CN102587715A - 小型水窖快速构建装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型水窖快速构建装置及方法。本发明所述装置包括与水窖内壁对应的充气式气囊、对气囊进行充气的钢管，钢管插入气囊内部并分别与气囊上、下部的端口固定、密闭连接。采用上述装置的小型水窖快速构建方法是依次开挖基坑、浇注窖底、放入构建装置、向装置中充入5～6kpa的空气、浇注窖壁、浇注窖顶、抽出装置中的空气、取出装置，然后依次用水泥砂浆、防水砂浆、水泥处理细石砼内壁，最后加装窨井盖。本发明的小型水窖快速构建装置及方法结构简单、使用方便，能够节约人工、降低费用、缩短工期，所构建的水窖坚固耐用。
Description
技术领域
本发明属于水窖的构建技术领域，特别设计一种小型集雨水窖的快速构建装置及方法。
背景技术
雨水集蓄利用工程主要是指在干旱、半干旱或季节性干旱缺水地区，将规划区范围及周围的降水进行汇集、储存，作为该规划区生活或生产用水的水源加以有效利用的微型水利工程。
雨水收集利用在国内外都有悠久的历史，中国、美国、日本、德国、加拿大、印度、澳大利亚及非洲一些国家，都在利用自然坡面建造微型集水区以收集雨水。我国黄土高原的丘陵山区、西南山区以及沿海缺水岛屿地区，人们用各种各样的储水设施在雨季收集、储存雨水，既减轻了雨季的山洪威胁，又缓解了旱季的用水紧张问题。中国妇女发展基金会承办的“母亲水窖”项目数年来解决了我国西部数百万农户的饮水问题，效益显著。
现有储水水窖构建的窖型有砼球形窖、砼顶盖水泥砂浆抹面窖、砼蓄水池、水泥砂浆抹面窖、封闭式涝池等多种形式。细石砼浇注的小型水窖通常包括窖顶、窖壁、窖底。窖壁的形状为直立的圆筒形，窖顶和窖底的形状通常为相对的向外凸出的球冠形。窖顶正上方由窨井盖覆盖，窨井盖周围配合设置有与窖顶浇筑为一体的窨井盖圈。盖圈外侧的窖顶上还埋设有进水管，进水管的管口连通至水窖内，进水管的另一端连接至间隔设置在水窖外侧的沉淀池。
现有小型水窖的构建方法通常有以下三种：
方法1：先在土体中开挖一个窖体，然后用砖进行砌筑，再在砖上用水泥涂覆，最后在水泥表面涂抹防水层。
方法2：先完成窖盖，即先在选好的窖址制作一倒扣锅式窖盖土模，用砼浇筑成形，7天后开挖窖体部分，人工夯实窖壁及近球冠形窖底，继而从下而上手工完成砼抹面，最后用水泥砂浆抹面。
方法3：适用于球形窖的建造，选址放线后进行上半球的土模制作，再在土模上铺牛皮纸，进行砼浇筑，养护7天后挖取内心土，到圈梁下缘开始挖下半球，再浇筑下半球，浇筑完后在上半球外回填土，刷密封层，最后用砖或模具做好窖颈、窖口及窖体养护。
现有储水水窖构建技术耗时、费力。据测算，现一眼水窖的建设工期都在15-20天，且建设成本高，修建难度大，所建成的水窖防渗性差，使用寿命短。
中国发明专利申请CN1051929A公开了一种构建水窖的圆模板，这种模板是按照一定的模数制作的工具式模板，其利用胶合板的弯曲性能，加上特制的龙骨和撑位器具，使模板形成所需的各种曲面。这种模板存在如下不足：1、结构及其复杂，为达到模板所需要的的变形需要对模板后的索具作大量的调整，因此使用也极不方便；2、难以构成符合要求的二维曲面；3、模板组合复杂，拆卸困难；4、模板的索具等给砼施工带来诸多不便。
中国发明专利申请CN100585117C公开了一种构建水窖的组合式模板。这种组合模板虽然部分地解决了操作复杂、施工不便的技术问题，但仍然存在以下不足：1、窖底与窖壁的构筑的时间差过大，容易造成窖底和窖壁混凝土强度不同，从而造成结合部位容易产生质量问题；2、模板制作的工艺复杂，成本高，模板组装费时、费力。
