CN102108691B - 高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法 - Google Patents

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本发明公开了一种高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法。所述高聚物帷幕注浆钻具为宽翼型钻具，即在圆形钻杆两侧按一定角度焊接两个较宽的翼，钻杆两侧的翼为对称焊接有刃口的三角形钢板，圆形钻杆端部呈锥形。利用所述高聚物帷幕注浆钻具和静力压入方法，即可构造帷幕注浆孔模。本发明的高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法，具有施工快捷、防渗效果好、对堤坝扰动小等特点，为堤坝高聚物帷幕注浆技术提供了配套钻具及装备，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

高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法
技术领域
本发明属于水利基础设施除险加固技术领域，具体涉及高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法。
背景技术
近年来，我国水利基础设施安全保障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，居世界首位。但约有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、病险堤防对人民生命财产造成极大的威胁，也是每年汛期防洪安全的薄弱环节。
渗水是堤坝常见的一种病害，也是堤坝安全的主要隐患之一。许多堤坝失事大都是由防渗体系遭到破坏或失效引起的。因此，堤坝防渗技术长期以来备受关注，研究成果也比较丰富。在工程中得到广泛应用的堤坝防渗体系构筑方法主要有高压喷射灌浆、帷幕灌浆、混凝土防渗墙等。但是，现行的堤坝防渗技术及其施工方法仍有明显缺陷。存在的普遍问题是施工周期长，效率低，对坝体的扰动或破坏较大。高压喷射灌浆通过高压装置使浆液获得巨大能量，但此能量非常难以控制。过大的喷射能量会导致土体冲切破坏，而在浆液形成强度过程中极易导致整体强度不均匀，且浆液凝结时间长，土体内会存在贯通的孔隙。帷幕灌浆由于施工作业面大，一般都是采用分槽段施工，容易导致在连接处出现有效厚度不够、“接头”结合不密实、存在夹泥等现象，且嵌入基岩深度不够，墙底易淤积沉渣；混凝土防渗墙技术存在的主要问题是墙体结构计算不尽合理，工程设计存在一定的随意性和经验性，造价较高，加之人们对其可靠度心存担忧，造成防渗墙的推广应用受到较大的限制。长期以来，对防渗墙材料的研究主要集中在塑性混凝土和高强(钢筋)混凝土，但是这两种防渗墙都存在各自的缺陷：高强混凝土防渗墙因高弹模造成墙体的高应力问题，塑性混凝土防渗墙强度和抗渗性较低，而且耐久性较差。另外，堤坝运营期间，防渗墙也会出现不同程度的漏渗现象，采用现行的方法对其进行维修是极其困难的。
由此可见，现行的堤坝防渗技术与当前堤坝除险加固的发展需求还很不适应，加快开发新型、高效的堤坝防渗技术不仅意义重大，而且势在必行。
高聚物注浆技术是新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。
本发明人针对目前堤坝防渗技术存在的缺陷，开发了堤坝高聚物帷幕注浆技术。该技术首次提出帷幕注浆孔模的理念，并开发了高聚物帷幕注浆施工工艺。其基本原理是：在需要防渗加固的堤坝段，沿坝轴线以一定间距构造帷幕注浆孔模，然后通过注浆管向孔模内注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后，体积迅速膨胀，将孔模填充，固化后的材料与孔模周围土体紧密胶结在一起；将相邻孔模交叉搭接，注浆后形成连续超薄高聚物防渗帷幕，从而达到提高堤坝防渗性能的目的。相比于传统的堤坝防渗技术相比，该技术具有施工快捷、防渗效果好、造价低、对堤坝扰动小等特点，开创了构筑堤坝防渗体系新技术途径，为堤坝防渗提供了先进、高效、经济、实用的新方法。目前本发明人已将该技术申请国家发明专利(申请号：200910066335.2)
帷幕注浆孔模是本发明人发明的堤坝高聚物帷幕注浆技术实施的基础。在现行的高聚物注浆技术中，都是旋转钻孔，孔的形状为圆形。本发明人经过大量现场试验，发现圆形注浆孔无法构筑连续的高聚物帷幕防渗体系。因此，构建相互搭接的帷幕注浆孔模成为堤坝防渗高聚物帷幕注浆技术的前提。由于坝体防渗高聚物注浆技术是一项全新的技术，国内外目前未见关于高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法的相关报道。
