专利名称：拦河坝防渗板自动灌浆技术和自动灌浆装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种拦河坝弹性防渗面板的自动灌浆技术和自动灌浆装置。
拦河坝是挡水建筑物，在河川枢纽工程中其投资占70%左右。拦河坝防渗面板通常有钢筋混凝土结构、沥青混凝土结构。从1981年起增加了一种新的防渗面板，即“钢丝水泥防渗面板”(参见《水利水电技术》1983年第5期)，这种防渗面板的结构由钢筋骨架和多层钢丝网组成，网层的间隙中灌入低水灰比的砂浆;采用高频振动灌浆技术进行施工，施工主要工序包括架设排架、铺网扎筋、高频振动灌浆等三部分。灌浆装置由灌浆挂斗(外壳)和高频振动器(HZ-50行星插入式振动棒)、电机组成，灌浆挂斗由3mm厚的钢板焊接而成，长35cm，宽、高各为15cm，挂斗侧面为灌浆工作面，顶部为进浆孔，挂斗端部和中部各设一道弹性支承，高频振动器通过弹性支承安装在挂斗内，电机放置于排架上。灌浆方法是将拌匀的低水灰比砂浆人工运输到排架上，采用铁鍬等简易工具将砂浆加入到灌浆装置内，人工按住灌浆装置以克服高频振动产生的离开坝面的反向推动，灌浆装置通过钢索绕过上一层排架由手拉动，其电机由人工来移动。
这种钢丝水泥结构的防渗板，已在国内十多座大中小型的水库工程中应用，获得成功。这种防渗板具有密实性好、抗渗能力强、适应变形的优点;但是灌浆技术及相应的灌浆装置存在下列问题和缺点(1)灌浆作业不连续、不系统、灌浆速度慢，每台灌浆装置每小时的灌浆面积不超过8m2;(2)工人用量大，每台灌浆装置需配用15人(包括灌浆作业、砂浆运输的人员);(3)工人劳动强度大;(4)施工排架要求高，结构复杂，每2m高需一层排架，耗材多，造价高。例如，浙江省南江水库的防渗板，排架3372m2，总造价70880元，平均造价21元/m2;(5)灌浆装置由人手按在坝面上，靠一根振动棒的振动作用将砂浆注入钢丝网层内，钢丝网层不超过6层，否则难以灌实，并且，人的按力大小对密实度有一定影响，这样防渗板的密实度均匀程度不高。
本发明的目的是克服现有的拦河坝弹性防渗板灌浆技术和灌浆装置所存在的缺点，提供一种灌浆迅速的自动灌浆技术及自动灌浆装置。
本发明的自动灌浆技术的解决方案是由自动灌浆装置(3)将低水灰比砂浆注入钢丝和钢筋铺叠成的网体(39)内。自动灌浆装置(3)与柔性压力管道(2)相连，柔性压力管道(2)的另一端接砂浆泵(1)，砂浆泵(1)置于坝顶，自动灌浆装置(3)通过钢索(5)由提升卷扬机(4)提拉，提升卷扬机(4)置于坝顶的钢轨(8)上。自动灌浆技术的灌浆过程待下面对三种自动灌浆装置叙述后予以说明。
自动灌浆装置(3)的基本结构包括壳体(12)、高频振动器(13)、电机(14)，高频振动器(13)通过弹性连接座固定于壳体(12)上，电机(14)安装在壳体(12)上，与高频振动器(13)相接。
其方案一是在基本结构的基础上，结构还包括有一组电磁万向轮(27)，它固定于壳体(12)上，其轮部与坝面网体(39)接触。
其方案二是在基本结构的基础上，结构还包括一组电磁万向轮(27)、直轨道(29)、一组滚轮(28)，电磁万向轮(27)固定于直轨道(29)下侧，其轮部与坝面网体(39)接触，滚轮(28)固定于壳体(12)上并且嵌入直轨道(29)的槽内。
其方案三是在基本结构的基础上，结构还包括直轨道(29)、一组滚轮(28)和由上下横轨道(31、32)、连接挡板(34)组成的轨道框，滚轮(28)固定于壳体(12)上并且嵌装入直轨道(29)的槽内，直轨道(29)上下两端带有滚子(35)，滚子(35)嵌入上下横轨道(31、32)槽内，轨道框临时固定于坝面网体(39)上。