目前，缺少一种结构简单、使用方便，并能够降低成本、缩短工期的小型水窖快速构建装置和方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便的小型水窖快速构建装置以及高效、经济的小型水窖快速构建方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：小型水窖快速构建装置，包括与水窖内壁对应的充气式气囊、对气囊进行充气的钢管，钢管固定连接在气囊的顶部，钢管的下端伸入气囊内。
本发明的改进在于：所述钢管设置在气囊的中心，钢管的下端封闭并与气囊的底部密闭连接，钢管的上端伸出气囊并与气囊的顶部密闭连接，位于气囊内的钢管上设置有气孔。
本发明的进一步改进在于：所述气囊由上下两端开口的直筒形膜布组捆扎而成，钢管沿膜布组的中轴线布置，与气囊连接的钢管部位各设置有一组凸出于钢管外壁的环形圆箍，膜布组的下部向内翻折后通过绦绳捆扎在钢管对应气囊底部的圆箍上，膜布组的上部向外翻折后通过绦绳捆扎在钢管对应气囊顶部的圆箍上。
本发明的进一步改进在于：所述膜布组包括2层套叠的直筒形PVC膜布，2层PVC膜布之间布置有1层621型涤纶滤布筒，膜布组的厚度为0.85mm。
本发明的进一步改进在于：所述圆箍的直径为0.8～1.0cm，每组圆箍中均包含有四个间距为4～6cm的圆箍。
本发明的进一步改进在于：所述钢管伸出气囊的部分设置有气阀。
本发明的进一步改进在于：所述钢管伸出气囊的长度不小于0.5m，钢管直径为8～15cm。
本发明的进一步改进在于：所述气孔设置在钢管上气囊中心高度的位置，气孔的数量为2～3个。
采用本发明所述小型水窖快速构建装置的小型水窖快速构建方法，包括以下步骤，
步骤a、在需要构建小型水窖的土体内开挖基坑，将基坑底部、侧壁夯实并敷设大棚膜布；
步骤b、向基坑底部浇注细石砼，形成凹形窖底；
步骤c、将未充气的小型水窖快速构建装置放入基坑，使钢管保持直立，钢管下端与基坑底部的中心位置对应，采用小型空压机，通过钢管向气囊内充入空气，使气囊内的气体压强达到5～6kpa；
步骤d、向气囊和基坑侧壁的间隙中浇注细石砼，形成窖壁，并使其与步骤b中所述窖底粘结为一体；
步骤e、将窨井盖圈布置在气囊上方，使钢管位于盖圈的中心，将用于向水窖输水的进水管预先布置在盖圈侧下方的位置，使进水管管口与气囊顶部紧密接触，向盖圈周围浇注细石砼，形成窖顶，并使其与步骤e中所述窖壁粘结为一体；
步骤f、完成步骤e所述浇注8～10h后，采用小型抽气机，通过钢管抽走气囊中的空气，使气囊与细石砼分离，从盖圈内取出所述小型水窖快速构建装置，在细石砼内表面依次涂覆水泥砂浆、防水砂浆、水泥，在盖圈上加装窨井盖。
本发明所述小型水窖快速构建方法的改进在于：所述基坑底部为球冠形的凹坑状，窖底厚度为20～22cm，窖壁厚度为12～15cm，窖顶厚度为15～20cm。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步为：
本发明的小型水窖快速构建装置，结构简单、使用方便、并可重复使用，采用廉价易得的钢管、PVC膜布、绦绳组装而成，能够完全替代现有的大型施工设备。使用时，仅需配合小型空压机、抽气机，具有高效、经济的优点。本发明的小型水窖快速构建方法施工工期短、劳动强度低。在土方的开挖与回填、装置的搭建、细石砼的浇筑等方面节约了人工、缩短了工期。
