土石坝坝下洞体的加固结构及其施工方法

摘要

本发明公开了一种土石坝坝下洞体的加固结构及其施工方法，其中加固结构包括内衬管，内衬管和坝下洞体之间的间隙形成浇筑腔；锚固组件，具有多个锚固单元，每个锚固单元的锚固件一端植入坝下洞体而其另一端焊接在加固件上；连接组件，具有多个加固件，每个加固件的内圈与内衬管焊接在一起；以及混凝土加固层，填充在浇筑腔内。本发明在原坝下洞体内加装一个内衬管，内衬管和坝下洞体内壁之间的环形浇筑腔内浇筑有混凝土，且浇筑腔内设置有锚固单元和加强板，锚固单元锚固在洞壁中，加强板与内衬管焊接在一起，提高了结构刚度，进而提高了结构稳定性，且该加固结构对原坝下洞体的影响较小，不会对土石坝坝体产生影响，具有很高的应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及水坝加固领域，尤其是涉及一种土石坝坝下洞体的加固结构，还涉及该加固结构的施工方法。

背景技术

土石坝的坝下洞体（即坝下输水涵洞）是早期土石坝较为常见的结构，因其具有施工简便、工期短且造价低等优点，在中小型土坝枢纽中得到了大量的应用。

土石坝的坝下洞体在后期使用过程中，因多种因素的影响往往会出现多种病害，如洞壁出现裂缝、洞壁局部变形、漏水以及混凝土老化等病害，存在较大的安全隐患。为此，当坝下洞体出现病害时需要对其进行加固修复，以保证土石坝的正常运行，并降低安全隐患。

目前，土石坝坝下洞体的常用加固方法主要是有两种：第一种是将坝下洞体附近的土方挖开，然后从洞体外壁进行加固处理，灌浆补强，但该加固方法效果差，使用周期较短，增加加固费用；并且该加固方法是从外部加固，土方开挖量大，造价高，施工难度大且施工工期长。第二种是将输水涵洞内的水排空，待洞壁干燥后对洞壁进行钻孔灌浆，加固效果差，需要多次钻孔加固，影响洞体的结构稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种土石坝坝下洞体的加固结构，还提供了一种土石坝坝下洞体的加固方法，该加固方法无需开挖土方，可直接将原坝下洞体内部进行加固施工作业，提高了施工效率且加固成本低。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的土石坝坝下洞体的加固结构，包括

内衬管，穿设在坝下洞体内，所述内衬管和坝下洞体之间的间隙形成浇筑腔，且内衬管上开设有与所述浇筑腔连通的多组第一灌浆孔；

锚固组件，具有多个沿坝下洞体长度方向间隔布设的锚固单元，每个所述锚固单元的锚固件一端植入坝下洞体而其另一端位于所述浇筑腔内；

连接组件，位于浇筑腔内，且所述连接组件将每个所述锚固单元分别与内衬管连接在一起；以及

混凝土加固层，填充在浇筑腔内，且所述混凝土加固层将锚固组件和连接组件连接在一起。

优选地，每个所述锚固单元均包括多个所述锚固件，每个锚固单元的多个锚固件沿坝下洞体圆周方向均匀间隔设置，且每个锚固件在所述坝下洞体中的锚固长度≥0.5m。

优选地，每个所述锚固件均为L形结构，锚固件的长直线锚固在所述坝下洞体的洞壁中，锚固件的短直线段焊接在和其相对应的所述加强板上。

优选地，所述加强板为分体式结构，其由多块结构相同的弧形钢板焊接而成，便于施工；加强板的焊缝和所述钢管的焊缝错位，提高结构强度。同时加强板间隔设置，可将浇筑腔分隔成多个独立的浇筑室，能够实现分段浇筑。

优选地，所述加强板上开设有使细石混凝土和浆液流动的通孔，确保相邻两个浇筑室连通，实现分段浇筑，施工灵活方便。

优选地，所述内衬管为分体式结构，其由多节结构相同的钢管焊接而成，且每节所述钢管均由多个结构相同的弧形管片（每个弧形管片的中心角为120°）首尾依次焊接而成，便于施工。

