CN109778783B - 适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，包括以下步骤：S1：配制油性聚氨酯灌浆材料；S2：确定渗漏区域；S3：布置注浆管；S4：灌浆；防渗体系上游侧的水压大于灌浆材料聚合的反应内压，聚合反应速度缓慢，灌浆材料跟随上游渗漏通道（4）的水流靶向地流向防渗体系（5）的缺陷（6）位置；穿过缺陷（6）后，水压瞬间降低，下游侧聚合反应加剧，快速发泡产生固化泡沫堵住防渗体系缺陷。本方法无需找到防渗体系中缺陷的具体位置，灌浆材料能够自动跟随水流进入缺陷处，并在缺陷下游侧逐渐产生固化泡沫完成封堵，实现了“靶向”堵漏。特别适用于渗径较长、缺陷位置隐蔽不可见的防渗体系的靶向堵漏施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种防渗体系缺陷补漏技术，特别是涉及一种适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法。
背景技术
随着国家水利工程的大力推进，我国修建了众多的混凝土大坝和地下防渗工程。由于众多的原因，达到一定水位时，混凝土大坝和地下防渗工程漏水现象时有发生，不仅影响正常生产，而且严重威胁大坝和地下工程的运行安全。
中国专利CN104846784B公开了一种重力式坝伸缩缝止水失效顶水快速封闭的处理方法，采用辅助减渗流措施，放入化学注浆管、混凝土注浆管，先注入快凝高膨胀聚氨酯灌浆材料，后注入特种抗冲刷水泥基材料，封闭到钻孔口。该处理方法可以快速处理已知缺陷的伸缩缝止水破坏造成的漏水问题，但只能针对大坝迎水面方向、表面原伸缩缝止水带位置进行堵漏，需要确定原伸缩缝的位置，沿伸缩缝向下钻孔，无法适用于隐藏式防渗体系的堵漏施工，更无法实现靶向堵漏功能。
中国专利CN107034848A公开了一种储水混凝土堤坝施工缝柔性堵漏的施
工方法，该方法包括阻水孔定位、阻水孔钻孔、安装膜袋、灌注膏状物料形成膜袋填充层、化学灌浆孔钻孔、灌注柔性封堵材料等步骤。该方法可以解决基础出现不均匀沉降造成混凝土施工缝张漏水的问题，但其同样是处理表面缺陷，且必须先对施工缝进行定位，无法适用于隐藏式防渗体系的堵漏施工。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用聚氨酯灌浆材料在水压大于反应内压的情况下反应缓慢、穿过防渗体系缺陷后外部水压低于临界反应内压快速聚合发泡的原理，特别适用于渗径较长、缺陷位置隐蔽不可见的防渗体系的靶向堵漏施工。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，包括以下步骤：
S1：配制油性聚氨酯灌浆材料；
油性聚氨酯灌浆材料由聚氨酯浆液和聚氨酯催化剂组成，配制灌浆材料过程中根据使用环境将两种成分按不同比例均匀混合；
S2：确定渗漏区域；
根据现场渗漏情况，确定渗漏通道入口点的大致位置，得到渗漏区域，无需确定防渗体系缺陷的具体位置；
S3：布置注浆管；
注浆管的顶部与灌浆设备相连，末端伸入水下靠近步骤S2所确定的渗漏区域；
S4：灌浆；
通过注浆管将配制好的油性聚氨酯灌浆材料注入渗漏区域，油性聚氨酯灌浆材料脱离注浆管后，防渗体系上游侧的水压大于油性聚氨酯灌浆材料聚合的反应内压，聚合反应速度缓慢，此时油性聚氨酯灌浆材料仍保持油性液体状态，油性聚氨酯灌浆材料跟随上游渗漏通道的水流靶向地流向防渗体系的缺陷位置；穿过缺陷后，水压瞬间降低，突破了灌浆材料聚合的反应内压，油性聚氨酯灌浆材料在防渗体系缺陷的下游侧聚合反应加剧，快速发泡包裹周围物质产生固化泡沫堵住防渗体系缺陷下游侧的下游渗漏通道，实现靶向堵漏。
步骤S4中，若防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；此时，可以通过增加油性聚氨酯灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化。
优选的，增加后油性聚氨酯灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为15%~20%。
步骤S4中，若防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；此时，也可以通过升高油性聚氨酯灌浆材料的温度以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化。
优选的，升高后油性聚氨酯灌浆材料的温度为30~35℃。
所述的注浆管自内向外依次设有导热内管、加热层和隔热外管，用于在灌浆过程中利用注浆管对灌浆材料进行同步加热。
灌浆过程中，先经过以浆赶水阶段，此时灌注的油性聚氨酯灌浆材料为低配比灌浆材料，低配比灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为1%~5%；灌注一段低配比灌浆材料后，换为灌注高配比灌浆材料，高配比灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为10%~15%，直到灌浆结束。
所述的聚氨酯浆液为斥水型聚氨酯。
本发明的有益效果是：
