CN114892602A - 一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于堤坝防汛抢险加固技术领域，公开了一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，包括S1：选择水化颗粒；S2：确定抛洒材料的方式；S3：铺设面积的确定：根据管涌边坡不同的渗漏部选择确定铺设面积；S4：铺设厚度的确定：水化颗粒层的厚度由生物扰动层厚度Tb、防渗厚度Tk和上限厚度Tmax决定；S5：管涌入口的封堵：S5.1搭建浮台；S5.2在渗漏部的渗漏入口抛洒碎石填充层；S5.3根据S2中预设的面积以及S3中预设的高度铺设水化颗粒层；S5.4水化颗粒层抛洒完成后，判断铺设厚度是否满足要求，并在多点重复此项工作；S5.5抛洒碎石保护层；本发明解决了现有技术封堵管涌渗漏生效缓慢、封堵成本高、周期长，而且对环境影响大的问题，适用于管涌边坡的封堵。
Description
技术领域
本发明涉及堤坝防汛抢险加固技术领域，具体为一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法。
背景技术
管涌是指在渗流作用下，水在土孔隙中的流速增大引起土的细颗粒被冲刷带走的现象，也称翻沙鼓水，是一种渗透变形形式。管涌出水口口径小者几厘米、大者几米，孔隙周围多形成隆起的沙环。管涌发生时，出水口水面翻花，若得不到封堵控制，则险情极有可能恶化，大量涌水翻沙可使堤防、水闸地基等土壤骨架破坏，水道扩大，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。管涌是堤防工程常见险情，1998年长江发生流域性大洪水期间险情资料统计显示，中下游堤防和干流堤防发生的较大险情分别为1700处和700处，管涌占比均超过50％。
针对管涌渗漏的处理措施大体可分为帷幕灌浆、防渗铺盖、防渗墙、黏土回填等方法。其中，帷幕灌浆与防渗墙虽然在成型后有很好的防护效果，但在灌浆时由于水泥浆流动性大，难以成型，需要大量的水泥浆液，封堵成本高、工期长，而且对环境得影响大；黏土回填则需要碾压处理，其难以在水下操作。因此，在探明渗漏入口这一前提下，使用防渗铺盖在源头上对渗漏进行封堵是经济、有效的方法。
发明内容
本发明意在提供一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，以解决现有技术封堵管涌渗漏生效缓慢、封堵成本高、周期长，而且对环境影响大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，包括以下步骤：
S1：选择水化颗粒，水化颗粒的基本性质为：天然密度为1.308g/cm2,孔隙比为1.056，自由膨胀率为20％，初步水化时间1h，完全水化时间24h，水化后渗透系数6.12×10- 8cm/s，内摩擦角27.57°，粘聚力30.95Kpa；
S2：确定抛洒材料的方式：通过现场地形、施工条件、入口位置综合拟定材料抛洒方式；
S3：铺设面积的确定：根据管涌边坡不同的渗漏部选择不同的铺设面积：对于单点集中渗漏部，铺设方形防渗带，正方形的边长大于渗漏点位半径0.5m，最小边长不小于0.5m；对于条形的集中渗漏部，铺设矩形防渗带，防渗带长边大于渗漏带长边0.5m，防渗带短边大于渗漏带短边0.5m，最小边长不小于0.5m；
S4：铺设厚度的确定：利用以下几个因素确定水化颗粒层的铺设厚度：生物扰动层厚度Tb，防渗厚度Tk，以及通过边坡稳定性计算出的上限厚度Tmax；
S5：管涌入口的封堵：
S5.1搭建浮台，将抛洒设备以及抛洒材料放置与抛洒浮台中，并规划好抛洒的路径；浮台四周设立围栏防止工人意外掉入水中，若为人工抛洒，仅需一层浮筒，平台上浮力仅需大于施工人员，堆放材料以及浮台自重，平台移动可靠人工划动；若为机器抛洒，需要在岸边布设卷扬机以拉动浮台，此外整体所需的上浮力大于施工器械，施工人员，堆放材料以及浮台自重；
