CN109518728B - 一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施和方法 - Google Patents

一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施和方法，包括灌浆装置和沉降量检测装置；灌浆装置包括灌浆机、灌浆主管和若干根灌浆支管；灌浆主管竖向设置于进水塔内，灌浆主管顶部伸出进水塔并与灌浆机相连接，若干根灌浆支管呈辐射状布设在灌浆主管底部；沉降量检测装置用于检测进水塔周边库盘的沉降量，沉降量检测装置包括超声波收发器和反射板。本发明利用沉降量检测装置定期监测进水塔周边地基不均匀沉降，一旦发现沉降差超过允许值，灌浆装置及时对沉降区域进行灌浆，消除不均匀沉降；若发现地基再次出现较大沉降，可重复对沉降区域进行灌浆，彻底解决进水塔周边因地基不均匀沉降导致的土工膜变形过大引起的受拉破坏问题。

Description

一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施和方法
技术领域
本发明涉及水利工程中防治技术领域，特别是一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施和方法。
背景技术
土工膜是一种柔性防水材料，具有优越的防渗性能，已广泛应用于水库库盘防渗。例如，江苏省溧阳抽水蓄能电站上水库采用土工膜全库盘防渗，取得了良好的防渗效果。但是，该工程在初期蓄水时曾发生两次严重渗漏，水库放空后发现渗漏区发生在土工膜与混凝土进水塔构筑物连接处，土工膜破坏处地基存在明显的不均匀沉降(第一次最大沉降约33cm，第二次最大沉降约20cm)。由于蓄水后混凝土进水塔构筑物周边土工膜下可压缩土层在自重、上方土体和水压力作用下与进水塔之间发生了较大的不均匀沉降，导致土工膜与库盘地基分离，产生脱空，使土工膜处于悬空状态，在库水压力作用下土工膜发生较大变形和应力，一旦超过容许值，土工膜就会被撕裂，从而引起库盘防渗体系局部失效，产生渗漏，对工程安全造成威胁。
对于上述进水塔周边不均匀沉降引起土工膜破坏的情况，现有技术的防治处理方法为：先放空水库，再去除沉降区域破损的土工膜，然后在沉降区域回填填筑材料对沉降地基进行修复加强，最后再重新铺设土工膜并进行焊接。
上述防治处理方法，存在着如下不足，有待改进：
1.防治过程中，由于需将水库放空，因而导致水库无法正常运行，造成重大的经济损失。
2.整个防治处理过程复杂，施工成本高昂，且容易对周边完好区域土工膜造成损伤。
3.地基沉降是一个长期的过程，修复后的沉降区域可能还将产生新的沉降，现有技术的防治方法只能进行重复处理，不能对沉降区域实时补偿，无法彻底解决进水塔周边地基沉降过大引起的土工膜破损问题。
因此，有必要提供一种土工膜全库盘防渗时进水塔周边地基沉降处理设施和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，该防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施能定期监测进水塔周边地基的不均匀沉降量，当沉降量超过允许值，灌浆装置将及时对沉降区域进行灌浆，消除不均匀沉降，确保土工膜下垫层稳定可靠，以满足运行期土工膜安全运行要求，彻底解决了进水塔周边因地基不均匀沉降导致的土工膜变形过大引起的受拉破坏问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，用于进水塔周边库盘防渗结构的防治修复，设施包括灌浆装置和沉降量检测装置。
库盘防渗结构包括从下至上依次铺设在库盘表面的下垫层、土工膜和上垫层；进水塔底部穿过库盘防渗结构并固设于库盘中。
灌浆装置包括灌浆机、灌浆主管和若干根灌浆支管；灌浆主管竖向设置于进水塔内，灌浆主管顶部伸出进水塔并与灌浆机相连接，若干根灌浆支管呈辐射状布设在灌浆主管底部，每根灌浆支管的灌浆口均指向未沉降前的下垫层。
沉降量检测装置用于检测进水塔周边库盘的沉降量，沉降量检测装置包括超声波收发器和反射板，超声波收发器位置固定地设置于进水塔周边的库盘水体上方，反射板埋设于超声波收发器正下方的下垫层中，并随下垫层进行沉降；超声波收发器向反射板发射超声波，并接收反射板反射回来的超声波，从而计算超声波收发器与反射板之间的距离，进而判断进水塔周边库盘的沉降量。
还包括土工膜变形缓冲部件，用于适应进水塔周边土工膜的竖向变形。
土工膜变形缓冲部件为套装在进水塔外周的波纹管，波纹管顶端与进水塔固定连接，波纹管底端与进水塔外周的土工膜密封粘接；当波纹管处于自然状态时，进水塔周边土工膜处于水平状态。
