一种水电站水工建筑物基础防渗加固施工工艺的制作方法

本技术涉及水利水电工程防渗，具体为一种水电站水工建筑物基础防渗加固施工工艺。

背景技术：

1、在水电站工程中，水工建筑物基础长期处于复杂的地质应力与地下水文环境中。基础岩土体内部通常发育有微隙与溶洞，若防渗处理不当，极易导致地下水沿孔隙渗漏，进而引发管涌、潜蚀等工程病害，影响水工建筑物的结构安全。因此，对水工建筑物基础进行有效的防渗加固是保证水电站正常运行的关键环节。

2、目前，常规的基础防渗加固工艺多采用钻孔注浆法，即将普通水泥基浆料压入地层孔隙中进行封堵。然而，在实际工程应用中，这种传统工艺存在一定的局限性。一方面，普通水泥浆液在注入动水环境发育的地层时，由于其自身缺乏快速凝胶截流能力，浆料在未水化固结前极易被地下动水冲刷流失，导致防渗帷幕充填不密实；另一方面，常规的无机水泥固结体属于脆性材料，在长期承受水工建筑物不均匀沉降或微小震动荷载时，固结体内部容易萌生微裂纹并迅速扩展，发生脆性断裂。一旦防渗结构开裂，传统材料自身不具备渗漏自愈合能力，只能依赖人工停机排查与二次修补，增加了工程的维护成本。

3、此外，传统注浆施工主要依赖人工经验设定恒定的注浆压力与流量。由于地下地层渗透性存在空间差异，恒压注浆往往导致低阻力区浆液扩散过量引发串浆，而在高阻力区则由于蓄压过高引发地层机械劈裂破坏。这种缺乏实时数据监测与动态调控的施工方式，难以保证地基防渗加固在整体空间上的均匀性与质量可靠性。

技术实现思路

1、本技术解决的技术问题在于水电站水工建筑物基础隐蔽性渗漏定位困难、动水环境下防渗浆液易被冲刷流失、常规刚性防渗结构在基础不均匀沉降作用下易发生脆性开裂且缺乏渗漏自修复能力，以及施工过程由于缺乏数据闭环控制导致的注浆不均匀与局部劈裂破坏。

2、为解决上述问题，本技术提供如下技术方案：

3、本技术提供一种水电站水工建筑物基础防渗加固施工工艺，采用如下的技术方案：

4、一种水电站水工建筑物基础防渗加固施工工艺，包括以下步骤：

5、清理水电站水工建筑物的待加固基础表面；

6、制备防渗组合材料，所述防渗组合材料包括纳米黏土复合灌浆料、微生物诱导自修复微胶囊、温度响应型凝胶前驱体浆液及可降解化学帷幕前驱液；

7、所述微生物诱导自修复微胶囊内负载有产脲酶微生物，在遇水状态下被激活以生成碳酸钙；

8、所述温度响应型凝胶前驱体浆液在受地层温度触发后发生相变固化；

9、所述可降解化学帷幕前驱液含有大分子交联剂及光引发剂；

10、向清理后的所述待加固基础内交替注入所述纳米黏土复合灌浆料与所述温度响应型凝胶前驱体浆液，进行防渗注浆；

11、向所述待加固基础内植入预应力锚杆并铺设纤维网格，采用振动设备对铺设所述纤维网格的区域进行振动压实；

12、在所述待加固基础的接缝处注入所述可降解化学帷幕前驱液，并使用紫外光源照射进行紫外光固化。

13、通过采用上述技术方案，温度响应型凝胶前驱体浆液在低温状态下维持溶胶形态，具有低粘度与高流动性。浆液注入地层深处后，受环境地温升高热力学触发，分子链内部氢键断裂，疏水相互作用占据主导，引起高分子链收缩与物理缠结，发生溶胶至凝胶的相变固化。生成的三维网状弹性体切断动水渗流通道，防止交替注入的纳米黏土复合灌浆料被动水冲刷流失。

14、防渗组合材料内含有的微生物诱导自修复微胶囊具备原位矿化功能。当结构服役期间产生裂缝且外部水分渗入时，休眠的产脲酶微生物被水分激活。该修复过程的反应机理具体包括以下步骤：

15、步骤一，尿素水解反应：产脲酶微生物分泌脲酶，催化渗透水分中的尿素底物发生水解，生成氨与二氧化碳；

16、步骤二，微环境碱化反应：氨溶解于水分中发生水解，释放出氢氧根离子，使裂缝局部的化学微环境转化为碱性状态；

17、步骤三，碳酸根离子转化反应：生成的二氧化碳在碱性微环境中逐步发生转化，生成碳酸根离子；

18、步骤四，矿化沉淀结晶反应：水体中游离的钙离子与上述生成的碳酸根离子结合，依附于微生物细胞壁及裂缝壁面生成方解石型碳酸钙晶体沉淀。

19、连续生成的碳酸钙晶体逐步累积并占据裂缝空间，实现渗流通道的物理封堵与结构抗渗性能的自我恢复。

20、此外，植入的预应力锚杆为地层提供轴向抗拔拉力，限制松散加固区的结构滑移。铺设的纤维网格承担并分散基体传递的拉应力。采用振动设备进行振动压实，使铺设区域的材料充分密实。纤维通过跨越微裂纹的桥接作用吸收地层变形产生的应变能，改变了常规无机灌浆材料的脆性破坏模式，提高了整体加固体系的极限应变能力。在待加固基础的接缝处注入可降解化学帷幕前驱液并进行紫外光固化，能够快速封闭基础拼接缝隙，阻断沿接缝的渗漏途径。