优选地，每节所述钢管上开设有至少一组用于填充细石混凝土的第一灌浆孔和至少一组用于接触灌浆的第二灌浆孔，每组第一灌浆孔沿着钢管圆周方向间隔开设，每组所述第二灌浆孔开设在钢管的拱顶部位。

更优选地，每个所述第一灌浆孔的孔口为正方形结构，且每个第一灌浆孔的孔口边沿自所述内衬管的临水面向其背水面逐渐减小。

优选地，所述内衬管的内壁上涂刷有厚度为2mm～4mm的保护层。

本发明还提供了一种土石坝坝下洞体加固结构的施工方法，包括以下步骤：

第一步，将坝下洞体的内壁进行凿毛处理，凿毛厚度为30mm～70mm；

第二步，在坝下洞体的内壁上锚固每个锚固单元，锚固单元的多个锚固件沿着坝下洞体的圆周方向等间距间隔布设，且每个锚固件的锚固长度≥0.5m；

第三步，在每个锚固单元上焊接一个加强板，焊接时先将加强板的每片弧形钢板沿着圆周方向放置并分别与锚筋焊接在一起，然后再将加强板的多片弧形钢板焊接在一起，完成加强板的焊接作业；

第四步，将每节钢管的多片弧形管片焊接在一起，并将该节钢管的两端部焊接在与其对应的加强板上；然后按自上游到下游的顺序依次焊接剩余多节钢管，完成内衬管的施工作业；

第五步，浇筑混凝土，在浇筑时通过第一灌浆孔向浇筑腔内浇筑混凝土；浇筑完成后，在每个第一灌浆孔处焊接一块钢板，实现每个第一灌浆孔的封堵；

待混凝土的强度达到设计强度的70%后，通过第二灌浆孔对凝固后的混凝土进行钻孔，钻孔深度约为≥100mm，使得第二灌浆孔和钻孔形成压力灌浆孔，然后进行接触灌浆，灌浆压力控制在0.2MPa～0.3MPa；

灌浆结束七天后，采用敲击法检查浇筑腔内的脱空情况，对较明显的脱空部位钻孔，并进行接触灌浆；当灌浆质量满足要求后，在每个第二灌浆孔处焊接一块钢板，将第二灌浆孔封堵；

第六步，灌浆结束后，在内衬管的内壁上涂刷抗冲刷且耐磨的防护涂料，形成厚度为3mm左右的防护层，完成坝下洞体的加固作业。

本发明优点在于在原坝下洞体内加装一个内衬管，内衬管和坝下洞体内壁之间的环形浇筑腔内浇筑有混凝土，实现了坝下洞体的内部加固修复，降低了施工难度，缩短了施工工期，且加固成本低，克服了传统从外部开挖坝下洞体加固方式加固效果差、施工周期长且造价高的技术问题。

本发明在环形浇筑腔内设置有锚固单元和加强板，且锚固单元锚固在洞壁中，加强板与内衬管焊接在一起，提高了结构刚度，进而提高了结构稳定性，进一步保证加固效果。同时本发明在洞体内放一个内衬管，在浇筑腔内浇筑混凝土进行加固，无需对原坝下洞体进行钻孔浇筑，对原坝下洞体的影响较小，不会对土石坝坝体产生影响，具有很高的应用价值。

本发明的内衬管为分体结构，组成内衬管的每节钢管也为分体式结构，不仅降低了施工难度，还能够最大幅度的增加钢管的直径，以满足过流需求。

本发明的每个钢管的顶部弧形管片上均开设有一组第二灌浆孔，可通过第二灌浆孔对浇筑腔内的混凝土钻孔，然后通过钻孔向混凝土中灌入浆液，使混凝土粘结在一起，进一步保证加固效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中B-B向的剖视结构示意图。

图3是图2中A部的放大结构示意图。

图4是本发明所述加强板的安装位置图。

图5是本发明所述钢管的断面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，在本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4所示，本发明所述的土石坝坝下洞体的加固结构，包括

