CN102444128B

CN102444128B - 超薄型高聚物防渗墙注浆方法

Info

Publication number: CN102444128B
Application number: CN2011102881927A
Authority: CN
Inventors: 王复明; 石明生; 刘文廷; 钟燕辉; 王小亮
Original assignee: ZHENGZHOU YOUTE INFRASTRUCTURE ENGINEERING MAINTAINANCE Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Anyuan Engineering Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: CN102444128A

Abstract

本发明公开了一种超薄型高聚物防渗墙注浆方法，根据堤坝防渗设计要求，在需要防渗加固的堤坝及地基内施工形成连续的槽孔；通过注浆管向槽孔内注射双组份膨胀性高聚物注浆材料；高聚物注浆材料发生化学反应后体积迅速膨胀，把槽孔填充满并固化后形成高聚物薄片体，相邻槽孔的高聚物薄片体紧密胶结在一起，形成连续、均匀、规则的超薄型高聚物防渗墙；本发明无论从材料、机理还是施工方式等方面都和现行的防渗墙技术明显不同，具有快捷、超薄、微创、轻质、高韧、经济、耐久等优点，并成功应用于多项水库大坝和堤防除险加固工程，具有巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。

Description

超薄型高聚物防渗墙注浆方法

技术领域

本发明属于水利、矿山、环保等基础设施防渗加固技术领域，具体涉及土堤、土坝、尾矿坝、截污坝等防渗加固超薄型高聚物防渗墙注浆方法。

背景技术

新中国成立以来，我国的水利、矿山、环保等基础设施建设取得了举世瞩目的成就，对我国经济发展和社会进步发挥了重要作用。在水利基础设施建设方面，由于我国绝大多数水利设施兴建于上世纪50至70年代，限于当时的经济技术条件，不少水库设计和施工质量“先天不足”。经过长期运行，年久失修，老化严重，病险问题十分突出。目前，我国已建成各类水库达8.7万座，居世界首位。但约40%的小型水库、25%的大中型水库属于病险水库，对人民生命财产和社会稳定构成极大威胁。我国堤防建设历史悠久，但多数是经过历年逐渐加高培厚形成的，堤身填筑土多为不同时期就地取土，填筑质量多达不到设计要求，存在不同的安全隐患。在我国现有的4万多座病险水库中，90％以上为土石坝，而大部分的堤防为土质堤防。据初步测算，约50％以上的小型病险水库需要进行防渗加固。在矿山基础设施方面，尾矿坝作为矿山选矿生产的主要设施，它既是事故易发部位，也是隐伏巨大安全隐患的危险源。另外，尾矿库中还含有各种有毒有害物质，并且是一种人造的具有高势能的泥石流形成区，其安全运行直接关系到下游人民的生命财产安全和库区周边地区的生态环境。在我国矿山诸多尾矿库中，目前处于正常运行的不足70%，有的行业超过40%的尾矿库处于险、病、超期服务状态，尾矿库重大事故时有发生。而渗漏作为尾矿坝事故的主要原因之一，如何有效治理渗漏确保尾矿库安全运行显得十分迫切和重要。在环保基础设施建设方面，据统计，目前我国现有的垃圾填埋场中，简易填埋和准卫生填埋占95%以上。由于大多数填埋场未采用水平防渗措施，加上底部渗滤液排导系统不够完善，从而导致大量渗滤液未经处理就直接进入了土壤、地下水中，对环境造成了严重污染。近几年来，国家越来越重视垃圾填埋问题，不少省市建立了新型的垃圾填埋场。但是，现有的垃圾处理场的数量和规模还远远不能适应城市垃圾日益增长的要求，真正实现无害化处理的垃圾仅为2.3%。如何防治渗滤液污染是垃圾城市填埋场必须首先考虑的一个主要问题。控制渗滤液污染一般是对垃圾填埋场截污坝进行防渗处理，而我国绝大多数填埋场的地理环境和地质条件很难满足防渗要求。