S5.2在渗漏部的渗漏入口先抛洒碎石填充层，保证铺设后的边坡坡度α满足最大铺设高度的要求，抛洒的碎石填充层可以对渗漏入口进行初步的处理，保证水化颗粒不被渗漏水流冲走；
S5.3根据S2中预设的面积以及S3中预设的高度铺设水化颗粒层，水化颗粒层遇水后会迅速吸水、膨胀并粘结，形成极低渗透性的保护层，防止水流渗漏；
S5.4水化颗粒层抛洒完成后，使用钎杆插入铺设好的水化颗粒层中，随后将其拔起，观察钎杆上被水化颗粒附着的厚度，判断其铺设厚度是否满足要求，并在多点重复此项工作；
S5.5抛洒碎石保护层，防止水流以及其他因素对水化颗粒层的破坏。
进一步地，在S2中，对于场地宽阔，施工器械便于入场等条件下，优先选择机械抛洒的方式进行材料的抛洒。
进一步地，在S4中，水化颗粒层的铺设厚度为5～20cm，对于人工湖这类存在大量鱼类，禽类栖息的环境，为保证防渗效果，水化颗粒层铺设的厚度在上述厚度上增加1～5cm；
利用达西定律计算出的满足防渗要求所需要的最小防渗厚度，其计算公式为：
式中，V为允许的渗流流量，K为水化颗粒的渗透系数6.12×10-8cm/s，H为水头，L为计算得到防渗厚度Tk；
为了防止水化颗粒在铺设的时候滑落，满足边坡稳定性的计算要求，稳定性用如下公式估算：
式中，H为最大铺设高度，c为水化颗粒的粘聚力30.95Kpa，
为内摩擦角27.57°，α为抛洒碎石后的坡面夹角，当最大抛洒厚度小于Tb+Tk时，通过减小α的值来满足边坡的稳定性要求。
进一步地，在S5.2中，在渗漏部的渗漏入口处抛洒的碎石填充层碎石的粒径大小为：1～10cm；铺设完毕后应使用竹竿沿铺设面多次测量碎石填充面到水面的距离，从而计算铺设角度α；
在S5.3中，铺设水化颗粒层的水化颗粒内核为卵石，外层为干燥的、极易吸水膨胀的有机矿物包裹层，外层有机矿物包裹层水化后变得软黏，使颗粒便容易粘连在一起，形成致密的防护层；
在S5.5中，抛洒碎石保护层的碎石粒径大小为：1～5cm。
技术方案的有益效果是：
1、本方法使用的水化颗粒材料以化学原理吸水，内核为卵石，外层为干燥的、极易吸水膨胀的有机矿物包裹层，颗粒外观整体呈灰白色，散粒状，外层有机矿物包裹层水化后变得软黏，当一定量的膨胀颗粒聚集在一起时，颗粒便容易粘连在一起，由于水分通过化学键结合，即使加压也难以使水分流出，起到很好的阻水作用；
2、水化材料生效快，在1小时之内就能产生大部分的效用，并在24小时完全水化渗透系数为6.12×10-8cm/s，防渗效果好，见效快；
3、施工快速，周期短，可以直接抛洒，不需要碾压等操作，可以直接水上作业不需要将水排干；
4、稳定，可以通过细杆上附着的水化颗粒长度判断具体铺设厚度，保证厚度达到要求，且上下两层的保护层也确保了水化颗粒的工作环境，不会被冲走，不会对周边环境造成影响。
附图说明
图1为利用本发明一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法封堵管涌边坡的效果图；
图2为利用本发明一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法在实施例二中防渗颗粒抛洒的效果图；
图3为利用本发明一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法在实施例二中测量抛洒厚度的效果图；
图4为利用本发明一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法在实施例二中处置后观测孔内流速对比图；
附图中的对应标记的名称为：
管涌边坡1、渗漏部2、碎石填充层3、水化颗粒层4、碎石保护层5。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
实施例一：
如图1所示，一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，包括以下步骤：