1）本发明利用聚氨酯组合材料本身遇水发泡膨胀、以及其在水压较高的环境下发泡缓慢的性能特点，通过注浆管将灌浆材料泵至水下，灌浆材料在高水压环境下发泡缓慢，跟随上游渗漏通道的水流靶向地流向防渗体系的缺陷位置，穿过缺陷后，水压瞬间降低，突破了灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料在防渗体系缺陷的下游侧聚合反应加剧，快速发泡产生固化泡沫堵住下游渗漏通道，实现堵漏。
本方法无需找到防渗体系中缺陷的具体位置，灌浆材料能够自动跟随水流进入缺陷处，并在缺陷下游侧逐渐产生固化泡沫完成封堵，实现了“靶向”堵漏。特别适用于渗径较长、缺陷位置隐蔽不可见的防渗体系的靶向堵漏施工。
2）本发明施工方法简单、成本低、堵漏效果好，特别适用于储水堤坝防渗体系缺陷的堵漏，可以带水操作，不影响正常蓄水。
3）当防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；可以通过增加油性聚氨酯灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化，提高了整个施工方法的可靠性和适用性。
4）当防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；可以通过升高油性聚氨酯灌浆材料的温度以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化，提高了整个施工方法的可靠性和适用性。
5）对注浆管结构进行改造，导热内管能够将加热层温度快速传递至管内灌浆材料，隔热外管可隔离灌浆材料与管外水之间的热传递，使得在灌浆过程中即可利用注浆管对灌浆材料进行同步加热，一方面，降低了灌浆材料的粘稠度，便于灌注施工，不堵管；另一方面，便于调节灌浆材料温度达到调节灌浆材料反应内压的目的。
6）灌浆过程中，先经过以浆赶水阶段，先灌注低配比灌浆材料，灌注一段低配比灌浆材料后再换为灌注高配比灌浆材料，这样做的好处是：低配比灌浆材料遇水反应固化速度慢，避免开始灌注的灌浆材料与管道中的水接触太快固化堵塞管道，在有一段低配比灌浆材料的隔离后，再灌注高配比灌浆材料，不影响整个堵漏施工效果。
7）本发明聚氨酯浆液采用斥水型聚氨酯，避免灌浆材料与水接触后被稀释影响发泡固化效果。
附图说明
图1为本发明施工方法原理示意图；
图2为本发明注浆管结构剖视图；
图中，1-渗漏通道入口点，2-注浆管，3-下游渗漏通道，4-上游渗漏通道，5-防渗体系，6-缺陷。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：
适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，包括以下步骤：
S1：配制油性聚氨酯灌浆材料；
油性聚氨酯灌浆材料由聚氨酯浆液和聚氨酯催化剂组成，配制灌浆材料过程中根据使用环境（具体是根据缺陷6下游侧的水压情况）将两种成分按不同比例均匀混合；
本实施例中，聚氨酯浆液采用斥水型聚氨酯，避免灌浆材料与水接触后被稀释影响发泡固化效果。
S2：确定渗漏区域；
如图1所示，根据现场渗漏情况，确定渗漏通道入口点1的大致位置，得到渗漏区域，只需要大致确定上游侧渗漏通道4的入口点1位置（大致确定即可，因为只要在入口点1附近，灌浆材料都能跟随水流流入上游侧渗漏通道4），无需确定防渗体系缺陷的具体位置。
S3：布置注浆管；
注浆管2的顶部与灌浆设备相连，末端伸入水下靠近步骤S2所确定的渗漏区域；
S4：灌浆；
通过注浆管2将配制好的油性聚氨酯灌浆材料注入渗漏区域，油性聚氨酯灌浆材料脱离注浆管2后，因防渗体系上游侧（图1中右侧）水位高，防渗体系上游侧的深水下水压大于油性聚氨酯灌浆材料聚合的反应内压，聚合反应速度缓慢，此时油性聚氨酯灌浆材料仍保持油性液体状态，油性聚氨酯灌浆材料跟随上游渗漏通道4的水流靶向地流向防渗体系5的缺陷6位置；穿过缺陷6后，水压瞬间降低（因为下游侧水位相对较低），突破了灌浆材料聚合的反应内压，油性聚氨酯灌浆材料在防渗体系缺陷6的下游侧聚合反应加剧，快速发泡包裹周围物质（如砂石颗粒）产生固化泡沫堵住防渗体系缺陷下游侧（图1中左侧）的下游渗漏通道3，实现靶向堵漏。实际发泡过程中，从下游渗漏通道3后端逐渐向缺陷6的位置发泡，直到封堵缺陷6的出口，最后灌浆材料留存于缺陷6内，虽聚合反应缓慢，但最终也会固化封堵缺陷6。
灌浆过程中，如果防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压仍然大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；此时，可以通过增加油性聚氨酯灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化。优选的，增加后油性聚氨酯灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为15%~20%。
表1灌浆材料温度在25℃的情况下，聚氨酯催化剂用量比例与灌浆材料反应内压关系表
| 聚氨酯催化剂用量 | 5% | 10% | 15% | 20% |
| 灌浆材料反应内压 | 0.08MPa | 0.10MPa | 0.14MPa | 0.15MPa |
灌浆过程中，如果防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；此时，也可以通过升高油性聚氨酯灌浆材料的温度以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化。优选的，升高后油性聚氨酯灌浆材料的温度为30~35℃。
