一种围挡装配式水下混凝土破损干地修复装备

1.本实用新型涉及水利工程枢纽安全除险加固技术，更具体地说是一种围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备。


背景技术：

2.对于水利工程枢纽的安全问题一直是国家、社会和人民极为关注的问题，其能否安全稳定运行，是对发电、防洪及灌溉等功能的良好发挥的重要保障，在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确指出，要实施防洪提升工程，解决防汛薄弱环节，加强水利枢纽工程的除险加固工作及研究，提高水利工程的防洪减灾功能。
3.水利工程的泄洪消能建筑物主要包括溢流坝(道)、水垫塘、泄流洞、水工闸门等，这些建筑物在水电站运行泄洪时，承受了巨大的高速水流冲击力，其混凝土底板非常容易发生冲刷、空蚀、磨蚀、振动损伤、底板劈裂和断裂等破坏。在底板遭到破坏之后，巨大的水流冲击会不断的淘刷建筑物基础，严重的会直接破坏坝基。据统计，国内外有近40％水利工程的泄洪消能建筑物发生过不同程度的破坏，如美国的libby、苏联的sayano-shushenskaya，我国的五强溪、鱼塘、寺坪等水电站的消能防护设施都曾被破坏。并且在工程实践中，泄流结构一旦发生破坏，对整个水利工程的安全运行是一个巨大的隐患，随着基础的不断淘刷，极易引发溃坝等重大安全事故，也将严重威胁下游城市和人民的生命与财产安全。
4.在已有的研究与工程实践中，对于遭受破坏的消力池底板的修复方式，多采用两种修复方式，一种是干地作业修复，一种是直接水下修复。这两种修复方式的区别主要在于不同的修复环境与修复工艺。
5.(1)对于干地作业修复，目前的做法是将消力池内的水抽排放空，创造出干燥的修复环境，以便工人对底板进行预处理和后期修复。这种方式的优点是对破坏部分可以进行彻底处理，并且可以在干燥的环境下进行钢筋预支，以及混凝土浇筑，可以使修复后的结构与原有结构形成一体，较为坚固耐用。但这种方法存在的缺点是，需要将消力池内的水全部抽排出去，这种做法耗时长且成本巨大。
6.(2)而对于直接水下修复，是人工下潜至破坏面，对破坏面进行水下处理，之后使用水下混凝土对破坏部分进行修复，这种方法的优点是不需要将消力池内的水排空，可节约工期，但由于是水下处理破坏面，技术难度大，成本高，且处理效果欠佳，并且水下混凝土是新型材料，其强度和耐久性相对于传统混凝土都较差一些。
7.现有的两类修复技术(干地作业修复和直接水下修复)，都存在着很大的不足之处。首先，干地作业修复需要抽排出消力池内的所有水，这种做法极为消耗时间，且需要耗费巨大的成本。此外，直接水下修复技术难度大，成本高，并且水下作业，对破坏面的处理效果十分欠佳，且水下混凝土强度和耐久性较差，导致修复后的底板耐久性较差。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种围挡装配式水下混凝土破损干地修复装备，解决现有技术中干地作业修复成本高、直接水下修复技术难度大、处理效果欠佳的问题。
9.一种围挡装配式水下混凝土破损干地修复装备，主要包括顶部护栏、顶部平台、上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板、中部矩形连接板、底部弧形连接板、底部矩形连接板、底部裙板、底部组合式止水、支撑横梁，所述顶部护栏、顶部平台、上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板、中部矩形连接板、底部弧形连接板、底部矩形连接板、底部组合式止水依次相连接，支撑横梁支撑于修复装备内部，并分层布设。
10.所述的上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板及中部矩形连接板采用连接板钢板壁与支撑桁架相连接的结构，且上部弧形连接板高度设置为4-10m，弧形部分设置为1m半径的四分之一圆弧与1m长直板相连接的构造，上部矩形连接板高度设置为4-10m，宽度设置为4-8m；中部弧形连接板高度设置为4-10m，弧形部分设置为1m半径的四分之一圆弧，中部矩形连接板高度设置为4-10m，宽度设置为2-6m。
11.采用整体板块装配式结构，所述上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板、中部矩形连接板、底部弧形连接板及底部矩形连接板相连接组装，且连接板在上下层间方向采用法兰、嵌入式连接方式，并加以板块间止水密封、螺栓紧固，连接板在左右方向采用焊接工艺。
12.所述的底部弧形连接板、底部矩形连接板内均设置有液压油缸、立式止水、液压油缸支撑板，液压油缸均匀的布设在底部弧形连接板、底部矩形连接板的内部，且其分别与立式止水和液压油缸支撑板相连接。
13.所述的底部组合式止水由组合式平面止水和立式止水组成，立式止水采用纵向可伸缩的方式。
