專利名稱：高聚物注漿定向劈裂鉆具及成孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水利基礎(chǔ)設(shè)施除險(xiǎn)加固技術(shù)，尤其涉及提壩防滲高聚物劈裂注漿鉆具 及成孔方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)安全維護(hù)受到各級(jí)政府的高度重視和全社會(huì)的廣 泛關(guān)注，工程安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻。目前，我國(guó)已建成的各類水庫(kù)達(dá)8. 6萬(wàn)多座，其數(shù)量已居 世界首位。但在已建成的水庫(kù)中，40%的小型水庫(kù)、25%的大中型水庫(kù)屬于病險(xiǎn)水庫(kù)。1954 年以來(lái)，我國(guó)共發(fā)生大小潰壩事故約3500起。另外，全國(guó)已建成提防工程約28萬(wàn)公里，但 大量提防存在多種病害。病險(xiǎn)水庫(kù)、病險(xiǎn)提防對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了極大的威脅，也是每 年汛期防洪安全的薄弱環(huán)節(jié)。滲水是提壩常見的安全隱患，也是造成潰壩事故的主要因素之一。因此，提壩防滲 技術(shù)一直受到廣泛重視。在現(xiàn)行的提壩防滲加固方法中，水泥劈裂灌漿是工程中比較常用 的方法。但該方法存在以下主要缺陷(1)施工時(shí)間較長(zhǎng)；(2)對(duì)壩體結(jié)構(gòu)的損傷較大；(3)提壩防滲中，要求在壩軸線方向上形成連續(xù)帷幕，而水泥劈裂灌漿的漿液擴(kuò)散 范圍不易控制，很難保證形成連續(xù)防滲體；(4)泥漿固結(jié)后在壩體中形成脆性墻體，與土體的剛度差別較大，變形不協(xié)調(diào)，容 易發(fā)生開裂破壞。因此，現(xiàn)行的劈裂灌漿方法已不能滿足當(dāng)前提壩防滲加固的需求，開發(fā)新型、高效 的提壩防滲技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。高聚物注漿技術(shù)是新發(fā)展起來(lái)的地基基礎(chǔ)快速加固技術(shù)。該技術(shù)通過向地基中注 射高聚物材料，利用高聚物材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后體積迅速膨脹并固化的特性，達(dá)到加固地 基、填充脫空或提升地板的目的。目前，高聚物注漿技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的地基 加固和道路維修。關(guān)于提壩防滲高聚物注漿技術(shù)成果甚少，且局限于新修工程壩基處治或 局部堵漏。在壩體連續(xù)防滲體系構(gòu)建方面，國(guó)內(nèi)外尚未見到高聚物注漿技術(shù)成果報(bào)導(dǎo)。本發(fā)明人通過大量高聚物注漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用通常的圓形成孔方式，注漿后 高聚物材料總是將土體或壩體沿某個(gè)方向劈開，并形成連續(xù)的高聚物薄片體。這是因?yàn)橥?體或壩體是非均質(zhì)材料，高聚物注漿產(chǎn)生的膨脹力使土體沿最弱的受力面劈開。但由于土 質(zhì)的復(fù)雜性，注漿后的劈裂面方向無(wú)法控制。如果將圓孔按某個(gè)方向劈裂，則高聚物注漿即 沿著該方向?qū)⑼馏w或壩體劈開。據(jù)此機(jī)理，本發(fā)明人開發(fā)了提壩防滲高聚物劈裂注漿方法。