CN110438946B - 一种成孔和注浆一体化构建聚氨酯防护体系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成孔和注浆一体化构建聚氨酯防护体系的方法，通过静力压入装置对中空连接杆施加压力，从而将中空连接杆和中空钻头压入已经钻设完成的注浆孔内，压入过程中两个钻翼对注浆孔的管壁进行切割形成缝隙，然后利用中空连接杆和中空钻头的中空结构，将聚氨酯浆体注入中空连接杆内，聚氨酯的自身重力和空气压缩机提供的气体压力，使得聚氨酯浆体顶开钻尖进入注浆孔内，通过聚氨酯发泡倍数反算出注浆前中空钻头提升的高度，通过连接杆向上提升的速度算出聚氨酯反应发泡时间，实现成孔和注浆一体化构建出聚氨酯帷幕。在孔模成型后无需取出中空钻头即能注入聚氨酯浆体，从而不仅方便施工，而且能防止中空钻头提升后由于周围应力导致孔模闭合的情况发生。

Description

一种成孔和注浆一体化构建聚氨酯防护体系的方法

技术领域

本发明涉及一种用于堤坝防渗加固的方法，具体是一种成孔和注浆一体化构建聚氨酯防护体系的方法。

背景技术

我国的水利基础设施，在经过长期运行和检修不及时会导致其老化严重，使得水利设施的病险问题较为突出。目前，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。由于我国的堤防建设历史悠久，多数的堤防都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，由于不同时期的设计要求不同，使得当年的填筑质量多达不到目前的设计要求，从而使现有堤坝存在不同的安全隐患。在我国现有的4万多座病险水库中，其中90％以上为土石坝，并且大部分的堤防为土质堤防。因此需要对上述病险水库进行防渗加固。为了解决水利接触设施防渗加固问题，针对目前的混凝土防渗墙技术、水泥土搅拌桩技术、高压喷射灌浆技术等存在的不足，申请号为：200910227698.X，名称为：高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法的中国发明专利公开了一种新方法，该方法利用V型钻具成孔，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。但是目前该方法在使用过程中会存在以下问题：①由于该方法先形成孔模后注浆，因此不能立即形成防渗帷幕，从而会增加工序、费时费力；②若钻孔的土质较松软，则在周围应力向孔模处挤压的作用下，成孔后V型钻具退出过程中会导致由钻翼切割形成的孔模发生闭合，且越深处孔模的闭合情况越严重，后续无法将高聚物注入孔模内，最终影响连续的超薄高聚物防渗帷幕的形成，达不到所需防渗加固的效果。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种成孔和注浆一体化构建聚氨酯防护体系的方法，能在孔模成型后无需取出中空钻头即能注入聚氨酯浆体，从而不仅方便施工，而且能防止中空钻头提升后由于周围应力导致孔模闭合的情况发生。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种成孔和注浆一体化构建聚氨酯防护体系的方法，采用聚氨酯帷幕形成系统进行构建，具体步骤为：

A、先根据堤坝的防渗加固要求与中空钻头的钻翼尺寸，得出各个注浆孔的孔径及相互之间的间距，最终确定各个注浆孔的位置，使各个注浆孔形成孔模及注入聚氨酯浆体后能形成聚氨酯帷幕；

B、采用钻机依次对步骤A确定的各个注浆孔位置进行钻孔，选定各个注浆孔中处于两端的其中一个作为第一注浆孔，在多个中空连接杆中选择一个作为中空连接杆Ⅰ，将中空钻头与中空连接杆Ⅰ连接，然后将静力压入装置夹持中空连接杆Ⅰ的外表面，使中空钻头对准第一个注浆孔，通过控制器发出控制信号，动力传动泵开启并向静力压入装置输送液压油，从而使静力压入装置对中空钻头与中空连接杆Ⅰ施加向下的压力，中空钻头与中空连接杆Ⅰ向下移动并压入第一注浆孔内，同时两个钻翼对第一注浆孔的孔壁进行切割；直至中空连接杆Ⅰ的上端向下移动到靠近静力压入装置时，控制器发出控制信号停止动力传动泵工作进而停止静力压入装置对中空连接杆Ⅰ施加的压力；

