一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法
阅读说明：本技术 一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法 (Rapid leakage repairing method for underwater leakage channel of deepwater building ) 是由 赵尚传 刘龙龙 王少鹏 左新黛 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法,属于水利水电工程领域。本发明根据渗漏的深度和宽度确定板材的厚度,采用合适厚度板材固定在渗漏通道的部位,通过板材预留孔进行双组份注浆,以适用于300m深水建筑物各种宽度的裂缝补漏的快速施工。实施例的结果表明,本申请提供的深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法,细石混凝土、水泥砂浆材料、水泥基灌浆材料在3h的抗压强度即可达到20MPa以上,6h的抗压强度达到30MPa以上。(The invention provides a quick leak repairing method for an underwater leakage channel of a deepwater building, and belongs to the field of hydraulic and hydroelectric engineering. The invention determines the thickness of the plate according to the depth and the width of the leakage, adopts the plate with proper thickness to be fixed at the position of the leakage channel, and carries out double-component grouting through the preformed hole of the plate, thereby being suitable for the rapid construction of crack leakage repairing of various widths of 300m deep water buildings. The embodiment result shows that the compression strength of the fine aggregate concrete, the cement mortar material and the cement-based grouting material in 3 hours can reach more than 20MPa, and the compression strength in 6 hours can reach more than 30MPa by the rapid leak repairing method for the underwater leakage channel of the deepwater building.)
技术领域
本发明涉及水利水电工程，特别涉及一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法。
背景技术
水下建筑物的修复，难点在于水下混凝土结构修补作业难度大，施工精度低。在水深小于60m时，一般潜水员就可以进入水下进行检查，观察缺陷位置，确定修补方案；当水深大于60m时，由于高水压条件下工作人员很难进入更深位置进行检查，并且缺陷位置比较隐蔽，不易观测，裂缝和渗漏修补工作难度大。对于深水建筑物的缺陷检测，就需要借助现代科技手段，采用遥控潜水器，运用现代化的声、光、电技术，通过水下电视、声纳等专用设备进行检查。