一种基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法与流程

本发明涉及堤坝防汛抢险加固技术，尤其涉及一种基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法。

背景技术：
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管涌是指在渗流力作用下，无粘性土中的细小颗粒通过粗大颗粒构成的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。管涌是江河大堤在汛期常见险情之一。根据1998年中国长江、嫩江、松花江特大洪水期间险情统计资料分析，长江中下游干堤堤基管涌占较大险情总数的52.4 %，居各类险情之首，且7处溃堤有5处由管涌导致，嫩江、松花江也多处出现管涌险情并导致溃堤。由于汛期堤基管涌频发，管涌查险、抢险需耗费巨大的人力、物力和财力。由于堤基管涌通道在堤基内部，其发展趋势很难用肉眼观察，在汛期危急时刻很难快速判定其危害程度大小。堤防抢险和除险加固的实践表明，堤基管涌是堤防工程中最普遍且难以治愈的心腹之患，严重威胁堤防本身及堤防保护区内人民生命财产安全。

吸水树脂是一种新型的高分子材料，它能够吸收自身重量几百倍至千倍的水分，无毒、无害、无污染；吸水能力特强，保水能力特高，通过丙烯酸聚合得到的高分子量聚合物吸收水分，且所吸水分不会被简单的物理方法挤出，并且可反复释水、吸水。吸水树脂已逐渐被应用至水利工程中，主要用于汛期大坝洞的堵漏、地下室、隧道、地铁预制缝的堵水等。

中国专利授权公告号CN102051896B公开了一种堤坝管涌抢险高聚物封闭注浆方法，在堤坝发生管涌险情时，向置于管涌通道口处的土工布袋内注射高聚物材料，材料发生反应后体积迅速膨胀并固化并封堵管涌通道，然后再通过微孔向管涌通道内注射高聚物材料，达到封堵管涌通道的目的。该技术的局限性有：(1) 用一端绑有土工布袋的硬质空心钢管来探寻软质堤坝中的管涌通道入口，难度大、可操作性不强，难以准确判断是否成功找到管涌通道入口；(2) 即使基于空心钢管找到管涌通道入口，在通过空心钢管向土工布袋注射高聚物材料过程中，有可能高聚物材料在空心钢管内就与水相遇发生膨胀，牢牢堵死空心钢管，使高聚物材料无法进入土工布袋内；(3) 在堤坝顶部钻微孔达到管涌通道处也难以操作，一方面难以判断钻孔点是否正好位于管涌通道正上方(需考虑管涌通道的曲折多变性)，另一方面也难以判断微孔深度是否正好达到管涌通道处(有可能钻浅了未达到，或钻太深超过管涌通道位置)。可见，基于吸水树脂(高聚物材料)封堵管涌通道的技术，还有待发展简单、实用的施工方法。

技术实现要素：
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为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，其操作简单、施工方便，为管涌抢险提供了一种可靠的封堵技术。

本发明的技术方案如下：

基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：先利用上游管涌口探测装置寻找、探测管涌入口；发现管涌入口后，再释放绳索使其完全穿过管涌通道在下游出口冒出；然后利用绳索牵引把束状干燥吸水树脂拖入、穿越管涌通道；最后在上游与下游管涌口截断束状干燥吸水树脂，使束状干燥吸水树脂从管涌口两端开始吸水膨胀，并逐渐膨胀至管涌通道中部，最终充满整个管涌通道，从而，全程封堵管涌通道。

所述的基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，其特征在于，所述的上游管涌口探测装置包括手柄，手柄前端孔洞内系缚有绳索，绳索上绑定有若干个均匀且间隔分布的探测球。

所述的基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，其特征在于，所述的探测球采用高弹性材料加工成型，探测球密度大于水的密度，探测球采用红色或黄色。

所述的基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，其特征在于，所述的束状干燥吸水树脂包括吸水树脂，吸水树脂外包覆有塑料密封袋，熟料密封袋外包覆有网状土工袋；

所述的塑料密封袋由2~4层厚度不同的塑料膜组成，塑料密封袋的强度小于吸水树脂的最大膨胀力。

所述的基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，其特征在于，具体实施步骤如下：

1）、探测上游管涌口：

把上游管涌口探测装置的绳索与探测球抛入水中，待其自沉于坡面后，缓慢拖拽手柄使探测球在坡面滑动，若其中某个探测球正好在管涌口附近时，通过绳索拖拽手柄的力量变化判断探测球是否进入管涌口内；