14.所述的底部裙板上连接有配重围板，且其高度设置为0.2-0.3m。
15.所述的支撑横梁支撑于修复装备内部。
16.所述的组合式平面止水由p型止水橡胶、第一道ω型止水橡胶、第二道ω型止水橡胶、第一道i型止水、第二道i型止水、止水压板、i型止水压板、止水紧固螺栓组成，在平面上形成5道止水屏障。
17.所述的立式止水由立式止水橡胶软头，立式止水硬橡胶组成，其通过液压油缸驱动，可在纵向上下移动。配合组合式平面止水，共形成6道止水屏障。
18.所述的底部弧形连接板、底部矩形连接板的外部均匀布设有加强肋板。
19.与已有技术相比，本实用新型或实用新型的有益效果体现在：
20.1、本实用新型可以实现对破损的水下混凝土底板的局部水下干地作业修复。修复装备在混凝土破损面之上形成了一圈围挡，并搭配底部组合式止水，将破损面相对于外界水体而独立出来，之后将装备内的水抽排干净，可形成一个局部的干地作业空间，进而对破坏面进行彻底的处理与修复，相对于传统技术，更加便捷高效，可有效缩短施工工期、降低施工成本，并保障修复质量。
21.2、本实用新型采用了装配式的结构，方便长距离的运输。修复装备采用了板块式装配工艺，板块在工厂内加工，之后采用陆运或水运的方式运送至施工现场，可很好的解决
长距离运输难的问题，并可大大节约运输成本；更为重要的是，装配式结构具有更好的适应性和实用性，可适应不同大小的破坏形式，根据混凝土底板的破坏面积及形式，通过调整拼装的板块个数，进而创造不同大小的干地环境，适应不同工作环境。
22.3、本实用新型采用了组合式的止水结构设计，分别将平面止水形式与立式止水形式充分结合，可良好的与混凝土底板贴合，并能充分适应不平整的底板形式，具备良好的止水效果，此外，立式止水可通过液压油缸进行调节，可适应混凝土底板上的小坑、小沟壑及小裂隙等特殊情况，从而提升了在混凝土底板上的止水效果。
23.本实用新型不需将消力池内的水全部抽排，只将修复装备内的水抽排出即可，可实现消力池内破坏部分的局部干地作业，该技术可以大大缩短施工周期，降低施工成本，并可取得良好的施工质量，对水工建筑物除险加固，保障水利枢纽工程的长期安全运行。
附图说明
24.图1为围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备正视图；
25.图2为围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备侧视图；
26.图3为围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备俯视图；
27.图4为围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备立面剖面图；
28.图8为围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备a-a剖面图；
29.图9为围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备b-b剖面图；
30.图10为围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备c-c剖面图；
31.图5为组合式止水结构局部放大图；
32.图6为底部矩形连接板剖面图；
33.图7为板块连接处局部放大图；
34.图11为围挡装备式水下混凝土破损干地修复技术物料运输方式一图；
35.图12为围挡装备式水下混凝土破损干地修复技术物料运输方式二图；
36.图13为围挡装备式水下混凝土破损干地修复技术物料运输方式三图；
37.图中标号：1围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备，2顶部围栏，3 顶部平台，4上部弧形连接板，5上部矩形连接板，6法兰式板块连接盘，7 中部矩形连接板，8中部弧形连接板，9焊接式板块连接缝，10底部弧形连接板，11底部矩形连接板，12加强肋板，13配重围板，14底部裙板，15 底部组合式止水，16焊接式裙板连接缝，17支撑横梁，18连接板钢板壁，19支撑桁架，20液压油缸，21组合式平面止水，22立式止水，23连接螺栓，24法兰式板块连接缝，25立式止水橡胶软头，26立式止水硬橡胶，27 液压油缸支撑板，28 p型止水橡胶，29第一道ω型止水橡胶，30止水压板， 31第二道ω型止水橡胶，32第一道i型止水，33第二道i型止水，34 i 型止水压板，35止水紧固螺栓，36板块间止水，37嵌入式固定钢板，38 横梁支撑板，39横梁肋板，40横梁支柱，41岸上支撑架，42吊梁，43吊机，44消力池岸坡，45混凝土底板，46装备上支撑架，47运输船。
具体实施方式
38.如图1、2所示，围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备1由护栏2、顶部平台3、上部弧形连接板4、上部矩形连接板5、中部弧形连接板8、中部矩形连接板7、底部弧形连接板
