一种动水条件下修复输水渠混凝土裂缝的方法

技术领域

本发明涉及一种动水条件下修复输水渠混凝土裂缝的方法。

背景技术

输水渠道以混凝土结构为主，而混凝土在应力和动水作用下必然会产生裂缝，细微的裂缝不会对混凝土整体结构造成危害，无需处理；但宽度较大的裂缝在动水的冲击下，其长度和宽度会不断扩大直至形成贯穿性裂缝，严重危害混凝土的整体结构，甚至造成输水渠大面积渗漏，因此需要对输水渠道进行及时的巡检和修复。

长距离输水渠道具有水流量大、水流速度快、线路长的特点，常规的人工巡检方法存在着巡检效率低、巡检精度差的缺点，同时复杂的动水环境也对巡检人员的人身安全造成一定威胁。对于长距离输水渠道混凝土裂缝的修复，目前一般采用停水修复。停水修复会影响输水渠道的正常运行。

发明内容

发明目的：本发明目的旨在提供一种能够不影响输水渠道正常运行的修复输水渠混凝土裂缝的方法。

技术方案：本发明所述的动水条件下修复输水渠混凝土裂缝的方法，包括如下步骤：

(1)输水渠表面检查：利用超声波检测仪对输水渠表面进行检查，根据超声波声速和频率的相对变化判断是否存在裂缝，若存在裂缝，通过GPS定位装置传输给远程控制终端输水渠表面裂缝的位置；

(2)缝宽和缝长测量：对于探测到存在裂缝的位置，利用摄像设备对混凝土裂缝进行拍摄，通过距离传感器确定每次拍摄的距离，将采集的图片和距离数据通过电缆传输至远程控制终端；通过多次不同距离拍摄的照片确定拍摄距离和空间分辨率的关系，即图片中单个像素点所代表的裂缝实际尺寸，统计获得图片中裂缝所在区域的像素点，得到裂缝的面积；利用骨架提取算法，统计像素点个数得到裂缝的长度；利用裂缝的面积除以裂缝的长度得到裂缝的平均缝宽；

(3)绘制裂缝分布图：将测得的输水渠裂缝的位置、长度和宽度信息输入到CAD软件中，绘制裂缝分布图(裂缝分布图具有裂缝位置、长度和宽度信息)，基于裂缝分布图确定不同裂缝的后续修补方式；

(4)对于宽度小于0.05mm的裂缝无需处理；对于宽度大于0.05mm，小于0.2mm的裂缝采用表面涂覆法进行修复；对于宽度大于0.2mm的裂缝采用化学灌浆法进行修复。缝宽测量为测量裂缝的平均缝宽，所以该步骤中宽度指的是裂缝的平均宽度。

其中，步骤(1)中，根据超声波声速和频率的相对变化判断，具体为：当超声波经过裂缝时，超声波会绕过裂缝传播到接收换能器，传播路程增加表现为声速降低，且在输水渠存在裂缝的位置处超声波的频率降低，波形产生畸变，通过超声波声速是否降低和波形是否产生畸变来判断对应位置是否存在裂缝。

其中，步骤(2)中，利用骨架提取算法统计像素点个数得到裂缝的长度，具体为：对符合特定条件的目标像素进行腐蚀，使裂缝区域宽度不断减小，通过不断的迭代，直至上一次腐蚀后的目标在本轮操作中，没有新的像素点被腐蚀，则循环结束，统计像素点的数量，计算裂缝长度。

其中，步骤(4)中，表面涂覆修复法为将水泥基渗透结晶型防水材料均匀涂覆在混凝土裂缝上。水泥基渗透结晶型防水材料购自湖北雨晴防水工程有限公司。水泥基渗透结晶型防水材料是由水泥和多种活性添加剂组成的无机修复材料，其作用机理是：在水分子的作用下，无机修复材料形成不溶于水的结晶，粘附在混凝土的表面，实现对混凝土裂缝的封闭和修复。

其中，步骤(4)中，化学灌浆修复法所用的化学灌浆材料是由水溶性聚氨酯灌浆料(LW)和油溶性聚氨酯灌浆料(HW)组成的复合灌浆材料，二者混合质量比为1:4，其作用机理是：聚氨酯灌浆材料遇水发生固化反应并且膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能，同时可根据实际情况使用催化剂(三乙胺)和缓凝剂(酰氯)调节聚氨酯灌浆材料的凝胶时间。

其中，步骤(4)中，化学灌浆修复法包括钻孔、封缝、压力灌浆和拆除灌浆管四个工艺步骤，具体为：

(1)钻孔工艺：采用液压钻沿裂缝延伸方向从上往下开始钻孔，在裂缝左右两侧依次交叉钻斜孔(打注浆孔至与裂缝相交)，每个孔的孔径为14mm，相邻孔的孔距为30～50cm，将直径为10mm的膨胀止水针头置于灌浆孔中；孔与裂缝的横向距离为5～10cm，斜孔与裂缝的夹角为45°；

(2)封缝工艺：将SXM水下快速密封剂从上而下均匀涂覆在混凝土裂缝上；

(3)压力灌浆工艺：将输浆管置于膨胀止水针头中，并根据自下而上、逐孔依次的原则进行灌浆，灌浆过程管内的压力为1～1.5MPa；待注入率小于0.01L/(min·m)后，继续灌注10min停止灌浆，封孔结束；

