1.本发明涉及土建堤防工程技术领域，具体为用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置及方法。
背景技术：2.堤防是水利工程必不可缺的组成部分，在长期运行过程中可能会出现许多险情，如散浸、管涌等，如果这些问题不加以重视处理，将会降低坝体的稳定性，进而对周围的环境及群众造成危害。其中造成险情的主要原因是由于坝体在高水位作用下，含水率增大，土颗粒随水流移动，坝体结构发生改变，稳定性下降。因此在洪灾期堤坝抢险不仅需要考虑坝体含水量，也需对堤坝进行加固处理。
3.经检索，中国专利文献cn209568424u公开了一种铀尾矿库各坝段地基加固装置，在地基桩内布置管道，桩表面布置抽气孔和延伸管，在打桩结束后先抽气排水，再注浆来加固地基，但其注浆仅用于加固桩下方的地基，在桩头设计了复杂的单向阀结构，抽气排水仅分布在桩身位置，因注浆与排水在时间和空间上均分别发挥作用，只能应用在地基桩的加固中，无法解决本发明的技术问题。
4.基于此，本发明设计了一种用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置及方法，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用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置及方法，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：用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置及方法，它包括带孔钢管，所述带孔钢管竖直布置在坝体的坝中，管井底部设置有过滤体，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.所述带孔钢管管径30cm，相邻两管平行布置，其间距随注浆压力及注浆时间的增加而减少，外露出地面20～40cm，其埋入土的深度按实际情况而定；
8.所述带孔钢管由隔板、注浆孔段和抽水孔段组成；
9.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排水腔室；
10.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；
11.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
排水腔室，使排水效率下降；
12.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；
13.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排水腔室的大小所决定；
14.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织土工布组成；所述外侧粗纤维针刺无纺土工布由8d纤维制成，内侧细纤维针刺无纺土工布有6d纤维制成，是为了将地下水携带掺杂的土块阻隔在外；
15.优选的，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；
16.优选的，所述过滤管井的底部设置有过滤体，仅设置在真空排水腔室底部，用于过滤砂粒或其他杂质；
17.优选的，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；
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.1、带孔钢管是先在工厂进行预制，而后投入使用，相较于常规的抢险装置更容易快速部署和发挥作用。
20.2、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。
21.3、在注浆加固提出了中的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，在干燥环境下膨胀后的体积不会收缩，使其堤坝结构稳定性增加。
22.4、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。
23.5、可以对不同深度土进行排水加固处理，同时可以对坝底进行堵漏加固处理。
24.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
25.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。
26.图1为本发明实施例的使用状态示意图；
27.图2为图1中带孔钢管的结构示意图；
28.图3为图2的1-1剖面图；
29.图4为本发明实施例中井盖布置图；
30.图5为图2的a-a剖面；
31.图6为本发明图2的内结构图；
32.图7为图2的功能分区图；
33.图8为图2的孔位布置侧视图；
34.图9为图2外铺贴示意图；
35.图10为本发明实施例单个工作井注浆帷幕示意图；
36.图11为本发明实施例多个工作井注浆帷幕示意图；
37.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
38.1、坝体，2、带孔钢管，2-1、隔板，2-2、注浆孔段，2-3、注浆孔，2-4、抽水孔，2-5抽水孔段，3、锥形头，4、吸水海绵层，5、反滤土工布，5-1、粗纤维的针刺无纺土工布，5-2、细纤维的针刺无纺土工布，6、井盖，7、真空泵，8、抽水管，9、注浆导管，10、注浆泵，11、浆液池，12、防回灌吸阀，13、过滤体，14、橡胶密封圈，15、注浆管孔，16、抽水管孔。
具体实施方式
39.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。
40.本实施例在堤坝紧急抢险使用排水注浆装置的效果如图1所示，它包括坝体1、带孔钢管2，真空泵7，注浆泵10；带孔钢管2布置在坝体1的坝中，带孔钢管2抽水部分底部设置有过滤体13，带孔钢管2顶部设置有井盖6，井盖6设置有抽水管孔16和注浆管孔15，在坝体上设置有真空泵7和注浆泵10，真空泵7与抽水管8相连，抽水管8另一端穿过抽水管孔16并伸入带孔钢管2内部插入过滤体13内，注浆泵10与注浆导管9连接，一端伸入注浆池11，另一端穿过注浆管孔15伸入带孔钢管2内部，注浆导管6端头设置有防回灌吸阀12。
41.排水注浆装置的具体结构如图2-图8所示，带孔钢管2由隔板2-1、注浆孔段2-2和抽水孔段2-5组成；隔板2-1和注浆孔段2-2之间包围形成注浆腔室，隔板2-1和抽水孔段2-5和之间包围形成真空排水腔室，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2和锥形头3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。
42.注浆孔段2-2和隔板2-1之间包围形成注浆腔室，抽水孔段2-5和隔板2-1之间包围形成真空排水腔室，形成腔室后，通过设定真空泵7和注浆泵10的参数，对坝体1进行真空排水，注浆堵水工作。抽水孔段2-5通过打开真空泵7进行降压处理，坝体1土层内水分经由吸水海绵层4和反滤土工布5进入真空排水腔室，经由抽水管8排出；通过调整注浆压力，浆液通过注浆孔2-3穿过反滤土工布5喷出，浆液扩散到坝体1内，对堤坝进行加固堵水处理。
43.反滤土工布5由粗纤维的针刺无纺土工布5-1和细层纤维的针刺无纺土工布5-2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5经热熔技术无缝铺贴在抽水孔段2-5，且采用点焊的方式将其固定在带孔钢管2抽水孔段2-5，使其在插入土层时不会从带孔钢管2上脱落会移位，保证其部件能正常工作；吸水海绵4经热熔技术铺贴在反滤土工布5上。
