[发明专利]一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置及施工方法

权利要求书

1.一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置，其特征在于：它包括密封罩（1），所述密封罩（1）的弧顶中间部位设置有贯穿的注浆头插孔（2），所述注浆头插孔（2）与机械臂（5）的末端配合相连，所述机械臂（5）的内部设置有用于注浆的注浆枪头（9），所述密封罩（1）的底部侧壁上安装有真空抽排设备；在密封罩（1）的夹层腔体内壁上固定安装有多个用于清创的超高压射流水嘴（6）和超声波振子（7）；所述注浆枪头（9）与用于注浆的灌浆设备相连；

所述密封罩（1）采用双层圆弧面的半球形密封罩，所述密封罩（1）由高强度耐腐蚀耐磨蚀型的马氏体不锈钢材制成；所述注浆头插孔（2）贯穿半球形密封罩（1）的圆弧面中央，并向罩外延伸，其与密封罩（1）构成一体化结构；

所述灌浆设备包括真空灌浆机（11），所述真空灌浆机（11）通过灌浆管与旋转接头（10）相连，所述旋转接头（10）与注浆枪头（9）相连；

所述旋转接头（10）带有密封功能，内部有转动轴与旋转接头（10）中段的通道形成紧密的间隙配合，旋转接头（10）向外一端与转动轴之间设有辅助密封的橡胶结构，橡胶结构内涂有润滑脂，注浆枪头（9）的注浆管道贯穿密封橡胶结构和转动轴，枪头置于密封罩（1）内。

2.根据权利要求1所述一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置，其特征在于：所述机械臂（5）通过焊接的方式与注浆头插孔（2）焊接相连，所述注浆头插孔（2）与注浆枪头（9）相对接，所述机械臂（5）采用多根机械臂结构，并通过液压油缸控制其动作，进而带动整个装置整体移动。

3.根据权利要求1所述一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置，其特征在于：所述真空抽排设备包括连接在密封罩（1）上的抽水管，所述抽水管上安装有单向逆止阀（4），所述抽水管的另一端与真空泵（12）相连。

4.根据权利要求1所述一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置，其特征在于：所述密封罩（1）的边缘固定安装有密封圈（3），所述密封圈（3）采用发泡硅橡胶材料制成。

5.根据权利要求1所述一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置，其特征在于：所述密封罩（1）的夹层内壁上并位于注浆头插孔（2）的上、下两侧对称安装有针孔摄像头（8）。

6.根据权利要求1所述一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置，其特征在于：还包括注浆接头（13），所述注浆接头（13）的主体结构采用环形圆柱硅橡胶，下端为氟橡胶垫片（1304），所述氟橡胶垫片（1304）上固定有锚垫板（1303），所述锚垫板（1303）上均布加工有多个螺栓孔（1302），在注浆接头（13）上端设置有均布的多个凹槽，所述凹槽内部覆盖有铁片（1301），所述凹槽与注浆枪头（9）的电磁铁（905）相配合连接。

7.根据权利要求1所述一种水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置，其特征在于：所述注浆枪头（9）的内部设置有注浆口（901）和抽吸口（902），所述注浆口（901）和抽吸口（902）连接真空灌浆机（11），在注浆枪头（9）的前端内部固定有多块均布的电磁铁（905），所述电磁铁（905）的内壁上胶接黏附了一圈密封膜（904），所述电磁铁（905）在通电产生磁力后与注浆接头（13）上的铁片（1301）相吸合相连。

8.权利要求1-7任意一项所述水下膜袋混凝土墙体清创及裂缝修复的装置的施工方法，其特征是在于它包括以下步骤：

Step1：运用超声波无损探伤技术确定裂缝（15）的位置及深度，利用机械臂（5）液压缸操控密封罩（1）下水覆盖待修补裂缝（15）分布区域，操纵机械臂（5）施加一定压力按压密封罩（1），使得密封圈（3）的吸附部紧密贴附到墙体表面；

Step2：打开单向逆止阀（4）并通过电源开关操作真空泵（12）抽排海水，观察到压力表数值维持在一定负压且变化幅度小时，此时密封罩（1）内达到负压状态，装置整体牢牢吸附在待处理墙体表面；

Step3：打开超高压射流水嘴（6）和超声波振子（7）的电源开关及管线，带有强大动能的水流、高频振动波产生的冲击力使得墙体老化层剥落；通过针孔摄像头（8）观察到墙体老化层完全剥落后，关闭清洗设备、单向逆止阀（4）及真空泵（12）；

Step4：操作机械臂（5）打开密封罩（1），清理罩内废渣；派潜水员采用风钻钻取注浆孔道和螺栓孔，对于厚度在5m以下的混凝土结构物，孔径取30mm，钻孔完毕后在注浆孔（16）表面利用螺栓安装注浆接头（13），并在墙体表面未被注浆接头（13）覆盖的表面裂缝上用胶黏贴一层耐碱玻璃纤维布；

Step5：重复Step1，然后关闭真空泵（12）和单向逆止阀（4），利用针孔摄像头（8）进行监控，打开电源使得注浆枪头（9）的电磁铁（905）和注浆头密封膜（904）撑开，操纵注浆枪头（9）使得四片电磁铁（905）对准注浆接头（13）四个凹槽表面的光滑铁片（1301）进行衔接；

Step6：

注浆方案一：打开真空灌浆机（11）的真空泵，控制抽吸口（902）对注浆接头（13）下的注浆孔（16）内的水和空气进行抽排，当压力表维持一定负压的真空度且读数变化相对小时，启动连接注浆口（901）的压浆泵维持0.4Mpa压力进行压浆，按顺序从墙体表面的注浆接头（13）从下至上进行压力注浆，直至观察到墙体最上方注浆接头（13）开始冒浆，此时墙体裂缝得到充分填充，结束注浆；

注浆方案二：此方案也适用于贯穿裂缝的修复，注浆时同时打开真空灌浆机（11）的真空泵和压浆泵进行注浆，通过真空泵出浆口管道查看出浆情况，待到真空泵的出浆口观察到浆体流动连续稳定无气泡时，关闭真空泵和真空阀门，继续加压直到压力达到0.4Mpa以上，持续压浆2min后关闭压浆阀门停止注浆；

Step7：注浆的同时控制电磁铁（905）的电流强度调控周围区域的磁场强弱，使纳米磁颗粒在注浆孔（16）处聚集，提高纳米磁胶结物（14）在注浆孔（16）处的抗剪切能力，失去纳米磁颗粒的浆液流动性增加，使得阻力较小，进而充分充填所有空隙；

Step8：注浆液初凝后，抽回注浆枪头（9）使其复位，并重复Step5~Step7直至所有注浆孔（16）和裂缝（15）中的注浆液强度成型；之后，打开射流水嘴（6）向密封罩（1）内低压注水解除罩内负压状态，操纵机械臂（5）揭开密封罩（1）对装置进行回收，并派潜水人员下水回收注浆接头（13）。