[发明专利]高聚物注浆定向劈裂钻具及成孔方法

说明书

技术领域

本发明属于水利基础设施除险加固技术，尤其涉及堤坝防渗高聚物劈裂注浆钻具及成孔方法。

背景技术

近年来，我国水利基础设施建设安全维护受到各级政府的高度重视和全社会的广泛关注，工程安全形势十分严峻。目前，我国已建成的各类水库达8.6万多座，其数量已居世界首位。但在已建成的水库中，40％的小型水库、25％的大中型水库属于病险水库。1954年以来，我国共发生大小溃坝事故约3500起。另外，全国已建成堤防工程约28万公里，但大量堤防存在多种病害。病险水库、病险堤防对人民的生命财产造成了极大的威胁，也是每年汛期防洪安全的薄弱环节。

渗水是堤坝常见的安全隐患，也是造成溃坝事故的主要因素之一。因此，堤坝防渗技术一直受到广泛重视。在现行的堤坝防渗加固方法中，水泥劈裂灌浆是工程中比较常用的方法。但该方法存在以下主要缺陷：

(1)施工时间较长；

(2)对坝体结构的损伤较大；

(3)堤坝防渗中，要求在坝轴线方向上形成连续帷幕，而水泥劈裂灌浆的浆液扩散范围不易控制，很难保证形成连续防渗体；

(4)泥浆固结后在坝体中形成脆性墙体，与土体的刚度差别较大，变形不协调，容易发生开裂破坏。

因此，现行的劈裂灌浆方法已不能满足当前堤坝防渗加固的需求，开发新型、高效的堤坝防渗技术已成为当务之急。

高聚物注浆技术是新发展起来的地基基础快速加固技术。该技术通过向地基中注射高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，达到加固地基、填充脱空或提升地板的目的。目前，高聚物注浆技术主要应用于工业与民用建筑的地基加固和道路维修。关于堤坝防渗高聚物注浆技术成果甚少，且局限于新修工程坝基处治或局部堵漏。在坝体连续防渗体系构建方面，国内外尚未见到高聚物注浆技术成果报导。

本发明人通过大量高聚物注浆现场试验发现，采用通常的圆形成孔方式，注浆后高聚物材料总是将土体或坝体沿某个方向劈开，并形成连续的高聚物薄片体。这是因为土体或坝体是非均质材料，高聚物注浆产生的膨胀力使土体沿最弱的受力面劈开。但由于土质的复杂性，注浆后的劈裂面方向无法控制。如果将圆孔按某个方向劈裂，则高聚物注浆即沿着该方向将土体或坝体劈开。

据此机理，本发明人开发了堤坝防渗高聚物劈裂注浆方法。该方法首次提出定向劈孔的概念并开发了高聚物定向劈裂注浆方法。其基本原理是：首先沿坝体轴向以一定间距形成定向劈裂孔，然后向劈裂孔内注射高聚物材料；高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的膨胀力沿劈裂孔引导的方向将坝体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系，从而达到堤坝防渗的目的。与传统的堤坝防渗技术相比，该法具有施工快捷、防渗效果好、造价低、对堤坝扰动小等特点，开创了构筑堤坝防渗体系新途径。目前本发明人已将该法申请国家发明专利(申请号：200910066334.8)。

定向劈裂钻具和成孔方法是堤坝防渗高聚物劈裂注浆方法实施的基础。由于堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术是一项全新的技术，因此关于定向劈裂钻具及成孔方法目前在国内外尚未见相关报道。

发明内容

本发明按照在坝体中构造定向劈裂孔的理念，独创了高聚物注浆定向劈裂钻具和成孔方法，为堤坝防渗高聚物劈裂注浆技术的实施提供了高效、实用的配套装备及工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

高聚物注浆定向劈裂钻具，为双翼型钻具，即在圆形钻杆两侧各焊接一个三角形的翼；圆形钻杆直径D为40-50mm，圆形钻杆端部呈锥形；圆形钻杆两侧的翼为对称焊接的有刃口的等边三角形钢板，其厚度为5-10mm，边长L为60-80mm；两翼之间夹角α为140-160度。

高聚物注浆定向劈裂成孔方法，是利用高聚物注浆定向劈裂钻具，采用静力触探原理通过液压装置将高聚物注浆定向劈裂钻具压入坝体中。

具体实施步骤为：

(1)布孔

在需要防渗处置的坝段，沿坝轴线方向以一定间距布设定向劈裂注浆孔；劈裂注浆孔的凹面朝向迎水面；

(2)成孔

以静力触探原理为基础，通过液压装置将定向劈裂钻具压入坝体中至预定深度，形成定向劈裂注浆孔。

本发明开发的高聚物注浆定向劈裂钻具及成孔方法具有以下优点：

(1)引导性好。以特制的定向劈裂钻具在坝体中构造定向劈裂孔，实现高聚物注浆材料沿引导方向将坝体劈裂。

(2)施工快捷。通过液压系统将钻具压入坝体中，迅速成孔。