C、再选择一个中空连接杆作为中空连接杆Ⅱ，使其与中空连接杆Ⅰ的上端同轴螺纹连接，然后再次启动动力传动泵使静力压入装置对中空连接杆Ⅰ和中空连接杆Ⅱ继续施加压力，进而将中空连接杆Ⅰ全部压入第一注浆孔内及使中空连接杆Ⅱ的上端向下移动到靠近静力压入装置时停止静力压入装置；

D、重复步骤C，再选择一个中空连接杆与中空连接杆Ⅱ的上端同轴连接，直至中空钻头在第一个注浆孔内到达聚氨酯帷幕的所需的设计深度；

E、确定聚氨酯帷幕的聚氨酯发泡倍数为4倍，然后将中空钻头提升，提升高度为聚氨酯帷幕设计深度的1/4加上0.3m～0.5m的保护距离；

F、将处于最上端的中空连接杆的上端与聚氨酯注浆管连通，然后将充分搅拌的聚氨酯导入聚氨酯混合器内，关闭密封盖，使密封盖与聚氨酯混合器形成密闭空间；

G、依次打开第一控制阀、第二控制阀和空气压缩机，在聚氨酯的重力和空气压缩机提供的气体压力作用下，聚氨酯浆体经过聚氨酯注浆管进入中空连接杆内并到达中空钻头，当中空钻头与钻尖的吸合磁力小于聚氨酯浆体施加的压力时，聚氨酯浆体顶开钻尖注入到第一个注浆孔内；

H、当注浆孔的孔口有大量空气溢出时(说明聚氨酯混合器内的聚氨酯已全部注入，此时空气压缩机产生的压缩空气进入注浆孔内后从孔口溢出)，依次关闭空气压缩机、第二控制阀和第一控制阀，并拆除聚氨酯注浆管与中空连接杆的连接；

I、然后采用提升机向上提升中空连接杆，每当一个中空连接杆完全从注浆孔内出来后，即停止提升并拆卸该中空连接杆，完成后提升机继续对其下方的中空连接杆继续提升，并重复上述中空连接杆的拆卸过程，直至将中空钻头从注浆孔内取出，提升机停止工作；提升机对中空连接杆的提升速度为5～10m/min，每个中空连接杆的拆卸时间为0.5～1min；根据中空连接杆的提升速度和每个中空连接杆的拆卸时间，计算出中空钻头脱离注浆孔所需的时间，即确定聚氨酯开始发泡时间为从中空连接杆提升到中空钻头脱离注浆孔所需的时间；

J、待聚氨酯浆体在第一个注浆孔内反应固化后，即完成第一个注浆孔的聚氨酯帷幕构建；

K、重复步骤B～J，进行下一个注浆孔聚氨酯帷幕构建，直至按照堤坝防渗加固要求完成所有注浆孔的聚氨酯帷幕构建。

与现有技术相比，本发明通过静力压入装置对中空连接杆施加压力，从而将中空连接杆和中空钻头压入已经钻设完成的注浆孔内，压入过程中两个钻翼对注浆孔的管壁进行切割形成缝隙，然后利用中空连接杆和中空钻头的中空结构，将聚氨酯浆体注入中空连接杆内，聚氨酯的自身重力和空气压缩机提供的气体压力，使得聚氨酯浆体顶开钻尖进入注浆孔内，通过聚氨酯发泡倍数反算出注浆前中空钻头应该提升的高度，通过连接杆向上提升的速度算出聚氨酯反应发泡时间，实现成孔和注浆一体化构建出聚氨酯帷幕，本发明避免了孔模成型后在中空钻头从注浆孔取出时，由于周围岩体的应力作用导致钻翼切割的缝隙闭合而影响连续的聚氨酯防渗帷幕的形成，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明中聚氨酯帷幕形成系统的结构示意图。