目前，遥控无人潜水器主要包括：动力推进器、遥控电子通讯装置、黑白或彩色摄像头、摄像俯仰云台、用户外围传感器接口、实时在线显示单元、导航定位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和凯夫拉零浮力拖缆等单元部件，可以实现水下渗漏和裂缝修补位置的检测。遥控潜水器不仅可以完成前期的检查工作，还可以完成预设的动作要求，进行水下施工作业。但是对于深水高压条件下的建筑物缺陷，即使是工作人员借助现有的科技手段能够精准定位渗漏位置，没有完整的施工工艺，也很难进行深水建筑物水下渗漏通道快速施工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，本发明根据渗漏的深度和宽度确定板材的厚度，采用合适厚度板材固定在渗漏通道的部位，通过板材预留孔进行双组份注浆，以适用于300m深水建筑物各种宽度的裂缝补漏的快速施工。
本发明提供了一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，确定渗漏通道的渗漏部位，评估渗漏部位的渗漏宽度：
针对300m深水建筑物渗漏通道修复，当渗漏宽度在＞5cm到≤30cm时，先采用板材固定在渗漏通道的部位，通过板材预留孔进行细石混凝土-促凝材料双组份注浆；
当渗漏宽度在＞2到≤5cm时，先用板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥砂浆材料-促凝材料双组份注浆；
当渗漏宽度在＞0到≤2cm时，先用板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥基灌浆材料-促凝材料双组份注浆。
优选地，所述板材承受的最大拉应力计算方法如下：
其中，板材承受的最大拉应力为σmax，板，单位Pa；M是板材承受的弯矩，单位N·m；W为板材的截面抵抗矩，单位m3；水的压应力为σ水，单位Pa；ρ是水的密度，单位kg/m3；g是重力加速度，取10N/kg；h是水的深度，单位m；t是板材的厚度，单位m，l为渗漏通道的宽度，单位cm。
优选地，所述板材的厚度计算方法如下：
其中，板材承受的最大拉应力为σmax，板，单位Pa；ρ是水的密度，单位kg/m3；g是重力加速度，取10N/kg；h是水的深度，单位m，l为渗漏通道的宽度，单位cm；1.1是选取板材厚度的安全系数，板材的厚度小于0.1m。
优选地，所述板材为不锈钢板材或复合材料板材。
优选地，所述板材具有模块化快速拼接功能，所述板材的拼接形式采用卡槽拼接和螺栓固定，通过各拼接单元连接为一个整体。
优选地，所述细石混凝土-促凝材料双组份注浆材料包括以下组分：铁铝酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、钠沸石、河砂、细石、硫酸锂。
优选地，所述水泥砂浆材料-促凝材料双组份注浆材料包括以下组分：铁铝酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、钠沸石、河砂、硫酸锂。
优选地，所述水泥基灌浆材料-促凝材料双组分注浆材料包括以下组分：铁铝酸盐水泥、粉煤灰、膨润土、钠沸石、硫酸锂。
优选地，所述细石混凝土、水泥砂浆材料、水泥基灌浆材料具有快速硬化的特点，在深水低温条件下强度增长快，微膨胀，高流动性，具有凝结时间可控的特点。
优选地，所述细石混凝土、水泥砂浆材料、水泥基灌浆材料在3h的抗压强度即可达到20MPa以上，6h的抗压强度达到30MPa以上。
本发明提供了一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，确定渗漏通道的渗漏部位，评估渗漏部位的渗漏宽度：针对300m深水建筑物渗漏通道修复，当渗漏宽度在＞5cm到≤30cm时，先采用板材固定在渗漏通道的部位，通过板材预留孔进行细石混凝土-促凝材料双组份注浆；当渗漏宽度在＞2到≤5cm时，先用板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥砂浆材料-促凝材料双组份注浆；当渗漏宽度在＞0到≤2cm时，先用板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥基灌浆材料-促凝材料双组份注浆。本发明根据渗漏的深度和宽度确定板材的厚度，采用合适厚度板材固定在渗漏通道的部位，通过板材预留孔进行双组份注浆，以适用于300m深水建筑物各种宽度的裂缝补漏的快速施工。