S1：选择水化颗粒，水化颗粒的基本性质为：天然密度为1.308g/cm2,孔隙比为1.056，自由膨胀率为20％，初步水化时间1h，完全水化时间24h，水化后渗透系数6.12×10- 8cm/s，内摩擦角27.57°，粘聚力30.95Kpa；
S2：确定抛洒材料的方式：通过现场地形、施工条件、入口位置综合拟定材料抛洒方式，其中，对于场地宽阔，施工器械便于入场等条件下，优先选择机械抛洒的方式进行材料的抛洒；
S3：铺设面积的确定：根据管涌边坡1不同的渗漏部2选择不同的铺设面积：对于单点集中渗漏部2，铺设方形防渗带，正方形的边长大于渗漏点位半径0.5m，最小边长不小于0.5m；对于条形的集中渗漏部，铺设矩形防渗带，防渗带长边大于渗漏带长边0.5m，防渗带短边大于渗漏带短边0.5m，最小边长不小于0.5m；
S4：铺设厚度的确定：水化颗粒层4的厚度由以下几个因素决定，生物扰动层厚度Tb，防渗厚度Tk，以及通过边坡稳定性计算出的上限厚度Tmax，其中，水化颗粒层4的铺设厚度为5～20cm，对于人工湖这类存在大量鱼类，禽类栖息的环境，为保证防渗效果，水化颗粒层4铺设的厚度在上述厚度上增加1～5cm；
利用达西定律计算出的满足防渗要求所需要的最小防渗厚度，其计算公式为：
式中，V为允许的渗流流量，K为水化颗粒的渗透系数6.12×10-8cm/s，H为水头，L为计算得到防渗厚度Tk；
为了防止水化颗粒在铺设的时候滑落，满足边坡稳定性的计算要求，稳定性用如下公式估算：
式中，H为最大铺设高度，c为水化颗粒的粘聚力30.95Kpa，
为内摩擦角27.57°，α为抛洒碎石后的坡面夹角，当最大抛洒厚度小于Tb+Tk时，通过减小α的值来满足边坡的稳定性要求；
S5：管涌入口的封堵：
S5.1搭建浮台，将抛洒设备以及抛洒材料放置与抛洒浮台中，并规划好抛洒的路径；浮台四周设立围栏防止工人意外掉入水中，若为人工抛洒，仅需一层浮筒，平台上浮力仅需大于施工人员，堆放材料以及浮台自重，平台移动可靠人工划动；若为机器抛洒，需要在岸边布设卷扬机以拉动浮台，此外整体所需的上浮力大于施工器械，施工人员，堆放材料以及浮台自重；
S5.2在渗漏部的渗漏入口先抛洒碎石填充层3，碎石填充层3碎石的粒径大小为：1～10cm，铺设完毕后应使用竹竿沿铺设面多次测量碎石填充面到水面的距离，从而计算铺设角度α，保证铺设后的边坡坡度α满足最大铺设高度的要求，抛洒的碎石填充层3可以对渗漏入口进行初步的处理，保证水化颗粒不被渗漏水流冲走；
S4.3根据S2中预设的面积以及S3中预设的高度铺设水化颗粒层4，铺设水化颗粒层4的水化颗粒内核为卵石，外层为干燥的、极易吸水膨胀的有机矿物包裹层，外层有机矿物包裹层水化后变得软黏，使颗粒便容易粘连在一起，形成致密的防护层，防止水流渗漏；
S4.4水化颗粒层4抛洒完成后，使用钎杆插入铺设好的水化颗粒层4中，随后将其拔起，观察钎杆上被水化颗粒附着的厚度，判断其铺设厚度是否满足要求，并在多点重复此项工作。
S4.5抛洒碎石保护层5，抛洒碎石保护层5的碎石粒径大小为：1～5cm，防止水流以及其他因素对水化颗粒层的破坏。
实施例二：
如图2至图4所示，在成都某处湖泊渗漏治理中使用本方法对管涌入口进行了封堵，其具体步骤如下：
1.在前期的勘察中标定了几处疑似渗漏的点位并进行定位并确定抛洒面积，通过对现场情况的勘察，现场无大型施工机器进场条件，因此采用人工抛洒的方式进行治理；
2.通过最小防渗厚度的计算公式最终确定水化颗粒的铺设厚度为10cm；
3.根据预设的方案进行碎石以及水化颗粒的抛洒；
4.抛洒完成后，由于水下不便测量抛洒厚度，使用如图2的方式对抛洒厚度进行检验，图3显示该处的实际铺设厚度仅为9cm，因此需要在此处进行加厚；
5.在湖区周边进行打孔，并在处置前以及处置后分别记录孔内水位变化结果，得到图4的对比图：
本封堵方法中水化颗粒从投入到生效仅需1小时，并在24小时内完全水化，具有见效快，抗渗性好的优点。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (4)
