填料生物自修复格宾单元装置、制备方法及边坡加固方法

技术领域

本发明涉及边坡加固领域，具体涉及一种填料生物自修复格宾单元装置、一种填料生物自修复格宾单元装置的制备方法、以及一种使用填料生物自修复格宾单元装置的边坡加固方法。

背景技术

格宾包括由格宾网笼与填充至格宾网笼内的石料，格宾常用于河流、山体附近的边坡防护，当水流经过格宾时能够从网孔以及石料间的间隙内穿过，因此格宾能够在不影响生态环境的作用下对边坡进行防护。但是水流的冲击以及时间的推移，格宾与土体的间隙逐渐增大，导致所加固的边坡稳定性降低，使用一段时间后需要对格宾进行更换。

公开号为CN109235467A的发明专利申请公开了一种适于高陡岩质边坡生态恢复的格宾支护体系及其铺设方法，该申请所公开的格宾内设置有长条沟槽，并在长条沟槽内填充含有草籽的营养土壤，通过草籽的生长能够快速的恢复生态环境。但是该申请所公开的格宾无法对积年累月所形成的裂缝进行修补，使用寿命有限。

自21世纪以来，生物技术的创新性和环保性在实践工程中应用越来越多。随着对边坡工程，堤防工程等护坡工程关于生态环境及使用寿命的要求越来越高，对于格宾装置这一典型护坡形式提出了新的要求。由于传统格宾使用寿命较短，边坡加固的稳定性低，因此需要制备一种使用寿命高且能够保证边坡加固稳定性的格宾，以及利用所制得的格宾对边坡进行加固。

发明内容

为了提高格宾的使用寿命，本发明公开了一种具有生物自修复的功能的、能够加强边坡加固稳定性的格宾，其具体技术方案如下。

一种填料生物自修复格宾单元装置，包括格宾箱体，所述格宾箱体包括六面体框架、设置于六面体框架四个侧面的格宾网、设置于六面体框架顶面的格宾箱盖、以及设置于六面体框架顶面或底面的拉筋网面；所述格宾箱盖的一侧与六面体框架可转动地连接，所述拉筋网面沿六面体框架的顶面或底面向外延伸；所述格宾箱体内填充有碱性石料，所述碱性石料间填充有细菌修复溶液，所述细菌修复溶液在有氧呼吸条件下诱导产生CaCO

进一步的，所述细菌修复溶液包括质量比为2～4:1～2:3～6的巴氏芽孢杆菌菌液、尿素和氯化钙。

进一步的，所述细菌修复溶液包括质量比为2:1:3的巴氏芽孢杆菌菌液、尿素和氯化钙。

进一步的，所述碱性石料包括石灰石、或水泥石、或钙质砂石中的一种或几种；所述碱性石料的孔隙率小于等于30％，重度大于等于2.5t/m

进一步的，所述格宾网的材料为不锈钢、或塑料、或树脂；所述格宾网采用双重缠绕的方式与六面体框架连接。

进一步的，所述拉筋网面沿六面体框架的顶面或底面向外延伸的部分向上或向下弯折，形成嵌入坡体的耦合部。

进一步的，所述格宾箱盖通过环形钉与六面体框架可转动地连接。

本发明还公开了一种填料生物自修复格宾单元装置的制备方法，包括如下步骤：

S1、选用电镀锌丝或塑料作为骨架搭建六面体框架，所述骨架包括四根互相平行的长棱骨架和八根短棱骨架；将各个骨架的端部弯折，并将相邻的长棱骨架和短棱骨架的弯折部分绑扎拧紧；

S2、用不锈钢、或塑料、或树脂制备格宾网，在六面体框架的四个侧面分别绑扎格宾网；选用两条与步骤S1中规格相同的长棱骨架和两条短棱骨架，将各个骨架的端部弯折，并将相邻的长棱骨架和短棱骨架的弯折部分绑扎拧紧形成箱盖框架，将箱盖框架的长棱骨架与六面体框架的长棱骨架可转动地连接，在箱盖框架上绑扎格宾网形成格宾箱盖，使格宾箱盖可转动的覆盖于六面体框架的顶面；