实施例的结果表明，本申请提供的深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，细石混凝土、水泥砂浆材料、水泥基灌浆材料在3h的抗压强度即可达到20MPa以上，6h的抗压强度达到30MPa以上。
附图说明
图1为本发明水下渗漏通道先封后堵补漏全过程示意图；
图2为本发明水下机器人安放板材及渗漏通道注浆示意图；
图3为本发明不同渗漏病害拼接板材示意图；
图4为本发明不规则裂缝拼接板示意图；
图5为本发明封堵板材四周设弹性封闭层；
图6为本发明封堵板材的注浆孔和出浆孔的预设型式。
具体实施方式
本发明提供了一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，确定渗漏通道的渗漏部位，评估渗漏部位的渗漏宽度：
针对300m深水建筑物渗漏通道修复，当渗漏宽度在＞5cm到≤30cm时，先采用板材固定在渗漏通道的部位，通过板材预留孔进行细石混凝土-促凝材料双组份注浆；
当渗漏宽度在＞2到≤5cm时，先用板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥砂浆材料-促凝材料双组份注浆；
当渗漏宽度在＞0到≤2cm时，先用板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥基灌浆材料-促凝材料双组份注浆。
优选地，水建筑物水下渗漏通道快速补漏通过水下机器人观察。
优选地，所述板材为不锈钢板材或复合材料板材，所述不锈钢板材优选为Q235，所述复合材料板材优选为高强纤维混凝土材料板材。
本发明针对水深为h，宽度为l的渗漏通道，板材选取的方法如下：
水的压应力σ水＝ρ·g·h
其中水深为h时，水的压应力为σ水，单位Pa；ρ是水的密度，单位kg/m3；g是重力加速度，取10N/kg；h是水的深度，单位m。
取单位长度的板材进行计算，跨中最大弯矩
其中M是板材承受的弯矩，单位N·m；q是匀布荷载，单位是N/m。
采用先封后堵的方法，采用板材的截面为矩形，板材的厚度为t时，计算惯性矩为
其中I为板材的截面惯性矩，单位m4；l是板材单位长度，单位m；t是板材的厚度，单位m；
板材的截面抵抗矩为
其中W为板材的截面抵抗矩，单位m3。
板材承受的最大拉应力
其中板材承受的最大拉应力为σmax，板，单位Pa。
选取板材的厚度要求
为减小板材在水中操作的难度，板材的厚度小于0.1m。
优选地，当渗漏宽度在10cm～30cm范围时，先选用合适厚度板材，根据渗漏的深度和宽度确定板材的厚度，采用合适厚度板材固定在渗漏通道的部位，通过板材预留孔进行细石混凝土-促凝剂双组分注浆；
优选地，当渗漏宽度在大于5小于等于10cm范围时，先选用合适厚度板材，根据渗漏的深度和宽度确定板材的厚度，采用合适厚度板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行细石混凝土-促凝剂双组分注浆；
优选地，当渗漏宽度在＞2到≤5cm范围时，先选用合适厚度板材，根据渗漏的深度和宽度确定板材的厚度，采用合适厚度板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥砂浆材料-促凝剂双组分注浆；
优选地，当渗漏宽度在＞0到≤2cm范围时，先选用合适厚度板材，根据渗漏的深度和宽度确定板材的厚度，采用合适厚度板材固定在渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行水泥基灌浆材料-促凝剂双组分注浆；
优选地，对于同一深水浇筑物的渗漏危害，按照板材承受的最大拉应力选取板材的种类和厚度；
优选地，为适应不同形状的大面积的分散型渗漏病害，封堵板材应具有模块化快速拼接功能，可以实现自由拆卸和组装。
优选地，板材的拼接形式有卡槽/扣拼接和螺栓拼接，通过各拼接单元连接为一个整体，主要针对较长较宽裂缝和面较大的多个渗漏点病害。
