灌注桩施工中地下溶洞壁渗水孔堵水处理装置及处理方法与流程

1.本发明涉及施工领域，尤其涉及灌注桩施工中地下溶洞壁渗水孔堵水处理装置及处理方法。


背景技术：

2.岩溶，主要是指地下水和地表水对可溶性岩石的化学溶解和机械破坏的地质作用。由这一地质作用所形成的地貌，在国际上又称喀斯特地貌。地表水及地下水通常情况下会对可溶性岩石产生溶蚀的影响，此时就会引起一系列不同形状及大小岩溶地貌现象，包括地下河、岩溶裂隙、落水洞、漏斗、岩溶洼地等地貌现象。我国岩溶分布的相当广泛，其中贵州、四川、广西、云南最为突出，随着我国中部地区的崛起战略和西部的进一步开发，基础设施在喀斯特地区不断建。由于喀斯特现象作为一个典型的不良地质现象，广泛存在这些工程建设中，对建筑施工造成极大危害，如施工中的处理不当，往往会发生掉钻、卡钻、埋钻、塌陷等施工现象，甚至会导致桩基承载力降低和地基的不均匀沉降。
3.对于溶洞的施工，一般采取灌浇混凝土填充溶洞的方式以确保桩体的顺利成型以及桩体的稳定性，但溶洞本身就是由地下水侵蚀产生的，溶洞普遍有渗水问题，甚至是暗流穿过；注入的混凝土的很大部分大概率会被流失，不仅造成了混凝土的大量浪费，不断渗入的水分也对混凝土的强度产生了较大的不利影响，要解决溶洞对管桩施工的影响，核心就是解决溶洞渗水问题，解决该问题具有巨大的经济和实用价值。


技术实现要素：

4.本发明提出灌注桩施工中地下溶洞壁渗水孔堵水处理装置，该处理装置能够高效准确的完成地下溶洞渗水孔的堵水作业，解决溶洞壁渗水孔渗水问题，有效减少浇筑桩基时混凝土的浪费，减小因渗出的水分对混凝土的强度造成的较大不利影响，有效保障施工质量、施工速度和施工安全性。
5.本发明的技术方案如下：
6.灌注桩施工中地下溶洞壁渗水孔堵水处理装置，包括用于插入溶洞中的杆体；所述杆体包括主杆，沿主杆长度方向连接在主杆下端且可水平方向转动的附杆以及转动连接在附杆上且可沿竖直方向转动的发射筒；所述附杆上设置有用于捕捉溶洞壁渗水孔位置的位置捕捉模块；所述位置捕捉模块将溶洞壁渗水孔位置信息发送至控制器，控制器经计算控制所述附杆和发射筒转动，使发射筒对准所述溶洞壁渗水孔；所述发射筒包括位于中部的密封液腔以及分别设置在密封液腔两侧的箭体和反冲平衡体；所述反冲平衡体与箭体的质量相近；所述箭体与密封液腔之间滑动设置有密封活塞；所述反冲平衡体也与发射筒内壁密封滑动配合；所述密封活塞、反冲平衡体以及发射筒内壁围合成所述密封液腔；所述密封液腔内填充有水，并设置有电极，一外部电路通过所述电极放电，利用液电效应形成冲击波推动密封活塞和反冲平衡体分别向外滑动，所述密封活塞进而推动箭体向外发射；所述箭体包括箭筒以及在箭筒内由尾端至前端依次设置的火药包、密封滑动推体、储料腔以及
可暴力向外张开的尖刺体；所述出料腔内填充有高吸水性树脂；所述箭体插入溶洞壁渗水孔后火药包爆炸，通过密封滑动推体向外挤压高吸水性树脂，在挤爆尖刺体后射入溶洞壁渗水孔内。
7.其中，所述尖刺体由多片铝板拼接，相邻拼接处弱结合。
8.其中，所述尖刺体间隔设置有多个电触发点，任意两个电触发点同时接触溶洞壁渗水形成导电回路触发点火装置引燃火药包。
9.其中，所述箭筒前端内密封滑动套设有发射块；所述发射块前端为外凸弧面；所述高吸水树脂填充在发射块与密封滑动推体之间的箭筒内。
10.其中，所述密封滑动推体与高吸水树脂之间还设置有一压缩的弹性网体；所述弹性网体上附着有高吸水性树脂；所述弹性网体喷出后膨胀展开。
