堤坝防渗加固聚物注浆成套技术及装备（王复明-石明生）.pptx

1、堤坝防渗加固高聚物注浆 成套技术及装备,石明生郑州大学教育部水利工程安全防护创新团队重大基础设施检测修复国家地方联合工程实验室,全国水利先进实用技术重点推广项目,1,主要内容,一、研究背景二、堤坝防渗加固高聚物注浆成套技术及装备 三、应用推广情况四、主要技术特点及应用前景,2,一、研究背景,我国的水利建设取得了举世瞩目的成就水库：8.7万多座堤防：29万多公里水利基础设施除险加固任务繁重4万多座病险水库约 2/3堤防达不到防洪标准要求,堤坝防护是矿山、环保、电力等领域面临的重 大工程安全问题,国内外尾矿坝溃决时有发生我国尚有病险尾矿坝2000余座。世界上最长的尾 矿坝包头尾矿坝，对当地村民的健

2、康已造成严 重问题，并威胁到黄河国内外垃圾填埋场截污坝普遍存在渗漏问题，对 水资源和土壤造成污染，严重影响环境安全大量的火电厂储灰坝存在安全隐患,渗漏是病险堤坝普遍存在的突出问题,现行的堤坝防渗加固技术水泥土搅拌桩技术高压喷射水泥灌浆技术水泥混凝土防渗墙技术,深层搅拌桩技术,高压喷射水泥灌浆技术,混凝土防渗墙技术,现行堤坝防渗加固技术存在的主要不足,对堤坝扰动破坏较大，“开膛破肚”工期较长造价较高刚性防渗体抗震抗裂性较差，修复困难施工不便设备体积庞大，小型水库、中小河流堤防进场困难,研究开发堤坝防渗加固新技术、新材料、新工艺及新装备，适用于中小型水利工程除险加固 的需要。,二、堤坝防渗加固高聚

3、物注浆成套技术及装备,主要技术创新点,提出了柔性防渗理念，研发了堤坝防渗加固 新型高聚物注浆材料,揭示了高聚物材料在土体中的片状扩散机理，建立了高聚物定向劈裂与流动填充理论,研制了堤坝防渗加固成套施工装备,注浆材料,注浆技术,施工装备,扩散理论,开发了堤坝防渗加固“微创”修复技术，形成了成套施工工法,异氰酸酯多元醇,重点研究发泡聚氨酯类非水反应高聚物发现普通非水反应高聚物：在有水环境下耐久性差、有体积收缩、强度及韧性有明显降低通过多学科团队联合攻关，改性预聚体亲水组份、研制不受水影响的新型防渗修复材料,9,1.提出了柔性防渗新理念，研发了堤坝防渗加固新型材料,1.提出了柔性防渗新理念，研发了堤

4、坝防渗加固新型材,料,非水反应类,双组份发泡体,水敏感型,双组份弹性体水不敏感型本项目研发的堤坝防渗加固高聚物注浆材料：非水反应 双组份发泡 闭孔 水不敏感,高聚物注浆材料,亲水型水反应类,疏水型,开孔材料,闭孔材料,0,系统研究了高聚物材料特性环保特性耐化学腐蚀性抗渗性能膨胀力抗压性能抗拉性能抗弯性能,1,环保特性,耐化学腐蚀性,3,抗渗性能,起渗压力/MPa,4,抗渗性能随密度变化，可以根据工程实际灵活设计,膨胀力,5,抗压性能,强度随密度变化，可以根据工程实际灵活设计,6,抗拉性能,具有较高的抗拉强度和较强的柔韧性,抗拉强度/MPa,7,抗弯性能,抗弯、抗折、抗裂、抗震性能好,弯曲强度/

5、MPa,8,2.揭示了高聚物材料在土体中的片状扩散机理，建 立了高聚物定向劈裂与流动填充理论,通过大量的现场试验研究和深入的理论分析，发现非水 反应类膨胀性高聚物注浆材料在土体中呈片状扩散，并 对土体有渗透胶结作用,高聚物材料,高聚物材料,9,020,通过大量的现场试验研究和深入的理论分析，发现在不 同介质接触面，高聚物浆液沿接触面扩散，并对周围介 质有渗透胶结作用和挤密作用。图示为高聚物沿道路结 构层交界面扩散高聚物在道路结构层间扩散,国际上通常沿用球形扩散或柱状扩散假定,1,建立了高聚物在土体中片状扩散理论基于非均质断裂力学理论和粘结单元法，建立了高聚物在 土体中片状扩散模型，为高聚物定向

