1.本发明涉及土建堤防工程技术领域，具体为一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法。
背景技术：2.我国洪灾十分严重，特别是长江流域地带在汛期堤坝险情频发，防洪减灾任务繁重。管涌渗漏作为占比较大的险情，其主要原因是坝体临水面长时间承受高水位压力，坝体浸润线不断上升，含水量增大，坝体坡面软化，加之人为破坏或堤基薄弱等外力影响，在洪汛期很容易导致堤坝出现不同程度的管涌渗漏，甚至诱发局部脱坡。研究表明，降低浸润线或出逸点是防止堤坝出现管涌散浸或脱坡的有效办法。
3.目前降低浸润线绝大部分采用排渗井或真空井点管将坝体中大部分孔隙水排出，但未考虑对坝体内部结构进行加固处理。因此洪汛期堤坝抢险不仅需要降低坝体含水量，也需对堤坝进行加固处理。
4.基于此，本发明设计了一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法，以解决上述问题。
技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法，以解决上述背景技术中提出的坝体含水率大，土颗粒随水流移动，坝体结构发生改变，使其坝体稳定性下降问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法，它包括坝体、管井、带孔钢管，所述坝体的坝中设置有管井，所述管井内插装有一带孔钢管，管井底部设置有过滤体，管井内壁与带孔钢管近坝体临水面外壁之间填充透水性强的滤料层，所述带孔钢管顶部设置有井盖，所述井盖设置有抽水孔和注浆孔，所述坝体上设置有真空泵和注浆泵，所述真空泵与抽水管相连，所述抽水管另一端穿过抽水孔并伸入带孔钢管内部插入过滤体内，所述注浆泵与注浆导管连接，一端伸入注浆池，另一端穿过注浆孔伸入带孔钢管内部，所述注浆管端头设置有防回灌吸阀。
7.所述管井管径为50cm，深度一般为8-15m，相邻两管井平行布置，其间距随注浆压力及注浆时间的增加而减少，具体参照表1；
8.表1：管井布置间距
[0009][0010]
所述带孔钢管管径30cm，外露出地面20～40cm，其埋入土的深度比管井深至少50cm；
[0011]
所述带孔钢管由隔板、注浆孔段和抽水孔段组成；
[0012]
所述隔板和注浆孔段之间包围形成注浆腔室，隔板和抽水孔段和之间包围形成真空抽水腔室；
[0013]
优选的，所述带孔钢管近坝体临水面的外壁布设注浆孔，近坝体背水面的外壁布设抽水孔；
[0014]
优选的，所述带孔钢管与隔板焊接技术无缝连接，是为了防止注浆液体进入真空抽水腔室，使排水效率下降；
[0015]
优选的，所述带孔钢管和锥形头焊接由技术无缝连接，使其方便顶入不同深度土层，对不同深度进行排水加固处理，同时可以对坝底进行堵漏加固处理；
[0016]
优选的，所述注浆孔和抽水孔的直径和分布数量由注浆腔室和真空抽水腔室的大小所决定；所述注浆孔仅在真空排水腔两侧布置两排，每排约成5
°‑
10
°
；所述抽水孔在真空排水腔室工作段径向布置。
[0017]
优选的，所述吸水孔侧带孔钢管布设反滤土工布,所述反滤土工布由粗细两层纤维的针刺无纺织土工布组成；所述反滤土工布上铺设吸水海绵，可以使周边土层内水分快速汇聚，极大地增加降水速度；所述过滤管井的底部设置有过滤体，仅设置在真空抽水腔室底部，用于过滤砂粒或其他杂质；所述抽水孔和注浆孔内壁套有橡胶密封圈，通过橡胶密封圈限制抽水管和注浆管的位移。
[0018]
优选的，所述注浆浆液采用混合聚氨酯浆液，该浆液通过不同配比调节浆液的凝结时间，相对于传统浆液，渗透型高聚物浆液注浆更具优势；推荐采用3：2配比，具体配比视现场情况而定，配比及效果参照表2。
[0019]
表2：配比及效果
[0020][0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022]
1、本发明提出的一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法，实现排水注浆一体化，不仅实现了真空排水的效果，同时还达到注浆堵水目的，即实现真空降水联合加固的效果，与原来仅进行堤坝降低含水量或仅进行堵漏加固的方法相比，不仅考虑了降水效率也兼顾了结构稳定性，相较于常规的抢险方式提高了预防和治理坝体险情的效率。