内衬管1，穿设在坝下洞体2内，内衬管1和坝下洞体2的半径差为100 mm～200mm，内衬管1（壁厚在10mm～30mm之间，可根据输水压力灵活选择，且输水压力越大壁厚越大）和坝下洞体2内壁之间的间隙形成环形结构的浇筑腔，且内衬管1上开设有与浇筑腔连通的多组第一灌浆孔3，以便于填充细石混凝土（优选C20细石混凝土）；

锚固组件，具有多个沿坝下洞体2长度方向间隔布设的锚固单元，每个锚固单元的锚固件一端植入坝下洞体2的洞壁中，锚固件的另一端位于浇筑腔内且与后述的加强板6连接子一起；

连接组件，设置在浇筑腔内，且连接组件将每个锚固单元与内衬管1连接在一起，实现了坝下洞体2洞壁和内衬管1的固定连接；以及

混凝土加固层4，填充在浇筑腔内（填充在浇筑内的细石混凝土凝固后形成混凝土加固层4），且混凝土加固层4将锚固组件和连接组件连接在一起。

如图4所示，每个锚固单元均包括四个L形结构的锚筋5（由HRB400钢筋制成，直径为25mm），四个锚筋5沿坝下洞体2圆周方向均匀间隔设置且位于同一断面，锚筋5的长直线段植入坝下洞体2的洞壁上，其植入长度≥0.5m（即锚固长度≥0.5m），每个锚筋5的短直线段（长度约为20cm）焊接在加强板6上；

连接组件包括与锚固单元一一对应的加强板6，锚固单元的每个锚筋5的短直线段焊接在和其对应的加强板6上，且加强板6内圈焊接在内衬管1的外壁上，加强板6的外圈与坝下洞体的洞壁接触。本发明的锚固单元通过加强板6与内衬管1固连在一起且锚筋5锚固在洞壁中，提高了结构刚度，进一步保证加固效果。

如图4所示，加强板6的内径和外径的差值和内衬管1、坝下洞体内壁的半径差一致，即加强板6卡装在浇筑腔内，多个加强板6可将浇筑腔分隔成多个浇筑室。在实际浇筑时，可根据实际情况分段浇筑（可以单独浇筑一节钢管，还是可以同时浇筑两节钢管），与该段钢管两端的加强板不开孔，而该段钢管对应的剩余加强板上开设多个孔径16mm的通孔6.1，确保每节（或两节或三节）钢管对应的至少两个浇筑室连通，实现分节浇筑，施工灵活方便。

在实际施工时，加强板6为分体式结构，由三片中心角为120°的弧形钢板（由Q235B钢板制成）焊接而成，加强板6的厚度可在20 mm～30mm灵活选择。

如图1所示，内衬管1为分体式结构，其由多节结构相同的钢管焊接而成，方便施工；加强板6的厚度与输水压力相关，压力越大加强板的厚度就越大，加强板6的厚度可根据实际水压在20 mm～30mm灵活选择；

如图5所示，每节钢管均由三片结构相同的弧形管片1.1（即钢衬）首尾依次焊接而成，每节钢管的三个焊缝与加强板6的三个焊缝错位设置，提高了加强板6和钢管的整体强度；每节钢管顶部弧形管片1.1的每个侧边与钢管竖中心线之间的中心夹角α为60°，以便于通过顶部的弧形管片1.1进行接触灌浆。组成内衬管1的每节钢管为分体式结构，降低了施工难度，施工简单方便，还能够最大幅度地增加钢管的管径，使其能够满足过流需求。

在实际施工时，锚固单元等间距间隔布设，相邻两个锚固单元的间距为1 m～2m，加强板6的间距与锚固单元一致；相连两节钢管的接缝处均设置有一个锚固单元和加强板6，还可以根据实际情况，在钢管长度方向的中部位置处也设置一个锚固单元和加强板6，以提高结构稳定性。