S3、用不锈钢、或塑料、或树脂编织成拉筋网面，将拉筋网面与六面体框架的顶面或底面绑扎，且预留部分拉筋网面，使拉筋网面沿六面体框架的顶面或底面向外侧延伸；将拉筋网面沿六面体框架的顶面或底面向外延伸的部分向上或向下弯折，形成嵌入坡体的耦合部；

S4.向格宾箱体内填充孔隙率小于等于30％，重度大于等于2.5t/m

S5.向格宾箱体内填充细菌修复溶液，通过细菌修复溶液在有氧呼吸条件下诱导产生CaCO

进一步的，所述细菌修复溶液的制备过程包括：将巴氏芽孢杆菌菌液在PH为8～10的环境下培养10～15h；将培养后的巴氏芽孢杆菌菌液与尿素溶液、氯化钙溶液按照体积比2～4:1～2:3～6混合，所述尿素溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，氯化钙溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。

本发明还公开了一种使用填料生物自修复格宾单元装置的边坡加固方法，包括如下步骤：

步骤一、向待加固边坡的底部放置一层土体，对土体进行夯实；

步骤二、将制备好的格宾箱体放置于土体上，使拉筋网面朝向靠近边坡的一侧，在拉筋网面所在的区域内再次填筑土体，直到格宾箱盖刚好露出土体外侧，在土体填筑过程中，拉筋网面的耦合部插入土体内与土体耦合；

步骤三、打开格宾箱盖，向格宾箱盖内填充孔隙率小于等于30％，重度大于等于2.5t/m

步骤四、闭合格宾箱盖，将新的格宾箱体放置在填充碱性石料后的格宾箱体上；

步骤五、重复步骤三和步骤四直到格宾单元装置完全覆盖边坡，向土体以及格宾单元装置存在的间隙内填充能够诱导产生CaCO

进一步的，使所述格宾箱盖与六面体框架的铰接的一侧远离边坡。

有益效果：1.本发明所提供的一种填料生物自修复格宾单元装置，在使用过程中细菌修复液能够诱导产生碳酸钙沉淀，对格宾单元装置、土体的裂隙进行修复，提高格宾的使用寿命，加强边坡加固的稳定性。

2.本发明所提供的一种填料生物自修复格宾单元装置，通过拉筋网面与土壤耦合性好，进一步加强边坡加固的稳定性。

3.本发明所提供的一种填料生物自修复格宾单元装置，制造方式简单，在使用该格宾单元装置的过程中，能够打开格宾箱盖便于在格宾内放置各种数据采集设备。

附图说明

图1为本发明实施例中格宾箱体的结构示意图；

图2为本发明实施例中六面体框架的结构示意图；

图3为本发明实施例中环形钉的结构示意图；

图4为本发明实施例中箱盖与六面体框架可转动地连接示意图；

图5为本发明实施例中拉筋网面的示意图；

图6为本发明实施例中格宾箱体的细节示意图；

图7为本发明实施例中拉筋网面的多种弯折结构示意图；

图8为本发明实施例中利用格宾单元装置进行边坡加固后的示意图；

图9为本发明实施例中注液填充装置的结构示意图；

图10为图9中A区域的放大示意图；

图11为图10中B区域的放大示意图。

附图标记：1、六面体框架；2、格宾网；3、环形钉；4、格宾箱盖；5、拉筋网面；6、边坡土体；7、格宾单元装置；8、主管体；9、支管体；10、限位环；11、第一弹簧；12、内管体；13、限位伸缩结构；14、第二弹簧；15、限位柱；16-限位部；17、限位块；18、移动槽。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