該方法首次提出定向 劈孔的概念并開發(fā)了高聚物定向劈裂注漿方法。其基本原理是首先沿壩體軸向以一定間 距形成定向劈裂孔，然后向劈裂孔內(nèi)注射高聚物材料；高聚物材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后體積迅 速膨脹，產(chǎn)生的膨脹力沿劈裂孔引導(dǎo)的方向?qū)误w劈開，連接形成超薄型高聚物防滲體系，從而達(dá)到提壩防滲的目的。與傳統(tǒng)的提壩防滲技術(shù)相比，該法具有施工快捷、防滲效果好、 造價(jià)低、對(duì)提壩擾動(dòng)小等特點(diǎn)，開創(chuàng)了構(gòu)筑提壩防滲體系新途徑。目前本發(fā)明人已將該法申 請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?200910066334. 8)。定向劈裂鉆具和成孔方法是提壩防滲高聚物劈裂注漿方法實(shí)施的基礎(chǔ)。由于提壩 防滲高聚物劈裂注漿技術(shù)是一項(xiàng)全新的技術(shù)，因此關(guān)于定向劈裂鉆具及成孔方法目前在國(guó) 內(nèi)外尚未見相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明按照在壩體中構(gòu)造定向劈裂孔的理念，獨(dú)創(chuàng)了高聚物注漿定向劈裂鉆具和 成孔方法，為提壩防滲高聚物劈裂注漿技術(shù)的實(shí)施提供了高效、實(shí)用的配套裝備及工藝。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的高聚物注漿定向劈裂鉆具，為雙翼型鉆具，即在圓形鉆桿兩側(cè)各焊接一個(gè)三角形 的翼；圓形鉆桿直徑D為40-50mm，圓形鉆桿端部呈錐形；圓形鉆桿兩側(cè)的翼為對(duì)稱焊接 的有刃口的等邊三角形鋼板，其厚度為5-10mm，邊長(zhǎng)L為60-80mm;兩翼之間夾角α為 140-160 度。高聚物注漿定向劈裂成孔方法，是利用高聚物注漿定向劈裂鉆具，采用靜力觸探 原理通過液壓裝置將高聚物注漿定向劈裂鉆具壓入壩體中。具體實(shí)施步驟為(1)布孔在需要防滲處置的壩段，沿壩軸線方向以一定間距布設(shè)定向劈裂注漿孔；劈裂注 漿孔的凹面朝向迎水面；(2)成孔以靜力觸探原理為基礎(chǔ)，通過液壓裝置將定向劈裂鉆具壓入壩體中至預(yù)定深度， 形成定向劈裂注漿孔。本發(fā)明開發(fā)的高聚物注漿定向劈裂鉆具及成孔方法具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)引導(dǎo)性好。以特制的定向劈裂鉆具在壩體中構(gòu)造定向劈裂孔，實(shí)現(xiàn)高聚物注漿 材料沿引導(dǎo)方向?qū)误w劈裂。(2)施工快捷。通過液壓系統(tǒng)將鉆具壓入壩體中，迅速成孔。(3)對(duì)提壩擾動(dòng)小。應(yīng)用本發(fā)明的定向劈裂鉆具和靜力壓入成孔方法，能夠快速構(gòu) 建超薄型高聚物防滲體系，對(duì)提壩擾動(dòng)小。綜上所述，在國(guó)內(nèi)本發(fā)明人獨(dú)創(chuàng)了高聚物注漿定向劈裂鉆具和靜力壓入成孔方 法，具有施工快捷、定向引導(dǎo)效果好、對(duì)提壩擾動(dòng)小等特點(diǎn)，為提壩防滲高聚物劈裂注漿技 術(shù)提供了配套鉆具及工藝，并成功應(yīng)用于多項(xiàng)水庫(kù)大壩和提防除險(xiǎn)加固工程，顯示出巨大 的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。