6、劈裂注浆技术提供了 理论基础,2,粘结区长度：,3,高聚物在土体中片状扩散理论分析与数值模拟,4,压力方程：,建立了高聚物在土体狭窄空腔流动填充理论,流动连续方程：,5,高聚物在土体狭窄空腔 流动填充理论与数值模拟,高聚物在土体狭窄空腔 流动填充模型试验,6,3.提出了堤坝超薄防渗新方法，开发了堤坝“微创”修 复,7,高聚物注浆成套技术 高聚物导管注浆技术局部渗漏防治技术原理通过高压注射系统和注浆导管，将双组份高聚物 材料注入渗漏区域。材料发生化学反应后体积迅 速膨胀并固化，填充空隙，压密土体，封堵坝体、坝基或闸基渗漏,坝基渗漏导管注浆,8,注浆导管,高聚物帷幕,砂卵石层渗漏高聚物帷幕高聚物帷

7、幕注浆技术示意图,929,高聚物防渗帷幕注浆技术 砂砾石地层防渗,坝肩渗漏导管注浆,0,闸基渗漏导管注浆,1,涵管渗漏导管注浆,涵管内注浆（大直径）,2,涵管外注浆（小直径）,高聚物封闭注浆技术封堵管涌或止浆,3,技术原理通过高压注射系统和注浆导管，将双组份高聚物材料注 入封闭的土工布袋。材料发生化学反应后体积迅速膨胀 并固化，从而快速封堵管涌通道，或封闭注浆孔，防止 漏浆,堤坝管涌抢险高聚物封闭注浆工法,4,高聚物定向劈裂注浆技术构筑堤坝防渗体系,技术原理以片状扩散理论为基础，研制“双翼型”成槽板，利用 静压成槽方法，在坝体内形成定向劈裂槽。采用封闭注 浆技术封堵槽顶，采用导管注浆技术向槽内

8、注入高聚物 注浆材料。材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的 膨胀力超过土体的抗拉强度时，即沿成槽板引导的方向 将土体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系,5,工法,1)成槽：采用静压成槽方法，将定向劈裂成槽板压入土中形成注浆槽。,6,下管：向定向劈裂注浆槽内放置注浆管，包括封槽注浆管和劈裂注浆管。注浆：首先通过封槽注浆管注射少量浆液进行封孔，然后通过劈裂注浆 管在预定深度注浆，材料反应膨胀，将土体沿引导方向劈开形成高聚物 薄片。薄片交叉搭接，形成超薄型高聚物防渗体系。,7,实施效果,压定向劈裂槽,下注浆管,注射高聚物材料,开挖试验,定向劈裂搭接形成防渗体,根须状胶结渗透,技术原理研制“三锥头”

9、成槽板和静压成槽装备，在坝体形成连 续的防渗墙槽模。采用封闭式注浆技术将相邻槽模封堵。通过注浆导管从槽底注射高聚物材料，并按 定速度连一续提升注浆。材料发生化学反应后体积迅速膨胀，填充 满槽模并固化，相邻槽模连续胶结，形成连续超薄型高 聚物防渗墙,8,超薄型高聚物防渗墙注浆技术构筑堤坝防渗体系,布袋封堵搭接孔注浆工法示意成槽：采用静压成槽装备，将“三锥头”成槽板压入坝体形成防渗墙槽模。二序压槽时，与一序槽模套孔，形成连续槽模。封闭连接孔：采用布袋注浆法，将相邻槽模间连接孔封堵。提升注浆：按一定速度连续提升注浆。高聚物材料发生化学反应后体积 迅速膨胀，填充满槽模并固化。相邻槽模连续胶结，形成连续

10、超薄型高 聚物防渗墙,9,气袋封堵搭接孔注浆工法示意,0,141,压槽注浆同步施工工法示意开发静力压槽、提升注浆、套孔联接施工工艺技术难题：精密配比、高压注射(最大注浆压力17MPa)、压槽注浆同步施工(墙体厚度约2-3cm)流动模型现场试验工法装备成套技术,2,实施效果,连续超薄型高聚物防渗墙,343,现场开挖和灌水试验表明 墙体连续性好、防渗性能可靠,研制的系列化成槽板,定向劈裂注浆“型”成槽板双翼,4,超薄帷幕注浆“宽翼型”成槽板,超薄防渗墙注浆“三锥头”成槽板,4.研制了堤坝防渗加固成套技术装备,研制的系列化成槽装备,履带式静压成槽装备,步履式静压成槽装备,5,研制的连续提升注浆控制系

11、统,通过调节提升速度，控制 高聚物注浆材料密度,连续提升注浆控制系统 工作示意,46,7,研制的系列化高聚物注浆装备,集成式高聚物注浆系统（大中型堤坝）,集成化高聚物注浆系统,拖车式高聚物注浆系统（小型堤坝）,拖车式高聚物注浆系统（小型堤坝）,精密配比仪,高聚物材料,高压注射枪,发电机,与现行技术的综合比较,现行技术水泥基材料刚性防渗体与土体弹性模量差别 较大抗震抗裂性能不足水反应类高聚物材料材料易被水冲走或反 应不充分适用于渗漏封堵,本项成果非水反应类高聚物材料柔性防渗体与土体弹性模量相适应抗震抗裂性能优良双组份材料自身反应充分既适用于有水条件下的防 渗堵漏，也适用于无水状 态下构建堤坝防渗