图中：1、堤坝；2、中空钻头；2-1、钻尖；2-2、磁铁Ⅰ；2-3、钻翼；3、中空连接杆；4、注浆孔；5、控制器；6、动力传动泵；7、液压动力传送管；8、静力压入装置；9、聚氨酯注浆管；10、第一控制阀；11、聚氨酯混合器；12、密封盖；13、高压胶管；14、第二控制阀；15、空气压缩机。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步说明。

如图1所示，以该图的上方为上方、下方为下方进行描述，本发明采用聚氨酯帷幕形成系统进行构建，具体步骤为：

A、先根据堤坝1的防渗加固要求与中空钻头2的钻翼2-3尺寸，得出各个注浆孔4的孔径及相互之间的间距，最终确定各个注浆孔4的位置，使各个注浆孔4形成孔模及注入聚氨酯浆体后能形成聚氨酯帷幕；

B、采用钻机依次对步骤A确定的各个注浆孔4位置进行钻孔，选定各个注浆孔4中处于两端的其中一个作为第一注浆孔，在多个中空连接杆3中选择一个作为中空连接杆Ⅰ，将中空钻头2与中空连接杆Ⅰ连接，然后将静力压入装置8夹持中空连接杆Ⅰ的外表面，使中空钻头2对准第一个注浆孔，通过控制器5发出控制信号，动力传动泵6开启并向静力压入装置8输送液压油，从而使静力压入装置8对中空钻头2与中空连接杆Ⅰ施加向下的压力，中空钻头2与中空连接杆Ⅰ向下移动并压入第一注浆孔内，同时两个钻翼2-3对第一注浆孔的孔壁进行切割；直至中空连接杆Ⅰ的上端向下移动到靠近静力压入装置8时，控制器5发出控制信号停止动力传动泵6工作进而停止静力压入装置8对中空连接杆Ⅰ施加的压力；

C、再选择一个中空连接杆3作为中空连接杆Ⅱ，使其与中空连接杆Ⅰ的上端同轴螺纹连接，然后再次启动动力传动泵6使静力压入装置8对中空连接杆Ⅰ和中空连接杆Ⅱ继续施加压力，进而将中空连接杆Ⅰ全部压入第一注浆孔内及使中空连接杆Ⅱ的上端向下移动到靠近静力压入装置8时停止静力压入装置8；

D、重复步骤C，再选择一个中空连接杆3与中空连接杆Ⅱ的上端同轴连接，直至中空钻头2在第一个注浆孔内到达聚氨酯帷幕的所需的设计深度；

E、确定聚氨酯帷幕的聚氨酯发泡倍数为4倍，然后将中空钻头2提升，提升高度为聚氨酯帷幕设计深度的1/4加上0.3m～0.5m的保护距离；

F、将处于最上端的中空连接杆3的上端与聚氨酯注浆管连通，然后将充分搅拌的聚氨酯导入聚氨酯混合器11内，关闭密封盖12，使密封盖12与聚氨酯混合器11形成密闭空间，确保不漏气；

G、依次打开第一控制阀10、第二控制阀14和空气压缩机15，在聚氨酯的重力和空气压缩机15提供的气体压力作用下，聚氨酯浆体经过聚氨酯注浆管9进入中空连接杆3内并到达中空钻头2，当中空钻头2与钻尖2-1的吸合磁力小于聚氨酯浆体施加的压力时，聚氨酯浆体顶开钻尖2-1注入到第一个注浆孔内；

H、当注浆孔4的孔口有大量空气溢出时(说明聚氨酯混合器11内的聚氨酯已全部注入，此时空气压缩机15产生的压缩空气进入注浆孔4内后从孔口溢出)，依次关闭空气压缩机15、第二控制阀14和第一控制阀10，并拆除聚氨酯注浆管9与中空连接杆3的连接；

