一种加固坝体结构及其施工方法与流程

本发明涉及采矿工程与水利工程的交叉领域，尤其涉及一种加固坝体结构及其施工方法。

背景技术：

目前,关于煤矿分布式地下水库挡水坝建设还在进一步研究设计。在《煤矿安全规程》和《煤矿防治水规定》中水闸门和水闸墙的建设进行了规范,主要基于防治水的角度,未考虑地下水库储水的长期作用；水利工程方面,对地面水库的坝体建设做了较为详细的规定,但是地面水库坝体与地下水库挡水坝建设具有明显不同。

将煤矿地下水库坝体与地面水库坝体进行比较，地面水库坝体仅受到水压作用及自身重力作用；而煤矿地下水库坝体受力复杂，不仅受到水压作用，同时由于地下水库上方岩层尚未达到稳定状态，岩层垮落对坝体造成冲击，同煤层和不同煤层采动及矿震等对坝体均具有一定影响。

目前大量使用的煤矿地下水库的人工挡水坝，以壁式挡水坝为主，在人工坝体承受较大围岩压力时，坝体对底板会产生较大的压力，可能造成相应的底板裂隙增加或者局部失稳破坏，出现漏水等不安全因素。

现有技术中，如果原来的坝体已经失稳或漏水需要加固时，通常是将待加固坝体直接加固，需要拆除待加固坝体的一些结构。而由于本待加固坝体用于密封地下水库，如果拆除待加固坝体的结构还需要考虑阻止地下水库的水外流以及人工坝体的失稳等问题，导致施工及其困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构稳定，方便施工的一种加固坝体结构及其施工方法。

本发明技术方案提供一种加固坝体结构，包括巷道、位于所述巷道内的待加固坝体和位于所述巷道内用于对所述待加固坝体进行加固的加固坝体；

所述巷道包括巷道底板、巷道顶板和连接在所述巷道顶板与所述巷道底板之间的两条巷帮；

所述加固坝体包括密封在所述巷道内的坝体主体、嵌入在所述巷道顶板内的坝体顶板、嵌入在所述巷道底板内的坝体底板和嵌入在所述巷帮内坝体侧板；

所述坝体主体与所述待加固坝体连接；

所述坝体顶板连接在所述坝体主体的顶端上，并朝向远离待加固坝体的方向延伸；

所述坝体底板连接在所述坝体主体的底端上，并朝向远离待加固坝体的方向延伸；

在所述坝体主体的左右两端分别设置有一块所述坝体侧板，所述坝体侧板连接在所述坝体顶板与所述坝体底板之间。

进一步地，在所述坝体主体与所述待加固坝体之间设置有界面胶层。

进一步地，所述坝体主体、所述坝体顶板、所述坝体底板和所述坝体侧板一体浇筑成型。

进一步地，在所述坝体主体与所述待加固坝体之间设置有植筋。

进一步地，所述植筋包括多条间隔设置的钢筋；

在水平方向上，所述钢筋倾斜延伸。

进一步地，在所述坝体主体的顶部和所述待加固坝体的顶部之间连接有加固帽。

进一步地，所述坝体顶板的底面与所述巷道顶板的底面平齐，所述坝体底板的顶面与所述巷道底板的顶面平齐；

所述坝体侧板的内表面与所述巷帮的内表面平齐。

进一步地，所述坝体顶板通过顶板锚杆锚固在所述巷道顶板内，所述坝体底板通过底板锚杆锚固在所述巷道底板内，所述坝体侧板通过侧板锚杆锚固在所述巷帮内。

进一步地，所述坝体主体内设置有加强支架。

本发明技术方案还提供一种加固坝体结构的施工方法，包括如下步骤：

s001：在巷道内位于待加固坝体的一侧支设模板；

s002：在模板内预设植筋，并将植筋的一端打入待加固坝体内；

s003：在待加固坝体的表面上喷涂界面胶形成界面胶层；

s004：向模板内浇筑加固坝体成型材料；

s005：静置预设时间，待加固坝体成型材料凝固后拆除模板，形成加固坝体。

进一步地，在步骤s001之前还包括：

在巷道底板上开设用于容纳坝体底板的底板凹槽；

在巷道顶板上开设用于容纳坝体顶板的顶板凹槽；

在巷帮上开设用于容纳坝体侧板的巷帮凹槽；

在步骤s001中还包括：

支设模板时使得模板的下端与底板凹槽密封连接，使得模板的上端与顶板凹槽密封连接，模板的两侧与两侧巷帮凹槽密封连接；

在步骤s004中还包括：

浇筑加固坝体成型材料时，使得加固坝体成型材料填充满底板凹槽、顶板凹槽和巷帮凹槽，并捣实。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明提供的加固坝体结构及其施工方法，通过在待加固坝体的一侧浇筑加固坝体，可以对待加固坝体提供加固作用，其有效修复和加固了原有的煤矿地下水库。