[0023]
2、本发明注浆液体采用的是混合聚氨酯浆液，该聚氨酯与水迅速反应生成的泡沫体积能够快速封堵涌水、加固结构，并且由于它的疏水性，在坝体含水量下降后，原膨胀后的体积不会收缩，堤坝结构稳定性。
[0024]
3、本发明提出的一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法，将带孔钢管分为两个独立的腔室，使其工作时互不影响。在带孔钢管抽水孔段布设反滤土工布和吸水海绵层，配合真空泵的使用，使其排水效率大大提高。
[0025]
4、本发明采用热轧无缝带孔钢管，前端与锥形头焊接连接，便于对不同深度土进行排水加固处理，其中锥形头上环向布置注浆孔，以便实现对坝底或坝基进行堵漏加固处理。
[0026]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]
图1为本发明实施例中堤坝应用该紧急抢险的结构的工作井布设示意图；
[0029]
图2为图1的a-a剖面；
[0030]
图3为图1的b-b剖面；
[0031]
图4为本发明实施例中堤坝紧急抢险的结构的钢管外形图；
[0032]
图5为图4的1-1剖面；
[0033]
图6为图4的c-c剖面；
[0034]
图7为井盖的结构示意图；
[0035]
图8为钢管内结构图；
[0036]
图9钢管孔位布置侧视图；
[0037]
图10为钢管的功能分区图；
[0038]
图11为本发明提出的一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法的单个工作井注浆帷幕示意图；
[0039]
图12为本发明提出的一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法的多个工作井注浆帷幕示意图；
[0040]
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0041]
1、坝体，2、管井，3、吸水海绵层，4、滤料层，5、黏土层，6、井盖，7、真空泵，8、抽水管，9、带孔钢管，9-1、隔板，9-2、注浆孔段，9-3、注浆孔，9-4、抽水孔，9-5抽水孔段，10、锥形头，11、注浆导管，12、注浆泵，13、浆液池，14、防回灌吸阀，15、过滤体，16反滤土工布，17、橡胶密封圈，18、注浆管孔，19、抽水管孔。
具体实施方式
[0042]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]
如图1到图3所示，本实施例公开的堤坝紧急抢险的结构，包括坝体1、管井2、带孔钢管9，反滤土工布16，抽水管8，注浆导管11，真空泵7，注浆泵12；坝体的坝中设置有管井2，管井2内插装有一带孔钢管9，带孔钢管9抽水部分底部设置有过滤体15，管井2内壁与带孔钢管9外壁之间填充透水性强的滤料层4，带孔钢管9顶部设置有井盖6，井盖6设置有抽水管孔19和注浆管孔18，在坝体上设置有真空泵7和注浆泵12，真空泵7与抽水管8相连，抽水管8另一端穿过抽水管孔19并伸入带孔钢管9内部插入过滤15体内，注浆泵12与注浆导管11连接，一端伸入注浆池13，另一端穿过注浆管孔18伸入带孔钢管9内部，注浆导管11端头设置有防回灌吸阀14。在管井2外壁设置有滤料层4，使其过滤土颗粒；滤料层上设置黏土层5，起到防漏气作用。
[0044]
如图4-图9所示，带孔钢管9由隔板9-1、注浆孔段9-2和抽水孔段9-5组成；隔板9-1和注浆孔段9-2之间包围形成注浆腔室，隔板9-1和抽水孔段9-5和之间包围形成真空抽水腔室，目的是为了使抽水、注浆在同时工作时互不影响，不会使注浆液流入抽水部分。带孔钢管9和锥形头10焊接由技术无缝连接，使其方便顶入不同深度土层，对不同深度进行排水加固处理，同时可以对坝底进行堵漏加固处理。注浆孔段9-2和隔板9-1之间包围形成注浆腔室，抽水孔段9-5和隔板9-1之间包围形成真空抽水腔室，形成腔室后，通过设定真空泵7和注浆泵12的参数，对坝体1进行真空排水，注浆堵水工作。抽水孔段9-4通过打开真空泵7对管井进行降压，坝体1土层内水分经由滤料层4、吸水海绵层3和反滤土工布16进入真空抽水腔室，经由抽水管8排出。