灌浆过程如下将拌匀的低水灰比砂浆倒入砂浆泵(1)的料斗内，砂浆泵(1)通过柔性压力管道(2)向自动灌浆装置(3)输送砂浆，砂浆在自动灌浆装置(3)的壳体(12)的出口处具有一定的压力，并且由于高频振动器(13)的高频振动作用，快速注入网体内。
对自动灌浆装置方案一。电磁万向轮(27)通电后，自动灌浆装置(3)吸附在坝面上，将提升卷扬机(4)正转(或反转)，使自动灌浆装置(3)上移，砂浆泵(1)开启，进行灌浆作业。当完成一次由下向上灌浆作业后，砂浆泵(1)停转，将提升卷扬机(4)沿坝顶钢轨(8)向前移动一定距离，使自动灌浆装置(3)向前移动相应的距离，同时将提升卷扬机(4)反转(或正转)，电磁万向轮(27)断电，自动灌浆装置在自重的作用下向下移动到某一位置，完成一个作业周期。然后，重复上移灌浆作业。
对自动灌浆装置方案二(为叙述方便，称自动灌浆装置(3)的随提升卷扬机(4)运动的部件为“装置”)，电磁万向轮(27)通电后，直轨道(29)被吸附在坝面网体(39)上，将提升卷扬机(4)正转(或反转)，使“装置”上移，砂浆泵(1)开启，进行上移灌浆作业，当运动到直轨道的上止点时，砂浆泵(1)停转，将提升卷扬机(4)沿坝顶钢轨向前移动一定距离，使自动灌浆装置(3)向前移动相应的距离，然后，将提升卷扬机(4)反转，砂浆泵(1)开启，由于自重作用使“装置”下移，进行下移灌浆作业，到达下止点时，提升卷扬机(4)和砂浆泵(1)停转，再将提升卷扬机(4)向前运动一定距离，自动灌浆装置(3)相应向前运动一定距离，等待进行上移灌浆作用，完成一个作业周期。
对自动灌浆装置方案三(为叙述方便，称自动灌浆装置(3)的随提升卷扬机(4)运动的部件为“装置”)，开启砂浆泵(1)，将提升卷扬机(4)正转，使“装置”沿直轨道(29)上移，进行上移灌浆作业，当运动到直轨道(29)上止点时，将提升卷扬机(4)向前运动一定距离，直轨道(29)同时沿上下横轨道(31、32)向前运动一定距离，即带动“装置”向前运动，进行前移灌浆，然后将提升卷扬机(4)反转使“装置”下移，由于自重作用进行下移灌浆，当下移至直轨道下止点时，使提升卷扬机(4)和直轨道(29)又向前运动一定距离，进行前移灌浆，完成一个作业周期。待轨道框内灌浆作业完成之后，解除轨道框的临时固定作用，将轨道框向前移动到灌浆网体上，并予以临时固定。
本发明的优点是(1)灌浆作业连续程度高、系统性强，灌浆速度快，每台灌浆装置每小时的灌浆面积可达120m2，与原灌浆装置相比，工效提高近15倍;(2)灌浆的密实性好，均匀程度高，提高了防渗板的抗渗强度，一次灌浆的钢丝层数可达到8层，适应于高水头拦河坝深水位面板;(3)自动化程度高，灌浆过程可实现自动控制和质量自动监测;(4)所需的操作人员少，每台自动灌浆装置只需配用二至三人，且劳动强度大大减轻;(5)施工排架结构简单，耗材少，造价低;(6)工程总体造价低，同时大大缩短施工工期。
本发明自动灌浆装置一的特点是电磁万向轮(27)固定在壳体(12)上，重量轻，运动灵活，上升时自动灌浆，下降时停止灌浆，更适应于坝面边角部位的灌浆。自动灌浆装置二的特点是结构上增加了带电磁万向轮(27)的直轨道，“装置”在上升、下降的运动过程中连续灌浆，灌浆速度比自动灌浆装置一快，更适应于中、小型水库坝面的灌浆。自动灌浆装置三的特点是结构上具有直轨道(29)和由横轨道(31、32)等组成的轨道框，临时固定于坝面上，“装置”在上升、下降的运动过程中连续灌浆，灌浆速度更快，并且控制电路最简单，更适应于大型水库坝面的自动灌浆。
图1为拦河坝防渗板自动灌浆技术实施例俯视图图2为图1中K-K剖视示意图;
图3为自动灌浆装置方案一实施例主视图(从坝面内侧向外视);
图4为图3的俯视图;
图5为图3中B-B剖视图;