I、然后采用提升机向上提升中空连接杆3，每当一个中空连接杆完全从注浆孔4内出来后，即停止提升并拆卸该中空连接杆3，完成后提升机继续对其下方的中空连接杆继续提升，并重复上述中空连接杆3的拆卸过程，直至将中空钻头2从注浆孔4内取出，提升机停止工作；提升机对中空连接杆的提升速度为5～10m/min，每个中空连接杆的拆卸时间为0.5～1min；根据中空连接杆的提升速度和每个中空连接杆的拆卸时间，计算出中空钻头2脱离注浆孔所需的时间，即确定聚氨酯开始发泡时间为从中空连接杆提升到中空钻头脱离注浆孔所需的时间；

J、待聚氨酯浆体在第一个注浆孔内反应固化后，即完成第一个注浆孔的聚氨酯帷幕构建；

K、重复步骤B～J，进行下一个注浆孔聚氨酯帷幕构建，直至按照堤坝1防渗加固要求完成所有注浆孔4的聚氨酯帷幕构建。

本发明中的聚氨酯帷幕形成系统包括中空钻头2、钻尖2-1、中空连接杆3、静力压入装置8、动力传动泵6、控制器5、聚氨酯混合器11和空气压缩机15，

所述中空钻头2的下端设有磁铁Ⅰ2-2，钻尖2-1连接端设有磁铁Ⅱ，钻尖2-1通过磁铁Ⅰ2-2和磁铁Ⅱ的磁力吸合固定在中空钻头2的下端，中空连接杆3的下端与中空钻头2的上端同轴螺纹连接；中空钻头2的两侧对称固定有两个钻翼2-3；

所述静力压入装置8夹持中空连接杆3的外表面，用于对中空连接杆3施加向下的压力；动力传动泵6通过液压动力传送管7与静力压入装置8连通，控制器5与动力传动泵6电连接；所述中空连接杆3为多个，多个中空连接杆3同轴螺纹连接；

所述聚氨酯混合器11的出料口通过聚氨酯注浆管9与中空连接杆3的上端连通，聚氨酯混合器11的进料口通过高压胶管13与空气压缩机15连通；聚氨酯混合器11的顶部设有密封盖12，聚氨酯注浆管9上装有第一控制阀10，高压胶管13上装有第二控制阀14；所述聚氨酯混合器11的容积为单个注浆孔所需注浆量体积的2～3倍。

上述的提升机、静力压入装置8、动力传动泵6、控制器5、聚氨酯混合器11和空气压缩机15均为现有设备。

Claims (1)

1.一种成孔和注浆一体化构建聚氨酯防护体系的方法，其特征在于，采用聚氨酯帷幕形成系统进行构建，所述聚氨酯帷幕形成系统包括中空钻头、钻尖、中空连接杆、静力压入装置、动力传动泵、控制器、聚氨酯混合器和空气压缩机，所述中空钻头的下端设有磁铁Ⅰ，钻尖连接端设有磁铁Ⅱ，钻尖通过磁铁Ⅰ和磁铁Ⅱ的磁力吸合固定在中空钻头的下端，中空连接杆的下端与中空钻头的上端同轴螺纹连接；中空钻头的两侧对称固定有两个钻翼；所述静力压入装置夹持中空连接杆的外表面，用于对中空连接杆施加向下的压力；动力传动泵通过液压动力传送管与静力压入装置连通，控制器与动力传动泵电连接；所述中空连接杆为多个，多个中空连接杆同轴螺纹连接；所述聚氨酯混合器的出料口通过聚氨酯注浆管与中空连接杆的上端连通，聚氨酯混合器的进料口通过高压胶管与空气压缩机连通；聚氨酯混合器的顶部设有密封盖，聚氨酯注浆管上装有第一控制阀，高压胶管上装有第二控制阀，具体步骤为：

