一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构及施工方法与流程

本发明涉及轻质建筑材料，具体是一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构及施工方法。

背景技术：

1、水利闸站作为重要的水工建筑物，其长期稳定性和安全性至关重要。然而，许多早期修建或位于不良地基上的闸站常面临以下问题：

2、1. 地基沉降与变形： 在软土地基上，闸站结构自重及上部荷载容易导致不均匀沉降，影响闸门启闭和结构安全。水利工程地基处理质量直接关系到工程长期运行的稳定性。

3、2. 地下水渗透与侵蚀： 高地下水位环境易导致地下水向上渗透，不仅会增加基底扬压力，还可能引发地基土软化、管涌等渗透破坏，并导致结构内部钢筋锈蚀。

4、3. 结构荷载过大： 传统加固方法往往进一步增加结构自重，可能加剧地基沉降，形成恶性循环。轻质材料相较传统实心砖墙可减重5-9倍，但现有技术中尚缺乏适用于水利闸站地基加固的系统性轻质材料方案。

5、4. 加固层整体性差： 分层施工的加固结构若层间结合不紧密、传力不明确，易形成薄弱界面，影响整体抗震和抗变形能力。

6、现有技术中，虽有针对性的防渗、增重或局部加固措施，但缺乏一种系统性的、能同时兼顾减载、防渗、增强和整体性的综合解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构及施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构，包括地基基层，所述地基基层为整个加固结构的底端，所述地基基层上端铺设有一层石子层，所述石子层上端铺设有一层阻断地下水向上渗透的防潮膜，所述防潮膜远离石子层的一侧铺设有一层有效减轻建筑自重和降低结构荷载的轻质建筑材料，形成轻质材料层，所述轻质材料层远离防潮膜的一侧设有一层增强抗拉强度和防止开裂的钢筋网片，且钢筋网片内填充有混凝土材料，所述钢筋网片上端设有加固层。

4、作为本发明的优选技术方案，所述加固层分别由第一加强层、第二加强层和第三加强层三部分组件，所述第一加强层、第二加强层和第三加强层的厚度相同。

5、作为本发明的优选技术方案，所述第一加强层为土工布，第二加强层为钢筋混凝土，第三加强层为水泥。

6、作为本发明的优选技术方案，所述钢筋网片上端开设有地基口，且石子层、防潮膜、轻质材料层和钢筋网片均处于地基口内。

7、作为本发明的优选技术方案，所述钢筋网片的网格尺寸为100mm×100mm至200mm×200mm，钢筋直径为6mm-12mm。

8、作为本发明的优选技术方案，所述石子层上分别设有监测其受力状态和固结情况的应力计和压力计，且应力计和压力计对称设置于石子层的两侧。

9、一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料施工方法，包括以下步骤：

10、s1、首先进行场地勘察与地基处理，通过查明闸站下伏土层性质，按结构荷载与沉降控制要求，明确轻质建筑材料类型，同步设计防渗与侧限措施；

11、s2、按设计标高开挖至加固层底，同步实施轻型井点或管井降水，保持基坑干燥；

12、s3、对底部的原土进行夯实处理，确保承载力均匀，并铺一层石子层，再铺设一层防潮膜后将轻质材料层铺设在表面，最后将钢筋网片放入铺设在表面的轻质材料层上，钢筋应锚入原有闸底板或翼墙基础中来确保钢筋有足够的保护层厚度；

13、s4、待轻质材料层达到设计标高并养护强度达标后，在其表面绑扎顶层钢筋网，与从下层伸出的钢筋连接，并铺设一层加固层后浇筑一层13-22cm厚的c25-c30普通钢筋混凝土作为封闭层，并与原有闸站底板通过植筋紧密连接，形成整体受力盖板；

14、s5、在轻质材料内部埋设应力计和孔隙水压力计，通过轻型压路机压实得到加固，监测其受力状态和固结情况。

15、作为本发明的优选技术方案，所述轻质材料层的制备过程如下：制备轻质建筑材料，其中轻质建筑材料的成分包括：水泥基复合材料、砂、纳米二氧化硅、轻质骨料、玻璃纤维和环氧树脂并加入水和外加剂；将水泥基复合材料、砂、纳米二氧化硅、轻质骨料和玻璃纤维依次加入搅拌罐内充分搅拌，搅拌时间为2-3min，搅拌后再加入环氧树脂、水和外加剂再次搅拌3-5分钟形成拌合物；将制得拌合物采用泵送或溜槽输送至基坑内，进行分层浇筑，每层厚度320～450mm，连续浇筑不留冷缝，每浇筑完一层，需静停12-18小时进行养护至初步硬化才能进行下一层浇筑，防止下层材料受压破坏。

