CN102051868A - 堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆方法。利用定向劈裂钻具和成孔装置，沿堤坝体轴向以一定间距钻注浆孔；然后向注浆孔内注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的膨胀力超过土体的抗拉强度时，即沿劈裂钻具引导的方向将土体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系，从而达到处治堤坝渗漏病害的目的。本发明首次开发了堤坝防渗高聚物劈裂注浆方法，开创了构筑堤坝防渗体系新途径，具有施工快捷、防渗效果好、造价低、对堤坝扰动小等特点，并成功应用于多项水库大坝和堤防除险加固工程，显示出巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。
Description
技术领域
本发明属于水利基础设施除险加固技术，尤其涉及堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆技术。
背景技术
近年来，我国水利基础设施建设安全维护受到各级政府的高度重视和全社会的广泛关注，工程安全形势十分严峻。目前，我国已建成的各类水库达8.7万座，其数量已居世界首位。但在已建成的水库中，40％的小型水库、25％的大中型水库属于病险水库。1954年以来，我国共发生大小溃坝事故约3500起。另外，全国已建成堤防工程约28万公里，但大量堤防存在多种病害。病险水库、病险堤防对人民的生命财产造成了极大的威胁，也是每年汛期防洪安全的薄弱环节。
渗水是堤坝常见的安全隐患，也是造成溃坝事故的主要因素之一。因此，堤坝防渗技术一直受到广泛重视。在现行的堤坝防渗加固方法中，劈裂灌浆是比较常用的方法之一。
劈裂灌浆利用最小主应力面和堤坝轴线方向一致的规律，根据土体水力劈裂的原理，顺堤坝轴向布孔，在注浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实。同时浆压将堤坝土体压密，最终在堤坝内形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，从而达到防渗加固的目的。工程中较常用的是水泥劈裂灌浆方法，该方法存在的主要缺陷有：
(1)灌浆孔较大，对坝体结构有一定的损害；
(2)灌浆压力不容易控制；
(3)浆液的流动性不好，特别是对于灌浆位置较深的地方，浆液无法得到有效的扩散；
(4)在堤坝防渗中，要求在坝轴线方向上形成一帷幕，而水泥劈裂灌浆的浆液扩散范围不易控制；
(5)灌浆施工时间较长；
(6)泥浆固结后在坝体中形成脆性墙体，与土体的刚度差别较大，变形不协调，容易发生开裂破坏。
因此，现行的劈裂灌浆方法已不能满足当前堤坝防渗加固的需求，开发新型、高效的堤坝防渗技术已成为当务之急。
高聚物注浆技术是20世纪70年代发展起来的地基基础快速加固技术。该技术通过向地基中注射高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，达到加固地基、填充脱空或提升地板的目的。目前，高聚物注浆技术主要应用于工业与民用建筑的地基加固和道路维修，但在国内未见堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆技术的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于针对目前堤坝防渗技术存在的不足，开发堤坝防渗高聚物劈裂注浆方法，为堤坝防渗提供新型、高效、经济、实用的新方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
利用定向劈裂钻具和成孔装置，沿堤坝体轴向以一定间距钻注浆孔；然后向注浆孔内注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的膨胀力超过土体的抗拉强度时，即沿劈裂钻具引导的方向将土体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系，从而达到处治渗漏病害的目的。
具体施工工艺如下：
(1)确定渗透层
利用物探方法对坝体坝基进行全面探测，分析其渗漏状况，确定需要处置的渗透层位置；
(2)布孔
在需要防渗处置的堤坝段，沿堤坝体轴向以一定间距布设定向劈裂注浆孔，劈裂注浆孔的凹面朝向迎水面；
(3)成孔
采用定向劈裂钻具和成孔装置，将定向劈裂钻具压入土中至预定深度，形成定向劈裂注浆孔；
(4)置注浆管
向定向劈裂注浆孔内放置封孔注浆管和劈裂注浆管；
(5)实施注浆
首先通过封孔注浆管注射高聚物材料进行封孔，然后通过劈裂注浆管在不同深度注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，当膨胀力超过土体抗拉强度时，将土体沿劈裂孔引导的方向劈开，形成高聚物薄片；高聚物薄片相互搭接，形成超薄型高聚物防渗体系。