可见，渗漏是土质堤坝、尾矿坝、截污坝等水利、矿山、环保基础设施存在的普遍问题，防渗加固是这些基础设施面临的一项长期的、艰巨的任务。工程中常用的防渗技术有：混凝土防渗墙技术，水泥土搅拌桩技术，高压喷射灌浆技术等。这些防渗加固技术已在国内得到了广泛的应用，为我国大型水库、尾矿库、垃圾填埋场等基础设施的除险及防渗加固发挥了重要作用，但也存在一些技术不足。在防渗墙体材料方面，现行的几种防渗墙技术采用的是水泥类材料，构建的防渗体为刚性防渗体，与土体弹性模量差别较大，抗渗抗裂性能不足；在成墙机理方面，现行成墙类防渗技术成墙时材料与土体脱离，灌浆类难以形成完整连续墙体；在施工方式方面，现行的几种防渗墙技术是通过开槽、搅拌、喷射和振动的施工方法在土体中形成防渗体，对堤坝扰动破坏较大。水泥土搅拌桩技术存在搅拌的不均匀性、浆液上冒、受力不合理和桩身不连续等问题，以致桩身强度过低，施工质量可控性差、防渗效果不理想。而高压喷射灌浆技术通过高压装置使浆液获得巨大能量，易导致土体冲切破坏，在浆液形成强度过程中极易导致整体强度不均匀。由此可见，工程中常用的这些防渗技术存在着对坝体扰动破坏较大、工期较长、造价较高、施工不便等缺点，特别是对于数量众多的中小型堤坝，现行的技术手段不仅受到经费的限制，而且由于设备体积庞大，进场困难，这与当前我国堤坝、尾矿坝、截污坝防渗加固的发展需求还很不适应。因此，加快防渗加固新材料、新技术、新装备的研发是当前土堤、土坝、尾矿坝、截污坝等水利、矿山、环保等基础设施防渗加固亟待解决的重大科技问题。

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。近年来，本发明人针对我国堤坝除险加固的发展需求和目前堤坝防渗技术存在的不足，致力于堤坝防渗高聚物注浆技术的研发，并申请了“堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆方法（200910066334.8）”、“高聚物帷幕注浆技术（200910066335.2）”等发明专利。“堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆方法”和“高聚物帷幕注浆技术”开创了构建薄片状高聚物防渗体的新途径，但形成的防渗体为搭接状防渗体，难以保证形成连续的防渗体系。

发明内容

本发明的目的是针对我国堤坝、尾矿坝、截污坝防渗加固的发展需求和目前防渗技术存在的不足，提供一种超薄型高聚物防渗墙注浆方法。利用该发明可构造连续、均匀、规则的胶结超薄型高聚物防渗墙，该防渗墙具有优良的防渗抗裂性能，为堤坝、尾矿坝、截污坝防渗提供了先进、高效、经济、实用的新方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种超薄型高聚物防渗墙注浆方法，根据堤坝防渗设计要求，在需要防渗加固的堤坝及地基内施工形成连续的槽孔；通过注浆管向槽孔内注射双组份膨胀性高聚物注浆材料；高聚物注浆材料发生化学反应后体积迅速膨胀，把槽孔填充满并固化后形成高聚物薄片体，相邻槽孔的高聚物薄片体紧密胶结在一起，形成连续、均匀、规则的超薄型高聚物防渗墙；具体实施步骤为：

（1）槽孔布置：在需要防渗加固的坝体及地基内，按设计布置槽孔，并进行槽孔编号；

（2）槽孔施工：使用成槽装备施工连续的槽孔；

（3）槽孔内注浆：

a. 在单个槽孔中置入注浆管，注浆管深入注浆孔底部；

b. 用注浆装备向槽孔内注射双组份膨胀性高聚物注浆材料，同时连续提升注浆导管，浆液自下而上填满槽孔，形成片状高聚物防渗体；

（4）连接成墙：通过套孔成槽、分片隔离施工的方式，将相邻槽孔的高聚物薄片体紧密胶结在一起，形成连续、均匀、规则的超薄型高聚物防渗墙。

步骤（3）b中，提升注浆导管时采用高聚物提升注浆控制装备，所述的高聚物提升注浆控制装备，包括机架，机架上装有第一减速机，电动机与第一减速机相连，机架上还有主传动轴和次传动轴，主传动轴与第一减速机相连，次传动轴通过传动链条与主传动轴相连，机架上还有左面板和右面板，主传动轴和次传动轴上各装有两个主动伞齿轮，左面板和右面板上各装有两个与主动伞齿轮啮合的被动伞齿轮，且与右面板相连的两个被动伞齿轮分别镶嵌在两个与右面板垂直连接的轴承内侧,和与右面板相连的两个被动伞齿轮相啮合的两个主动伞齿轮与主传动轴、次传动轴之间都通过花键槽和键钉相连接,花键槽位于这两个主动伞齿轮内侧，键钉则镶嵌在主传动轴和次传动轴上，每个被动伞齿轮轴的另一端各装有一个凹线齿轮，机架上还装有第二减速机，十字手柄与第二减速机相连，右面板通过分离丝杆与第二减速机相连，机架上还装有扶手。

