CN109736273A - 一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，包括内衬钢管制作、内衬钢管安装、打造灌浆孔及灌注砂浆。本发明能彻底解决原输水涵洞环向裂缝、止水损坏、冲蚀、砼碳化等问题，但方案二优势更明显：工程量少、经费省、施工简易、工期短，且施工简易，安全性高，保证了大坝完整性，对大坝影响极小，且施工工艺规范同一，在有效提高施工效率和提高钢结构与输水涵洞连接稳定性和便捷性的同时，另有效的提高了对混凝土结构与钢结构及输水涵洞结构间连接的紧密型，从而极大的提高施工的稳定性和可靠性。

Description

一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法

技术领域

本发明涉及一种水库输水涵内衬钢管灌浆加固方法，属水利施工技术领域。

背景技术

水库等水力设施因使用年限较长、施工时施工技术及质量价差、地质结构及水文环境变化等因素，往往会造成一些水库输水涵洞、堤坝等结构的结构强度降低、渗水、空蚀、冲涮和碳化等等现象，当前在对这些问题进行修复作业时，主要是采用的拆除重建及内衬钢管这两种方式进行施工，但在实际施工中，拆除重建施工周期长、施工工程量大，且施工成本高，因此往往均是采用的内衬钢管该类施工工艺，但当前在进行内衬钢管施工时，缺乏有效统一的施工工艺，且施工中混凝土与金属材质间以发生粘接不稳定等缺陷，从而导致施工质量的稳定性相对较差，因此针对这一现状，迫切需要针对内衬钢管工艺开发一种高效且统一的施工工艺，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种水库输水涵内衬钢管灌浆加固方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，包括以下步骤：

S1，内衬钢管制作，首先由厚度为6—10mm钢板卷制成若干段横断面为圆形的闭合管状结构的管段，且各管段内直径为45—65cm，长度为4—6米；然后采用厚度为10—15mm厚钢板制作若干连接法兰，然后将各管段间通过连接法兰相互连接并同轴分布，最后对连接好的各管段内表面通过钢丝刷除锈后涂环氧树脂层进行防腐，从而得到成品钢管；

S2，内衬钢管安装：内衬钢管安装前先用喷砂方法对涵洞内表面进行表面打毛，然后用高压水枪进行清洗清除原涵洞内表面杂物、脏物、翘裂的砼，最后在涵洞上游设一台挖掘机，并将S1步骤制备的钢管吊起，在涵洞下游安装一台配备了至少一条牵引绳的卷扬机，并使牵引绳前段与位于涵洞上游的钢管一端连接，然后在钢管底部沿钢管轴线方向均布若干滚轮，在与牵引绳连接的钢管管口内设与钢管同轴分布的强化筋，最后由卷扬机驱动牵引绳卷曲，由牵引绳牵引钢管沿着涵洞轴线自涵洞上游向下游匀速移动，并在对钢管牵引过程中对钢管高度调整；

S3，打造灌浆孔：在涵洞中心线上均匀布置6—10个孔位，孔距6—10米，且距涵洞上、下游洞口距离均不小于为4米，然后在各孔位内埋设φ80—φ120mmUPVC2号管作为导管，且导管的承插接头用UPVC胶焊接牢固；

S4，灌注砂浆：完成S2步骤和S3步骤后，首先在在涵洞口四周打孔埋设8根φ12带螺纹的锚筋，然后用至少2cm厚钢板封堵涵洞上、下游洞口，钢板后端面设厚度不低于5mm的橡胶垫，且橡胶垫位于涵洞洞口内，同时钢板设排气管，且排气管与涵洞连通，最后将砂浆通过钻S3步骤的各孔位灌注到涵洞内。

进一步的，所述的S1步骤中，相邻两个管段连接的连接法兰接触面间设厚度为3—15毫米的橡胶垫，每个管段中间位置外表面焊承载钢板，所述承载钢板至少两个，环绕管段轴线均布且承载钢板外表面高出管段外表面至少4.5厘米。