1.一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选择水化颗粒，水化颗粒的基本性质为：天然密度为1.308g/cm2,孔隙比为1.056，自由膨胀率为20％，初步水化时间1h，完全水化时间24h，水化后渗透系数6.12×10-8cm/s，内摩擦角27.57°，粘聚力30.95Kpa；
S2：确定抛洒材料的方式：通过现场地形、施工条件、入口位置综合拟定材料抛洒方式；
S3：铺设面积的确定：根据管涌边坡不同的渗漏部选择不同的铺设面积：对于单点集中渗漏部，铺设方形防渗带，正方形的边长大于渗漏点位半径0.5m，最小边长不小于0.5m；对于条形的集中渗漏部，铺设矩形防渗带，防渗带长边大于渗漏带长边0.5m，防渗带短边大于渗漏带短边0.5m，最小边长不小于0.5m；
S4：铺设厚度的确定：利用以下几个因素确定水化颗粒层的铺设厚度：生物扰动层厚度Tb，防渗厚度Tk，以及通过边坡稳定性计算出的上限厚度Tmax；
S5：管涌入口的封堵：
S5.1搭建浮台，将抛洒设备以及抛洒材料放置与抛洒浮台中，并规划好抛洒的路径；浮台四周设立围栏防止工人意外掉入水中，若为人工抛洒，仅需一层浮筒，平台上浮力仅需大于施工人员，堆放材料以及浮台自重，平台移动可靠人工划动；若为机器抛洒，需要在岸边布设卷扬机以拉动浮台，此外整体所需的上浮力大于施工器械，施工人员，堆放材料以及浮台自重；
S5.2在渗漏部的渗漏入口先抛洒碎石填充层，保证铺设后的边坡坡度α满足最大铺设高度的要求，抛洒的碎石填充层可以对渗漏入口进行初步的处理，保证水化颗粒不被渗漏水流冲走；
S5.3根据S2中预设的面积以及S3中预设的高度铺设水化颗粒层，水化颗粒层遇水后会迅速吸水、膨胀并粘结，形成极低渗透性的保护层，防止水流渗漏；
S5.4水化颗粒层抛洒完成后，使用钎杆插入铺设好的水化颗粒层中，随后将其拔起，观察钎杆上被水化颗粒附着的厚度，判断其铺设厚度是否满足要求，并在多点重复此项工作；
S5.5抛洒碎石保护层，防止水流以及其他因素对水化颗粒层的破坏。
2.根据权利要求1所述的一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，其特征在于：在S2中，对于场地宽阔，施工器械便于入场等条件下，优先选择机械抛洒的方式进行材料的抛洒，在其他条件下，以人工抛洒进行施工。
3.根据权利要求1所述的一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，其特征在于：在S4中，水化颗粒层的铺设厚度为5～20cm，对于人工湖这类存在大量鱼类，禽类栖息的环境，为保证防渗效果，水化颗粒层铺设的厚度在上述厚度上增加1～5cm；
利用达西定律计算出的满足防渗要求所需要的最小防渗厚度，其计算公式为：
式中，V为允许的渗流流量，K为水化颗粒的渗透系数6.12×10-8cm/s，H为水头，L为计算得到防渗厚度Tk；
为了防止水化颗粒在铺设的时候滑落，满足边坡稳定性的计算要求，稳定性用如下公式估算：
式中，H为最大铺设高度，c为水化颗粒的粘聚力30.95Kpa，
为内摩擦角27.57°，α为抛洒碎石后的坡面夹角，当最大抛洒厚度小于Tb+Tk时，通过减小α的值来满足边坡的稳定性要求。
4.根据权利要求1所述的一种基于水化颗粒材料的管涌入口快速封堵方法，其特征在于：在S5.2中，在渗漏部的渗漏入口处抛洒的碎石填充层碎石的粒径大小为：1～10cm；铺设完毕后应使用竹竿沿铺设面多次测量碎石填充面到水面的距离，从而计算铺设角度α；
在S5.3中，铺设水化颗粒层的水化颗粒内核为卵石，外层为干燥的、极易吸水膨胀的有机矿物包裹层，外层有机矿物包裹层水化后变得软黏，使颗粒便容易粘连在一起，形成致密的防护层；
在S5.5中，抛洒碎石保护层的碎石粒径大小为：1～5cm。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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