(4)拆除灌浆管工艺：20min后浆液固化，通过切割器将止水针头切除。

其中，所述巡检装置包括履带车以及固定在履带车上的超声波检测仪、GPS定位装置、摄像头、距离传感器、压强传感器、温湿度传感器和控制箱；超声波检测仪、GPS定位装置、摄像头、距离传感器、压强传感器、温湿度传感器均与控制箱连接，控制箱通过高强度电缆与远程监控终端实现数据交互。

有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下显著的效果：(1)本发明方法采用机器自动巡检，具有巡检效率高、裂缝定位精确、裂缝类型明确的优点，同时不影响输水渠的正常运行；(2)本发明方法利用高精度的识别定位以及对裂缝类型的明确，实现了在保证修复效果的前提下更快速、更高效的裂缝修复。

附图说明

图1为巡检装置的结构示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为化学灌浆钻孔的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明巡检装置，包括履带车以及固定在履带车上的超声波检测仪、GPS定位装置、摄像头、距离传感器、压强传感器、温湿度传感器和控制箱；超声波检测仪、GPS定位装置、摄像头、距离传感器、压强传感器、温湿度传感器均与控制箱连接，控制箱通过高强度电缆与远程监控终端实现数据交互。

如图2所示，本发明修复输水渠混凝土裂缝的方法，包括如下步骤：

(1)输水渠表面检查：利用超声波检测仪对输水渠表面进行检查，当超声波经过裂缝时，超声波会绕过裂缝传播到接收换能器，传播路程增加表现为声速降低，且在输水渠存在裂缝的位置处超声波的频率降低，波形会产生畸变，从而通过超声波声速是否降低和波形是否产生畸变来判断对应位置是否存在裂缝，若存在裂缝，通过GPS定位装置传输给远程控制终端输水渠表面裂缝的位置；

(2)缝宽和缝长测量：对于探测到存在裂缝的位置，利用摄像设备对混凝土裂缝进行拍摄，通过距离传感器确定每次拍摄的距离，将采集的图片和距离数据通过电缆传输至远程控制终端；通过多次不同距离拍摄的照片确定拍摄距离和空间分辨率的关系，即图片中单个像素点所代表的裂缝实际尺寸，统计获得图片中裂缝所在区域的像素点，得到裂缝的面积；利用骨架提取算法，统计像素点个数得到裂缝的长度；利用裂缝的面积除以裂缝的长度得到裂缝的平均缝宽；

(3)绘制裂缝分布图：将测得的输水渠裂缝的位置、长度和宽度信息输入到CAD软件中，绘制裂缝分布图(裂缝分布图具有裂缝位置、长度和宽度信息)，基于裂缝分布图确定不同裂缝的后续修补方式；

(4)对于宽度小于0.05mm的裂缝无需处理；对于宽度大于0.05mm，小于0.2mm的裂缝采用表面涂覆法进行修复；对于宽度大于0.2mm的裂缝采用化学灌浆法进行修复。缝宽测量为测量裂缝的平均缝宽，所以该步骤中宽度指的是裂缝的平均宽度。

其中，步骤(4)中，表面涂覆修复法为将水泥基渗透结晶型防水材料均匀涂覆在混凝土裂缝上。水泥基渗透结晶型防水材料购自湖北雨晴防水工程有限公司，型号为：雨晴牌。水泥基渗透结晶型防水材料是由水泥和多种活性添加剂组成的无机修复材料，其作用机理是：在水分子的作用下，无机修复材料形成不溶于水的结晶，粘附在混凝土的表面，实现对混凝土裂缝的封闭和修复。

其中，步骤(4)中，化学灌浆修复法所用的化学灌浆材料是由水溶性聚氨酯灌浆料(LW)和油溶性聚氨酯灌浆料(HW)组成的复合灌浆材料，二者混合质量比为1:4，其作用机理是：聚氨酯灌浆材料遇水发生固化反应并且膨胀，具有弹性止水和以水止水的双重功能，同时可根据实际情况使用催化剂(三乙胺)和缓凝剂(酰氯)调节聚氨酯灌浆材料的凝胶时间。

其中，步骤(4)中，化学灌浆修复法包括钻孔、封缝、压力灌浆和拆除灌浆管四个工艺步骤，具体为：

(1)钻孔工艺：采用液压钻沿裂缝延伸方向从上往下开始钻孔，在裂缝左右两侧依次交叉钻斜孔(打注浆孔至与裂缝相交)，每个孔的孔径为14mm，相邻孔的孔距为30～50cm，将直径为10mm的膨胀止水针头置于灌浆孔中；孔与裂缝的横向距离为5～10cm，斜孔与裂缝的夹角为45°；

(2)封缝工艺：将SXM水下快速密封剂从上而下均匀涂覆在混凝土裂缝上；

(3)压力灌浆工艺：将输浆管置于膨胀止水针头中，并根据自下而上、逐孔依次的原则进行灌浆，灌浆过程管内的压力为1～1.5MPa；待注入率小于0.01L/(min·m)后，继续灌注10min停止灌浆，封孔结束；

(4)拆除灌浆管工艺：20min后浆液固化，通过切割器将止水针头切除。