所述的高聚物提升注浆控制装备还包括操控箱，操控箱与电动机相连，操控箱内装有电压表、电流表、变频器、主控开关。

所述的成槽装备为三锥头压力成槽板和静力压入装备装备，所述的三锥头压力成槽板，包括中间钻杆、左钻杆和右钻杆，左钻杆和右钻杆的形状大小相同，左钻杆与中间钻杆通过左翼板相连，右钻杆与中间钻杆通过右翼板相连，左翼板和右翼板的形状大小相同，中间钻杆、左翼板、右翼板、左钻杆和右钻杆的中心线都在同一水平面上，中间钻杆的下端为锥形头，上端有连接头，左钻杆和右钻杆的两端均为锥形。

与现行的坝体防渗技术相比，本发明具有以下优点：

（1）对坝体扰动较小。高聚物防渗墙成槽板尺寸较小（锥头直径4～8cm，翼厚1～3cm），采用静力压入、无水注浆的方式，对坝体扰动较小；

（2）施工快捷，不需养生。高聚物防渗墙压孔、封孔、注浆连续作业，施工快捷。材料反应后15分钟即形成90%左右的强度，不需养生；

（3）经济。与其他防渗墙构筑技术相比，高聚物防渗墙技术可节省造价50%；

（4）施工方便。高聚物注浆系列化装备适用于大、中、小各类堤坝防渗加固和抢险抢修；

（5）耐久性好。高聚物注浆材料性能稳定，柔韧性好，与土体紧密粘合，协调变形，构建的防渗体抗震抗裂性好。

因此，本发明研发的超薄型高聚物防渗墙技术在水库大坝、堤防、尾矿库、垃圾填埋场等防渗加固工程中具有诸多优势。与现行的其他坝体防渗加固技术相比，高聚物防渗墙技术又是一整套全新的技术，主要表现在：

（1）在防渗墙体材料方面：高聚物防渗墙技术从柔性防渗理念出发，采用的是非水反应类高分子聚合物新型注浆材料，构建的防渗墙体为柔性防渗体，抗渗抗裂性能好；

（2）在成墙机理方面：高聚物防渗墙技术利用材料的膨胀性，浆液在片状扩展过程中能渗入周围土体的微小孔隙中，形成胶结层，即通过注浆方式形成连续胶结超薄防渗墙；

（3）在施工方式方面：高聚物防渗墙技术是通过静力压孔形成宽约50～120cm，厚约1～3cm的薄片槽孔，利用高聚物材料自有的膨胀性和流变性形成薄片状高聚物防渗体，是一种“微创”修复技术。

综上所述，本发明无论从材料、机理还是施工方式等方面都和现行的防渗墙技术明显不同，具有快捷、超薄、微创、轻质、高韧、经济、耐久等优点，并成功应用于多项水库大坝和堤防除险加固工程，具有巨大的经济、社会效益和广阔的发展应用前景。

附图说明

图1为槽孔平面布置示意图。

图2为高聚物防渗墙的结构示意图。

图3为三锥头压力成槽板的结构示意图。

图4为图3的俯视示意图。

图5为高聚物提升注浆控制装备的结构示意图。

图6为图5的A-A向视图。

具体实施方式

根据堤坝防渗设计要求，在需要防渗加固的堤坝及地基内使用三锥头压力成槽板和压力成槽装备形成连续的槽孔；通过注浆管向槽孔内注射双组份膨胀性高聚物注浆材料；高聚物注浆材料发生化学反应后体积迅速膨胀，把槽孔填充满并固化后形成高聚物薄片体；相邻槽孔的高聚物薄片体紧密胶结在一起，形成连续、均匀、规则的超薄型高聚物防渗墙，从而达到提高堤坝防渗性能的目的。