A、先根据堤坝的防渗加固要求与中空钻头的钻翼尺寸，得出各个注浆孔的孔径及相互之间的间距，最终确定各个注浆孔的位置，使各个注浆孔形成孔模及注入聚氨酯浆体后能形成聚氨酯帷幕；

B、采用钻机依次对步骤A确定的各个注浆孔位置进行钻孔，选定各个注浆孔中处于两端的其中一个作为第一注浆孔，在多个中空连接杆中选择一个作为中空连接杆Ⅰ，将中空钻头与中空连接杆Ⅰ连接，然后将静力压入装置夹持中空连接杆Ⅰ的外表面，使中空钻头对准第一个注浆孔，通过控制器发出控制信号，动力传动泵开启并向静力压入装置输送液压油，从而使静力压入装置对中空钻头与中空连接杆Ⅰ施加向下的压力，中空钻头与中空连接杆Ⅰ向下移动并压入第一注浆孔内，同时两个钻翼对第一注浆孔的孔壁进行切割；直至中空连接杆Ⅰ的上端向下移动到靠近静力压入装置时，控制器发出控制信号停止动力传动泵工作进而停止静力压入装置对中空连接杆Ⅰ施加的压力；

C、再选择一个中空连接杆作为中空连接杆Ⅱ，使其与中空连接杆Ⅰ的上端同轴螺纹连接，然后再次启动动力传动泵使静力压入装置对中空连接杆Ⅰ和中空连接杆Ⅱ继续施加压力，进而将中空连接杆Ⅰ全部压入第一注浆孔内及使中空连接杆Ⅱ的上端向下移动到靠近静力压入装置时停止静力压入装置；

D、重复步骤C，再选择一个中空连接杆与中空连接杆Ⅱ的上端同轴连接，直至中空钻头在第一个注浆孔内到达聚氨酯帷幕的所需的设计深度；

E、确定聚氨酯帷幕的聚氨酯发泡倍数为4倍，然后将中空钻头提升，提升高度为聚氨酯帷幕设计深度的1/4加上0.3m～0.5m的保护距离；

F、将处于最上端的中空连接杆的上端与聚氨酯注浆管连通，然后将充分搅拌的聚氨酯导入聚氨酯混合器内，关闭密封盖，使密封盖与聚氨酯混合器形成密闭空间；

G、依次打开第一控制阀、第二控制阀和空气压缩机，在聚氨酯的重力和空气压缩机提供的气体压力作用下，聚氨酯浆体经过聚氨酯注浆管进入中空连接杆内并到达中空钻头，当中空钻头与钻尖的吸合磁力小于聚氨酯浆体施加的压力时，聚氨酯浆体顶开钻尖注入到第一个注浆孔内；

H、当注浆孔的孔口有大量空气溢出时，依次关闭空气压缩机、第二控制阀和第一控制阀，并拆除聚氨酯注浆管与中空连接杆的连接；

I、然后采用提升机向上提升中空连接杆，每当一个中空连接杆完全从注浆孔内出来后，即停止提升并拆卸该中空连接杆，完成后提升机继续对其下方的中空连接杆继续提升，并重复上述中空连接杆的拆卸过程，直至将中空钻头从注浆孔内取出，提升机停止工作；提升机对中空连接杆的提升速度为5～10m/min，每个中空连接杆的拆卸时间为0.5～1min；根据中空连接杆的提升速度和每个中空连接杆的拆卸时间，计算出中空钻头脱离注浆孔所需的时间，即确定聚氨酯开始发泡时间为从中空连接杆提升到中空钻头脱离注浆孔所需的时间；

J、待聚氨酯浆体在第一个注浆孔内反应固化后，即完成第一个注浆孔的聚氨酯帷幕构建；

K、重复步骤B～J，进行下一个注浆孔聚氨酯帷幕构建，直至按照堤坝防渗加固要求完成所有注浆孔的聚氨酯帷幕构建。

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