每根灌浆支管的灌浆口均设置有压力传感器。
还包括计算机，超声波收发器、灌浆机和每个压力传感器均与计算机相连接。
灌浆机内装填的灌浆料为自密实砂浆。
灌浆主管竖向设置在进水塔内，灌浆支管数量为8根，沿灌浆主管底部呈辐射状均匀布设。
本发明还提供一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的方法，该防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的方法能定期监测进水塔周边地基的不均匀沉降量，当沉降量超过允许值，灌浆装置将及时对沉降区域进行灌浆，消除不均匀沉降，确保土工膜下垫层稳定可靠，以满足运行期土工膜安全运行要求，彻底解决了进水塔周边因地基不均匀沉降导致的土工膜变形过大引起的受拉破坏问题。
一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的方法，包括如下步骤。
步骤1，超声波收发器与反射板之间初始距离H1的测量：水库蓄水前，开启超声波检测装置，测量超声波收发器与反射板之间的初始距离H1并反馈给计算机。
步骤2，库盘沉降量d值计算：水库蓄水后，超声波检测装置定期监测超声波收发器与反射板之间的实时距离H2，计算机将实时计算库盘沉降量d，其中d＝H2-H1。
步骤3，沉降灌浆防治修复：当库盘沉降量d超过允许值时，计算机自动控制灌浆装置利用灌浆主管通过若干个灌浆支管向土工膜下沉降区域灌注灌浆料；灌浆过程中通过压力传感器实时监测各个灌浆支管灌浆口的灌浆压力；当其中一个灌浆口的灌浆压力陡增时，认为该灌浆口附近的沉降区域已被灌浆料充满，计算机控制灌浆装置结束该灌浆口灌浆；当每个灌浆支管的灌浆口均完成灌浆后，不均匀沉降消除，土工膜获得新下垫层。
步骤4，水库运行过程中，重复步骤2-3，重复对沉降区域进行灌浆处理，直至消除不均匀沉降，确保土工膜下垫层稳定可靠，以满足运行期土工膜安全运行要求。
步骤2中，H1＝Δt1*C/2，H2＝Δt2*C/2，则d＝(Δt2-Δt1)*C/2，其中，Δt1为沉降前超声波收发器从发射超声波到接收到反射超声波的时间差，Δt2为沉降后超声波收发器从发射超声波到接收到反射超声波的时间差，C为超声波传播速度。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明能定期监测土工膜全库盘防渗时进水塔周边地基沉降，一旦发现不均匀沉降超过允许值，可通过灌浆装置及时对沉降区域进行及时灌浆处理，彻底解决了进水塔周边因地基不均匀沉降导致的土工膜变形过大引起的受拉破坏问题。
2.本发明在向土工膜下沉降区域灌浆前不需要放空库水，不影响水库的正常运行，且灌浆过程不易对土工膜造成损伤，方法简单，造价低。
3.本发明的进水塔周边地基沉降处理设施的安装与进水塔的施工同时进行，水库蓄水后定期监测进水塔周边地基沉降，若发现地基再次出现较大沉降，可重复对沉降区域进行灌浆，实现地基沉降的及时补偿，确保土工膜下垫层稳定可靠，彻底解决了进水塔周边因地基不均匀沉降导致的土工膜变形过大引起的受拉破坏问题。
4.本发明的灌浆装置可以实现多点同时灌浆，灌浆过程中实时监测各灌浆口的灌浆压力，控制各自灌浆量，分区消除地基不均匀沉降，提升了施工效率，缩短了施工周期。
5.本发明中灌浆料采用自密实砂浆，具有自密实作用，保水性好，密实度大，收缩小，灌浆做到一次整体成型，不需要振捣和分层，确保了灌注质量，提高了施工效率，降低了施工成本。
附图说明
图1显示了沉降前本发明一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施的结构示意图。
图2显示了沉降后本发明一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施的结构示意图。
图3显示了灌浆主管和灌浆支管的平面分布示意图。
其中有：1、土工膜，2、上垫层，3、下垫层，4、库盘，5、进水塔，6、胶合剂，7、波纹管，8、锚固装置，9、灌浆主管，10、灌浆机，11、超声波收发器，12、连杆，13、反射板，14、计算机，15、灌浆料，16、压力传感器，17、灌浆支管，18、库盘水体。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施和方法，用于进水塔5周边库盘防渗结构的防治修复。
如图1和图2所示，一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，包括灌浆装置、沉降量检测装置、土工膜变形缓冲部件和计算机14。