待加固坝体与加固坝体之间由于有植筋及界面胶进行连接，有效保证了新旧坝体的整体性、强度和挡水性能。

另外，由于加固坝体的坝体顶板嵌入在巷道顶板内，坝体底板嵌入在巷道底板内，坝体侧板嵌入在巷帮内，从而增大了加固坝体与巷道之间的接触面积，故可相应减小连接处的压强，同时也可提高巷道的强度，并能更有效地增强连接处的整体性，提升待加固坝体和加固坝体的稳定性。

另外，由于坝体底板的底面积大，故可减小基底压强，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降，有效减少巷道底板下部岩体裂缝发展，降低巷道底板失稳破坏。

另外，坝体顶板的面积相对较大，能够较为分散的分担上部围岩的围岩压力，减小上部围岩的应力集中，提高安全性。

本发明提供的加固坝体结构及其施工方法，对于现有的煤矿地下水库的人工挡水坝提供了修复和加固的可执行方法。

附图说明

图1为本发明实施例中加固坝体结构沿着水平方向布置的示意图；

图2为本发明实施例中加固坝体结构沿着垂直方向布置的示意图；

图3为钢筋在水平方向上倾斜延伸的示意图；

图4为在坝体主体内设置有加强支架的示意图；

图5为在坝体主体和待加固坝体的顶部之间连接有加固帽的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1-2所示，本发明实施例提供的一种加固坝体结构，包括巷道1、位于巷道1内的待加固坝体2和位于巷道2内用于对待加固坝体2进行加固的加固坝体3。

巷道1包括巷道底板11、巷道顶板12和连接在巷道顶板12与巷道底板11之间的两条巷帮13。

加固坝体3包括密封在巷道1内的坝体主体31、嵌入在巷道顶板12内的坝体顶板33、嵌入在巷道底板11内的坝体底板32和嵌入在巷帮13内坝体侧板34。

坝体主体31与待加固坝体2连接。坝体顶板33连接在坝体主体31的顶端上，并朝向远离待加固坝体2的方向延伸。坝体底板32连接在坝体主体31的底端上，并朝向远离待加固坝体2的方向延伸。

在坝体主体31的左右两端分别设置有一块坝体侧板34，坝体侧板34连接在坝体顶板33与坝体底板32之间。

本发明提供的加固坝体结构，可以对待加固坝体2进行加固。

巷道1为采煤工作面上中的巷道，巷道1的两侧为巷帮13，巷道1的底部为巷道底板11，其顶部为巷道顶板12。两条巷帮13连接在巷道顶板11和巷道底板12的两端之间。从而在巷道底板11、巷道顶板12和两条巷帮13之间形成了可以与地下水库连通的通道。

待加固坝体2密封在巷道1内，其用于密封地下水库。

加固坝体3密封在巷道内，加固坝体3紧挨着待加固坝体2，其位于远离地下水库的一侧，用于对待加固坝体2进行加固修复。

加固坝体3包括坝体主体31、坝体底板32、坝体顶板33和两块坝体侧板34。

待加固坝体2密封在巷道顶板12、巷道底板11和两侧的巷帮13之间。

坝体主体31密封在巷道1内，其密封在巷道顶板12、巷道底板11和两侧的巷帮13之间。

坝体主体31与待加固坝体2连接，从而可以对待加固坝体2加固。

坝体底板32设置在坝体主体31的下端，其朝向远离待加固坝体2的方向延伸。施工时，将坝体底板32浇筑在巷道底板11内，从而使得坝体底板32嵌入在巷道底板11内，提高加固坝体3与巷道底板11之间的连接稳定性。由于坝体底板32的底面积大，故可减小基底压强，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降，有效减少巷道底板下部岩体裂缝发展，降低巷道底板失稳破坏。