优选地，所述细石混凝土-促凝剂双组分注浆材料包括以下组分：铁铝酸盐水泥、粉煤灰、硼砂、膨润土、钠沸石、河砂、细石、硫酸锂；所述细石混凝土-促凝剂双组分注浆材料还优选包括减水剂。
优选地，所述细石混凝土-促凝剂双组分注浆材料，以质量份数计，包括以下组分包括：铁铝酸盐水泥20～30份、硼砂0.04～0.06份、膨润土0.2份，钠沸石0.2份，粉煤灰10～20份，河砂(0～5mm)20～30份，细石(5～10mm)20～40份、减水剂0～1份、水10～15份，硫酸锂溶液(0.236mol/L)，细石混凝土和硫酸锂溶液的体积比为25:1。
优选地，所述水泥砂浆材料-促凝剂双组分注浆材料包括以下组分：铁铝酸盐水泥、粉煤灰、硼砂、膨润土、钠沸石、河砂、硫酸锂；
优选地，所述水泥砂浆材料-促凝剂双组分注浆材料，以质量份数计，包括以下组分包括：铁铝酸盐水泥15～25份、硼砂0.04～0.06份、膨润土0.2份，钠沸石0.2份，粉煤灰10～20份，河砂(0～5mm)20～30份、减水剂0～1份、水10～15份，硫酸锂溶液(0.236mol/L)，水泥砂浆和硫酸锂溶液的体积比为20:1；
所述水泥基灌浆材料-促凝剂双组分注浆材料包括以下组分：铁铝酸盐水泥、硼砂、膨润土，钠沸石，粉煤灰，河砂、减水剂、水、硫酸锂；
优选地，所述水泥基灌浆材料-促凝剂双组分注浆材料，以质量份数计，包括以下组分包括：铁铝酸盐水泥15～25份、硼砂0.04～0.06份、膨润土0.2份，钠沸石0.2份，粉煤灰10～20份，河砂(0～5mm)20～30份、减水剂0～1份、水10～15份、硫酸锂溶液(0.236mol/L)，水泥基和硫酸锂溶液的体积比为20:1；
优选地，铁铝酸盐水泥、粉煤灰作为胶凝材料，膨润土和钠沸石可以调节注浆材料的流动性；
优选地，硼砂作为缓凝剂；
优选地，硫酸锂作为促凝剂，控制细石混凝土的凝结时间。
优选地，所选细石混凝土、水泥砂浆材料、水泥基灌浆材料具有低温早强、高强、微膨胀、高流动性和凝结时间可控的特点。
优选地，所选细石混凝土、水泥砂浆材料、水泥基灌浆材料在3h的抗压强度即可达到20MPa以上，6h的抗压强度达到30MPa以上。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，通过水下机器人观察，渗漏通道的宽度为30cm，渗漏通道的深度为300m，将设计好的板材贴到预先确定的渗漏部位，最后通过板材的预留孔进行细石混凝土-促凝剂双组分注浆，具体的封堵方法如图1所示，先采用合适厚度的板材固定的渗漏通道的部位，再通过板材预留孔进行细石混凝土-促凝剂双组份注浆，水下机器人安放板材及渗漏通道注浆示意图如图2所示；
具体的工艺流程如图2、图5所示。
板材的选取方法如下：
水的压应力σ水＝ρ·g·h＝1×103×10×300＝3×106Pa
取单位长度的板材进行计算，跨中最大弯矩
采用板材的截面为矩形，板材的厚度为t时，计算惯性矩为
其中I为板材的截面惯性矩，单位m4；l是板材单位长度，单位m；t是板材的厚度，单位m；
板材的截面抵抗矩为
其中，W为板材的截面抵抗矩，单位m3。
板材承受的最大拉应力
其中，板材承受的最大拉应力为σmax，板，单位Pa。
表1不同厚度板材承受的最大拉应力
厚度(mm)
16
18
20
25
30
35
45
55
60
70
100
应力(MPa)
791
625
506
324
225
165
100
67
56
41
20
选取板材的材料为碳素钢时，碳素钢板承受的极限拉伸强度为205×106Pa，此时得到板材的厚度为
板材的选取要求满足1.1×31.43＝34.573mm<t＝35mm<0.1m，因此，选取35mm厚度碳素钢板时，满足要求。
为方便施工，板材厚度统一为35mm。
为适应不同形状的大面积的分散型渗漏病害，封堵板材具有模块化快速拼接功能，可以实现自由拆卸和组装；
板材的拼接形式采用卡槽拼接和螺栓固定，通过各拼接单元连接为一个整体，主要针对较长较宽裂缝和面较大的多个渗漏点病害，不同渗漏病害拼接板材示意图如图3所示，同时也可实现对不规则渗缝的封堵，如图4所示，在封堵时，封堵板材四周设弹性封闭层，如图5所示，图6所示为封堵板材的注浆孔和出浆孔的预设型式。