实施例1

本实施例提供了一种填料生物自修复格宾单元装置，如图1所示，包括格宾箱体，所述格宾箱体包括六面体框架1、设置于六面体框架1四个侧面的格宾网2、设置于六面体框架1顶面的格宾箱盖4、以及设置于六面体框架1顶面或底面的拉筋网面5；所述格宾箱盖4的一侧与六面体框架1可转动地连接，所述拉筋网面5沿六面体框架1的顶面或底面向外延伸；所述格宾箱体内填充有碱性石料，所述碱性石料间填充有细菌修复溶液，所述细菌修复溶液在有氧呼吸条件下诱导产生CaCO

在本实施例中，通过向碱性石料间填充细菌修复溶液，通过细菌修复溶液在有氧呼吸条件下诱导Ca

本实施例所提供的填料生物自修复格宾单元装置7，按照等比例的方式构建格宾箱体，可应用至格宾装置的边坡实验中或实际边坡加固中，形成统一的使用与制作标准。其中等比例是指边坡实验中与实际边坡六面体框架1的丝径和长度，格宾网2的丝径和网孔。

在本实施例中，所述六面体框架1为长方体，该六面体框架1包括一个顶面、一个底面和四个侧面，在利用格宾单元装置7对边坡进行加固时，六面体框架1的顶面朝向上方。格宾箱盖4与六面体框架1通过环形钉3可转动地连接，如图3所示环形钉3包括一个环体，所述环体上设置有开口。在填充石料过程中直接转动格宾箱盖4即可向格宾箱体内填充石料，方便快捷。将该格宾单元装置7应用于实验室中进行堤防边坡实验时，还可以通过打开格宾箱盖4向格宾单元装置7内放置孔压、土压、应变片、光纤传感器、位移传感器等多种传感器，采集各种数据，便于实验室进行实验。

在本实施例中，所述细菌修复溶液包括体积比为1:3:2的尿素溶液、氯化钙溶液和巴氏芽孢杆菌菌液；所述尿素溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，氯化钙溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，所述巴氏芽孢杆菌菌液的浓度值为2×10

Ca

Cell-Ca

在本实施例中，填充至格宾箱体内的碱性石料包括石灰石、或水泥石、或钙质砂石中的一种或几种；所填充的碱性石料要求径粒为5mm～100mm，孔隙率小于等于30％，重度大于等于2.5t/m

在本实施例中，所述格宾网2的丝径为0.50～4.40mm，孔径为3.73～80mm，材料为不锈钢、或塑料、或树脂，满足网面抗拉强度0.1kN/m～50kN/m；所述格宾网2采用双重缠绕的方式与六面体框架1连接。所述拉筋网面5沿六面体框架1的顶面或底面向外延伸的部分向上或向下弯折，形成嵌入坡体的耦合部；拉筋网面5也采用丝径为0.50～4.40mm，孔径为3.73～80mm，材料为不锈钢、或塑料、或树脂制成。在使用过程中，如图7a～7d所示，使拉筋网面5置于坡体的土体内，拉筋网面5可设置于格宾单元装置7的顶部或底部，使拉筋网面5的一面、或两面、或三面分别朝向上方或下方弯折，形成耦合部，通过耦合部增强格宾单元装置7与边坡的耦合性，进一步增强边坡的稳定性。

实施例2

本实施例提供了一种制备实施例1中的填料生物自修复格宾单元装置的制备方法，包括如下步骤：

S1、选用丝径为1.20mm～5.80mm电镀锌丝或塑料作为骨架搭建六面体框架1，所述骨架包括四根互相平行的长棱骨架和八根短棱骨架；将各个骨架的端部弯折，并将相邻的长棱骨架和短棱骨架的弯折部分绑扎拧紧；

S2、用丝径为0.50～4.40mm，孔径为3.73～80mm的不锈钢、或塑料、或树脂作为格宾网2，在六面体框架1的四个侧面分别绑扎格宾网2；选用两条与步骤S1中规格相同的长棱骨架和两条短棱骨架，将各个骨架的端部弯折，并将相邻的长棱骨架和短棱骨架的弯折部分绑扎拧紧形成箱盖框架，将箱盖框架的长棱骨架与六面体框架1的长棱骨架可转动地连接，在箱盖框架上绑扎格宾网2形成格宾箱盖4，使格宾箱盖4可转动的覆盖于六面体框架1的顶面；