进一步的，所述的S1步骤中，管段内表面的环氧 树脂层厚度不小于3毫米。

进一步的，所述的S2步骤中，钢管的没节管段下焊2排滚轮，轮距2米，轮高共12.5cm。

进一步的，所述的S2步骤中，强化筋为“十”字型、“X”字型、“井”字型及“米”字型中的任意一种。

进一步的，所述的S4步骤中，排气管直径为φ100mm，一端与钢板中点连通另一端高出涵洞上端面至少1米。

进一步的，所述的S4步骤中，灌注用的砂浆为M20砂浆，且砂浆中添加占砂浆水泥总重量0.06%的柠檬酸缓凝剂和占砂浆水泥重量10%的明矾石膨胀剂。

进一步的，所述的S4步骤中，在进行砂浆灌注时，沿涵洞轴线自涵洞上游向下游依次向各空位内进行灌注，且灌注作业时，砂浆灌注压力为0.1~0.3Mpa，并在空位冒桨后停止灌注作业。

本发明能彻底解决原输水涵洞环向裂缝、止水损坏、冲蚀、砼碳化等问题，但方案二优势更明显：工程量少、经费省、施工简易、工期短，且施工简易，安全性高，保证了大坝完整性，对大坝影响极小，且施工工艺规范同一，在有效提高施工效率和提高钢结构与输水涵洞连接稳定性和便捷性的同时，另有效的提高了对混凝土结构与钢结构及输水涵洞结构间连接的紧密型，从而极大的提高施工的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明加固方法流程示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，包括以下步骤：

S1，内衬钢管制作，首先由厚度为6mm钢板卷制成若干段横断面为圆形的闭合管状结构的管段，且各管段内直径为45cm，长度为4米；然后采用厚度为10mm厚钢板制作若干连接法兰，然后将各管段间通过连接法兰相互连接并同轴分布，最后对连接好的各管段内表面通过钢丝刷除锈后涂环氧树脂层进行防腐，从而得到成品钢管；

S2，内衬钢管安装：内衬钢管安装前先用喷砂方法对涵洞内表面进行表面打毛，然后用高压水枪进行清洗清除原涵洞内表面杂物、脏物、翘裂的砼，最后在涵洞上游设一台挖掘机，并将S1步骤制备的钢管吊起，在涵洞下游安装一台配备了至少一条牵引绳的卷扬机，并使牵引绳前段与位于涵洞上游的钢管一端连接，然后在钢管底部沿钢管轴线方向均布若干滚轮，在与牵引绳连接的钢管管口内设与钢管同轴分布的强化筋，最后由卷扬机驱动牵引绳卷曲，由牵引绳牵引钢管沿着涵洞轴线自涵洞上游向下游匀速移动，并在对钢管牵引过程中对钢管高度调整；

S3，打造灌浆孔：在涵洞中心线上均匀布置6个孔位，孔距6米，且距涵洞上、下游洞口距离为4米，然后在各孔位内埋设φ80mmUPVC2号管作为导管，且导管的承插接头用UPVC胶焊接牢固；

S4，灌注砂浆：完成S2步骤和S3步骤后，首先在在涵洞口四周打孔埋设8根φ12带螺纹的锚筋，然后用2cm厚钢板封堵涵洞上、下游洞口，钢板后端面设厚度为5mm的橡胶垫，且橡胶垫位于涵洞洞口内，同时钢板设排气管，且排气管与涵洞连通，最后将砂浆通过钻S3步骤的各孔位灌注到涵洞内。

为了提高砂浆的和易性，加入水泥重量0.06%的柠檬酸缓凝剂，为了防止砂浆凝固收缩，在钢管与砼管辟间产生缝隙，在砂浆加入水泥重量10%的明矾石膨胀剂，确保砂浆灌实灌密，不留空隙。灌浆由上游孔向下游孔按序灌浆，直至灌浆孔灌满冒浆为止，采用灌浆压力控制在0.1Mpa；