21、优选的，所述纳米黏土复合灌浆料由包含以下质量百分比的原料制成：硅酸盐水泥65%～75%，改性钠基膨润土8%～15%，超细粉煤灰10%～19%，聚羧酸减水剂0.5%～1.5%，且各原料的质量百分比之和为100%；

22、所述纳米黏土复合灌浆料的水灰比控制在0.6～0.8；

23、所述微生物诱导自修复微胶囊的掺加量为所述纳米黏土复合灌浆料总质量的3%～5%。

24、通过采用上述技术方案，硅酸盐水泥水化生成的氢氧化钙激发超细粉煤灰内部的活性成分，发生二次水化反应生成稳定的水化硅酸钙凝胶。改性钠基膨润土通过物理作用填充水泥颗粒无法进入的毛细孔隙，降低防渗体系的孔隙连通率。水灰比参数配合聚羧酸减水剂维持了浆液在管路泵送过程中的流动性，同时利用膨润土的触变性质抑制了浆液组分的沉降离析。

25、优选的，所述产脲酶微生物为巴氏芽孢杆菌，所述微生物诱导自修复微胶囊的制备方法包括：配制浓度为1.0×108～5.0×108cfu/ml的包含所述巴氏芽孢杆菌的菌液，将所述菌液与粒径为1～3mm的多孔膨胀珍珠岩载体按体积比1:2～1:3混合，在-0.08～-0.1mpa的负压条件下浸泡7200～14400s；随后置于-50℃且真空度小于10pa的条件下进行冷冻干燥处理，制得呈休眠状态的所述微生物诱导自修复微胶囊，该处于休眠状态的微生物诱导自修复微胶囊在遇水环境中被激活。

26、通过采用上述技术方案，负压浸泡工艺促使菌液克服表面张力进入多孔膨胀珍珠岩的内部孔隙结构中。冷冻干燥过程使巴氏芽孢杆菌脱水并进入休眠孢子状态。多孔珍珠岩载体为内部的微生物提供物理保护屏障，抵御硅酸盐水泥基体早期的强碱性水化液冲击，维持了微生物在工程结构内部的长期存活率。

27、优选的，所述温度响应型凝胶前驱体浆液由包含以下重量份的原料制成：n-异丙基丙烯酰胺单体10～15份，n,n'-亚甲基双丙烯酰胺交联剂0.2～0.5份，过硫酸铵0.1～0.2份，n,n,n',n'-四甲基乙二胺0.1～0.2份；

28、所述温度响应型凝胶前驱体浆液的制备方法为：

29、于0～5℃的冰水浴条件下，将所述n-异丙基丙烯酰胺单体与所述n,n'-亚甲基双丙烯酰胺交联剂溶于去离子水中，通入氮气除氧，依次加入所述过硫酸铵与所述n,n,n',n'-四甲基乙二胺混合均匀，并在0～5℃条件下保持低温储藏。更为优选的，所述温度响应型凝胶前驱体浆液中各原料的重量份为：

30、所述n-异丙基丙烯酰胺单体12.5份，所述n,n'-亚甲基双丙烯酰胺交联剂0.35份，所述过硫酸铵0.15份，所述n,n,n',n'-四甲基乙二胺0.15份。

31、通过采用上述技术方案，在低温水浴条件下进行组分混合，降低了过硫酸铵与四甲基乙二胺氧化还原引发体系的化学活性，防止浆液在管路泵送前发生预交联固化。n-异丙基丙烯酰胺分子包含亲水性酰胺基团与疏水性异丙基基团，单体与交联剂的配比控制了高分子三维网络的亲疏水基团平衡，使得发生物理相变的下临界溶解温度区间适配于地下施工作业面的地质温度。

32、优选的，所述大分子交联剂的制备原料包含以下重量份：

33、分子量为2000～4000的聚乙二醇10～20份，丙交酯单体40～60份，辛酸亚锡0.1～0.3份，三乙胺缚酸剂3.5～6.5份，甲基丙烯酰氯3.0～6.0份，且所述三乙胺缚酸剂的重量份大于或等于所述甲基丙烯酰氯的重量份；