土工膜变形缓冲部件，用于适应进水塔周边土工膜的竖向变形。
土工膜变形缓冲部件优选为套装在进水塔外周的波纹管7，波纹管顶端与进水塔优选通过锚固装置8固定连接，波纹管底端与进水塔外周的土工膜优选通过胶合剂6密封粘接。当波纹管处于自然状态时，进水塔周边土工膜处于水平状态。
当进水塔周边地基发生不均匀沉降时，进水塔周边土工膜会在差异沉降作用下产生变形，一旦变形超过允许值，土工膜可能会被拉断从而导致土工膜防渗失效。为了提升了进水塔周边土工膜适应地基不均匀沉降的能力，本发明采用上述波纹管的设置，因为波纹管的可伸缩性，地基沉降时土工膜可跟随波纹管在一定范围内发生位移。对于地基沉降较大的情况，需要通过超声波测距系统和灌浆系统对地基沉降区域进行监测和处理，消除不均匀地基沉降，确保土工膜下垫层稳定可靠。
库盘防渗结构包括从下至上依次铺设在库盘4表面的下垫层3、土工膜1和上垫层2。
进水塔底部穿过库盘防渗结构并固设于库盘中。
灌浆装置包括灌浆机10、灌浆主管9和若干根灌浆支管17。
灌浆主管竖向设置于进水塔内，灌浆主管顶部伸出进水塔并与灌浆机相连接，灌浆机与计算机相连接，灌浆机内装填的灌浆料优选为自密实砂浆，能使沉降区域填充的灌浆料更为均匀、平整。
现场试验调试确定合适的灌浆压力；灌浆料预备体积等于地基沉降区域的体积。
如图3所示，灌浆支管的数量优选为八根，可以实现多点同时灌浆，提升了施工效率，缩短了施工周期。
八根灌浆支管呈辐射状布设在灌浆主管底部，每根灌浆支管的灌浆口均指向未沉降前的下垫层。进一步，每根灌浆支管的灌浆口均优选设置有压力传感器16，每个压力传感器均与计算机相连接。
灌浆过程中通过压力传感器实时监测各灌浆口的灌浆压力，当某一个灌浆口的灌浆压力陡增时，认为该灌浆口的灌浆区域已被灌浆料充满，计算机控制灌浆装置结束该灌浆口灌浆；当八个灌浆口均完成灌浆后，不均匀沉降消除，土工膜重新获得稳定可靠的下垫层，满足了运行期土工膜安全运行要求，计算机自动控制灌浆装置停止灌浆。灌浆料采用水泥浆，灌浆压力应由现场试验合理确定，避免因灌浆压力过大导致土工膜顶托破坏。
沉降量检测装置用于检测进水塔周边库盘的沉降量，沉降量检测装置包括超声波收发器11和反射板13。
超声波收发器位置固定地设置于进水塔周边的库盘水体18的上方，超声波收发器优选为2-4个，沿进水塔周向均匀布设，每个超声波收发器均优选通过连杆12与进水塔相连接。同时，每个超声波收发器均与计算机相连接。
反射板的数量与超声波收发器的数量相等，反射板埋设于超声波收发器正下方的下垫层中，并随下垫层进行沉降。
超声波收发器向反射板发射超声波，并接收反射板反射回来的超声波，从而计算超声波收发器与反射板之间的距离，进而判断进水塔周边库盘的沉降量。
沉降量检测装置工作原理如下：
在进水塔周边地基不均匀沉降前，计算机通过控制超声波收发器向反射板发射超声波，超声波依次穿过空气、水、上垫层和土工膜，遇到反射板后被反射回来，反射回来的反射波重新由超声波收发器接收，超声波收发器将反射波转化为电信号并反馈给计算机；计算机根据超声波收发器从发射超声波到接收反射超声波的时间差和预设的测距公式，计算得到沉降前超声波收发器与反射板的距离。
当地基沉降后，反射板跟随地基发生沉降，计算机定期获取沉降后超声波收发器与反射板的距离；计算机根据地基沉降计算公式自动计算地基沉降值，并由地基沉降值初步预估地基沉降区域的体积。
预设的测距公式为：
H＝Δt*C/2
其中，H为超声波收发器与反射板的距离，Δt为超声波收发器从发射超声波到接收到反射超声波的时间差，C为超声波传播速度。
一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的方法，包括如下步骤。
步骤1，超声波收发器与反射板之间初始距离H1的测量：水库蓄水前，开启超声波检测装置，测量超声波收发器与反射板之间的初始距离H1并反馈给计算机。
步骤2，库盘沉降量d值计算：水库蓄水后，超声波检测装置定期监测超声波收发器与反射板之间的实时距离H2，计算机将实时计算库盘沉降量d，其中d＝H2-H1。
步骤3，沉降灌浆防治修复：当库盘沉降量d超过允许值时，计算机自动控制灌浆装置利用灌浆主管通过若干个灌浆支管向土工膜下沉降区域灌注灌浆料；灌浆过程中通过压力传感器实时监测各个灌浆支管灌浆口的灌浆压力；当其中一个灌浆口的灌浆压力陡增时，认为该灌浆口附近的沉降区域已被灌浆料充满，计算机控制灌浆装置结束该灌浆口灌浆；当每个灌浆支管的灌浆口均完成灌浆后，不均匀沉降消除，土工膜获得新下垫层。