表2聚氨酯催化剂用量占油性聚氨酯灌浆材料10%的情况下，灌浆材料温度与灌浆材料反应内压关系表
| 灌浆材料温度 | 10℃ | 20℃ | 25℃ | 30℃ |
| 灌浆材料反应内压 | 0.03MPa | 0.08MPa | 0.10MPa | 0.15MPa |
为了实现灌浆材料的加热，作为优选的，如图2所示，本发明所述的注浆管2自内向外依次设有导热内管2.1、加热层2.2和隔热外管2.3，用于在灌浆过程中利用注浆管2对灌浆材料进行同步加热。导热内管2.1能够将加热层2.2温度快速传递至管内灌浆材料，隔热外管2.3可隔离灌浆材料与管外水之间的热传递，使得在灌浆过程中即可利用注浆管2对灌浆材料进行同步加热，一方面，降低了灌浆材料的粘稠度，便于灌注施工，不堵管；另一方面，便于调节灌浆材料温度达到调节灌浆材料反应内压的目的。
灌浆过程中，先经过以浆赶水阶段，此时灌注的油性聚氨酯灌浆材料为低配比灌浆材料，低配比灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为1%~5%；灌注一段低配比灌浆材料后，换为灌注高配比灌浆材料，高配比灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为10%~15%，直到灌浆结束。先灌注低配比灌浆材料，灌注一段低配比灌浆材料后再换为灌注高配比灌浆材料，这样做的好处是：低配比灌浆材料遇水反应固化速度慢，避免开始灌注的灌浆材料与管道中的水接触太快固化堵塞管道，在有一段低配比灌浆材料的隔离后，再灌注高配比灌浆材料，不影响整个堵漏施工效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：配制油性聚氨酯灌浆材料；
油性聚氨酯灌浆材料由聚氨酯浆液和聚氨酯催化剂组成，配制灌浆材料过程中根据使用环境将两种成分按不同比例均匀混合；
S2：确定渗漏区域；
根据现场渗漏情况，确定渗漏通道入口点（1）的大致位置，得到渗漏区域，无需确定防渗体系缺陷的具体位置；
S3：布置注浆管；
注浆管（2）的顶部与灌浆设备相连，末端伸入水下靠近步骤S2所确定的渗漏区域；
S4：灌浆；
通过注浆管（2）将配制好的油性聚氨酯灌浆材料注入渗漏区域，油性聚氨酯灌浆材料脱离注浆管（2）后，防渗体系上游侧的水压大于油性聚氨酯灌浆材料聚合的反应内压，聚合反应速度缓慢，此时灌浆材料仍保持油性液体状态，油性聚氨酯灌浆材料跟随上游渗漏通道（4）的水流靶向地流向防渗体系（5）的缺陷（6）位置；穿过缺陷（6）后，水压瞬间降低，突破了灌浆材料聚合的反应内压，油性聚氨酯灌浆材料在防渗体系缺陷的下游侧聚合反应加剧，快速发泡包裹周围物质产生固化泡沫堵住防渗体系缺陷下游侧的下游渗漏通道（3），实现靶向堵漏。
2.根据权利要求1所述的适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于：步骤S4中，若防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；此时，通过增加油性聚氨酯灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化。
3.根据权利要求2所述的适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于：增加后油性聚氨酯灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为15%~20%。
4.根据权利要求1所述的适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于：步骤S4中，若防渗体系缺陷下游侧的水深过深，导致缺陷下游侧水压大于灌浆材料聚合的反应内压，灌浆材料无法在缺陷下游侧有效发生聚合反应；此时，通过升高油性聚氨酯灌浆材料的温度以增大灌浆材料聚合的反应内压，直到灌浆材料在缺陷下游侧有效地发泡固化。
5.根据权利要求4所述的适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于：升高后油性聚氨酯灌浆材料的温度为30~35℃。
6.根据权利要求4或5所述的适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于：所述的注浆管（2）自内向外依次设有导热内管（2.1）、加热层（2.2）和隔热外管（2.3），用于在灌浆过程中利用注浆管（2）对灌浆材料进行同步加热。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于：灌浆过程中，先经过以浆赶水阶段，此时灌注的油性聚氨酯灌浆材料为低配比灌浆材料，低配比灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为1%~5%；灌注一段低配比灌浆材料后，换为灌注高配比灌浆材料，高配比灌浆材料中聚氨酯催化剂的比例为10%~15%，直到灌浆结束。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的适用于水下防渗体系缺陷的靶向堵漏施工方法，其特征在于：所述的聚氨酯浆液为斥水型聚氨酯。
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