，由于此类边坡的土质松散，会出现加固效果不佳、加固性能不稳定以及加固材料能耗高等问题。
4.2）、采用传统灌浆加固时，所用的灌浆材料是水泥、石灰或化学浆材等浆材，这类传统的灌浆材料会使土体呈现碱性，并对周围的植被和地下水产生破坏和污染。完成加固后，生态环境恢复的难度大、费用高。与我国所提倡的节能和绿色施工相悖。
5.3）、采用浅层锚杆加固时，常规锚杆加固的受力范围较小且加固效果差不适用于此类情况；使用喷锚支护时，在坡体表面形成的一层混凝土，一方面影响生态环境，另一方面松散土体的大变形往往会导致混凝土层变形破坏。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种可回收的旋进式锚杆-微生物灌浆加固装置及方法，针对倾角较缓的松散土质边坡，能够在边坡表面形成一定厚度的硬化层，改变传统的灌浆方法的局限性的同时，高质量，低能耗且绿色环保的完成倾角较缓的松散土质边坡加固，具有重要的工程意义。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种可回收的旋进式锚杆-微生物灌浆加固装置，包括菌液箱、水箱、胶结液箱及旋进式锚杆；所述菌液箱、水箱、胶结液箱中的物料通过注浆泵、管道输入到旋进式锚杆中；旋进式锚杆内部中空且外壁设有出浆孔；在旋进式锚杆旋入到坡体中后，物料从出浆孔注入到坡体内。
8.所述旋进式锚杆上侧壁设有螺旋片，旋进式锚杆底部设有尖端。
9.所述螺旋片上设有出浆孔。
10.所述旋进式锚杆包括多节支锚杆，相邻的支锚杆之间通过锚杆接头连接。
11.所述锚杆接头包括公头、母头，公头、母头均设有相互匹配的锥形侧壁，公头、母头通过卡槽和卡头结构进行连接。
12.所述旋进式锚杆顶端安装有旋进装置，所述旋进式锚杆顶端安装有旋进装置，所述旋进装置包括把手、动力马达和传动杆，传动杆与旋进式锚杆通过卡槽和卡头结构进行连接。
13.一种可回收的旋进式锚杆-微生物灌浆加固方法，包括以下步骤：步骤1）、根据设计深度，准备相应长度和数量的旋进式锚杆。
14.步骤2）、打开旋进装置，将最下端的支锚杆旋至一定深度，上端进浆口位于坡面之上；打开注浆泵的启闭开关和菌液箱上方的阀门，将菌液灌入支锚杆中，灌入结束后关闭注浆泵和菌液箱上方的阀门。打开注浆泵和水箱上方的阀门，通过灌入水，将管道中和支锚杆中残余的菌液排除，防止后期胶结液灌入时与残余菌液发生反应堵塞通道，一定时间后，关闭注浆泵和水箱上方的阀门。
15.步骤3）、打开注浆泵和胶结液箱上方的阀门，将胶结液灌入支锚杆中，灌入结束后关闭注浆泵和胶结液箱上方的阀门。打开注浆泵和水箱上方的阀门，通过灌入水，将管道中和支锚杆中残余的胶结液排除，防止下一周期，菌液灌入与残余胶结液发生反应堵塞通道，一定时间后，关闭注浆泵和水箱上方的阀门。
16.步骤4）、待一段时间后，将下一段支锚杆接在最下端的支锚杆上，重复步骤2）～步骤3）的操作，完成下一段支锚杆处的灌浆。
17.步骤5）、待所有支锚杆接入后，整体形成旋进式锚杆，打开注浆泵和水箱上方的阀门，使水箱中的水灌入旋进式锚杆中将残余的浆液排入土中。
18.步骤6）、至此，以上步骤记为一个灌浆周期。根据土层情况，可重复灌浆。灌浆结束后，可在相邻的两个支锚杆之间的连接处放入超声波探头，进行超声波测试。通过分析波速来进行灌浆效果的评价。
19.步骤7）、根据不同的灌浆效果，可将旋进式锚杆反旋转出回收，减少资源消耗。或留在土体中以达到长期加固效果。
20.本发明一种可回收的旋进式锚杆-微生物灌浆加固装置及方法，具有以下技术效果：1）、在灌浆材料上结合微生物诱导碳酸钙技术，具有浆液流动性好、适用范围广、环境友好以及绿色环保的特点。利用注浆的方式将微生物作为浆液灌入土体中，微生物和营养液在土体孔隙中反应生成碳酸钙沉淀填充土体孔隙。加固后土体的密实度、强度和渗透性均有所改善，加固效果显著。
21.2）、通过在锚杆外设置螺旋片，改变了锚杆的受力方式，大幅度扩大了锚杆的受力范围，采用旋进方式，不需要额外钻孔，对土体扰动较小，节省资源消耗，完全回避了塌孔的问题。