根据板材预留孔进行细石混凝土材料-促凝剂双组分注浆，选取铁铝酸盐水泥、粉煤灰、硼砂、膨润土、钠沸石、河砂、细石和硫酸锂作为补漏材料，其中铁铝酸盐水泥、粉煤灰作为胶凝材料，膨润土和钠沸石可以调节注浆材料的流动性。其中硼砂作为缓凝剂，硫酸锂作为促凝剂，控制细石混凝土的凝结时间，其中所述细石混凝土-促凝剂双组分注浆材料，以质量份数计，包括以下组分包括：铁铝酸盐水泥20～30份、硼砂0.04～0.06份、膨润土0.2份，钠沸石0.2份，粉煤灰10～20份，河砂(0～5mm)20～30份，细石(5～10mm)20～40份、减水剂0～1份、水10～15份，硫酸锂溶液(0.236mol/L)，细石混凝土和硫酸锂溶液的体积比为25:1。
对封堵完成后的细石混凝土的抗压强度进行测定，3h的抗压强度即可达到20MPa以上，6h的抗压强度达到30MPa以上。
实施例2
一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，通过水下机器人观察，渗漏通道的宽度为5cm，渗漏通道的深度为300m，将设计好的板材贴到预先确定的渗漏部位，最后通过板材的预留孔进行水泥基灌浆材料-促凝剂双组分注浆。
板材的选取方法如下：
水的压应力σ水＝ρ·g·h＝1×103×10×300＝3×106Pa
取单位长度的板材进行计算，跨中最大弯矩
采用板材的截面为矩形，板材的厚度为t时，计算惯性矩为
其中I为板材的截面惯性矩，单位m4；l是板材单位长度，单位m；t是板材的厚度，单位m；
板材的截面抵抗矩为
其中，W为板材的截面抵抗矩，单位m3。
板材承受的最大拉应力
其中，板材承受的最大拉应力为σmax，板，单位Pa。
当选取板材的材料为碳素钢Q235时，
碳素钢板承受的极限拉伸强度为205×106Pa，此时得到板材的厚度为
板材的选取要求满足1.1×5.24＝5.764mm<t＝35mm<0.1m，因此，选取35mm厚度碳素钢板Q235时，满足要求。
根据板材预留孔进行水泥砂浆材料-促凝剂双组分注浆，所述水泥砂浆材料-促凝剂双组分注浆材料，以质量份数计，铁铝酸盐水泥15～25份、硼砂0.04～0.06份、膨润土0.2份，钠沸石0.2份，粉煤灰10～20份，河砂(0～5mm)20～30份、减水剂0～1份、水10～15份，硫酸锂溶液(0.236mol/L)，水泥砂浆和硫酸锂溶液的体积比为20:1。
对封堵完成后的水泥砂浆的抗压强度进行测定，3h的抗压强度即可达到20MPa以上，6h的抗压强度达到30MPa以上。
实施例3
一种深水建筑物水下渗漏通道快速补漏方法，通过水下机器人观察，渗漏通道的宽度为2cm，渗漏通道的深度为300m，将设计好的板材贴到预先确定的渗漏部位，最后通过板材的预留孔进行水泥基灌浆材料-促凝剂双组分注浆。
板材的选取方法如下：
水的压应力σ水＝ρ·g·h＝1×103×10×300＝3×106Pa
取单位长度的板材进行计算，跨中最大弯矩
采用板材的截面为矩形，板材的厚度为t时，计算惯性矩为
其中I为板材的截面惯性矩，单位m4；l是板材单位长度，单位m；t是板材的厚度，单位m；
板材的截面抵抗矩为
其中，W为板材的截面抵抗矩，单位m3。
板材承受的最大拉应力
其中，板材承受的最大拉应力为σmax，板，单位Pa。
当选取板材的材料为碳素钢Q235时，
碳素钢板承受的极限拉伸强度为205×106Pa，此时得到板材的厚度为
板材的选取要求满足1.1×2.1＝2.31mm<t＝35mm<0.1m，因此，选取35mm厚度碳素钢板Q235时，满足要求。
根据板材预留孔进行水泥基灌浆材料-促凝剂双组分注浆，所述水泥基灌浆材料-促凝剂双组分注浆材料，以质量份数计，铁铝酸盐水泥15～25份、硼砂0.04～0.06份、膨润土0.2份，钠沸石0.2份，粉煤灰10～20份，河砂(0～5mm)20～30份、减水剂0～1份、水10～15份、硫酸锂溶液(0.236mol/L)，水泥基和硫酸锂溶液的体积比为20:1。
对封堵完成后的水泥基灌浆的抗压强度进行测定，3h的抗压强度即可达到20MPa以上，6h的抗压强度达到30MPa以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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