坝体顶板33连接在坝体主体31的上端，其朝向远离待加固坝体2的方向延伸。施工时，将坝体顶板33浇筑在巷道顶板12内，从而使得坝体顶板33嵌入在巷道顶板12内，提高加固坝体3与巷道顶板11之间的连接稳定性。坝体顶板的面积相对较大，能够较为分散的分担上部围岩的围岩压力，减小上部围岩的应力集中，提高安全性。

坝体侧板34连接在坝体主体31的侧部，并朝向远离待加固坝体2的方向延伸。

综上，坝体底板32、坝体顶板33和坝体侧板34都朝向远离地下水库的方向延伸。

在沿着巷道1的宽度方向上，坝体主体31的两端分别连接有一坝体侧板34。施工时，将坝体侧板34浇筑在巷帮13内，从而使得坝体侧板34嵌入在巷帮13内，提高加固坝体3与巷帮13之间的连接稳定性。坝体侧板的面积相对较大，能够较为分散的分担巷帮的围岩压力，减小侧部围岩的应力集中，提高安全性。

综上所述，由于加固坝体3的坝体顶板33嵌入在巷道顶板12内，坝体底板32嵌入在巷道底板11内，坝体侧板34嵌入在巷帮13内，从而增大了加固坝体3与巷道1之间的接触面积，故可相应减小连接处的压强，同时也可提高巷道的强度，并能更有效地增强连接处的整体性，提升待加固坝体和加固坝体的稳定性。由于增大了加固坝体3与巷道1之间的接触面积，从而可以延长了加固坝体3与巷道1接触处的渗流路径，可以减小了水流从加固坝体3与巷道1接触处渗出的可能性，提高了防渗效果。

因此，本发明提供的加固坝体结构，通过在待加固坝体的一侧浇筑加固坝体，可以对待加固坝体提供加固作用，其有效修复和加固了原有的煤矿地下水库，有效保证了新旧坝体的整体性、强度和挡水性能。

较佳地，如图5所示，在坝体主体31与待加固坝体2之间设置有界面胶层6。界面胶层6为结构加固用界面剂，用于提高连接界面的粘结力，提高了坝体主体31与待加固坝体2的连接稳定性。界面胶层6还具有挡水作用，提升了新旧坝体的挡水性能。

较佳地，坝体主体31、坝体顶板33、坝体底板32和坝体侧板34一体浇筑成型，方便成型，结构强度高。

较佳地，如图1-2所示，在坝体主体31与待加固坝体2之间设置有植筋4，以提高坝体主体31与待加固坝体2之间连接稳定性和整体性。

较佳地，如图1-3所示，植筋4包括多条间隔设置的钢筋41。在水平方向上，钢筋41倾斜延伸。钢筋41可以连接坝体主体31与待加固坝体2。钢筋41在水平方向上倾斜设置，从而可以向待加固坝体2至坝体主体31中打入更长的钢筋41，提高加固效果

在施工时，需要先向代加固坝体2内打入植筋，采用如下步骤：

植筋加固定位：根据施工中设计图中规定的配筋位置、埋深及具体数量，标出植筋的具体位置及方向，验线合格后进行钻孔给弹线定位。

植筋施工钻孔：用冲击钻钻孔的过程中，要注意钻头直径应要比钢筋的直径大将近5mm左右，并且保证钻头根据设计要求，分层以45度方向与地下水库原有坝体进行钻孔，此过程中应注意分打孔方向。

植筋打孔清洁：钻孔完毕后，要用毛刷、棉布等进行清空工作，并将孔口封闭。如果使用钻石钻孔设备钻孔，孔内积水必须清理干净，保证孔内无灰屑，积水，油脂。若发现有废孔存在，则要用植筋胶填实，同时还要确保孔内干燥。

植筋表面处理：采用机械法或钢丝刷除去种筋钢筋表面铁锈和氧化层，油污可用丙铜去除，以此增加钢筋与结构胶的粘结力。

植筋注胶处理：根据植筋施工所采用的锚固胶施用形态(管装式，机械注入式，现场配置式)和种筋方向(水平)的不同采用相应的方法注胶，确保孔内无气泡或空隙，注胶量一般为填满孔深的2/3左右。