10、底部矩形连接板11、底部组合式止水15依次相连接，底部裙板14上连接有配重围板13，且底部弧形连接板10、底部矩形连接板11的外部均匀的布设有加强肋板12，以提高装备的整体强度和抗压能力；上部弧形连接板4高度设置为4-10m，弧形部分设置为1m半径的四分之一圆弧与1m长直板相连接的构造，上部矩形连接板5高度设置为4-10m，宽度设置为4-8m；中部弧形连接板8高度设置为4-10m，弧形部分设置为1m半径的四分之一圆弧，中部矩形连接板7高度设置为4-10m，宽度设置为2-6m；连接板在上下层间方向采用法兰、嵌入式连接方式，并加以板块间止水36密封、螺栓23紧固，连接板在左右方向采用焊接工艺，增加整体性。
39.如图3、4所示，围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备1顶部设有的护栏2、顶部平台3以供相关人员行走或方便观测作业等；且内部分层布设设有支撑横梁17，支撑横梁的个数根据装备的大小尺寸确定，以达到满足装备整体安全稳定性为目的。
40.如图4、5、6所示，上部弧形连接板4、上部矩形连接板5、中部弧形连接板8及中部矩形连接板7采用连接板钢板壁18与支撑桁架19相连接的结构，连接板钢板壁18及支撑桁架19材料包括但不局限于碳钢、不锈钢等。
41.如图7、8所示，底部弧形连接板10、底部矩形连接板11内均设置有液压油缸20、立式止水22、液压油缸支撑板27，液压油缸20均匀的布设在底部弧形连接板10、底部矩形连接板11的内部，且其分别与立式止水22和液压油缸支撑板27相连接。
42.如图9所示，组合式平面止水21由p型止水橡胶28、第一道ω型止水橡胶29、第二道ω型止水橡胶31、第一道i型止水32、第二道i型止水33、止水压板30、i型止水压板34、止水紧固螺栓35组成，在平面上形成5道止水屏障，最大程度的减少水流的渗入，已达到较好的止水效果。立式止水22由立式止水橡胶软头25，立式止水硬橡胶26组成，其通过液压油缸20驱动，可在纵向上下移动，能良好的适应混凝土底板的各种情况，提高装备的整体自适应性和止水效果。
43.如图10所示，连接板在上下层间方向采用法兰、嵌入式连接方式，并加以板块间止水36密封、螺栓23紧固，嵌入式固定钢板37增加了结构的整体性和连接稳定性。
44.如图11、12、13所示，装配式水下修复人员、设备及物料吊运施工方案包括但不局限于以下三种：
45.①
水垫塘两侧架设岸上支撑架41和吊梁42，然后利用吊机43吊装水下修复施工所需的设备进入干地施工范围；
46.②
水垫塘一侧架设岸上支撑架41，另一个装备上支撑架46架设在水下修复装备上，利用吊梁42、吊机43吊装所需的施工设备进入干地施工范围；
47.③
支撑吊梁的两侧装备上支撑架46均架设在水下修复装备上，再利用吊梁 42、吊机43将施工设备吊入修复装备内部。
48.本实用新型的技术总体步骤为：
49.(1)修复前期准备工作：
50.①
采用现有探测设备，提前对需要修复的工程进行探测识别，确定出破损面积、深度等参数，并通过踏勘的方式了解现场情况；
51.②
依据探测结果确定所需修复装备的整体尺寸，进而确定所需板块个数，并制定相应装配方案；
52.③
方案确定后，将修复装置的板块运输至需要修复的工程现场，进行场地的相应
整理工作。
53.(2)修复现场施工工作：
54.①
在两岸情况允许的情况下架设两岸支撑梁、吊梁及吊机等，以便为修复装备的吊装提供条件，如果两岸条件不允许，则采用起重船起吊的方式，对修复装备进行吊装；
55.②
修复装备的吊运与安装，采用分块吊运、分层装配、分层支配支撑横梁、分层下水的方式进行，对于底部连接板，板块之间采用焊接的方式连接，待底部连接板连接完成后，将底部连接板部分下沉至水中，之后吊运来中部连接板，通过螺栓紧固法兰、嵌入式与底部连接板进行连接，并对中部连接板之间进行焊接，待中部连接板连接完成后，将中部连接板部分下沉至水中，之后对于顶部连接板重复上述步骤；
56.③
修复装备装配完成，并完全下水之后，启动液压油缸20，初步压缩调节、压缩立式止水22，使得装备止水达到较好的适应与贴合效果，之后通过水泵对装备内的水进行抽取，在抽水的过程中，观测水泵的抽水流速及修复装备内的水下降情况，进而换算出装备外往装备内的渗水情况，如渗水情况依然较为严重，则继续启动液压油缸20，进一步压缩立式止水22，如果依然达不到止水效果，则在装备底部裙板上增加配置块，增大装备整体重量，进一步压缩组合式平面止水21，如果采用了上述方式依然无法满足要求，则向修复装备的桁架结构内注水，增加装备自重，同时再次启动液压油缸，加压立式止水22，使得止水接触面进一步增加，待装置内的水抽取完全后，进而创造出了干地的施工环境，之后将装备在水中静置24小时，并观测装备的受力、变形情况，确保装置安全无隐患后，再将人员、设备入场，进行破坏面的处理、修复工作。
