摘要
锚杆作为建筑领域中常用的支护结构，在边坡、基坑、隧道、巷道等工程中广泛应用。然而，目前采用的粘结型锚杆注浆工艺存在制约，特别是在涉水施工情况下，难以实现锚固浆料的完全填充，从而影响锚杆支护结构的承载能力，增加了破坏垮塌的风险。为了解决这一问题，本文团队自主研发了一种基于钻注一体自进式中空磁锚技术的裂隙缺陷注浆技术，并进行了试验研究。该技术利用磁场诱导浆液定向移动的特性，实现了锚杆注浆的高效、精准和可控，从而提高了锚杆支护结构的承载能力和稳定性。本文重点探讨了钻注一体自进式磁锚注浆修复技术的理论和实践应用，为新型锚杆注浆加固方法的研究提供了重要参考。主要包括以下几方面： （1）本研究探讨了用于磁吸引端的材料和方法的选择。①实验结果表明，经过发黑处理的钻注一体锚杆表面能形成一层黑色氧化铁膜，但由于磁场强度过低，无法满足对磁性浆液的吸引。②四氧化三铁、铝镍钴和铁镍钴虽然可以磁化，但其磁场强度微弱。因此，除钕铁硼外，其他三种材料的磁化效果均无法满足磁吸引端的要求。因此，本研究选择钕铁硼作为自制异型磁吸引端的磁粉材料。 （2）优化异型磁吸引端模具设计，探究磁粉载基液的最优配比。①使用三种不同设计的模具浇筑钕铁硼磁溶液，采用统一的载基液与磁粉配比（1:3），以磁场强度和成本为指标，开展了对照试验，比较不同配比、质量、体积、加权磁场强度和成本之间的差异。结果显示，使用钕铁硼13-9磁粉充磁的单个自制磁环成本仅为市面上钕铁硼磁环成本的56%，且体积更大，是市面上钕铁硼磁环的8.3倍。②探究了自制磁吸引端的长期耐久性，结果表明，在一个周期为3个月的时间内仅减弱了2.5%~4%，具有较好的耐久性。③进行了ORE-MS修复材料的吸聚试验，结果表明，在不同的1:1、1:2和1:3配比下，使用钕铁硼13-9磁粉的吸附直径要比使用钕铁硼6-3磁粉的吸附直径多6.25%、1.942%和5.769%。 （3）不同磁吸引下ORE—MS修复材料力学性能研究。①无内置磁环的磁吸引端在轴向应力方面表现最优，1:3配比的钕铁硼13-9磁粉不带螺纹的磁吸引端比带螺纹的磁吸引端轴向应力更高。②开展了ORE—MS修复材料与模袋混凝土原位粘聚力的研究。结果表明，无螺纹的磁吸引端比有螺纹的磁吸引端荷载峰值普遍高30%。③磁环的布置方式也对力学性能产生了影响，每间隔50mm布置的磁环可提升锚固体的极限抗拔力20%。④ORE—MS修复材料在修复模袋混凝土表面时具有良好的粘接效果，其粘接力大于锚固体与锚杆之间的粘接力。 （4）研究了ORE—MS修复材料在磁场作用下的运动规律。①通过高清摄像机的分帧处理方法，推导出一系列运动方程②探究了该材料在5000Gs、7000Gs、9000Gs磁场强度下的运动轨迹和受影响的极限距离分别为1.81cm、1.85cm、1.89cm。③确定了一套在已知磁场强度下ORE—MS修复材料在x和y方向上的运动方程，为注浆修复提供了可靠的理论基础。 （5）钻注一体自进式磁锚注浆修复技术研究。①自主研发了一种钻注一体机，实现了对不同模袋混凝土缺陷部位钻孔到注浆修复的一体化施工过程。②采用了三种注浆材料五种施工方案，以注浆填充率为指标进行对照实验。实验结果表明，水泥基浆液无论是否具有磁性或磁吸引力，都无法达到预期的修复效果。相反，ORE-MS修复材料能够在裂隙中有明显的扩散，证明了环氧树脂作为磁性浆液的主要成分是最佳选择。③ORE—MS修复材料与磁锚的适配性远远优于水下自流平水泥磁性浆液，方案一、四、五杆周的浆液最大分别是方案二浆液的2.67倍、2.52倍、3.11倍。④本文中方案五的施工方法浆液的扩散效果明显，扩散距离为38mm~44mm。最远端可扩散至整个裂隙的边缘约70mm~150mm。浆液扩散距离为无侧限下56mm的2.68倍。优于方案一和方案四中的1.21倍和1.78倍，达到了修复效果。⑤增加注浆口开孔距离为50mm一个的施工方法能达到最优的浆液修复效果，其综合浆液填充率能达到97.02%。⑥采用钻注一体自进式磁性锚杆注浆技术基本将裂隙内部填充完全，修复效果较好，裂隙填充密实度较高，缝隙表面浆液贴合紧密，说明钻注一体磁锚可达到裂隙修复效果。
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