S3、用丝径为0.50～4.40mm，孔径为3.73～80mm的不锈钢、或塑料、或树脂编织成拉筋网面5，将拉筋网面5与六面体框架1的顶面或底面绑扎，且预留部分拉筋网面5，使拉筋网面5沿六面体框架1的顶面或底面向外侧延伸；将拉筋网面5沿六面体框架1的顶面或底面向外延伸的部分向上或向下弯折，形成嵌入坡体的耦合部；

S4.向格宾箱体内填充孔隙率小于等于30％，重度大于等于2.5t/m

S5.向格宾箱体内填充细菌修复溶液，通过细菌修复溶液在有氧呼吸条件下诱导产生CaCO

在本实施例中，如图2所示，所述六面体框架1是由四条长棱与八条短棱所构成的长方体结构，如图6a和图6c所示，构建六面体框架1时将分别弯折长棱和短棱，并将相邻的长棱骨架和短棱骨架的弯折部分绑扎拧紧；如图6c和图6d所示，与棱长接触位置格宾网2网丝采用双重绑扎等多种紧密包裹方式与六面体框架1连接，从而形成稳定的格宾箱体结构，

在本实施例中，所述细菌修复溶液的制备过程包括：将巴氏芽孢杆菌菌液在PH为8～10的环境下培养10～15h；将培养后的巴氏芽孢杆菌菌液与尿素溶液、氯化钙溶液按照体积比2:1:3混合，所述尿素溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，氯化钙溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，所述巴氏芽孢杆菌菌液的浓度值为2×10

本实施例所制备的格宾单元装置7，通过巴氏芽孢杆菌在有氧呼吸条件下产生CaCO

实施例3

如图8a和8b所示，本实施例提供了一种使用实施例1中所公开的或按照实施例2中制备方法所制备的填料生物自修复格宾单元装置对边坡进行加固的方法，包括如下步骤：

步骤一、向待加固边坡的底部放置一层土体，对土体进行夯实；

步骤二、将制备好的格宾箱体放置于土体上，使拉筋网面5朝向靠近边坡的一侧，在拉筋网面5所在的区域内再次填筑土体，直到格宾箱盖4刚好露出土体外侧，在土体填筑过程中，拉筋网面5的耦合部插入土体内与土体耦合；

步骤三、打开格宾箱盖4，向格宾箱盖4内填充孔隙率小于等于30％，重度大于等于2.5t/m

步骤四、闭合格宾箱盖4，将新的格宾箱体放置在填充碱性石料后的格宾箱体上；

步骤五、重复步骤三和步骤四直到格宾单元装置7完全覆盖边坡，向土体以及格宾单元装置7存在的间隙内填充能够诱导产生CaCO

在本实施例中，所述细菌修复溶液的制备过程包括：将巴氏芽孢杆菌菌液在PH为8～10的环境下培养10～15h；将培养后的巴氏芽孢杆菌菌液与尿素溶液、氯化钙溶液按照体积比2:1:3混合，所述尿素溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，氯化钙溶液的浓度为0.5～1.5mol/L，所述巴氏芽孢杆菌菌液的浓度值为2×10

在本实施例中，在步骤二中放置格宾箱体时，使格宾箱盖4与六面体框架1铰接的一侧远离边坡，当利用格宾单元装置7加固完边坡土体6之后，宾箱盖与六面体框架1铰接的一侧靠近水流，格宾箱盖4不会受到水流的影响而打开。利用格宾单元装置7加固边坡土体6时，重复放置一层格宾箱体后填充一层土体，最后在向格宾箱体内填充碱性石料知道完成对边坡的整体加固；向加固完成后的边坡结构内灌注细菌修复溶液，保证格宾单元装置7底部至顶部内孔隙均涂抹，充分浸润裂隙内表面，保证温养条件，之后裂隙随时间及微生物的增长而增长。提高了格宾单元装置7的使用寿命，加强了边坡加固的稳定性。