由于本发明的水窖是一次浇筑成功的，不存在新老细石砼结合产生冷缝的问题。浇筑成的窖底和窖壁均与原状土贴合，水窖承受水压力一旦产生变形，土体将对水窖产生巨大的被动土压力从而避免了裂缝的产生；圆形的窖体结构也有利于承受的外部的主动土压力而不至发生破坏。因此，本发明所得水窖具有性能优良，结构稳定、无裂缝、无渗漏的优点。
本发明的气囊设计为两端凸出的球冠形，符合水窖的常规形状。气囊充气后，能够根据自身的弹性特点，通过控制内部气压，达到所需的形状和硬度。采用2层PVC膜布和位于膜布之间的1层621型涤纶滤布筒复合而成的总厚度为0.85mm的膜布组，当内部压力为5～6kpa时，达到最佳的形状和硬度，并具有结实耐用的优点。滤布在气囊中主要起受拉作用，在充气的情况下，滤布与不透气的内层PVC膜布结合在一起可保证气囊有足够的抗变形强度，外层PVC膜布的设置有利于气囊与砼的分离以取出构建装置。
采用圆箍和绦绳固定膜布组，简单实用。采用直径0.8～1.0cm、每组4个、相互间距4～6cm的圆箍，配合绦绳，在每组圆箍两端和圆箍之间的间隙内缠绕绦绳，可以把膜布组牢固地固定在钢管上，并能避免漏气。
钢管伸出气囊的部分设置气阀后，可更加方便地与外部空压机或抽气机配合。充气或抽气完毕后，通过关闭气阀，可以保持气囊内的压强不变。钢管伸出气囊的部分长度不小于0.5m，可充分满足水窖窖顶厚度的需要。采用直径8～15cm的钢管，坚固耐用，并且便于进行充气和抽气。布置在气囊中心的2～3气孔，能够满足充气和放气的需要，并且能够使气囊内部压力平稳地增减，有利于维持气囊形状的稳定、保护气囊材料。
本发明的构建方法中，敷设在侧壁上的大棚膜布能够防止细石砼浇筑时基坑侧壁上部的土体被新注入的细石砼冲坏，并能够防止土体混入细石砼中对窖底和窖壁的强度产生不良影响。细石砼未经振捣，带有蜂窝麻面，有利于防水处理时砂浆与砼的结合。采用的窨井盖、窨井盖圈均为市售的常见材料，降低了构建水窖的资金投入。采用20～22cm厚的窖底、12～15cm厚的窖壁、15～20cm厚的窖顶，符合水窖内部承压需要，并能够最大程度地节约建筑材料，缩短建设工期。
附图说明
图1为本发明小型水窖快速构建装置的使用状态示意图；
其中：1、气阀，2、钢管，3、气囊，4、膜布组，5、气孔，6、圆箍，7、沉淀池，8、进水管，9、盖圈，10、大棚膜布，11、窖顶，12、窖壁，13、窖底。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
本实施例的小型水窖快速构建装置如下：
小型水窖快速构建装置，包括钢管2和充气式弹性气囊3，所述气囊由上下两端开口的直筒形膜布组4捆扎而成，膜布组由2层筒状PVC膜布中间夹衬1层由涤纶滤布621制成的圆筒共三层套装复合而成，膜布组厚度为0.85mm。气囊的侧壁为圆筒形，气囊的两端为向外凸出的球冠形。所述钢管设置在气囊的中心，钢管与气囊连接的部位各设置有凸出于钢管外壁的环形圆箍6，膜布组的下端向内翻折后通过绦绳捆扎在钢管对应气囊底部的圆箍上，膜布组的上端通过绦绳捆扎在钢管对应气囊顶部的圆箍上。所述圆箍的直径为0.8cm，每组圆箍中均包含有四个相互间隔5cm的圆箍，每组圆箍的外侧和圆箍之间均缠绕有绦绳。钢管伸出气囊的部分为1.0m，并设置有气阀1，钢管直径为10cm。钢管位于气囊内的部分的中心位置上设置有2～3个气孔5。
本实施例的小型水窖快速构建装置的制作过程如下：
首先取长6.0m、外径10cm的钢管一根，将钢管下端用电焊封死，上端开口处焊接气阀，在高度0～20cm及高度480～500cm范围内分别用Φ8铁丝绕钢管密封焊接4道圆箍，圆箍间距为5cm，在高度300cm处钻直径1cm的通气孔2个。