16、作为本发明的优选技术方案，所述步骤s1中的轻质建筑材料类型为eps-b1级模数板和发泡水泥的一种。

17、作为本发明的优选技术方案，所述步骤s4中的轻质骨料为珍珠岩和陶粒的一种，水泥基复合材料为超高性能混凝土，外加剂为减水剂、引气剂、促凝剂、缓凝剂、防水剂、增稠剂、发泡剂的一种或多种。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1. 综合加固效果显著： 本发明通过石子层、防潮膜、轻质材料层、钢筋网片及加固层的体系化设计，形成了“防渗排水-减载承力-抗裂增强-整体封闭”的协同工作机制，解决了荷载、渗漏、强度和整体性多个核心问题。

20、2. 有效降低地基附加应力： 核心采用轻质建筑材料及轻质骨料，大幅降低了加固结构自身的重量，从而有效减少了对软弱地基的附加应力，从根本上缓解了沉降风险。

21、3. 抗拉抗裂性能优越： 内置的钢筋网片与填充混凝土形成了可靠的加劲肋，极大提高了抗拉、抗裂性能。

22、4. 防渗性能可靠： 专设的防潮膜彻底阻隔地下水渗透；材料中添加的纳米二氧化硅、环氧树脂及防水剂，极大提升了材料的密实度和抗渗性，保护钢筋免受腐蚀，延长结构寿命。

23、5. 施工工艺科学： 施工方法中明确了分层厚度（320～450mm）、养护间歇时间（12-18小时）等关键参数，避免了施工冷缝和下层材料受压破坏。

24、6. 实时监测可控： 在石子层和轻质材料层内部预埋应力计（3）和压力计（4），实现了对加固过程及长期使用中受力、固结状态的实时、动态监控，便于信息化施工和运维管理。

1.一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构，其特征在于，包括地基基层（1），所述地基基层（1）为整个加固结构的底端，所述地基基层（1）上端铺设有一层石子层（2），所述石子层（2）上端铺设有一层阻断地下水向上渗透的防潮膜（5），所述防潮膜（5）远离石子层（2）的一侧铺设有一层有效减轻建筑自重和降低结构荷载的轻质建筑材料，形成轻质材料层（6），所述轻质材料层（6）远离防潮膜（5）的一侧设有一层增强抗拉强度和防止开裂的钢筋网片（7），且钢筋网片（7）内填充有混凝土材料，所述钢筋网片（7）上端设有加固层（8）。

2.根据权利要求1所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构，其特征在于，所述加固层（8）分别由第一加强层（10）、第二加强层（11）和第三加强层（12）三部分组件，所述第一加强层（10）、第二加强层（11）和第三加强层（12）的厚度相同。

3.根据权利要求2所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构，其特征在于，所述第一加强层（10）为土工布，第二加强层（11）为钢筋混凝土，第三加强层（12）为水泥。

4.根据权利要求1所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构，其特征在于，所述钢筋网片（7）上端开设有地基口（9），且石子层（2）、防潮膜（5）、轻质材料层（6）和钢筋网片（7）均处于地基口（9）内。

5.根据权利要求1所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构，其特征在于，所述钢筋网片（7）的网格尺寸为100mm×100mm至200mm×200mm，钢筋直径为6mm-12mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料结构，其特征在于，所述石子层（2）上分别设有监测其受力状态和固结情况的应力计（3）和压力计（4），且应力计（3）和压力计（4）对称设置于石子层（2）的两侧。

7.一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料施工方法，其特征在于，所述轻质材料层（6）的制备过程如下：

9.根据权利要求7所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料施工方法，其特征在于，所述步骤s1中的轻质建筑材料类型为eps-b1级模数板和发泡水泥的一种。

10.根据权利要求7所述的一种用于水利工程闸站地基加固的轻质建筑材料施工方法，其特征在于，所述步骤s4中的轻质骨料为珍珠岩和陶粒的一种，水泥基复合材料为超高性能混凝土，外加剂为减水剂、引气剂、促凝剂、缓凝剂、防水剂、增稠剂、发泡剂的一种或多种。