图6为图3中A-A剖视图;
图7为图3中C-C剖视图;
图8为图3中D-D剖视图;
图9为自动灌浆装置方案二实施例主视示意图(正对着坝面的视图);
图10为图9中E-E剖视放大图;
图11为自动灌浆装置方案三实施例主视图(从坝面内侧向外视图);
图12为图11中F-F剖视图;
图13为图11中G-G剖面放大图;
图14为图11中H-H剖视放大图;
图15为图11中I-I剖视放大图;
图16为图11中J-J剖视放大图;
图17为光控监视系统电路图;
图18为控制电路的实例图。
图中标号说明如下1为砂浆泵，2为柔性压力管道，3为自动灌浆装置，4为提升卷扬机，5为钢索，6为导向环，7为胶管夹具，8为钢轨，9为枕木，10为平移卷扬机，11为压力控制器，12为壳体，13为高频振动器，14为电动机，15为钢板法兰，16为橡胶法兰，17为定位板，18为弧形钢板法兰，19为弧形橡胶法兰，20为激光发射器，21为光接收器，22为发光二极管，23为光敏三极管，24为旁通孔，25为透明玻璃钢，26为灌浆工作面，27为电磁万向轮，28为滚轮，29为直轨道，30为直轨道连接板，31为上横轨道，32为下横轨道，33为常闭交流电磁铁，34为连接挡板，35为滚子，36为软索，37为混凝土桩，38为重物，39为网体，40为防渗板垫层，41为坝体。
下面结合附图，对本发明的实施加以说明。
一、自动灌浆技术，结合图1、图2说明如下灌浆前在坝体(41)迎水面防渗板垫层(40)上进行铺网扎筋使由多层钢丝网和钢筋骨架组成的网体(39)焊接在垫层(40)的预埋钢筋上，铺网扎筋完毕后进行灌浆作业。自动灌浆技术是这样实现的。自动灌浆装置(3)与柔性压力管道(2)相连，柔性压力管道(2)的另一端接砂浆泵(1)，砂浆泵(1)置于坝顶，自动灌浆装置(3)通过钢索(5)由提升卷扬机(4)提拉，提升卷扬机(4)置于坝顶的钢轨(8)上。另外，在坝顶上有平移卷扬机(10)，平移卷扬机(10)的钢索系在提升卷机(4)的机架上。在坝顶还设置有导向环(6)，柔性压力管道(2)穿过导向环(6)，以控制其伸缩运动。还可在自动灌浆装置(3)的附近用胶管类具(7)将柔性压力道(2)固定于钢索(5)上。搅拌机将拌匀的低水灰比砂浆入砂浆泵(1)的料斗内，砂浆经过料斗中振动器的振动作用，具有一定的流动性，在砂浆泵(1)的作用下砂浆进入稳定室，并经压力控制器(11)的调节流入柔性压力管道(2)，尔后砂浆从柔性压力管道(2)的末端流进自动灌浆装置(3)内，自动灌浆装置(3)中的砂浆经过高频振动器(13)的振动作用产生液化流动，并在柔性压力管道(2)的末端压力(约0.046MPa)的共同作用下快速注入网体(39)内。上述灌浆设备可选用如下型号砂浆泵(1)选用输出压力为1.5MPa的砂浆泵，如型号HB6-3或C232等;柔性压力管道(2)为D65mm及其以上的橡胶管，压力控制器为CLGY型。钢轨(8)为双轨，铺设在枕木(9)上，混凝土桩(37)均匀埋设在坝顶上游侧，以保持钢轨(8)的侧向稳定。为防止提升卷扬机(4)的倾复，加压重物(38)。
网体灌浆完毕后，将防渗板表面压实磨光，终凝后洒水养护。防渗板具有膨胀、收缩的性能，需要设置工作缝，水平缝间距和竖向缝间距均可为10m。工作缝的技术处理与现有的处理方法相同，不赘述。