截取2段长6.6m、厚0.12mm、周长8m的市售圆筒形PVC膜布备用，用高强度线将涤纶滤布621缝制成周长8.6m、长6.9m的滤布筒，将上述原材料以PVC膜布-滤布筒-PVC膜布的顺序由内向外套装在一起，制成两端对齐、厚度0.85mm的膜布组。滤布筒的周长和长度相应地比PVC膜布大0.3～0.6m，因涤纶滤布的弹性比PVC膜布小，使用时，充气后可以使滤布筒和PVC膜布的周长和长度趋于一致。
将膜布组的一端包裹在钢管下端的圆箍周围，用5道绦绳在圆箍外侧和圆箍之间分别将膜布组捆扎牢固，用502胶水封堵膜布组和钢管间的缝隙。翻转膜布组使之套住钢管，在钢管的480-500cm高度处用5道绦绳按照上述捆扎方法将膜布组与钢管捆扎牢固，得到本发明的小型水窖快速构建装置。
修建一眼25m2的水窖，购买窨井盖和盖圈备用。
首先进行选址。水窖应选择在来水充足、有收集雨水条件的地方，并要兼顾考虑窖址是否方便用水的问题。窖址要求土质较密实、无缝隙、洞穴，远离洪沟、厕所和树木。本实施例的小型快速水窖构建方法的施工流程如下：
步骤a、在需要构建小型水窖的土体14内开挖基坑，严格按设计要求进行放线开挖。本实施例所开挖的基坑直径300cm，深520cm，底部呈开口向上的球冠形，冠顶高150cm。开挖中应尽量避免超挖和欠挖。窖体开挖成形后进行尺寸校核，并将基坑底部、侧壁用木锤夯实。此阶段的土方量大约34m3，按每人工日挖土4m3计算，需要2人挖4天。将基坑底部、侧壁夯实后敷设大棚膜布10，具体方法是用钉子将一层大棚膜布钉在基坑底部和侧壁上。
步骤b、向基坑底部的大棚膜布上浇注细石砼，形成凹形窖底13。细石砼的厚度为20～22cm。
步骤c、将未充气的小型水窖快速构建装置放入基坑，使钢管保持直立，钢管下端放置在基坑底部的中心位置的细石砼上。未充气的气囊半径较基坑半径小20～22cm。在气囊顶部的外层膜布上造一直径1cm的出气孔，采用小型空压机，通过钢管向气囊内充入空气，使气囊内的气体压强达到5kpa，此时膜布夹层间的空气也已排尽，用透明胶带封闭出气孔。充气后的气囊半径较基坑半径小12～15cm。
步骤d、向气囊和基坑侧壁上的大棚膜布之间的间隙中浇注细石砼，形成窖壁12，并使其与步骤b中所述窖底粘结为一体。浇注时，2人或4人在基坑四周的对称位置以螺旋方式浇注100#细石砼，窖壁的厚度为12～15cm。
步骤e、将窨井盖圈9布置在气囊上方，使钢管位于盖圈的中心，将用于向水窖输水的PVC材质的进水管8布置在盖圈的侧下方，使进水管管口与气囊顶部紧密接触，向盖圈周围浇注细石砼，形成窖顶11，并使其与步骤e中所述窖壁粘结为一体，窖顶的厚度为15～20cm。
步骤f、浇注形成窖顶8h后，采用小型抽气机，通过钢管抽走气囊中的空气，使气囊与细石砼分离，从盖圈内取出所述小型水窖快速构建装置，回收备用。在细石砼内表面涂覆100#水泥砂浆，压实抹光，次日在水泥砂浆上涂覆1∶2防水砂浆，最后涂覆525#水泥。上述施工完成后，在盖圈上加装窨井盖，得到本实施例的小型水窖。
沉淀池7的构建方法如下：在水窖一侧间隔一定距离的土体内掏挖方形的坑穴，采用100#水泥砂浆浇注池底和池壁，池盖采用预制的150#水泥板。池壁上开设出水口并与前述步骤e中的进水管8连接。
上述工艺实施过程中应注意养护。3天后，回填水窖窖顶的土方。本实施例水窖构建过程中的浇注工作第1天即可完成，第2～3天进行工作强度较轻的水泥砂浆压光及防水处理，第4～5天进行其他辅助及养护工作，加上土方开挖工作，一眼水窖7天内即可完成主体工作。而现有的小型水窖施工工艺，需2～4工人施工15～20天以上。本发明极大地缩短了建筑工期，节省了人力物力，具有良好的经济效益和推广价值。