[0045]
反滤土工布16由粗细两层纤维的针刺无纺织土工布组成，是为了过滤水流中携带的沙砾，也为防止孔洞堵住；反滤土工布16经热熔技术无缝铺贴在抽水孔段9-5，且采用点焊的方式将其固定在带孔钢管抽水孔段9-5，使其在插入土层时不会从带孔钢管上脱落会移位，保证其部件能正常工作；吸水海绵3经热熔技术铺贴在反滤土工布16上。
[0046]
使用时，通过调整注浆压力，浆液通过注浆孔9-3穿过反滤土工布16喷出，浆液扩散到坝体1内，对堤坝进行加固堵水处理。注浆压力一般采用1-10mpa，具体选用可通过计算
注浆半径来确定。注浆孔9-3和抽水孔9-4的直径和分布数量由注浆腔室和真空抽水腔室的大小所决定。
[0047]
如图10所示，钢管上端1/3处为密封段，无孔洞；下端2/3处为工作段，在工作段布置有注浆孔及抽水孔；密封段的设置充分考虑了抽水的水量一般都在最下方；注浆管伸入位置为带孔钢管的2/5处，处于密封段，对于注浆而言，在工作段浆液反应形成的帷幕足以起到阻水加固作用。所述带孔钢管在纵向上划分为密封段和工作段，注浆孔和抽水孔分布在在工作段的周向上；在横向上被隔板划分为注浆孔段和抽水孔段，隔板与注浆孔段之间包围形成注浆腔室，隔板与抽水孔段间包围形成真空排水腔室。
[0048]
使用上述堤坝紧急抢险的方法，主要包括以下步骤：
[0049]
(1)经勘测，预先在坝体1的坝中钻孔，成孔后及时清孔；
[0050]
(2)将预制好的带孔钢管9垂直插入清孔后的管井2内，到达勘察确定的管涌渗透破坏区域的岩土层中；
[0051]
(3)在管井与带孔钢管间管井下段2/3回填滤料，上段1/3回填黏土；
[0052]
(4)将与真空泵7连接的抽水管8穿过井盖6上的抽水管孔19插入过滤体15内；
[0053]
(5)将与注浆泵12连接的注浆导管11穿过井盖6上的注浆管孔18伸入注浆腔室内；
[0054]
(6)将抽水系统和注浆系统同时启动，通过控制注浆压力，使得浆液从带孔钢管的注浆孔喷出，注入到岩土层中，形成注浆帷幕，对坝体进行堵水加固处理；同时坝体内的水穿过滤料，在吸水海绵和真空的作用下，坝体内的水透过抽水孔表面的反滤土工布进入带孔钢管的真空抽水腔室，经由抽水管排出；单个工作井的注浆帷幕如图11所示，相邻工作井的注浆帷幕如图12所示。
[0055]
(7)当排水量急剧下降，注浆压力需要适当减少，但是仍不停止注浆，直至排水量基本为0时，停止注浆。
[0056]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
技术特征：1.一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：该结构包括管井(2)、带孔钢管(9)、真空泵(7)和注浆泵(12)；所述管井(2)设置在坝体(1)的坝中；所述管井(2)内嵌入带孔钢管(9)；所述带孔钢管(9)顶部设置有井盖(6)，带孔钢管(9)真空抽水腔室底部设置有过滤体(15)；所述井盖(6)设置有抽水管孔(19)和注浆管孔(18)；所述坝体上设置有真空泵(7)和注浆泵(12)；所述真空泵(7)与抽水管(8)相连，抽水管8另一端伸入带孔钢管(9)真空排水腔室插入过滤体(15)内；所述注浆泵(12)与注浆导管(11)连接，一端伸入浆液池(13)，另一端伸入带孔钢管9注浆腔室；所述注浆导管(11)端头设置有防回灌吸阀(14)。2.根据权利要求1所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：所述管井(2)管径为50cm，深度为8-15m，相邻两管井平行布置，管井布置间距随注浆压力及注浆时间的增加而减少。3.根据权利要求1所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：所述带孔钢管(9)由隔板(9-1)、注浆孔段(9-2)和抽水孔段(9-5)组成；所述隔板(9-1)和注浆孔段(9-2)之间包围形成注浆腔室，隔板(9-1)和抽水孔段(9-5)和之间包围形成真空抽水腔室，隔板(9-1)在真空排水腔室一侧v形的夹角为150