二、三种自动灌浆装置〈一〉、自动灌浆装置方案一，结合图3、图4、图5、图6、图7、图8说明如下。其基本结构包括壳体(12)、高频振动器(13)、电机(14)(见图6)，结构还包括一组电磁万向轮(27)。高频振动器(13)通过二个弹性连接座(15、16和17、18、19)(见图3、图6)固定于壳体(12)中，电机(14)安装在壳体(12)上，与高频振动器(13)相连接，电磁万向轮(27)固定于壳体(12)上，其轮部与坝面网体接触。壳体(12)由厚度3mm钢板焊接而成，壳体的灌浆工作面(26)与网体接触;高频振动器(13)为HZ-50行星插入式，振动频率为12000次/分以上;电磁万向轮(27)由交流电磁铁和万向轮组成，吸引力可为1750N。弹性连接座上座由钢板法兰(15)和橡胶法兰(16)组成，用螺栓固定于壳体(12)顶面，同时夹住振动捧软轴，弹性连接座下座由定位板(17)、弧形钢板法兰(18)、弧形橡胶法兰(19)组成，固定于壳体(12)中部附近。壳体(12)中轴线处设一个旁通孔(24)，以利壳体(12)中砂浆的流动和调节。
另外，还设置有光控监视系统，即在壳体(12)两侧设置激光发射器(20)，其中安装二个发光二极管(22)(见图7)，可为激光二极管，在壳体(12)中部设置有光接收器(21)(见图3)，其中安装二个光敏三极管(23)(见图8)。激光发射器(20)和光接收器(21)的正面为透明玻璃钢(25)，其余部分由钢板焊成。
〈二〉、自动灌浆装置方案二，结合图9、图10说明如下。其基本结构包括壳体(12)、高频振动器(13)、电机(14)，与方案一的相同。结构还包括一组电磁万向轮(27)、直轨道(29)、一组滚轮(28)。电磁万向轮(27)固定于直轨道(29)下侧，其轮部与坝面网体(39)接触，滚轮(28)固定于壳体(12)上并嵌入直轨道(29)的槽内。直轨道(29)为双轨，用连接板(30)联成。直轨道(29)上系有软索(36)，软索(36)另一端系在提升卷扬机(4)机架上。电磁万向轮(27)吸引力可为700N。另外，还设置有光控监视系统，与自动灌浆装置方案一的相同，不重复。
〈三〉、自动灌浆装置方案三，结合图11、图12、图13、图14、图15、图16说明如下。其基本结构包括壳体(12)、高频振动器(13)、电机(14)，与自动灌浆装置方案一的相同，结构还包括直轨道(29)、一组滚轮(28)和由上下横轨道(31、32)、连接挡板(34)组成的轨道框。滚轮(28)固定于壳体(12)上并且嵌入直轨道(29)的槽内，直轨道(29)上下两端带有滚子(35)(见图13、图14)，滚子(35)嵌入上下横轨道(31、32)槽内。在轨道框上设置有一组常闭交流电磁铁(33)，使轨道框吸附在坝面网体上(见图11、15、16)，常闭交流电磁铁(33)吸引力可为1750N。轨道框也可采用螺栓或铁丝等临时固定在网体上。轨道框可没有连接挡板(34)，即只有上下横轨道(31、32)。另外，还设置有光控监视系统，与自动灌浆装置方案一的相同，不重复。
三、控制电路光控监视系统的电路图见图17。图中，发光二极管(22)发出的光线使光敏三极管(23)导通，三极管(BG1和BG2)随之导通，使继电器(丁1)和继电器(丁2)先后得电吸合。反之，当发光二极管(22)发出的光线被砂浆阻挡，相应地使继电器(丁2)失电释放。
控制电路的实例见图18。该图是针对自动灌浆装置方案一而设计的，对于自动灌浆装置方案二和方案三的控制电路，不再说明。图中，KM1～KM6为交流接触器，QA1～QA6为常开按钮开关，TA1～TA6为常闭按钮开关，设置TA1～TA6的目的是为了当万一出现故障时进行停机。控制电路的工作过程如下当设备就位后，接通电源，合上K1，控制电路处于预备状态，将K2拨向左侧，电路由手动进行操作。按下QA3，KM3得电吸合，并自锁，使砂浆泵(1)启动输送砂浆。按下QA4，KM4得电吸合，并自锁，高频振动器(13)进行振捣;按下QA6，KM6得电吸合自锁，电磁万向轮(27)由于电磁力的作用，将自动灌浆装置吸附在坝面网体(39)上，此时按下QA1，KM1得电吸合，并自锁，提升卷扬机(4)将灌浆装置沿着工作面缓缓提升，进行边灌浆边提升。