2）、上游管涌口探测装置的绳索贯穿管涌通道：

确定探测球进入管涌口后，手柄处续接、释放更长的绳索，使探测球从下游管涌口冒出，即绳索完全贯穿管涌通道；

3）、束状干燥吸水树脂拉入管涌通道中：

确定探测球从下游管涌口冒出后，上游管涌口探测装置的绳索牢固系住束状干燥吸水树脂，并派人在下游管涌出口拖拽绳索，使束状干燥吸水树脂被绳索牵引、拉入管涌通道中，直至在下游管涌出口拉出束状干燥吸水树脂；

4）、在两端截断束状干燥吸水树脂：

在上游管涌入口与下游管涌出口处截断束状干燥吸水树脂，使其吸水膨胀，截断后，两端的吸水树脂迅速吸水膨胀，把两端堵住，水分逐渐被吸入中部的干燥吸水树脂，一段时间后最终充满整个管涌通道，管涌通道全程封堵完成。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用绳索上均匀绑定多个探测球的探测装置，能方便、快捷的探测、发现上游管涌入口；

2、本发明抢险封堵速度快，吸水树脂吸水后体积迅速膨胀并固化，十多分钟便可达到90%以上的强度；

3、本发明的施工方法使吸水树脂能够充满整个管涌通道，封堵管涌彻底，加固效果好。而现有的其它抢险技术，往往只能填充、加固局部的管涌通道；

4、本发明施工简单、方便，无需大型设备，所需材料也简单易得，具有经济性与实用性。

附图说明：

图1为本发明上游管涌口探测装置示意图。

图2为本发明上游管涌口探测装置使用示意图。

图3为本发明上游管涌口探测装置的探测球吸入管涌通道示意图。

图4为本发明探测球及绳索从下游管涌口冒出示意图。

图5为本发明基于绳索把束状干燥吸水树脂牵引入管涌通道示意图。

图6为本发明束状干燥吸水树脂完全穿过管涌通道示意图。

图7为本发明上游与下游管涌口截断束状干燥吸水树脂后示意图。

图8为本发明水逐渐从上游与下游管涌口渗入中部干燥吸水树脂示意图。

图9为本发明吸水树脂将管涌通道全程封堵示意图。

附图标记说明：1、探测球；2、绳索；3、手柄；4、孔洞；5、管涌通道；6、堤坝；7、束状干燥吸水树脂；8、吸水膨胀后的吸水树脂；A、上游水位；B、下游水位。

具体实施方式：

参见附图：

基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，先利用上游管涌口探测装置寻找、探测管涌入口，发现管涌入口后再释放绳索2使其完全穿过管涌通道在下游出口冒出，然后利用绳索2牵引把束状干燥吸水树脂7拖入、穿越管涌通道，再在上游与下游管涌口截断束状干燥吸水树脂，使束状干燥吸水树脂从管涌口两端开始吸水膨胀，并逐渐膨胀至管涌通道中部，最终充满整个管涌通道，从而达到全程封堵管涌通道的效果。

上游管涌口探测装置，由绳索2上均匀绑定探测球1而成，绳索2的一端通过孔洞4系在手柄3上；绳索2的长度应稍大于堤坝上游坡面的长度；绳索2应具有足够的强度与韧性，能承受较大荷载的拖拽及与岩土体的摩擦力；探测球1应具有高弹性变形性质，在不均匀外力作用下容易发生变形以便在不规则孔洞中通行。

束状干燥吸水树脂其最外围是网状土工袋、中间是塑料密封袋、内部是干燥的吸水树脂。束状干燥吸水树脂在穿越管涌通道时所受的拖拽力、摩擦力，均由网状土工袋承担。网状土工袋材料须具有一定的弹性与韧性，干燥吸水树脂吸水后可从网状土工袋的网眼中膨胀鼓出，即网状土工袋不约束、影响干燥吸水树脂吸水后的体积膨胀；

中间的塑料密封袋，由2~4层厚度不同的塑料膜组成，起密封内部吸水树脂的作用，其具有一定的弹性与韧性，能承受拖拽、摩擦力而不损坏；特别地，吸水树脂吸水膨胀后，其能把包裹的塑料密封袋胀开、撑破，即塑料密封袋的强度小于吸水树脂的最大膨胀力，塑料密封袋不约束、影响干燥吸水树脂吸水后的体积膨胀。

束状干燥吸水树脂应事先生产、加工好，呈条带状卷成捆状备用。使用过程中，一般不对束状干燥吸水树脂进行续接、临时加长，因为若续接口处包裹不严发生渗水，将导致束状干燥吸水树脂尚未使用就已吸水膨胀而失效；故每捆束状干燥吸水树脂的总长度应足够长，满足单次抢险中穿越管涌通道的需要。包裹于吸水树脂外围的塑料密封袋应具有一定的强度与韧性，使其在搬运、拖动过程中不会破损。否则，塑料密封袋破损后使内部的吸水树脂吸水后体积膨胀，导致该材料尚未使用就面临报废、丧失使用功能。