11.其中，所述发射筒靠近两端的位置内分别固定设置有止挡环；所述止挡环靠近密封液腔的一侧滑动设置有缓冲环；所述箭体和反冲平衡体外圆周面分别与止挡环和缓冲环内壁密封滑动配合；所述止挡环、缓冲环以及箭体或反冲平衡体外圆周面之间围合成缓冲腔；所述缓冲腔内填充有水，所述止挡环上设置有多个沿发射筒长度方向贯通止挡环的出水孔；所述出水孔上贴附有挡水薄膜；所述发射筒上还设置有连通缓冲腔的单向补水孔。
12.其中，所述附杆和发射筒分别通过第一伺服电机和第二伺服电机驱动转动。
13.其中，所述位置捕捉模块包括照明装置和视觉智能锁定模块、雷达定位模块以及激光定位模块中的一种或多种。
14.所述灌注桩施工中地下溶洞壁渗水孔堵水处理装置的处理方法包括：
15.①
将杆体沿钻洞向下伸入溶洞中；
16.②
位置捕捉模块捕捉溶洞壁渗水孔，并将测量的选定的溶洞壁渗水孔的位置信息发送至控制器，控制器控制所述附杆和发射筒转动，使发射筒对准被选定的溶洞壁渗水孔；
17.③
控制器控制外部电路通过电极放电，高压强电场通过密封液腔中的液体，由于巨大的能量瞬间释放于放电通道内，通道中的液体就迅速汽化、膨胀并引起爆炸，利用液电效应产生强大的冲击力，该冲击力同时向两侧作用并向外推动密封活塞和反冲平衡体，密封活塞推动箭体向外发射；反冲平衡体能够和箭体形成力的平衡，避免附杆受侧向剪切力折断，也能保障箭体的方向性；
18.④
当密封活塞和反冲平衡体的内端移动至缓冲环处时，分别推动缓冲环向外移动，移动过程中，挤压缓冲腔中的水，缓冲腔中的水通过出水孔向外挤出，对活塞和反冲平衡体形成减速刹车作用；
19.⑤
被发射出的箭体插入溶洞壁渗水孔中，任意两个电触发点同时接触溶洞壁渗水形成导电回路触发点火装置引燃箭体内的火药包，火药包发生爆炸，产生的高压气体推动密封滑动推体向箭体端部移动，移动过程中向外挤压储料腔中的弹性网体和高吸水性树脂以及发射块，弹性网体、高吸水性树脂和发射块挤压冲破尖刺体向溶洞壁渗水孔中喷出，尖刺体在这一过程中向外形变张开成爪状倒扣在溶洞壁渗水孔内；被喷出的高吸水性树脂吸收水分膨胀堵塞溶洞壁渗水孔；被喷出的弹性网体在自身回复力作用下膨胀展开，其上附着的高吸水性树脂吸收水分膨胀，并以弹性网体为骨架形成高强度一体结构；
20.⑥
完成后，控制器控制所述附杆和发射筒复位，工作人员抽出杆体，重新装填新的箭体、复位反冲平衡体以及向缓冲腔内补充水；
21.⑦
重复步骤
①
至
⑥
以完成溶洞壁渗水孔的封堵。
22.本发明具有如下有益效果：
23.1、本发明的处理装置能够高效准确的完成地下溶洞渗水孔的堵水作业，解决溶洞壁渗水孔渗水问题，有效减少浇筑桩基时混凝土的浪费，减小因渗出的水分对混凝土的强度造成的较大不利影响，有效保障施工质量、施工速度和施工安全性。
24.2、本发明的处理装置利用可相对水平方向转动的主杆和附杆以及可相对竖直方向转动的发射筒和附杆，通过伺服电机驱动，可简单稳定的实现发射筒任意角度的精确调整；发射筒内设置反冲平衡体用以平衡发射筒推射箭体时的反作用力，显著减小原本会产生的对附杆较强的扭矩，避免附杆弯折；同时还能够在箭体被推射时保证其发射角度稳定，增强箭体发射的精确性。
25.3、本发明的发射筒利用箭体和反冲平衡体自身的圆周结构特点，结合缓冲环、缓冲腔、止挡环以及止挡环上的出水孔，简单有效的实现推射末期对密封活塞和反冲平衡体的减速刹车作用，避免两者被推出遗失，便于再利用节约成本，而且减速刹车过程结合并利用水的几乎不可压缩性质和出水孔的泄压效果，实现缓冲、减速并最终温和的实现刹车停止；同时止挡环和缓冲环与箭体和反冲平衡体外圆周面密封滑动配合，不仅利用两者围合出缓冲腔，而且还能够对箭体和反冲平衡体起到限位和稳定方向作用，从而保障箭体的发射精度。
26.4、本发明的发射筒利用液电效应能够简单快速且稳定的瞬间产生足够的冲击力用以推射箭体，结构简单，方式环保，且可调节冲击力大小以适应箭体发射距离的变化要求，使用成本低，且可反复多次使用。