圖1定向劈裂鉆具結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3定向劈裂注漿孔平面布置圖4靜力壓入成孔方法示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本發(fā)明的高聚物注漿定向劈裂鉆具為雙翼型鉆具，即在圓形鉆桿1兩側(cè) 各焊接一個(gè)三角形的翼2 ；圓形鉆桿1直徑D為40-50mm，圓形鉆桿1端部的錐尖夾角為 30-60度；圓形鉆桿1兩側(cè)的翼2為對(duì)稱焊接的有刃口的三角形鋼板，其厚度為5-10mm，邊 長(zhǎng)L為60-80mm ；兩翼2之間夾角α為140-160度。高聚物注漿定向劈裂鉆具的具體尺寸可根據(jù)土體特性適當(dāng)調(diào)整。高聚物注漿定向劈裂成孔方法，是利用高聚物注漿定向劈裂鉆具，采用靜力觸探 原理通過液壓裝置將高聚物注漿定向劈裂鉆具壓入壩體中。具體實(shí)施步驟為(1)布孔在需要防滲處置的壩段，沿壩軸線方向以一定間距布設(shè)定向劈裂注漿孔。劈裂注 漿孔的凹面朝向迎水面；注漿孔間距應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，一般為1.0米左右。如圖3所不。(2)成孔由于定向劈裂孔不是圓形的，不能采用旋轉(zhuǎn)鉆孔的方式成孔。為此本發(fā)明提出靜 力壓入的成孔方法，即采用靜力觸探原理通過液壓裝置3將鉆具壓入壩體4中至預(yù)定深度， 形成定向劈裂注漿孔5。如圖4所示。這樣，高聚物材料被注入定向劈裂孔后，產(chǎn)生的膨脹 力會(huì)將壩體沿劈裂孔引導(dǎo)的方向劈開。隨后材料將裂縫填充，產(chǎn)生的膨脹力將壩體進(jìn)一步 劈裂。
權(quán)利要求
1.一種高聚物注漿定向劈裂鉆具，其特征在于所述高聚物注漿定向劈裂鉆具為雙翼 型鉆具，即在圓形鉆桿兩側(cè)各焊接一個(gè)三角形的翼；圓形鉆桿直徑D為40-50mm，圓形鉆桿 端部呈錐形；圓形鉆桿兩側(cè)的翼為對(duì)稱焊接有刃口的三角形鋼板，其厚度為5-10mm，邊長(zhǎng)L 為60-80mm ；兩翼之間夾角α為140-160度。
2.一種高聚物注漿定向劈裂成孔方法，其特征在于利用高聚物注漿定向劈裂鉆具， 采用靜力觸探原理通過液壓裝置將高聚物注漿定向劈裂鉆具壓入壩體中；具體實(shí)施步驟為(1)布孔在需要防滲處置的壩段，沿壩軸線方向以一定間距布設(shè)定向劈裂注漿孔；劈裂注漿孔 的凹面朝向迎水面；(2)成孔以靜力觸探原理為基礎(chǔ)，通過液壓裝置將定向劈裂鉆具壓入壩體中至預(yù)定深度，形成 定向劈裂注漿孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高聚物注漿定向劈裂鉆具及成孔方法，所述的高聚物注漿定向劈裂鉆具為雙翼型鉆具，即在圓形鉆桿兩側(cè)按一定角度各焊接一個(gè)三角形的翼，圓形鉆桿端部呈錐形。利用高聚物注漿定向劈裂鉆具，采用靜力觸探原理通過液壓裝置將高聚物注漿定向劈裂鉆具壓入壩體中，即可形成定向劈裂注漿孔。本發(fā)明的高聚物注漿定向劈裂鉆具及成孔方法，具有施工快捷、定向引導(dǎo)效果好、對(duì)堤壩擾動(dòng)小等特點(diǎn)，為堤壩防滲高聚物劈裂注漿技術(shù)提供了配套鉆具及工藝，并成功應(yīng)用于多項(xiàng)水庫(kù)大壩和堤防除險(xiǎn)加固工程，顯示出巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E02D3/12GK102108700SQ200910227699
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者何雷英, 李強(qiáng), 王復(fù)明, 石明生, 趙線峰, 陳洪良 申請(qǐng)人:鄭州優(yōu)特基礎(chǔ)工程維修有限公司