其中，所述的S1步骤中，相邻两个管段连接的连接法兰接触面间设厚度为3毫米的橡胶垫，每个管段中间位置外表面焊承载钢板，所述承载钢板至少两个，环绕管段轴线均布且承载钢板外表面高出管段外表面为4.5厘米，所述的S1步骤中，管段内表面的环氧树脂层厚度为3毫米。

同时，所述的S2步骤中，钢管的没节管段下焊2排滚轮，轮距2米，轮高共12.5cm，所述的S2步骤中，强化筋为“十”字型、“X”字型、“井”字型及“米”字型中的任意一种。

此外，所述的S4步骤中，排气管直径为φ100mm，一端与钢板中点连通另一端高出涵洞上端面至少1米。

实施例2

如图1所示，一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，包括以下步骤：

S1，内衬钢管制作，首先由厚度为10mm钢板卷制成若干段横断面为圆形的闭合管状结构的管段，且各管段内直径为65cm，长度为6米；然后采用厚度为15mm厚钢板制作若干连接法兰，然后将各管段间通过连接法兰相互连接并同轴分布，最后对连接好的各管段内表面通过钢丝刷除锈后涂环氧树脂层进行防腐，从而得到成品钢管；

S2，内衬钢管安装：内衬钢管安装前先用喷砂方法对涵洞内表面进行表面打毛，然后用高压水枪进行清洗清除原涵洞内表面杂物、脏物、翘裂的砼，最后在涵洞上游设一台挖掘机，并将S1步骤制备的钢管吊起，在涵洞下游安装一台配备了至少一条牵引绳的卷扬机，并使牵引绳前段与位于涵洞上游的钢管一端连接，然后在钢管底部沿钢管轴线方向均布若干滚轮，在与牵引绳连接的钢管管口内设与钢管同轴分布的强化筋，最后由卷扬机驱动牵引绳卷曲，由牵引绳牵引钢管沿着涵洞轴线自涵洞上游向下游匀速移动，并在对钢管牵引过程中对钢管高度调整；

S3，打造灌浆孔：在涵洞中心线上均匀布置10个孔位，孔距10米，且距涵洞上、下游洞口距离均为8米，然后在各孔位内埋设φ120mmUPVC2号管作为导管，且导管的承插接头用UPVC胶焊接牢固；

S4，灌注砂浆：完成S2步骤和S3步骤后，首先在在涵洞口四周打孔埋设8根φ12带螺纹的锚筋，然后用10cm厚钢板封堵涵洞上、下游洞口，钢板后端面设厚度为20mm的橡胶垫，且橡胶垫位于涵洞洞口内，同时钢板设排气管，且排气管与涵洞连通，最后将砂浆通过钻S3步骤的各孔位灌注到涵洞内。

其中，所述的S1步骤中，相邻两个管段连接的连接法兰接触面间设厚度为15毫米的橡胶垫，每个管段中间位置外表面焊承载钢板，所述承载钢板至少两个，环绕管段轴线均布且承载钢板外表面高出管段外表面5厘米，所述的S1步骤中，管段内表面的环氧 树脂层厚度为10毫米。

此外，所述的S2步骤中，钢管的没节管段下焊2排滚轮，轮距2米，轮高共12.5cm，所述的S2步骤中，强化筋为“十”字型、“X”字型、“井”字型及“米”字型中的任意一种。

与此同时，所述的S4步骤中，排气管直径为φ100mm，一端与钢板中点连通另一端高出涵洞上端面至少1米。

实施例3

如图1所示，一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，包括以下步骤：

S1，内衬钢管制作，首先由厚度为8mm钢板卷制成若干段横断面为圆形的闭合管状结构的管段，且各管段内直径为55cm，长度为5米；然后采用厚度为12mm厚钢板制作若干连接法兰，然后将各管段间通过连接法兰相互连接并同轴分布，最后对连接好的各管段内表面通过钢丝刷除锈后涂环氧树脂层进行防腐，从而得到成品钢管；

