摘要：一种堤坝管涌抢险封闭注浆方法。在堤坝发生管涌险情时，向置于管涌通道口处的土工布袋内注射高聚物材料，材料发生反应后体积迅速膨胀并固化，从而快速封堵管涌通道入口；然后再通过微孔向管涌通道内注射高聚物材料，材料发生反应后体积迅速膨胀并固化，达到封堵管涌通道、加固坝体、提高坝体整体稳定性的目的。本方法具有加固效果好、施工快捷、利于抢险、针对性强、可控性好、自重轻等特点。高聚物封闭注浆技术为堤坝管涌快速抢险提供了一套先进、高效、经济、实用的新方法，对于堤坝除险加固具有重大应用价值。
关键词：堤坝管涌抢险；封闭注浆方法
一、技术背景
近年来，我国水利基础设施建设安全保障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。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，我国每年都有大小溃坝事故发生。大量堤防存在多种病害。病险水库、病险堤防是每年汛期防洪安全的薄弱环节。
管涌是大坝和堤防常见的险情之一。
管涌是指堤坝在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过粗大颗粒的孔隙，发生移动或被水流带出的现象，是渗透侵蚀破坏的形式之一。管涌首先开始于土中性质突变的局部，如细粒、容重较轻的颗粒和裂缝分布的地方。土体中的颗粒先移动形成空隙，这个空隙渐渐的扩大，并且向下移动，形成不规则的管状通道。它发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部。管涌发生后随着砂粒的不断析出流失，孔洞的直径逐渐增大，它的深度也逐渐向堤坝内部不断延伸增大。一旦与土体内部的已有孔洞连通，则迅速发展为管道内集中涌水淅土，其严重后果是堤坝土体内渗水通道塌陷，造成堤防不均匀沉降和整体失稳。
传统的堤坝管涌主要治理方法有：
（1）抛填反虑层法
该法先对发生管涌的位置抛填软塞和软帘，用以填堵通过管涌通道的水流，然后利用装满土石的土工袋压住管涌口，最后再沿着坝身抛填一定厚度的粘土，同时在管涌出口处设置围井导虑，保证管涌出口不遭渗流破坏，制止涌水带沙，保证渗透稳定。
（2）水泥粘土浆充砂灌浆
该法原理为：浆液凭借灌浆压力沿空隙、裂缝、洞穴延伸充填，挤压密实，形成凝结体。当浆液在较大漏水通道中流动时，随着距离的延伸，灌浆压力逐渐减小，受到摩擦阻力渐增，流动速度减慢，进而浆液沉淀、推移及沉积堵塞，封堵管涌通道。该方法利用水泥粘土浆液的凝集作用，保证灌入体有与受灌体有相近的弹性模量，达到灌浆堵漏的目的。
上述传统方法是目前处治堤坝管涌险情的主要方法，在堤坝抢险中被广泛采用。存在的主要缺陷有：
（1）时效性差。堤坝一旦出现管涌现象，就可能发生整体失稳，必须立即抢险。但是，不管是采用抛填反虑层法还是灌浆法，其实施周期均较长；
（2）管涌通道填堵效果差。抛填反虑层法主要用于封堵管涌的两个通道口，但不能有效填堵管涌通道，这将严重影响堤坝的整体性，并且极易导致在该位置处再一次发生管涌现象。灌浆法在一定程度上能够封堵整个管涌通道，但是当管涌通道内渗水流速大到足以冲走浆液最大颗粒的情况时，就不会产生颗粒沉淀堵塞作用，即出现了“灌不住”现象。
因此，传统的管涌封堵方法已不能满足堤坝抢险的要求，急需发展快速、高效的堤坝管涌快速抢修技术。
高聚物注浆技术是20世纪70年代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多组份高聚物材料，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，国内还未见堤坝管涌抢险高聚物注浆技术的相关报道。
针对目前堤坝管涌抢险技术存在的不足，开发了大坝堤防管涌快速抢险高聚物封闭注浆方法，目的在于为堤坝抢险和加固提供先进、高效、经济、实用的新技术。
二、技术方案
一种堤坝管涌抢险高聚物封闭注浆方法，在堤坝发生管涌险情时，向置于管涌通道口处的土工布袋内注射高聚物材料，材料发生反应后体积迅速膨胀并固化，从而快速封堵管涌通道入口；然后再通过微孔向管涌通道内注射高聚物材料，高聚物材料发生反应后体积迅速膨胀并固化，达到封堵管涌通道，加固坝体、提高坝体整体稳定性的目的。
具体实施步骤为：
（1）用环箍将土工布袋开口端固定在空心钢管一端；
（2）用胶带或细绳将土工布袋捆扎成条状；
（3）持空心钢管另一端，将捆扎成条状的土工布袋放入管涌通道入口内；
（4）在堤坝顶部通过空心钢管往土工布袋内注射高聚物材料，高聚物材料在土工布袋内迅速膨胀并固化，从而快速封堵管涌通道入口；
（5）在堤坝顶部钻微孔，微孔的深度到达管涌通道处，通过微孔向管涌通道及其附近区域内注射高聚物材料，高聚物材料在管涌通道内迅速膨胀并固化，即可快速封堵管涌通道。
土工布袋的直径和长度可以根据工程需要设计生产成多种规格；空心钢管直径20mm，长度根据工程需要而定，采用玛钢管件快速连接；根据钢管和土工布袋的直径，可选用不同规格的环箍。
图2注浆填充渗漏通道施工示意图
三、有益效果
（1）加固效果好。注射的高聚物材料防水性能优良，耐久性好，并具有较好的韧性，能够与土体密切结合。
（2）施工快捷，利于抢险。材料注射后几秒内即发生化学反应，体积迅速膨胀并固化，15分钟内可形成90％以上的强度。
（3）针对性强，可控性好。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，达到自行填充空隙、加固松散土体或软弱土体的目的，而且材料固化后其密度或强度可根据工程需要灵活调控。
（4）自重轻。高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀，形成泡沫状弹性材料，其自重不到同体积水泥浆的10％，因而不会像水泥压浆那样给堤坝地基增加大量荷载。
综上所述，本发明开发的高聚物封闭注浆技术为堤坝管涌快速抢险提供了一套独特的新方法，对于堤坝除险加固具有重大应用价值。
论文作者:王跃华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/20
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