22.3）、螺旋片上的注浆孔设计，大幅度扩大了注浆范围，可以达到微型桩的加固效果。
23.4）、通过分段旋进的方式进行注浆，避免了注浆孔的堵塞问题，可以保证注浆效果。在旋进锚杆的同时锚杆端头可实现螺旋钻入强化固定构造。
24.5）、锚杆是中空的，在不同的注浆阶段，可以在孔内不同深度测试波速，方便评价加固效果。
25.6）、灌浆结束后，留下的孔洞可作为植生孔，用来种植植物。且由于前期灌入的菌
液中含有一定养分，能为植物生长提供良好的条件，增强长期加固效果。
附图说明
26.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的示意图。
27.图2为本发明中旋进装置的结构示意图。
28.图3为本发明中旋进式锚杆的结构示意图。
29.图4为本发明中螺旋片的结构示意图。
30.图5为本发明中锚杆接头的示意图。
31.图6为本发明灌浆状态示意图。
32.图7为本发明进行超声波检测的状态示意图。
33.图8为本发明中锚杆接头的母头端面示意图。
34.图9为本发明中锚杆接头的公头端面示意图。
35.图中：菌液箱1、水箱2、胶结液箱3、注浆泵4、阀门5、旋进式锚杆6、螺旋片7、孔洞8、锚杆接头9、管道10、旋进装置11，坡体12。
具体实施方式
36.如图1所示，一种可回收的旋进式锚杆-微生物灌浆加固装置，包括菌液箱1、水箱2、胶结液箱3及旋进式锚杆6。
37.所述菌液箱1、水箱2、胶结液箱3内分别设有一个支管，每个支管上安装有阀门5。三个支管另一端与总管连接，支管与总管构成管道10，管道10为柔性橡胶管。在总管上安装有注浆泵4，总管的另一端伸入到旋进式锚杆6的进浆口中。浆液由管道10、注浆泵4、阀门5调节并控制不同浆液进入旋进式锚杆6中。
38.所述旋进式锚杆6为中空结构，旋进式锚杆6的外壁上设有多个出浆孔8，在旋进式锚杆6旋入到坡体12中后，物料从出浆孔8注入到坡体12内。
39.优选地，所述旋进式锚杆6上侧壁设有螺旋片7，旋进式锚杆6底部设有尖端。这样无需打孔即可自行旋入。
40.优选地，所述螺旋片7上设有出浆孔8。由此可扩大注浆范围。
41.所述旋进式锚杆6包括多节支锚杆6.1，相邻的支锚杆6.1之间通过锚杆接头9连接。由此可实现分段旋进，避免了注浆孔的堵塞。
42.所述锚杆接头9包括公头9.1、母头9.2，公头9.1、母头9.2为锥形管状结构，公头9.1、母头9.2通过卡槽和卡头结构进行连接。
43.一种可回收式的旋进式锚杆灌浆试验方法，包括以下步骤：1）、根据设计深度，准备相应长度和数量的旋进式锚杆6。
44.2）、打开旋进装置11，将最下端的支锚杆6.1旋至一定深度（上端进浆口位于坡面之上）。打开注浆泵4的启闭开关和菌液箱1上方的阀门5，将菌液灌入支锚杆6.1中，灌入结束后关闭注浆泵4和菌液箱上方的阀门5。打开注浆泵4和水箱2上方的阀门5，通过灌入水，将管道10中和支锚杆6.1中残余的菌液排除，防止后期胶结液灌入时与残余菌液发生反应堵塞通道，一定时间后，关闭注浆泵4和水箱2上方的阀门5。
45.3）、打开注浆泵4和胶结液箱3上方的阀门5，将胶结液灌入支锚杆6.1中，灌入结束后关闭注浆泵4和胶结液箱3上方的阀门5。打开注浆泵4和水箱2上方的阀门5，通过灌入水，将管道10中和支锚杆6.1中残余的胶结液排除，防止下一周期，菌液灌入与残余胶结液发生反应堵塞通道，一定时间后，关闭注浆泵4和水箱2上方的阀门5。
46.4）、待一段时间后，再接入下一段支锚杆6.1，重复上述操作，完成下一段支锚杆6.1处的灌浆。
47.5）、待所有支锚杆6.1接入后（整体形成旋进式锚杆6），打开注浆泵4和水箱2上方的阀门5，使水箱2中的水灌入旋进式锚杆6中将残余的浆液排入土中。
48.6）、至此，以上步骤记为一个灌浆周期。根据土层情况，可重复灌浆。灌浆结束后，可在相邻的两个支锚杆6.1之间的连接处放入超声波探头，进行超声波测试。通过分析波速来进行灌浆效果的评价。
49.7）、根据不同的灌浆效果，可将旋进式锚杆6反旋转出回收，减少资源消耗。或留在土体中以达到长期加固效果。
50.旋进式锚杆6回收后的孔洞，可作为植物生长的孔洞，进行植物种植，改善生态环境。