S2，内衬钢管安装：内衬钢管安装前先用喷砂方法对涵洞内表面进行表面打毛，然后用高压水枪进行清洗清除原涵洞内表面杂物、脏物、翘裂的砼，最后在涵洞上游设一台挖掘机，并将S1步骤制备的钢管吊起，在涵洞下游安装一台配备了至少一条牵引绳的卷扬机，并使牵引绳前段与位于涵洞上游的钢管一端连接，然后在钢管底部沿钢管轴线方向均布若干滚轮，在与牵引绳连接的钢管管口内设与钢管同轴分布的强化筋，最后由卷扬机驱动牵引绳卷曲，由牵引绳牵引钢管沿着涵洞轴线自涵洞上游向下游匀速移动，并在对钢管牵引过程中对钢管高度调整；

S3，打造灌浆孔：在涵洞中心线上均匀布置8个孔位，孔距8米，且距涵洞上、下游洞口距离为6米，然后在各孔位内埋设φ100mmUPVC2号管作为导管，且导管的承插接头用UPVC胶焊接牢固；

S4，灌注砂浆：完成S2步骤和S3步骤后，首先在在涵洞口四周打孔埋设8根φ12带螺纹的锚筋，然后用5cm厚钢板封堵涵洞上、下游洞口，钢板后端面设厚度为5mm的橡胶垫，且橡胶垫位于涵洞洞口内，同时钢板设排气管，且排气管与涵洞连通，最后将砂浆通过钻S3步骤的各孔位灌注到涵洞内。

其中，所述的S1步骤中，相邻两个管段连接的连接法兰接触面间设厚度为5毫米的橡胶垫，每个管段中间位置外表面焊承载钢板，所述承载钢板至少两个，环绕管段轴线均布且承载钢板外表面高出管段外表面至少7厘米，所述的S1步骤中，管段内表面的环氧 树脂层厚度为5毫米。

同时，所述的S2步骤中，钢管的没节管段下焊2排滚轮，轮距2米，轮高共12.5cm，且所述的S2步骤中，强化筋为“十”字型、“X”字型、“井”字型及“米”字型中的任意一种。

此外，所述的S4步骤中，排气管直径为φ100mm，一端与钢板中点连通另一端高出涵洞上端面至少1米。

实施例4

以连云港市花果山风景区的大村水库为例，对本发明内容进行详细说明：

该水库建成于1960年，主坝为均质土坝，长1040m，坝顶高程22.5m。主坝上有一70×80cm钢筋砼箱式输水涵洞，总长64.8m，末节洞身长14.8m，其余均为10m，涵洞底板顶面高程为9.578m，据洞首拆除开挖的情况看，基础座落在强风化斜长片麻岩上，该层地基承载力很大，属“边勘测、边设计、边施工”工程，输水涵洞建成后为当地农业灌溉、工业和人民生活供水，发挥了很好的作用，同时受当时经济技术条件的限制，设计标准低，工程施工质量较差，又已运行了40多年，主体结构已暴露很多问题，已危及主坝的安全。

若拆除老涵洞，在原位新建一孔1.2×1.5m壁厚0.35m的钢筋砼箱式输水涵洞，彻底解原涵洞存在的所有问题。洞身段工程量：土方开挖3.45万m3，土方回填3.42万m3，钢筋砼 154m3，钢筋11.6t，共需经费112.98万元，工期6016个工日；