如图1-3所示，每节钢管上开设有一组用于填充细石混凝土的第一灌浆孔3和一组用于接触灌浆的第二灌浆孔7；

每组第一灌浆孔3开设在钢管长度方向的中部位置处，每组第一灌浆孔3为4个（当然也可以3个或5个）且沿钢管的圆周方向均匀间隔布设（即相邻两个第一灌浆孔的中心角为90°），每个第一灌浆孔3的径向中心线F与钢管断面的竖向中心线E的夹角β为45°；

如图1、3所示，第一灌浆孔3的孔口为正方形结构，每个第一灌浆孔3的孔口边长自钢管的临水面向其背水面逐渐减小，第一灌浆孔3的临水面尺寸为160 mm×160mm，背水面尺寸为120mm×120mm，且第一灌浆孔3用于钢管厚度一致的钢板焊接封堵，焊缝打平磨光；

每组第二灌浆孔7为三个（当然根据实际情况也可以是两个，两个对称布设且中心角为60°），均匀间隔开设在钢管顶部的弧形管片1.1上（即相邻两个第二灌浆孔的中心角为60°），以便于对凝固后的细石混凝土钻孔并进行接触灌浆，待混凝土加固层的质量达到设计要求以后，将钢板焊接在第二灌浆孔处将其封堵，焊缝打平磨光；

在实际施工时，内衬管1的内壁上涂刷有保护层，保护层为厚度3mm的聚脲涂层，提高内衬管1的抗冲刷和耐磨性能，保护内衬管1的内壁。

本发明所述加固结构的施工方法，包括以下步骤：

第一步，将坝下洞体2的内壁进行凿毛处理，凿毛厚度为50mm，使得浇筑的细石混凝土能够渗入坝下洞体2的内壁内，提高了加固效果；

第二步，先将φ25HRB400钢筋截成多段长度，然后将每段钢筋加工成L形结构，完成锚筋5的加工作业；

然后在坝下洞体2的内壁上等间距植入每个锚固单元，每个锚固单元的四个锚筋5沿着坝下洞体2的圆周方向等间距间隔布设（即每个断面具有四个锚筋5），每个锚筋5的长直线段植入坝下洞体2的洞壁中，每个锚筋5的锚固长度（即植入长度）为0.5m（当然根据实际情况也可以是大于0.5m的其它数值）；

第三步，然后在每个锚固单元上焊接一个加强板6；在焊接时先将加强板6的每片弧形钢板沿着圆周方向放置并分别与锚筋5焊接在一起（即锚筋5的短直线段焊接在弧形钢板上），然后再将加强板6的三片弧形钢板焊接在一起即可；

第四步，然后将内衬管1焊接在加强板6上，具体过程如下：先将每三片弧形管片1.1焊接在一起形成一节钢管，然后将该节钢管的两端焊接在与对应的加强板6上，然后按照自上游到下游的施工顺序依次完成剩余多节钢管的焊接作业即可完成内衬管的施工作业；

第五步，内衬管1焊接完成后，通过第一灌浆孔3向浇筑腔内浇筑搅拌好的细石混凝土；浇筑完成后，在每个第一灌浆孔3处焊接一块与钢管厚度一致的钢板（焊接后将焊接缝打平磨光），实现每个第一灌浆孔3的封堵；

待细石混凝土凝固后的强度达到设计强度的70%后，通过第二灌浆孔7对细石混凝土进行钻孔，钻孔深度约为≥100mm，使得第二灌浆孔7和钻孔8形成压力灌浆孔，然后通过压力灌浆孔对浇筑腔内的细石混凝土进行接触灌浆，灌浆压力控制在0.2MPa～0.3MPa；

灌浆结束七天后，采用敲击法检查浇筑腔内的脱空情况，对较明显的脱空部位钻孔，并进行接触灌浆；当灌浆质量满足要求后，在每个第二灌浆孔7处焊接一块与钢管等厚的钢板（焊接缝打平磨光），将第二灌浆孔7封堵；

第六步，灌浆结束后，在内衬管1的内壁上涂刷抗冲刷且耐磨的聚脲涂料，形成厚度为3mm左右的聚脲涂料，完成本发明所述加固结构的施工作业。

需要强调的是，上述实施例仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改、替换和改进等等，这些修改和改进都应涵盖在本发明的保护范围之内。因而，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。