44.注浆孔2-2和抽水孔2-4的直径和分布数量由注浆腔室和真空排水腔室的大小所决定。
45.如图10所示，所述带孔钢管上端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。
46.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；
47.所述注浆压力选用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；高聚物浆液在坝体中的扩散距离随着注浆压力、注浆时间的增加而增加。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左右。
48.注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；具体配比视现场情况而定，配比及效果参照表1。
49.表1：配比及效果
[0050][0051]
使用该排水注浆装置进行堤坝紧急抢险，包括以下操作步骤：
[0052]
(1)经勘测，在坝体1的坝中将预制好的带孔钢管2垂直插入，到达勘察确定的管涌渗透破坏区域的岩土层中；
[0053]
(2)将与真空泵7连接的抽水管8穿过井盖6上的抽水管孔16插入过滤体13内；
[0054]
(3)将与注浆泵10连接的注浆导管9穿过井盖6上的注浆管孔15伸入注浆腔室内；
[0055]
(4)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；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排水腔室，经由抽水管排出；单个工作井的注浆帷幕如图10所示，多个工作井的注浆帷幕如图11所示。
[0056]
(5)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。
[0057]
本发明为堤坝经济抢险提供了一种全新的思路与方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅
仅表示本发明的选定实施例。本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：包括带孔钢管(2)、真空泵(7)和注浆泵(10)；所述带孔钢管(2)从坝体(1)顶部竖直贯入；所述带孔钢管(2)在纵向上划分为密封段和工作段，在工作段周向上布置注浆孔(9-2)和抽水孔(9-4)，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；所述带孔钢管(2)顶部设置有井盖(6)，带孔钢管(2)真空排水腔室底部设置有过滤体(13)；所述井盖(6)设置有抽水管孔(16)和注浆管孔(15)；所述坝体上设置有真空泵(7)和注浆泵(10)；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(2)真空排水腔室并固定在过滤体(13)内；所述注浆泵(10)与注浆导管(9)连接，注浆导管(9)一端伸入浆液池(11)，另一端伸入带孔钢管(2)注浆腔室；所述注浆导管(9)端头设置有防回灌吸阀(12)。2.根据权利要求1所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：所述带孔钢管(2)管径30cm，相邻带孔钢管(2)平行布置。3.根据权利要求1所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：所述带孔钢管(2)由隔板(2-1)、注浆孔段(2-2)和抽水孔段(2-5)组成；所述隔板(2-1)和注浆孔段(2-2)之间包围形成注浆腔室，隔板(2-1)和抽水孔段(2-5)和之间包围形成真空排水腔室，所述隔板(2-1)的形状为v形，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所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，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排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各布置两排，相邻两排注浆孔(9-2)与轴心连线夹角为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所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：所述带孔钢管(2)和锥形头(3)焊接连接，形成无缝连接，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。6.根据权利要求3所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：所述带孔钢管(2)抽水孔段(2-5)外包反滤土工布(5)；所述反滤土工布(5)上铺贴吸水海绵(6)，采用热熔点焊点焊技术将反滤土工布(5)和吸水海绵(6)固定在带孔钢管抽水孔段(2-5)，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6所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：所述反滤土工布(5)由粗细两层纤维的针刺无纺土工布组成；外侧粗纤维针刺无纺土工布(5-1)由8d纤维制成，内侧细纤维针刺无纺土工布(5-2)由6d纤维制成。8.根据权利要求1所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：所述注浆浆液采用混合聚氨酯浆液，油性聚氨酯：水性聚氨酯比例采用3：2。9.根据权利要求1所述的用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置，其特征在于：所述注浆压力选用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。
10.使用如权利要求1所述的排水注浆装置执行堤坝紧急抢险任务的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，在坝体顶部将预制好的带孔钢管垂直贯入，到达勘察确定的管涌渗透破坏区域的岩土层中；步骤2，将与真空泵连接的抽水管穿过井盖上的抽水管孔插入固定在过滤体上；步骤3，将与注浆泵连接的注浆导管穿过井盖上的注浆管孔伸入注浆腔室内；步骤4，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；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排水腔室，经由抽水管排出；步骤5，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用于堤坝紧急抢险的排水注浆装置及方法，该装置包括带孔钢管、真空泵及注浆泵，带孔钢管布置在坝体的坝中，带孔钢管内被分隔出注浆腔室和真空排水腔室，本发明同时提供堤坝紧急抢险的排水注浆装置方法，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，与现有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更便捷有效。式更便捷有效。式更便捷有效。
技术研发人员：李明东 王蒙甜 易进翔 张京伍 张海洋 薛凯喜
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