化学植筋过程：将处理好的钢筋以连续旋转方式植入孔内预定深度，锚固胶以刚溢出孔口为最佳。

植筋加固固化期养护：将植筋锚固，在固化期间不可扰动钢筋，不可施加扭矩。固化时间受基础材料温度及锚固胶性质有关。同时，植筋后3-4天可进行抽检，检验过程中可用千斤顶等工具对植入的钢筋进行拉拔，检测其凝固融合程度。

较佳地，如图5所示，在坝体主体31的顶部和待加固坝体2的顶部之间连接有加固帽7，用于将坝体主体31的顶部和待加固坝体2的顶部紧固在一起，从顶部加固，避免坝体主体31从上方与待加固坝体2脱离，提高了连接的稳定性。

优选地，坝体顶板33的底面与巷道顶板12的底面平齐，坝体底板32的顶面与巷道底板11的顶面平齐，坝体侧板34的内表面与巷帮13的内表面平齐，保持巷道1的内表面平齐，提升密封性能。

较佳地，如图1-2所示，坝体顶板33通过顶板锚杆331锚固在巷道顶板12内，坝体底板32通过底板锚杆321锚固在巷道底板11内，坝体侧板34通过侧板锚杆341锚固在巷帮13内，从而将加固坝体2牢固地安装在巷道1中，并提高了密封性能。

较佳地，如图4所示，坝体主体31内设置有加强支架35，利于浇筑坝体主体31和提高坝体主体31的结构强度。

加强支架35呈可以网状结构，可以更好地浇筑成型坝体主体31，并提升坝体主体1的结构强度。

加强支架35由多条工字钢351交错连接而成，便于取材和焊接成型。

本发明一实施例提供一种加固坝体结构的施工方法，结合图1-5所示，包括如下步骤：

s001：在巷道1内位于待加固坝体2的一侧支设模板。

s002：在模板内预设植筋4，并将植筋4的一端打入待加固坝体2内。

s003：在待加固坝体2的表面上喷涂界面胶形成界面胶层6。

s004：向模板内浇筑加固坝体成型材料。

s005：静置预设时间，待加固坝体成型材料凝固后拆除模板，形成加固坝体3。

本发明提供的加固坝体结构的施工方法，通过在待加固坝体2的一侧浇筑加固坝体3，可以对待加固坝体2提供加固作用，其有效修复和加固了原有的煤矿地下水库。待加固坝体2与加固坝体3之间由于有植筋4及界面胶层6进行连接，有效保证了新旧坝体的整体性、强度和挡水性能。

较佳地，在步骤s001之前还包括：

在巷道底板11上开设用于容纳坝体底板32的底板凹槽，在巷道顶板12上开设用于容纳坝体顶板33的顶板凹槽，在巷帮13上开设用于容纳坝体侧板34的巷帮凹槽。

在步骤s001中还包括：

支设模板时使得模板的下端与底板凹槽密封连接，使得模板的上端与顶板凹槽密封连接，模板的两侧与两侧巷帮凹槽密封连接。

在步骤s004中还包括：

浇筑加固坝体成型材料时，使得加固坝体成型材料填充满底板凹槽、顶板凹槽和巷帮凹槽，并捣实。

通过上述方式可以实现将加固坝体3的坝体顶板33嵌入在巷道顶板12内，坝体底板32嵌入在巷道底板11内，坝体侧板34嵌入在巷帮13内，从而增大了加固坝体3与巷道1之间的接触面积，故可相应减小连接处的压强，同时也可提高巷道的强度，并能更有效地增强连接处的整体性，提升待加固坝体和加固坝体的稳定性。

在步骤s001中还包括安装相应的锚杆的步骤。

由于坝体底板的底面积大，故可减小基底压强，同时也可提高地基土的承载力，并能更有效地增强基础的整体性，调整不均匀沉降，有效减少巷道底板下部岩体裂缝发展，降低巷道底板失稳破坏。

坝体顶板的面积相对较大，能够较为分散的分担上部围岩的围岩压力，减小上部围岩的应力集中，提高安全性。

综上所述，本发明提供的加固坝体结构及其施工方法，对于现有的煤矿地下水库的人工挡水坝提供了修复和加固的可执行方法。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。