具体实施步骤为：

（1）槽孔布置：在需要防渗加固的坝体及地基内，按设计布置槽孔，并进行槽孔编号。

（2）槽孔施工：使用三锥头压力成槽板和静力压入装备装备施工连续的槽孔，见图1。

（3）槽孔内注浆：

a. 在单个槽孔中置入注浆管，注浆管深入注浆孔底部；

b. 用注浆装备向槽孔内注射双组份膨胀性高聚物注浆材料，同时利用注浆导管提升机连续提升注浆导管，浆液自下而上填满槽孔，形成片状高聚物防渗体；

（4）连接成墙：通过套孔成槽、分片隔离施工的方式，将相邻槽孔的高聚物薄片体紧密胶结在一起，形成连续、均匀、规则的超薄型高聚物防渗墙，见图2。

步骤（2）中提到的三锥头压力成槽板为双翼三锥头型构造，如图3、图4所示，包括中间钻杆203、左钻杆205和右钻杆201，中间钻杆203为圆柱形，直径D为40~80mm，高H为800~1000mm，中间钻杆的下端为锥形头，上端有连接头，可以连接到静力压入装备上，左钻杆205和右钻杆201的形状、大小相同，均为圆柱形，左钻杆和右钻杆的两端均为锥形，左钻杆和右钻杆直径d为30~40mm，高h为400~600mm。左钻杆205与中间钻203杆通过左翼板204相连，右钻杆201与中间钻杆203通过右翼板202相连，左翼板204和右翼板202的形状大小相同，均为等边梯形，是底端有刃口的等边梯形钢板，其厚度为T=10~30mm，梯形斜边与底边即中间钻杆的夹角α=60~70°。中间钻杆203、左翼板204、右翼板202、左钻杆205和右钻杆201的中心线都在同一水平面上，三锥头压力成槽板整体宽度L=500~1200mm。

超薄型高聚物防渗墙注浆槽孔，是利用静力压入装备将三锥头压力成槽板压入坝体中并拔出后形成的。具体实施步骤为：一、布置注浆槽孔：按照设计图纸，沿防渗墙轴线依次布置注浆槽孔；二、施工单个注浆槽孔：利用静力压入装备，将三锥头压力成槽板压入土体中至预定深度并拔出后，便形成单个注浆槽孔；三、施工连续注浆槽孔：将静力压入装备沿坝轴线前移一个成槽板宽度的位置，将三锥头压力成槽板的左钻杆对准已压制成型的注浆槽孔的外侧圆形孔，也就是前次操作中由右钻杆压制成型的圆形孔，再次压入并拔出后，便形成连续的注浆槽孔。

步骤（3）b中提到的高聚物提升注浆控制装备，其结构如图5、图6所示，包括机架15，机架上装有第一减速机3，电动机1与第一减速机3相连，机架上还有主传动轴7和次传动轴8，主传动轴7与第一减速机3相连，次传动轴8通过传动链条4与主传动轴7相连，机架上还有左面板5和右面板6，主传动轴7和次传动轴8上各装有两个主动伞齿轮12，左面板和右面板上各装有两个与主动伞齿轮啮合的被动伞齿轮14 ，每个被动伞齿轮轴的另一端各装有一个凹线齿轮13，机架上还装有第二减速机10，十字手柄9与第二减速机10相连，右面板6通过分离丝杆11与第二减速机10相连，机架上还装有扶手2。与右面板相连的两个被动伞齿轮分别镶嵌在两个与右面板垂直焊接的轴承内侧,和与右面板相连的两个被动伞齿轮相啮合的两个主动伞齿轮与主传动轴、次传动轴之间都通过花键槽和键钉相连接,花键槽位于这两个主动伞齿轮内侧，键钉则镶嵌在主传动轴和次传动轴上，这样可以通过分离丝杆11来左右移动右面板，通过主传动轴7和次传动轴8来带动主动伞齿轮，轴承起到将右面板6和右面板上6的两个主动伞齿轮相对固定的效果。