当提升到上止点时，碰撞行程开关SB1点，使KM1、KM3、KM4同时失电释放，使砂浆泵(1)、高频振动器(13)和提升卷扬机(4)同时停止。按下TA6，使KM6失电释放，电磁万向轮(27)失电，吸附力消失。此时，按下QA5，KM5得电吸合，并自锁，平移卷扬机(10)启动工作，将自动灌浆装置平移拉过一段位置，当位移行程开关SB3碰撞位移止点而停止。此时按下QA2，KM2得电吸合，并自锁，提升卷扬机(4)反转，自动灌浆装置由于自重作用，缓慢地降到工作面下止点，行程开关SB2碰撞下止点而停止，第一个循环工作结束。接着，重复上述过程进行灌浆作业，直到全部工作面灌浆完毕。
如果将K2拨向右侧，电路由手控转变为光电监控，其工作过程是在提升卷扬机(4)使自动灌浆装置(3)上升进行灌浆过程中，当砂浆未灌实或砂浆没有输入时，发光二极管(22)发出的光线由光敏三极管(23)接收，而使光敏三极管(23)导通，如前所述，继电器(丁2)得电吸合，其常闭触头(J2)(见图18)打开，使KM1失电释放，切断提升卷扬机(4)的电源，提升卷扬机(4)停转，这时，砂浆泵(1)和高频振动器(13)仍继续进行灌浆;当灌实网体(39)时，光敏三极管(23)无光线接收到而处于截止状态，使继电器(J2)失电释放，其常闭触头J2闭合，KM1得电吸合，使提升卷扬机(4)得电继续转动，带动自动灌浆装置上升继续进行灌浆，从而起到了监控作用。
控制电路还可设计成全自动控制电路。
四、灌浆装置的运动过程自动灌浆装置方案一的工作过程在第三部分“控制电路”中已经叙述，不再重复。
自动灌浆装置方案二的工作过程电磁万向轮(27)通电后，直轨道(29)被吸附在网体(39)上，提升卷扬机(4)正转将“装置”沿直轨道(29)上移，砂浆泵(1)、高频振动器(13)开启，“装置”上移过程中进行灌浆，当运动到直轨道的上止点后，砂浆泵停转，电磁万向轮(27)停电，平移卷扬机(10)启动将提升卷扬机(4)沿轨道前移0.5m，直轨道(29)相应平移0.5m，然后，电磁万向轮(27)通电，直轨道(29)吸附在网体上，提升卷扬机(4)反转，砂浆泵(1)、高频振动器(13)开启，“装置”沿直轨道(29)下移，并同时进行下移灌浆。“装置”运动到直轨道下止点时，提升卷扬(4)和砂浆泵(1)高频振动器(13)停止工作，平移卷扬机(10)又将提升卷扬机(4)及直轨道前移0.5m，完成一个灌浆周期，尔后重复进行。
自动灌浆装置方案三的工作过程开启砂浆泵(1)和高频振动器(13)，常闭交流电磁铁(33)通电，将轨道框固定在网体上，提升卷扬机(4)正转，“装置”沿直轨道(29)上移，进行上移灌浆作业，当运动到直轨道(29)上止点时，提升卷扬机(4)停转，平移卷扬机(10)启动使提升卷扬机(4)前移0.5m，直轨道(29)同时沿上下横轨道(31、32)前移0.5m，即带动“装置”向前运动，进行前移灌浆，然后，平移卷扬机(10)停转，提升卷扬机(4)反转使“装置”因自重作用而下移，进行下移灌浆，当下移到直轨道(29)下止点时，提升卷扬机(4)停转，平移卷扬机(10)转动使提升卷扬机(4)和直轨道又前进0.5m，进行前移灌浆，完成一个作业周期。依此反复进行，直至轨道框内全部灌浆完毕。尔后，使常闭交流电磁铁(33)断电，将轨道框向前运动至待灌浆位置，再给常闭交流电磁铁(33)通电，重复上述灌浆作业。
权利要求
1.一种拦河坝防渗板自动灌浆技术，由自动灌浆装置(3)将低水灰比砂浆注入钢丝网和钢筋铺叠成的网体(39)内，其特征是自动灌浆装置(3)与柔性压力管道(2)相连，柔性压力管道(2)的另一端接砂浆泵(1)，砂浆泵(1)置于坝顶，自动灌浆装置(3)通过钢索(5)由提升卷扬机(4)提拉，提升卷扬机(4)置于坝顶的钢轨(8)上。