12、体,注浆材料,8,现有化学灌浆理论通常 以球型扩散或柱状扩散 假定为基础,本项成果建立了以片状 扩散为基础的高聚物 注浆理论,注浆理论,9,现行技术成墙类防渗技术：墙体材料与土体脱离灌浆类防渗技术：与土体胶结，但难以形成 完整连续墙体,本项成果高聚物在片状扩散过程中，同时渗入周围土体的微小孔 隙中，与土体胶结通过注浆方式形成连续胶结 超薄防渗墙,成墙方法,0,现行技术通过开槽、搅拌、喷射或 振动的施工方法在土体中 形成防渗体，厚3080cm对堤坝扰动破坏较大,本项成果静力压槽、成槽板较小、无 水注浆；形成薄片状高聚物 防渗体，厚23cm对堤坝扰动小，是一种“微 创”修复技术,施工工艺,1,现行

13、技术开槽机，深层搅拌桩机，高压泥浆泵，振动模板墙 设备等体积庞大，施工场地要求 高，小型工程难以采用,本项成果高聚物防渗墙系列设备轻便 灵活适用于大、中、小型堤坝防 渗加固,技术装备,2,成果鉴定,2009年10月25日，河南省科技厅在郑州组织召开了“除险加固高聚物注浆成套技术及装备”成果堤坝鉴定会,3,知识产权情况,申请美国发明专利3项、中国发明专利9项，已授权7项。Directional fracture grouting method with polymer for seepage control of dikes and dams（专利号：8182178）Process for gr

14、outing a curtain with polymer（专利号：8272811）Polymer injection method for blocking piping in dikes and dams（专利号：8293325）,4,5,堤坝管涌抢险高聚物封闭注浆方法,（专利号：ZL200910066332.9）,高聚物帷幕注浆技术（专利号：ZL200910066335.2）高聚物注浆定向劈裂钻具及成孔方法（专利号：ZL200910227699.4）高聚物帷幕注浆钻具及孔模施工方法（专利号：ZL200910227698.X）堤坝防渗高聚物定向劈裂注浆方法（申请号：200910066334

15、.8）,超薄型高聚物防渗墙注浆方法（申请号：201110288192.7）三锥头压力成槽板及注浆槽孔施工方法（申请号：201110288195.0）高聚物提升注浆控制装备（申请号：201110288196.5）高聚物提升注浆方法（申请号：201110288194.6）,6,地方标准高聚物防渗墙技术规范行业工法堤坝防渗加固高聚物注浆施工工法,7,获得科技奖励,8,2011年，河南省科技进步等奖一2014年，国家科技发明二等奖,全国水利先进实用 技术重点推广项目,9,三、应用推广情况,病险堤坝防渗加固示范工程本项目成果自2008年开始实施了堤防工程防渗和 病险水库加固示范工程,0,淮河中游临淮岗洪

16、水控制工程堤防防渗加固,1,河南视线行水库大坝防渗加固,施工现场,2,实施高聚物注浆,河南九龙水库大坝防渗加固,压入“三锥头”成槽板 形成槽模,3,提升注浆形成超薄型 高聚物防渗墙,4,海南田独水坝坝基防渗加固,注浆前坝基渗漏严重 不能蓄水实施高聚物注浆 防渗加固,注浆后恢复蓄水功能,5,宁波多宝寺山塘防渗加固,多宝寺山塘,坝体渗透严重,高聚物注浆防渗加固,河南白河堤防管涌抢险抢修,实施高聚物注浆,6,管涌通道,管涌通道被高聚物封堵,新密楼上庄水库穿坝泄水涵管渗漏处治,高聚物注浆防渗堵漏,高聚物注浆孔平面布置,7,8,上海苏州河板桩堤防,应用高聚物水下复合注浆技术 治理板桩堤防淘土、渗漏（采用传统方法十多年投入 大量资金未能根本治理）,上海苏州河渗漏水防治,68,9,上海苏州河板桩堤防,应用高聚物水下复合注浆技术 治理板桩堤防淘土、渗漏（采用传统方法十多年投入 大量资金未能根本治理）,上海苏州河渗漏水防治,69,2010年召开了成果推广论证会2010年11月28日，河南省科技厅、河南省水利厅在 郑州联合召开“堤坝除险加固成套技术及装备”成果 推广论证会,0,潘家铮院士主持成果推广论证会