27.5、本发明的箭体利用火药推射高吸水性树脂顶开尖刺体喷入溶洞壁渗水孔内，利用高吸水性树脂的超强吸水膨胀能力，使其在吸收渗水孔内的渗水后剧烈膨胀从内部堵塞溶洞壁渗水孔，膨胀的高吸水性树脂能够自适应溶洞壁渗水孔内的不规则内部空间，能够高效高质的达成堵水目的；并且在尖刺体被爆开的过程中，其向外形变成爪状倒扣在溶洞壁渗水孔内，因此能够显著提高其防脱性能，抓牢溶洞壁的箭体又同时能够一定程度上封堵溶洞壁渗水孔出口，避免高吸水性树脂被渗水冲出；且通过尖刺体的被爆开过程，使储料腔的压力积累剧增，当尖刺体被爆开的一瞬间，高吸水性树脂能够获得更大的喷射力，因此能够更加深入的被喷入溶洞壁渗水孔中。
28.6、本发明还设置有发射块，不仅能够提高尖刺体被爆开时形变张开的角度，而且能够促使储料腔压力积累，使高吸水性树脂能够获得更大的喷射力，且在被喷射出去后能够冲击前方渗水并形成水激波防护，减少高吸水性树脂在喷射过程中被前方渗水阻拦造成喷射距离不足，不够渗入的情况。
29.7、本发明还设置有弹性网体，该弹性网体类似沐浴球般由弹性网状结构折叠压缩而成，在喷出后能够反弹展开，且由于其结合了高吸水性树脂，因此在高吸水性树脂吸水膨胀后，能够形成以膨胀树脂为肉，网状结构为骨的抗分散结构，从而提高其自身的一体化性能，更加有效的封堵溶洞渗水孔，避免被渗水冲散。
附图说明
30.图1为本发明处理装置的整体结构示意图；
31.图2为本发明发射筒的结构示意图；
32.图3为图2圆圈处的放大图；
33.图4为没有弹性网体的箭体刚插入溶洞壁渗水孔的示意图；
34.图5为没有弹性网体的箭体向溶洞壁渗水孔喷射出高吸水性树脂的示意图；
35.图6为含有弹性网体的箭体刚插入溶洞壁渗水孔的示意图；
36.图7为含有弹性网体的箭体向溶洞壁渗水孔喷射出高吸水性树脂的示意图；
37.图8为尖刺体的结构示意图。
38.图中附图标记表示为：
39.1、主杆；11、第一伺服电机；2、附杆；3、发射筒；31、第二伺服电机； 32、密封液腔；33、箭体；331、箭筒；332、火药包；333、密封滑动推体；334、储料腔；335、尖刺体；336、发射块；337、弹性网体；34、反冲平衡体；35、密封活塞；36、电极；37、止挡环；371、出水孔；38、缓冲环；39、缓冲腔； 391、单向补水孔。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
41.参见图1至8，灌注桩施工中地下溶洞壁渗水孔堵水处理装置，包括用于插入溶洞中的杆体；杆体包括主杆1，沿主杆1长度方向连接在主杆1下端且可水平方向转动的附杆2以及转动连接在附杆2上且可沿竖直方向转动的发射筒3；附杆2上设置有用于捕捉溶洞壁渗水孔位置的位置捕捉模块；位置捕捉模块将溶洞壁渗水孔位置信息发送至控制器，控制器经计算控制附杆1和发射筒3转动，使发射筒3对准溶洞壁渗水孔；发射筒3包括位于中部的密封液腔32以及分别设置在密封液腔32两侧的箭体33和反冲平衡体34；反冲平衡体34与箭体 33的质量相近；箭体33与密封液腔32之间滑动设置有密封活塞35；反冲平衡体34也与发射筒3内壁密封滑动配合；密封活塞35、反冲平衡体34以及发射筒3内壁围合成密封液腔32；密封液腔32内填充有水，并设置有电极36，一外部电路通过电极36放电，利用液电效应形成冲击波推动密封活塞35和反冲平衡体34分别向外滑动，密封活塞35进而推动箭体33向外发射；箭体33包括箭筒331以及在箭筒331内由尾端至前端依次设置的火药包332、密封滑动推体333、储料腔334以及可暴力向外张开的尖刺体335；出料腔334内填充有高吸水性树脂；箭体33插入溶洞壁渗水孔后火药包332爆炸，通过密封滑动推体 333向外挤压高吸水性树脂，在挤爆尖刺体335后射入溶洞壁渗水孔内。