优选的，探测球1的直径在1cm~8cm之间；可产生不同直径的系列探测球供现场选用。下游管涌口冒水量较小的，选择直径较小的探测球；下游管涌口冒水量较大的，选择直径较大的探测球；

优选的，探测球1选用鲜艳的颜色，如红色或黄色，方便在光线较弱时(尤其在晚上)容易被发现；

优选的，探测球1的密度在1.1~1.3之间，使其能够自沉于水底，又不至于太沉重而陷入淤泥中；

优选的，上游管涌口探测装置中相邻探测球1的间距在0.4m~1.0m之间；

优选的，绳索2的直径在1mm~5mm之间；

优选的，束状干燥吸水树脂的直径在1cm~20cm之间。可产生不同直径的系列束状干燥吸水树脂供现场选用；下游管涌口冒水量较小的，选择直径较小的束状干燥吸水树脂；下游管涌口冒水量较大的，选择直径较大的束状干燥吸水树脂；

优选的，干燥吸水树脂吸水后体积膨胀在300倍以上，优先选用高性能的吸水树脂。

基于吸水树脂的堤坝管涌抢险封堵方法，具体实施步骤详细描述如下：

(1) 探测上游管涌口：

根据堤坝上游坡面的长度合理选择上游管涌口探测装置中绳索2的长度及探测球1的间距。把探测装置中的绳索2与探测球1抛入水中，待其自沉于坡面后，缓慢拖拽手柄3使探测球1在坡面滑动，若其中某个探测球1正好在管涌口附近时，其将被吸入管涌通道内，；通过绳索拖拽手柄的力量变化判断探测球是否进入管涌口内。

一般地，可根据下游管涌冒水口的位置，判断上游管涌口的大致范围，可多人手持上游管涌口探测装置同时在上游管涌口可能的范围内进行反复探测，提高探测上游管涌口的效率。

派人员缓慢拖拽手柄3使探测球1在堤坝坡面滑动，若把所有探测球全部拖出水面还未发现管涌口，可再次把探测球远抛入水中，反复探测。若发现拖拽力量突然变大，此时探测球可能被吸入管涌口中，可拉-放-拉-放的反复动作中，适当释放绳索2，使更多的探测球按序进入管涌通道；通过拖拽试探确定探测球进入管涌通道后，继续释放绳索 (不够长可多次续接) 2。

(2) 使绳索贯穿管涌通道：

确定探测球进入管涌口后，手柄处续接、释放更长的绳索2；根据大坝的尺寸估算管涌通道的长度，再根据释放绳索2的长度大致判断探测球是否已从下游管涌口冒出；

可用勾状物在下游管涌出口处拨动、打捞探测球及绳索；由于探测球颜色鲜艳，即使在晚上照明光照耀下，也容易被发现；直至发现下游管涌口冒出的探测球，才可判断绳索完全贯穿管涌通道。

(3) 基于绳索把束状干燥吸水树脂拉入管涌通道中：

确定探测球从下游管涌口冒出后，上游的绳索牢固系住束状干燥吸水树脂，并派人在下游管涌出口拖拽已发现的绳索，使束状干燥吸水树脂逐渐被绳索牵引、拉入管涌通道中，直至在下游管涌出口拉出束状干燥吸水树脂，此时束状干燥吸水树脂完全穿越管涌通道；

由于管涌通道可能弯曲多变，故拖拽绳索过程中勿用蛮力，在束状干燥吸水树脂被深部某处卡住无法继续前进时，下游应停止拖拽，可尝试上游稍微拉出，再下游拖拽，反复尝试使束状干燥吸水树脂顺利通过弯曲的管涌通道，直至在下游冒出，使束状干燥吸水树脂完全穿越管涌通道。

3）、在两端截断束状干燥吸水树脂：

在上游管涌入口与下游管涌出口处截断束状干燥吸水树脂，使其吸水膨胀，如图7所示。截断后，两端的吸水树脂遇水迅速吸水膨胀，把两端管涌口堵住；水分逐渐从两端被吸入中部的干燥吸水树脂，一段时间后最终充满整个管涌通道，从而达到全程封堵管涌通道的效果。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：所提上游管涌口探测装置制作简单，能方便、快捷的探测与发现上游管涌入口；抢险封堵速度快，吸水树脂吸水后能迅速封堵管涌口；所提施工方法使吸水树脂能够充满整个管涌通道，封堵管涌彻底，加固效果好；施工简单、方便，无需大型设备，具有良好的经济性与实用性。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。