步骤4，水库运行过程中，重复步骤2-3，重复对沉降区域进行灌浆处理，直至消除不均匀沉降，确保土工膜下垫层稳定可靠，以满足运行期土工膜安全运行要求。
步骤2中，H1＝Δt1*C/2，H2＝Δt2*C/2，则d＝(Δt2-Δt1)*C/2，其中，Δt1为沉降前超声波收发器从发射超声波到接收到反射超声波的时间差，Δt2为沉降后超声波收发器从发射超声波到接收到反射超声波的时间差，C为超声波传播速度。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，用于进水塔周边库盘防渗结构的防治修复，其特征在于：设施包括灌浆装置、沉降量检测装置和土工膜变形缓冲部件；
库盘防渗结构包括从下至上依次铺设在库盘表面的下垫层、土工膜和上垫层；进水塔底部穿过库盘防渗结构并固设于库盘中；
灌浆装置包括灌浆机、灌浆主管和若干根灌浆支管；灌浆主管竖向设置于进水塔内，灌浆主管顶部伸出进水塔并与灌浆机相连接，若干根灌浆支管呈辐射状布设在灌浆主管底部，每根灌浆支管的灌浆口均指向未沉降前的下垫层；
沉降量检测装置用于检测进水塔周边库盘的沉降量，沉降量检测装置包括超声波收发器和反射板，超声波收发器位置固定地设置于进水塔周边的库盘水体上方，反射板埋设于超声波收发器正下方的下垫层中，并随下垫层进行沉降；超声波收发器向反射板发射超声波，并接收反射板反射回来的超声波，从而计算超声波收发器与反射板之间的距离，进而判断进水塔周边库盘的沉降量；
土工膜变形缓冲部件，用于适应进水塔周边土工膜的竖向变形；
土工膜变形缓冲部件为套装在进水塔外周的波纹管，波纹管顶端与进水塔固定连接，波纹管底端与进水塔外周的土工膜密封粘接；当波纹管处于自然状态时，进水塔周边土工膜处于水平状态。
2.根据权利要求1所述的防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，其特征在于：每根灌浆支管的灌浆口均设置有压力传感器。
3.根据权利要求2所述的防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，其特征在于：还包括计算机，超声波收发器、灌浆机和每个压力传感器均与计算机相连接。
4.根据权利要求1所述的防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，其特征在于：灌浆机内装填的灌浆料为自密实砂浆。
5.根据权利要求1所述的防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，其特征在于：灌浆主管竖向设置在进水塔内，灌浆支管数量为8根，沿灌浆主管底部呈辐射状均匀布设。
6.一种防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的方法，基于权利要求1-5任一项所述的防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的设施，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，超声波收发器与反射板之间初始距离H1的测量：水库蓄水前，开启超声波检测装置，测量超声波收发器与反射板之间的初始距离H1并反馈给计算机；
步骤2，库盘沉降量d值计算：水库蓄水后，超声波检测装置定期监测超声波收发器与反射板之间的实时距离H2，计算机将实时计算库盘沉降量d，其中d＝H2-H1；
步骤3，沉降灌浆防治修复：当库盘沉降量d超过允许值时，计算机自动控制灌浆装置利用灌浆主管通过若干个灌浆支管向土工膜下沉降区域灌注灌浆料；灌浆过程中通过压力传感器实时监测各个灌浆支管灌浆口的灌浆压力；当其中一个灌浆口的灌浆压力陡增时，认为该灌浆口附近的沉降区域已被灌浆料充满，计算机控制灌浆装置结束该灌浆口灌浆；当每个灌浆支管的灌浆口均完成灌浆后，不均匀沉降消除，土工膜获得新下垫层；
步骤4，水库运行过程中，重复步骤2-3，重复对沉降区域进行灌浆处理，直至消除不均匀沉降，确保土工膜下垫层稳定可靠，以满足运行期土工膜安全运行要求。
7.根据权利要求6所述的防治进水塔周边沉降引起土工膜破坏的方法，其特征在于：步骤2中，H1＝Δt1*C/2，H2＝Δt2*C/2，则d＝(Δt2-Δt1)*C/2，其中，Δt1为沉降前超声波收发器从发射超声波到接收到反射超声波的时间差，Δt2为沉降后超声波收发器从发射超声波到接收到反射超声波的时间差，C为超声波传播速度。
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