42.进一步的，尖刺体335由多片铝板拼接，相邻拼接处弱结合。
43.进一步的，尖刺体335间隔设置有多个电触发点，任意两个电触发点同时接触溶洞壁渗水形成导电回路触发点火装置引燃火药包。
44.进一步的，箭筒331前端内密封滑动套设有发射块336；发射块336前端为外凸弧面；高吸水树脂填充在发射块336与密封滑动推体333之间的箭筒331 内。
45.进一步的，密封滑动推体333与高吸水树脂之间还设置有一压缩的弹性网体337；弹性网体337上附着有高吸水性树脂；弹性网体337喷出后膨胀展开。
46.进一步的，发射筒3靠近两端的位置内分别固定设置有止挡环37；止挡环 37靠近密封液腔32的一侧滑动设置有缓冲环38；箭体33和反冲平衡体34外圆周面分别与止挡环37和缓冲环38内壁密封滑动配合；止挡环37、缓冲环38 以及箭体33或反冲平衡体34外圆周面
之间围合成缓冲腔39；缓冲腔39内填充有水，止挡环37上设置有多个沿发射筒3长度方向贯通止挡环37的出水孔371；出水孔371上贴附有挡水薄膜；发射筒3上还设置有连通缓冲腔39的单向补水孔391。
47.进一步的，附杆1和发射筒3分别通过第一伺服电机11和第二伺服电机31 驱动转动。
48.进一步的，位置捕捉模块包括照明装置和视觉智能锁定模块、雷达定位模块以及激光定位模块中的一种或多种。
49.灌注桩施工中地下溶洞壁渗水孔堵水处理装置的处理方法包括：
50.①
将杆体沿钻洞向下伸入溶洞中；
51.②
位置捕捉模块捕捉溶洞壁渗水孔，并将测量的选定的溶洞壁渗水孔的位置信息发送至控制器，控制器控制附杆1和发射筒3转动，使发射筒3对准被选定的溶洞壁渗水孔；
52.③
控制器控制外部电路通过电极36放电，高压强电场通过密封液腔中的液体，由于巨大的能量瞬间释放于放电通道内，通道中的液体就迅速汽化、膨胀并引起爆炸，利用液电效应产生强大的冲击力，该冲击力同时向两侧作用并向外推动密封活塞35和反冲平衡体34，密封活塞35推动箭体33向外发射；反冲平衡体34能够和箭体33形成力的平衡，避免附杆2受侧向剪切力折断，也能保障箭体33的方向性；
53.④
当密封活塞35和反冲平衡体34的内端移动至缓冲环38处时，分别推动缓冲环38向外移动，移动过程中，挤压缓冲腔39中的水，缓冲腔39中的水通过出水孔371向外挤出，对活塞35和反冲平衡体34形成减速刹车作用；
54.⑤
被发射出的箭体33插入溶洞壁渗水孔中，任意两个电触发点同时接触溶洞壁渗水形成导电回路触发点火装置引燃箭体33内的火药包332，火药包332 发生爆炸，产生的高压气体推动密封滑动推体333向箭体33端部移动，移动过程中向外挤压储料腔334中的弹性网体337和高吸水性树脂以及发射块336，弹性网体337、高吸水性树脂和发射块336挤压冲破尖刺体335向溶洞壁渗水孔中喷出，尖刺体335在这一过程中向外形变张开成爪状倒扣在溶洞壁渗水孔内；被喷出的高吸水性树脂吸收水分膨胀堵塞溶洞壁渗水孔；被喷出的弹性网体337 在自身回复力作用下膨胀展开，其上附着的高吸水性树脂吸收水分膨胀，并以弹性网体337为骨架形成高强度一体结构；
55.⑥
完成后，控制器控制附杆1和发射筒3复位，工作人员抽出杆体，重新装填新的箭体33、复位反冲平衡体34以及向缓冲腔39内补充水；
56.⑦
重复步骤
①
至
⑥
以完成溶洞壁渗水孔的封堵。
57.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。