2.根据权利要求1所述的技术，其特征是坝顶上有平移卷扬机(10)，平移卷扬机(10)的钢索系在提升卷扬机(4)的机架上。
3.根据权利要求1或2所述的技术，其特征是在坝顶设置有导向环(6)，柔性压力管道(2)穿过导向环(6)。
4.根据权利要求1或2所述的技术，其特征是自动灌浆装置方案二的直轨道(29)上系有软索(36)，软索(36)的另一端系在提升卷扬机(4)的机架上。
5.根据权利要求1或2所述的技术，其特征是所述的砂浆泵(1)选用输出压力为1.5MPa的砂浆泵。
6.一种拦河坝防渗板自动灌浆装置，结构包括壳体(12)、高频振动器(13)、电机(14)，高频振动器(13)通过弹性连接座固定于壳体(12)上，电机(14)安装在壳体(12)上，与高频振动器(13)相接，其特征是结构还包括有一组电磁万向轮(27)，它固定于壳体(12)上，其轮部与坝面网体(39)接触。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征是还设置有光控监视系统，即在壳体(12)两侧设置激光发射器(20)，在壳体(12)中部设置有光接收器(21)。
8.一种拦河坝防渗板自动灌浆装置，结构包括壳体(12)、高频振动器(13)、电机(14)，高频振动器(13)通过弹性连接座固定于壳体(12)上，电机(14)安装在壳体(12)上，与高频振动器(13)相接，其特征是结构还包括一组电磁万向轮(27)、直轨道(29)，一组滚轮(28)，电磁万向轮(27)固定于直轨道(29)下侧，其轮部与坝面网体(39)接触，滚轮(28)固定于壳体(12)上并且嵌入直轨道(29)的槽内。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征是还设置有光控监视系统，即在壳体(12)两侧设置有激光发射器(20)，在壳体(12)中部设置有光接收器(21)。
10.一种拦河坝防渗面板自动灌浆装置，结构包括壳体(12)、高频振动器(13)、电机(14)，高频振动器(13)通过弹性连接座固定于壳体(12)上，电机(14)安装在壳体(12)上，与高频振动器(13)相接，其特征是结构还包括直轨道(29)、一组滚轮(28)和由上下横轨道(31、32)连接挡板(34)组成的轨道框，滚轮(28)固定于壳体(12)上并且嵌入直轨道(29)的槽内，直轨道(29)上下两端带有滚子(35)，滚子(35)嵌入上下横轨道(31、32)的槽内，轨道框临时固定于坝面网体(39)上。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征还设置有光控监视系统，即是在壳体(12)两侧设置有激光发射器(20)，在壳体(12)中部设置有光接收器(21)。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征是所述的轨道框临时固定于坝面网体(39)上的结构为在轨道框上设置有一组常闭交流电磁铁(33)。
全文摘要
一种拦河坝防渗板自动灌浆技术和自动灌浆装置，通过砂浆泵、柔性压力管道、自动灌浆装置、提升卷扬机等将低水灰比砂浆注入由钢丝网和钢筋铺叠成的网体内。自动灌浆装置由壳体、高频振动器、电机和电磁万向轮等组成，电磁万向轮通电后使自动灌浆装置吸附在网体上。本发明灌浆作业连续程度高，系统性强，灌浆速度快，可达每小时120m
文档编号E02D15/00GK1080346SQ9210451
公开日1994年1月5日 申请日期1992年6月19日 优先权日1992年6月19日
发明者林国强, 陈世武, 潘国康 申请人:永嘉县振兴水电技术研究所