°‑
160
°
。4.根据权利要求1所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：所述注浆孔(9-2)和抽水孔(9-4)的直径和分布数量由注浆腔室和真空抽水腔室的大小所决定；所述注浆孔(9-2)仅在真空排水腔两侧布置两排，每排成5
°‑
10
°
；所述抽水孔在真空排水腔室工作段径向布置。5.根据权利要求3所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：所述带孔钢管(9)和锥形头(10)焊接由技术无缝连接。6.根据权利要求2所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：所述带孔钢管(9)抽水孔段(9-5)外包反滤土工布(16)；所述反滤土工布(16)上铺贴吸水海绵(3)，采用热熔点焊点焊技术将反滤土工布(16)和吸水海绵(3)固定在带孔钢管抽水孔段(9-5)，使其在插入土层时不会从带孔钢管上脱落或移位，保证其部件能正常工作，厚度同普通反滤土工布。7.根据权利要求1所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：所述注浆浆液是渗透型高聚物浆液，是油性聚氨酯与水性聚氨酯的混合浆液，该浆液通过不同配比调节浆液的凝结时间。8.据权利要求1所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：所述注浆压力一般选用1-10mpa，扩散半径由确定，注浆时间由其中k
─
介质渗透系数(cm/s)；q
─
注浆流量(cm3/s)；β
─
浆液与水的粘度比；r0、r1─
浆液扩散半径(cm)；h1─
注浆压力水头(cm)；h0─
地下水压力水头(cm)；n
─
砂土的孔隙率；高聚物浆液在坝体(1)中的扩散距离随着注浆压力、注浆时间的增加而增加。9.根据权利要求1所述的一种堤坝紧急抢险的结构，其特征在于：真空抽水腔室预抽水的真空度要大于-0.06mpa，正常抽水控制在0.07mpa。10.根据权利要求1所述的一种堤坝紧急抢险的结构的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，预先在坝体(1)的坝中钻孔，成孔后及时清孔形成管井(2)；步骤2，将预制好的带孔钢管(9)垂直插入管井(2)内，到达勘察确定的管涌渗透破坏区域的岩土层中；步骤3，在管井与带孔钢管间管井下段2/3回填滤料，上段1/3回填黏土；步骤4，将与真空泵(7)连接的抽水管(8)穿过井盖(6)上的抽水管孔(19)插入过滤体(15)内；将与注浆泵(12)连接的注浆导管(11)穿过井盖(6)上的注浆管孔(18)伸入注浆腔室内；步骤5，同时启动抽水系统和注浆系统，通过控制注浆压力，使得浆液从带孔钢管的注浆孔喷出，注入到岩土层中，形成注浆帷幕，对坝体进行堵水加固处理；同时坝体内的水穿过滤料，在吸水海绵和真空的作用下，坝体内的水透过抽水孔表面的反滤土工布进入带孔钢管的真空抽水腔室，经由抽水管排出；步骤6，当排水量急剧下降，注浆压力需要适当减少，但是仍不停止注浆，直至排水量基本为0时，停止注浆。
技术总结本发明提供一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法，包括管井、带孔钢管、真空泵、注浆泵，所述坝体的坝中设置有管井，所述管井内插装有一带孔钢管，所述带孔钢管被分割成注浆腔室和真空抽水腔室，进而实现抽水注浆同时进行。本发明通过提出一种堤坝紧急抢险的结构及使用方法，可同时实现排水注浆一体化，不仅实现了真空排水的效果，同时还达到注浆堵水目的，即实现真空降水联合加固的效果，与原来仅进行堤坝降低含水量或仅进行堵漏加固的方法相比，不仅考虑了降水效率也兼顾了结构稳定性，相较于常规的抢险方式提高了预防和治理坝体险情的效率。率。率。
技术研发人员：李明东 王蒙甜 易进翔 冀浩 程丽红 刘国林
受保护的技术使用者：东华理工大学
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