在本实施例中，为了能够向土体及格宾单元装置7存在的间隙内填充能够诱导产生CaCO

在本实施例中，如图9所示，所述注液填充装置包括主管体8以及多个与主管体8连接的支管体9，所述主管体8竖直地插入相邻的格宾单元装置7之间，所述支管体9垂直于主管体8且支管体9插入边坡土体6内，所述主管体8、支管体9分别与六面体框架1绑扎。

在本实施例中，对边坡加固完成后，将注液填充装置保留与被加固的边坡内，通过注液填充装置能够进一步的加强边坡土体6与格宾单元装置7之间的耦合性，从而进一步保证对边坡加固的稳定性。

在本实施例中，所述主管体8内设置有多段止回结构，所述止回结构位于相邻的支管体9之间，所述止回结构包括限位环10、第一弹簧11和内管体12；所述限位环10与主管体8固定连接；所述第一弹簧11的一端与限位环10固定连接，另一端与内管体12的底端固定连接，所述内管体12可滑动的置于主管体8内，所述第一弹簧11始终具有驱动内管体12向上移动的力；所述内管体12上设置有多个通孔，所述通孔与注液孔一一对应；所述支管体9内设置有限位伸缩结构13，所述限位伸缩结构13包括第二弹簧14和限位柱15，所述第二弹簧14的一端与支管体9的端部固定连接，另一端与限位柱15的一端固定连接，所述限位柱15可滑动地置于支管体9内，且所述限位柱15远离第二弹簧14一端的上、下两侧分别设置有第一倾斜面，所述第二弹簧14始终具有驱动限位柱15朝向主管体8移动并堵塞主管体8的力；所述限位柱15堵塞主管体8时，所述内管体12与限位柱15相抵，所述通孔与注液孔交错布置使注液孔封闭，且所述内管体12远离限位环10的一端设置有与第一倾斜面相应的第二倾斜面；所述限位柱15未堵塞主管体8时，所述通孔与所述注液孔对齐使注液孔导通。

在本实施例中，通过在加固的边坡内预埋注液填充装置，可以多次向土体及格宾单元装置7内填充细菌修复溶液，保证格宾单元装置7的长期使用。当需要填充细菌修复溶液时，采用压力注液的形式将细菌修复溶液加压输送至注液填充装置内，液体压力驱动限位柱15朝向远离主管体8的一侧移动，使得主管体8导通，液体进入内管体12中，且由于限位柱15的移动，内管体12相应的发生移动，使得通孔与注液孔对齐，细菌修复溶液通过导通的注液孔注入土体及格宾内。为了保证注液过程中通孔与注液孔对齐，注液填充装置上还设置有限位部16，所述限位部16包括设置于主管体8上的限位块17、以及设置于内管体12上的移动槽18，所述限位块17至于移动槽18内，通过移动槽18限制主管体8的最大移动距离，从而保证注液孔与通孔对齐。当注液完成后，失去液体压力，所述限位柱15在第二弹簧14压力下朝向主管体8移动，再次堵塞主管体8，同时迫使内管体12朝向限位环10移动，通孔与注液孔呈交错布置，使注液孔堵塞。防止未注液时，随时间的推移土体在重力压力下通过注液孔进入主管体8内部，从而使得注液填充装置的长久使用，保证了能够随时向土体及格宾单元装置7内填充细菌修复溶液，从而保证了边坡加固的长久使用和稳定性。

实施例4

本实施例提供了一种利用填料生物自修复格宾单元装置对边坡进行加固的方法，本实施例与实施例3的不同之处在于，在本实施例中所采用的六面体框架1为国标电镀锌丝18号，丝径为1.2mm，材质为Q195的电镀锌丝来模拟加筋格宾构件的主体框架，长为86mm，宽43mm，高43mm；格宾网2采用6目丝径为0.5mm，孔径为3.73mm的304不锈钢网，箱盖采2条43mm短棱和2条86mm长棱。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。