与传统的堤坝防渗技术相比，本发明具有以下优点：
(1)防渗效果好。高聚物材料发生化学反应后，形成的泡沫状固化材料性能稳定，在地下使用寿命可达百年以上。材料防渗性能优良，柔韧性好，而且与土体紧密胶结，变形协调。因此，本发明开发的堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术其防渗效果及耐久性明显优于现行方法。
(2)工期短。本发明开发的堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术施工快捷，不需养生(高聚物材料注射后15分钟内可形成90％以上的强度)，是目前最为快捷的堤坝防渗体系构筑方法。与现行的劈裂灌浆方法相比，可节省70％以上的工期。
(3)造价低。本发明开发的堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术可针对工程实际情况进行优化设计，降低造价。
(4)对堤坝扰动小。本发明开发的堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术能快速构筑几毫米厚的防渗体，是目前厚度最薄，自重最轻，对堤坝扰动最小的防渗体系构筑方法。
综上所述，本发明首次开发了堤坝防渗高聚物劈裂注浆方法，开创了构筑堤坝防渗体系新途径，具有施工快捷、防渗效果好、造价低、对堤坝扰动小等特点，并成功应用于多项水库大坝和堤防除险加固工程，显示出巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。
附图说明
图1放置封孔注浆管和劈裂注浆管示意图；
图2单孔注浆效果示意图；
图3多孔注浆形成的超薄型高聚物防渗体系；
图4超薄型高聚物防渗体系立体示意图。
具体实施方式
实施例：本发明的堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆方法包括以下内容：
利用定向劈裂钻具和成孔装置，沿堤坝体轴向以一定间距钻注浆孔；然后向注浆孔内注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的膨胀力超过土体的抗拉强度时，即沿劈裂钻具引导的方向将土体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系，从而达到处治渗漏病害的目的。
具体施工工艺如下：
(1)确定渗透层
利用物探方法对坝体坝基进行全面探测，分析其渗漏状况，确定需要处置的渗透层位置；
(2)布孔
在需要防渗处置的堤坝段，沿堤坝体轴向以一定间距布设定向劈裂注浆孔，劈裂注浆孔的凹面朝向迎水面；
(3)成孔
采用定向劈裂钻具和成孔装置，将定向劈裂钻具压入土中至预定深度，形成定向劈裂注浆孔；
(4)置注浆管
向定向劈裂注浆孔1内放置封孔注浆管2和劈裂注浆管3，如图1所示；
(5)实施注浆
首先通过封孔注浆管2注射高聚物材料进行封孔，然后通过劈裂注浆管3在不同深度注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，当膨胀力超过土体抗拉强度时，将土体沿劈裂孔1引导的方向劈开，形成高聚物薄片4，如图2所示，其面积的大小与注浆量及土体的特性有关；高聚物薄片相互搭接，形成超薄型高聚物防渗体系，如图3和图4所示。
Claims (1)
1.一种堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆方法，其特征在于：
利用定向劈裂钻具和成孔装置，沿堤坝体轴向以一定间距钻注浆孔；然后向注浆孔内注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的膨胀力超过土体的抗拉强度时，即沿劈裂钻具引导的方向将土体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系，从而达到处治渗漏病害的目的；
具体施工工艺如下：
(1)确定渗透层
利用物探方法对坝体坝基进行全面探测，分析其渗漏状况，确定需要处置的渗透层位置；
(2)布孔
在需要防渗处置的堤坝段，沿堤坝体轴向以一定间距布设定向劈裂注浆孔，劈裂注浆孔的凹面朝向迎水面；
(3)成孔
采用定向劈裂钻具和成孔装置，将定向劈裂钻具压入土中至预定深度，形成定向劈裂注浆孔；
(4)置注浆管
向定向劈裂注浆孔内放置封孔注浆管和劈裂注浆管；
(5)实施注浆
首先通过封孔注浆管注射高聚物材料进行封孔，然后通过劈裂注浆管在不同深度注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，当膨胀力超过土体抗拉强度时，将土体沿劈裂孔引导的方向劈开，形成高聚物薄片；高聚物薄片相互搭接，形成超薄型高聚物防渗体系。
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