还包括操控箱，操控箱与电动机相连，操控箱内装有电压表、电流表、变频器和主控开关。操控箱主要是控制设备启动电源的闭合和断开。

第一减速机与变频器配合，主要功能是调节设备得到合理的注浆导管提升速度。第一减速机可采用90型蜗轮减速机。

十字手柄与第二减速机配合，通过分离丝杆带动右面板运动，使左面板和右面板分离，注浆导管置入两组凹线齿轮之间并固定住注浆导管，通过两组转动方向不同的凹线齿轮来提升注浆导管。第二减速机可采用25型蜗轮减速机。

高聚物提升注浆控制装备的工作过程为：

(1)将高聚物提升注浆控制装备放置到已插入注浆导管的孔模上方；

(2)转动十字手柄，将左右面板分开；

(3)调节设备位置，将注浆导管放置到左右两组凹线齿轮之间，且在同一平面上；

(4)重新转动十字手柄，将注浆导管固定牢固；

(5)接通220v交流电源，打开操控箱，设置注浆导管提升速度；

(6)打开设备开关，设备开始工作，导管提升作业开始；

(7)待注浆导管提升到要求高度时，关闭设备电源，转动十字手柄，将左右面板分开，移开注浆导管，提升作业完成。

Claims

1.一种超薄型高聚物防渗墙注浆方法，其特征在于：根据堤坝防渗设计要求，在需要防渗加固的堤坝及地基内施工形成连续的槽孔；通过注浆管向槽孔内注射双组份膨胀性高聚物注浆材料；高聚物注浆材料发生化学反应后体积迅速膨胀，把槽孔填充满并固化后形成高聚物薄片体，相邻槽孔的高聚物薄片体紧密胶结在一起，形成连续、均匀、规则的超薄型高聚物防渗墙；具体实施步骤为：

（2）槽孔施工：使用成槽装备施工连续的槽孔；

（3）槽孔内注浆：

a. 在单个槽孔中置入注浆管，注浆管深入注浆孔底部；

（4）连接成墙：通过套孔成槽、分片隔离施工的方式，将相邻槽孔的高聚物薄片体紧密胶结在一起，形成连续、均匀、规则的超薄型高聚物防渗墙；

步骤（3）b中，提升注浆导管时采用高聚物提升注浆控制装备，所述的高聚物提升注浆控制装备，包括机架，机架上装有第一减速机，电动机与第一减速机相连，机架上还有主传动轴和次传动轴，主传动轴与第一减速机相连，次传动轴通过传动链条与主传动轴相连，机架上还有左面板和右面板，主传动轴和次传动轴上各装有两个主动伞齿轮，左面板和右面板上各装有两个与主动伞齿轮啮合的被动伞齿轮，且与右面板相连的两个被动伞齿轮分别镶嵌在两个与右面板垂直连接的轴承内侧,和与右面板相连的两个被动伞齿轮相啮合的两个主动伞齿轮与主传动轴、次传动轴之间都通过花键槽和键钉相连接,花键槽位于这两个主动伞齿轮内侧，键钉则镶嵌在主传动轴和次传动轴上，每个被动伞齿轮轴的另一端各装有一个凹线齿轮，机架上还装有第二减速机，十字手柄与第二减速机相连，右面板通过分离丝杆与第二减速机相连，机架上还装有扶手；第一减速机与变频器配合，主要功能是调节装备得到合理的注浆导管提升速度；十字手柄与第二减速机配合，通过分离丝杆带动右面板运动，使左面板和右面板分离，注浆导管置入两个凹线齿轮之间并固定住注浆导管，通过两个转动方向不同的凹线齿轮来提升注浆导管。

2.如权利要求1所述的超薄型高聚物防渗墙注浆方法，其特征在于：所述的高聚物提升注浆控制装备还包括操控箱，操控箱与电动机相连，操控箱内装有电压表、电流表、变频器、主控开关。

3.如权利要求1所述的超薄型高聚物防渗墙注浆方法，其特征在于：所述的成槽装备为三锥头压力成槽板和静力压入装备装备，所述的三锥头压力成槽板，包括中间钻杆、左钻杆和右钻杆，左钻杆和右钻杆的形状大小相同，左钻杆与中间钻杆通过左翼板相连，右钻杆与中间钻杆通过右翼板相连，左翼板和右翼板的形状大小相同，中间钻杆、左翼板、右翼板、左钻杆和右钻杆的中心线都在同一水平面上，中间钻杆的下端为锥形头，上端有连接头，左钻杆和右钻杆的两端均为锥形。