若内衬钢板，考虑到该输水涵洞座落在强风化岩上，沉降量小，又经四十多年运行，沉降已稳定，原洞身产生很多环向裂缝，加之原洞身尺寸断面很小，采用内衬8mm厚钢板外灌砂浆法。但该方案要缩小涵洞断面尺寸，因农田减少，灌溉流量降低，经流量计算，涵管直径55cm即可满足农田灌溉要求，而该方案需钢板7.09t ，M20砂浆20.0m3，共需经费23.3万元，工期865个工日；

两方案比选：两方案均能彻底解决原输水涵洞环向裂缝、止水损坏、冲蚀、砼碳化等问题，但方案二优势更明显：工程量少、经费省、施工简易、工期短。方案二的经费为方案一的经费20.6% ，方案二工日为方案一工日15.9% ，方案二无需破坝施工，仅土方开挖、回填就能节约经费93.51万元，工日减少5431个。且方案二施工简易，安全性高，保证了大坝完整性，对大坝影响极小。最终选定内衬钢板方案对输水涵洞进行加固。

如图1所示，其具体加固方法，包括以下步骤：

S1，内衬钢管制作，内衬钢管采用8mm厚钢板卷制而成，内直径为55cm，每节长5.4米，洞身长64.8米，共需12节。采用12mm厚钢板制作的法兰联接，用12φ12螺栓现场联接，连接法兰间用5mm厚橡胶垫夹紧，起到止水作用。为保证钢管能在洞内顺畅移动，方便安装，同时保证管底下有砂浆填充，在每节管下焊2排滚轮，轮距2米，轮高共12.5cm；为保证钢管每边不少于4.5cm厚的水泥砂浆保护层，在每节钢管中间两边加焊半圆形钢板；为防止以后运行中钢板锈蚀，在管道内侧用电动钢丝刷除锈后涂环氧树脂二度防腐；

S2，内衬钢管安装：内衬钢管安装前先用喷砂方法对原涵洞内表面进行表面打毛，清除杂物、脏物、翘裂的砼，并用高压水枪进行清洗，以利所灌砂浆与老混凝土结合牢固。钢管安装，通过挖掘机吊装配合卷扬机牵引进行。在上游设一台挖掘机，起吊钢管，在涵洞下游安装一台5t卷扬机，用钢丝绳牵引钢管一端，通过管底部滚轮移动。拴钢丝绳处用φ25钢筋焊成十字形，对管口进行加固，以防钢管变形，管接头用法兰联接拧紧，内衬橡胶垫；

S3，打造灌浆孔：在涵洞中心线上均匀布置8个孔位，孔距8米，距涵洞上、下游洞口各为4米。通过钻孔机钻孔，成孔后孔内埋设φ100mmUPVC2号管作为导管，承插接头用UPVC胶焊接牢固；

S4，灌注砂浆：钢管就位后，用2cm厚钢板封堵输水涵洞上、下游洞口，预先在涵洞口四周打孔埋设8根φ12带螺纹的锚筋，钢板与砼之间加垫一层5mm厚橡胶垫，防止砂浆淅出，并在钢板中间焊置一φ100mm排气管，管长高于涵洞顶口1米。购买商品砂浆，通过钻孔向涵洞内灌注M20砂浆，为了提高砂浆的和易性，加入水泥重量0.06%的柠檬酸缓凝剂，为了防止砂浆凝固收缩，在钢管与砼管辟间产生缝隙，在砂浆加入水泥重量10%的明矾石膨胀剂，确保砂浆灌实灌密，不留空隙。灌浆由上游孔向下游孔按序灌浆，直至灌浆孔灌满冒浆为止，采用灌浆压力控制在0.1~0.3Mpa。

本发明能彻底解决原输水涵洞环向裂缝、止水损坏、冲蚀、砼碳化等问题，但方案二优势更明显：工程量少、经费省、施工简易、工期短，且施工简易，安全性高，保证了大坝完整性，对大坝影响极小，且施工工艺规范同一，在有效提高施工效率和提高钢结构与输水涵洞连接稳定性和便捷性的同时，另有效的提高了对混凝土结构与钢结构及输水涵洞结构间连接的紧密型，从而极大的提高施工的稳定性和可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种水库输水涵内衬钢管灌浆加固方法，其特征在于：所述的水库输水涵内衬钢管灌浆加固方法包括以下步骤：