发明内容
本发明针对高聚物帷幕注浆技术的需要，提出了帷幕注浆孔模的新理念，独创了高聚物帷幕注浆专用钻具及帷幕注浆孔模的施工方法，为堤坝防渗高聚物帷幕注浆技术的实施提供配套钻具及工艺。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明开发的高聚物帷幕注浆钻具为宽翼型钻具，即在圆形钻杆两侧焊接两个较宽的翼；圆形钻杆锥式探头直径D为40-50mm，钻杆两侧的翼为对称焊接有刃口的两块三角形钢板，其底宽L为500-1000mm，高H为300-600mm，底边夹角α为20-30度，厚度T为10-20mm，两翼之间夹角β为160-170度。
高聚物帷幕注浆孔模施工方法是利用所述高聚物帷幕注浆钻具和静力压入方法，构造帷幕注浆孔模。具体实施步骤为：
(1)在需要防渗加固的堤坝段，沿坝轴线以一定间距钻圆形垂直引导孔；孔径5-6厘米；孔深至不透水层下1米处，孔间距为60-120厘米；
(2)采用液压装置将高聚物帷幕注浆钻具压入引导孔，将圆形孔劈成V型孔模；
(3)按照上述工序连续施工，并使相邻V型孔模交叉搭接，注浆完成后即形成连续的超薄高聚物防渗帷幕。
本发明具有以下优点：
(1)防渗效果好。相邻V型孔模交叉搭接，形成了连续的防渗帷幕，显著增强坝体防渗性能；
(2)施工快捷。采用静力液压系统将钻具压入土中，迅速成孔；
(3)对堤坝扰动小。应用本发明开发的高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法，能够快速形构建超薄型高聚物防渗帷幕，对堤坝扰动小。
综上所述，本发明的高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法，具有施工快捷、防渗效果好、对堤坝扰动小等特点，为堤坝高聚物帷幕注浆技术提供了配套钻具及装备，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高聚物帷幕注浆钻具结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3布孔示意图；
图4静力压入成孔方法示意图；
图5多孔模成孔效果示意图；
图6交叉搭接的孔模平面示意图。
具体实施方式
实施例：高聚物帷幕注浆钻具为宽翼型钻具，即在圆形钻杆1两侧焊接两个较宽的翼2；圆形钻杆1的锥式探头直径D为40-50mm，钻杆1两侧的翼2为对称焊接有刃口的两块三角形钢板，其底宽L为500-1000mm，高H为300-600mm，底边夹角α为20-30度，厚度T为10-20mm，钻杆1两侧的翼2之间夹角β为160-170度，如图1和图2所示。各部分具体尺寸可根据工程实际情况确定。
高聚物帷幕注浆孔模施工方法是利用所述高聚物帷幕注浆钻具和静力压入方法构造帷幕注浆孔模。具体实施步骤为：
(1)在需要防渗加固的堤坝段，沿坝轴线以一定间距钻圆形垂直引导孔；孔径5-6厘米；孔深至不透水层下1米处，孔间距为60-120厘米，如图3所示；
(2)采用液压装置3将高聚物帷幕注浆钻具压入引导孔，将圆形孔劈成V型孔模4，如图4所示；
(3)按照上述工序连续施工，并使相邻V型孔模4交叉搭接，注浆完成后即形成连续的超薄高聚物防渗帷幕，如图5和图6所示。
与高聚物劈裂注浆不同的是，由高聚物劈裂钻具形成的定向劈裂孔主要用于引导高聚物材料沿两翼方向将坝体劈裂，而高聚物帷幕注浆钻具形成的孔模4宽度比定向劈裂孔要宽得多。注浆后高聚物材料只需将孔模4填充密实即可，而不需要将坝体劈裂。
同高聚物劈裂注浆孔相似，本发明钻具的两个翼并不在一条直线上，而是具有一定的角度，朝上游方向160-170度即可。这种设计其目的一是便于搭接，二是考虑了在上游水压力的作用下搭接更紧密。

Claims (2)

1.一种高聚物帷幕注浆钻具，其特征在于：所述高聚物帷幕注浆钻具为宽翼型钻具，即在圆形钻杆两侧焊接两个较宽的翼；圆形钻杆锥式探头直径D为40-50mm，钻杆两侧的翼为对称焊接有刃口的两块三角形钢板，其底宽L为500-1000mm，高H为300-600mm，底边夹角α为20-30度，厚度T为10-20mm，两翼之间夹角β为160-170度。
2.一种利用如权利要求1所述钻具施工高聚物防渗帷幕的方法，其特征在于：利用所述高聚物帷幕注浆钻具和静力压入方法，即可构造帷幕注浆孔模；
具体实施步骤为：
（1）在需要防渗加固的堤坝段，沿坝轴线以一定间距钻圆形垂直引导孔；孔径5-6厘米；孔深至不透水层下1米处，孔间距为60-120厘米；
（2）采用液压装置将高聚物帷幕注浆钻具压入引导孔，将圆形孔劈成V型孔模；
（3）按照上述工序连续施工，并使相邻V型孔模交叉搭接，注浆完成后即形成连续的超薄高聚物防渗帷幕。
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