57.(3)修复竣工验收工作：
58.①
在修复完成后，对破坏面的处理效果进行检测、验收；
59.②
在验收合格后，对修复装备进行充水，并撤除底部裙板14上配重，抽取出桁架内的水，待装备内的水与外部水齐平之后，起吊装备，对装备进行拆除工作，采用与组装时完全相反的方式：分层出水、分层拆卸支撑横梁、分层拆除、分块吊运。
60.上述各类装置中所用的方法或布置形式，不仅局限于某种方法或形式，其他任何可应用本实用新型原理或在本实用新型的基础上更改其中各类装置中所用方法或布置形式的技术，均属本系统技术范畴，均在本实用新型专利的保护范围之内。

技术特征：
1.一种围挡装配式水下混凝土破损干地修复装备，其特征在于，主要包括顶部护栏、顶部平台、上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板、中部矩形连接板、底部弧形连接板、底部矩形连接板、底部裙板、底部组合式止水、支撑横梁，所述顶部护栏、顶部平台、上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板、中部矩形连接板、底部弧形连接板、底部矩形连接板、底部组合式止水依次相连接，支撑横梁支撑于修复装备内部，并分层布设。2.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：所述的上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板及中部矩形连接板采用连接板钢板壁与支撑桁架相连接的结构，且上部弧形连接板高度设置为4-10m，弧形部分设置为1m半径的四分之一圆弧与1m长直板相连接的构造，上部矩形连接板高度设置为4-10m，宽度设置为4-8m；中部弧形连接板高度设置为4-10m，弧形部分设置为1m半径的四分之一圆弧，中部矩形连接板高度设置为4-10m，宽度设置为2-6m。3.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：采用整体板块装配式结构，所述上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板、中部矩形连接板、底部弧形连接板及底部矩形连接板相连接组装，且连接板在上下层间方向采用法兰、嵌入式连接方式，并加以板块间止水密封、螺栓紧固，连接板在左右方向采用焊接工艺。4.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：所述的底部弧形连接板、底部矩形连接板内均设置有液压油缸、立式止水、液压油缸支撑板，液压油缸均匀的布设在底部弧形连接板、底部矩形连接板的内部，且其分别与立式止水和液压油缸支撑板相连接。5.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：所述的底部组合式止水由组合式平面止水和立式止水组成，立式止水采用纵向可伸缩的方式。6.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：所述的底部裙板上连接有配重围板，且其高度设置为0.2-0.3m。7.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：所述的支撑横梁支撑于修复装备内部。8.根据权利要求5所述的修复装备，其特征在于：所述的组合式平面止水由p型止水橡胶、第一道ω型止水橡胶、第二道ω型止水橡胶、第一道i型止水、第二道i型止水、止水压板、i型止水压板、止水紧固螺栓组成，在平面上形成5道止水屏障。9.根据权利要求4所述的修复装备，其特征在于：所述的立式止水由立式止水橡胶软头，立式止水硬橡胶组成，其通过液压油缸驱动，可在纵向上下移动。10.根据权利要求1所述的修复装备，其特征在于：所述的底部弧形连接板、底部矩形连接板的外部均匀布设有加强肋板。

技术总结
本实用新型公开了一种围挡装备式水下混凝土破损干地修复装备，主要包括顶部护栏、顶部平台、上部弧形连接板、上部矩形连接板、中部弧形连接板、中部矩形连接板、底部弧形连接板、底部矩形连接板、底部裙板等，可使混凝土破损面部位形成一个局部的干地作业空间，实现对破坏面进行彻底的处理与修复。连接板之间采用螺栓和焊接的方式装配式连接结构，通过陆运或水运的方式运送至施工现场，大大节约了运输成本；装配式结构具有更好的适应性和实用性，根据混凝土底板的破坏面积及形式，调整拼装的板块个数，进而创造不同大小的干地环境，适应不同工作环境。此外，底部组合式止水共构建6道止水屏障，可良好的达到在混凝土底部止水的效果。果。果。


技术研发人员：练继建 王兆庚 梁超
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.08.16
技术公布日：2022/3/8