上述实施例中的气囊可采用其他材料，气囊与钢管的连接也可采用黏胶粘合、卡箍连接或其他能够牢固固定并能避免漏气的方式，在能通过简单方法(如粘结)获得更大尺寸气囊材料时，通过压力和抗压强度核算的情况下，可以用本发明的原理制作大型水窖的构建装置。
Claims (10)
1.小型水窖快速构建装置，其特征在于：包括与水窖内壁对应的充气式气囊(3)、对气囊(3)进行充气的钢管(2)，钢管(2)固定连接在气囊(3)的顶部，钢管(2)的下端伸入气囊(3)内。
2.根据权利要求1所述的小型水窖快速构建装置，其特征在于：所述钢管设置在气囊的中心，钢管的下端封闭并与气囊的底部密闭连接，钢管的上端伸出气囊并与气囊的顶部密闭连接，位于气囊内的钢管上设置有气孔(5)。
3.根据权利要求1所述的小型水窖快速构建装置，其特征在于：所述气囊由上下两端开口的直筒形膜布组(4)捆扎而成，钢管沿膜布组的中轴线布置，与气囊连接的钢管部位各设置有一组凸出于钢管外壁的环形圆箍(6)，膜布组的下部向内翻折后通过绦绳捆扎在钢管(2)对应气囊底部的圆箍上，膜布组的上部向外翻折后通过绦绳捆扎在钢管(2)对应气囊顶部的圆箍上。
4.根据权利要求3所述的小型水窖快速构建装置，其特征在于：所述膜布组包括2层套叠的直筒形PVC膜布，2层PVC膜布之间布置有1层621型涤纶滤布筒，膜布组的厚度为0.85mm。
5.根据权利要求4所述的小型水窖快速构建装置，其特征在于：所述圆箍的直径为0.8～1.0cm，每组圆箍中均包含有四个间距为4～6cm的圆箍。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的小型水窖快速构建装置，其特征在于：所述钢管伸出气囊的部分设置有气阀。
7.根据权利要求6所述的小型水窖快速构建装置，其特征在于：所述钢管伸出气囊的长度不小于0.5m，钢管直径为8～15cm。
8.根据权利要求7所述的小型水窖快速构建装置，其特征在于：所述气孔设置在钢管上气囊中心高度的位置，气孔的数量为2～3个。
9.采用权利要求1～8中任意一项所述小型水窖快速构建装置的小型水窖快速构建方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤a、在需要构建小型水窖的土体内开挖基坑，将基坑底部、侧壁夯实并敷设大棚膜布(10)；
步骤b、向基坑底部浇注细石砼，形成凹形窖底(13)；
步骤c、将未充气的小型水窖快速构建装置放入基坑，使钢管保持直立，钢管下端与基坑底部的中心位置对应，采用小型空压机，通过钢管向气囊内充入空气，使气囊内的气体压强达到5～6kpa；
步骤d、向气囊和基坑侧壁的间隙中浇注细石砼，形成窖壁(12)，并使其与步骤b中所述窖底粘结为一体；
步骤e、将窨井盖圈(9)布置在气囊上方，使钢管位于盖圈的中心，将用于向水窖输水的进水管(8)预先布置在盖圈侧下方的位置，使进水管管口与气囊顶部紧密接触，向盖圈周围浇注细石砼，形成窖顶(11)，并使其与步骤e中所述窖壁粘结为一体；
步骤f、完成步骤e所述浇注8～10h后，采用小型抽气机，通过钢管抽走气囊中的空气，使气囊与细石砼分离，从盖圈内取出所述小型水窖快速构建装置，在细石砼内表面依次涂覆水泥砂浆、防水砂浆、水泥，在盖圈上加装窨井盖。
10.根据权利要求9所述的小型水窖快速构建方法，其特征在于：所述基坑底部为球冠形的凹坑状，窖底厚度为20～22cm，窖壁厚度为12～15cm，窖顶厚度为15～20cm。
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