S1，内衬钢管制作，首先由厚度为6—10mm钢板卷制成若干段横断面为圆形的闭合管状结构的管段，且各管段内直径为45—65cm，长度为4—6米；然后采用厚度为10—15mm厚钢板制作若干连接法兰，然后将各管段间通过连接法兰相互连接并同轴分布，最后对连接好的各管段内表面通过钢丝刷除锈后涂环氧树脂层进行防腐，从而得到成品钢管；

S2，内衬钢管安装：内衬钢管安装前先用喷砂方法对涵洞内表面进行表面打毛，然后用高压水枪进行清洗清除原涵洞内表面杂物、脏物、翘裂的砼，最后在涵洞上游设一台挖掘机，并将S1步骤制备的钢管吊起，在涵洞下游安装一台配备了至少一条牵引绳的卷扬机，并使牵引绳前段与位于涵洞上游的钢管一端连接，然后在钢管底部沿钢管轴线方向均布若干滚轮，在与牵引绳连接的钢管管口内设与钢管同轴分布的强化筋，最后由卷扬机驱动牵引绳卷曲，由牵引绳牵引钢管沿着涵洞轴线自涵洞上游向下游匀速移动，并在对钢管牵引过程中对钢管高度调整；

S3，打造灌浆孔：在涵洞中心线上均匀布置6—10个孔位，孔距6—10米，且距涵洞上、下游洞口距离均不小于为4米，然后在各孔位内埋设φ80—φ120mmUPVC2号管作为导管，且导管的承插接头用UPVC胶焊接牢固；

S4，灌注砂浆：完成S2步骤和S3步骤后，首先在在涵洞口四周打孔埋设8根φ12带螺纹的锚筋，然后用至少2cm厚钢板封堵涵洞上、下游洞口，钢板后端面设厚度不低于5mm的橡胶垫，且橡胶垫位于涵洞洞口内，同时钢板设排气管，且排气管与涵洞连通，最后将砂浆通过钻S3步骤的各孔位灌注到涵洞内。

2.根据权利要求1述的一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，其特征在于：所述的S1步骤中，相邻两个管段连接的连接法兰接触面间设厚度为3—15毫米的橡胶垫，每个管段中间位置外表面焊承载钢板，所述承载钢板至少两个，环绕管段轴线均布且承载钢板外表面高出管段外表面至少4.5厘米。

3.根据权利要求1述的一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，其特征在于：所述的S1步骤中，管段内表面的环氧 树脂层厚度不小于3毫米。

4.根据权利要求1述的一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，其特征在于：所述的S2步骤中，钢管的没节管段下焊2排滚轮，轮距2米，轮高共12.5cm。

5.根据权利要求1述的一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，其特征在于：所述的S2步骤中，强化筋为“十”字型、“X”字型、“井”字型及“米”字型中的任意一种。

6.根据权利要求1述的一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，其特征在于：所述的S4步骤中，排气管直径为φ100mm，一端与钢板中点连通另一端高出涵洞上端面至少1米。

7.根据权利要求1述的一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，其特征在于：所述的S4步骤中，灌注用的砂浆为M20砂浆，且砂浆中添加占砂浆水泥总重量0.06%的柠檬酸缓凝剂和占砂浆水泥重量10%的明矾石膨胀剂。

8.根据权利要求1述的一种水库输水涵内衬钢灌浆加固方法，其特征在于：所述的S4步骤中，在进行砂浆灌注时，沿涵洞轴线自涵洞上游向下游依次向各空位内进行灌注，且灌注作业时，砂浆灌注压力为0.1~0.3Mpa，并在空位冒桨后停止灌注作业。