34、所述可降解化学帷幕前驱液的配制方法为：

35、将合成的所述大分子交联剂配制成质量分数为10%～20%的水溶液，并加入占水溶液总质量0.5%～1.0%的所述光引发剂混合均匀。

36、通过采用上述技术方案，三乙胺作为缚酸剂吸收甲基丙烯酰氯酯化反应中生成的氯化氢，防止酸性副产物破坏聚合物链段。共聚物交联网络包含聚乳酸疏水链段与聚乙二醇亲水链段。在自然水环境中，聚乳酸链段内的主链酯键发生水解断裂反应，产生分子量下降并生成可溶性乳酸齐聚物及单体排出。控制聚乙二醇与丙交酯单体的反应质量比例，调节了共聚物网络的交联密度与亲水性质，改变水分子向材料内部扩散的渗透速率，控制材料的降解周期。

37、优选的，采用高压水射流清理所述待加固基础表面时，采用机器人进行清理，所述高压水射流的水泵工作压力控制在35～50mpa，机器人的移动速度控制在0.1～0.3m/s；

38、清理后采用激光测距传感器进行平整度扫描以分析平面度误差。

39、通过采用上述技术方案，设定的高压水射流工作压力与移动速度能够有效去除待加固基础表面的附着物及老旧物质，避免损伤原有结构。激光测距传感器扫描平整度并分析平面度误差，为后续防渗材料的附着提供了界面质量的量化评估依据，确保加固界面的结合密实度。

40、优选的，所述预应力锚杆为全螺纹玻璃纤维增强聚合物锚杆，植入后施加的预应力为100～300kn；

41、所述纤维网格为玄武岩纤维网格，铺设所述纤维网格后进行振动压实的参数为：

42、振动频率20～60hz，振幅0.5～2.0mm。

43、通过采用上述技术方案，玻璃纤维增强聚合物具有耐地下水腐蚀的物理特性，为防渗结构提供长期稳定的抗拔锚固力。施加特定的振动频率与机械振幅，使基础表层修补材料内部的固体颗粒重新排列并排除内部空隙，提高界面的平整度与密实度。

44、优选的，交替注入所述纳米黏土复合灌浆料与所述温度响应型凝胶前驱体浆液时，注浆压力保持在0.5～2.5mpa，稳压时间为1200～1800s；

45、在进行所述防渗注浆的过程中，预埋空间分辨率为0.5～1.0m的单模光纤作为分布式光纤，采集施工数据并上传至区块生成时间配置为2～5s/块的区块链网络存证。

46、通过采用上述技术方案，选定的注浆压力与恒定稳压时间保证了液态浆料向微细裂隙深部区域渗透并充分充填。高空间分辨率的单模光纤实现了基础渗流状况与结构应变的空间节点数据实时采集。将施工数据上传至区块链网络进行存证，利用区块链的数据不可篡改特征，确保了工程监测与施工数据的安全性及历史可溯源性。

47、优选的，在清理所述待加固基础表面之前，采用中心频率控制在50～200mhz、采样时间窗口控制在200～800ns的三维地质雷达以及无人机对所述待加固基础进行扫描；将扫描数据输入人工智能模型构建数字孪生模型，基于所述数字孪生模型调节所述防渗注浆的注浆参数；

48、将所述施工数据导入所述数字孪生模型进行动态更新的延迟时间控制在≤500ms，并结合所述分布式光纤监测得到的数据对加固后的所述待加固基础进行运维。

49、通过采用上述技术方案，地质雷达设定的扫描频段与采样时间窗口兼顾了电磁波的地下穿透深度与地质构造的成像分辨率需求。采用多源数据融合与数字孪生计算，实现了地质结构物理空间至数字空间的映射。控制系统基于数字孪生模型调节注浆参数，避免了因恒定压力注浆造成的局部岩体劈裂破坏。模型更新的延迟时间控制在特定区间内，满足系统下达施工调节指令的响应需求；结合光纤数据进行监控运维，实现了加固基础状态的长期监测与管理。

50、本技术提供了一种水电站水工建筑物基础防渗加固施工工艺。具备以下有益效果：

51、1、本技术通过构建数字孪生模型并结合分布式光纤与压力传感器的数据反馈，实现了注浆过程的闭环控制，施工系统能够根据地层渗透率及压力变化动态调节注浆参数，避免了人工经验恒定压力注浆容易引发的岩土体局部机械劈裂破坏及漏浆问题，保障了地基防渗帷幕的空间均匀性与工程质量。

52、2、本技术采用交替注入温度响应型凝胶前驱体浆液与纳米黏土复合灌浆料的方式进行防渗施工，温度响应型凝胶前驱体在注入地层受地温触发后发生溶胶至凝胶的相变，能够快速切断地下动水渗流通道，防止后续注入的复合灌浆料被水流冲刷流失，配合改性钠基膨润土对微细孔隙的物理填充作用，提高了动水环境下的基础防渗效果。

53、3、本技术在灌浆体系中引入负载产脲酶微生物的自修复微胶囊，并配合植入预应力锚杆与铺设纤维网格，微胶囊在固结体产生裂缝且水分渗入时被激活，通过矿化反应生成碳酸钙沉淀原位封堵渗流通道；同时，锚杆与纤维网格分担并吸收了地基变形产生的拉应力，改变了常规无机灌浆材料的脆性破坏模式，提高了防渗结构的力学稳定性与服役寿命。