CN105569159A - 一种渗水结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种渗水结构及方法,所述渗水结构包括:渗水井，所述渗水井竖直设置在地面的土壤层中，所述渗水井内填充有导流物；所述渗水井通过导流物将接收的水渗透至地下水层中；透水层，所述透水层设置在所述土壤层的上方，所述透水层将所述渗水井的井口覆盖住；所述透水层将地表水直接渗透到土壤层中或引导至所述渗水井中。通过在地面上设置渗水井,可将地面表层的水快速渗透到地下水层,快速恢复地下水位,成本低,效率高；通过在渗水井中填充导流物,利用毛细管原理,可加快水的渗透速度；通过在渗水井的表层设置透水层,可避免渗水井与渗水井之间的土壤层表面产生积水。

Description

一种渗水结构及方法
技术领域
本发明涉及生态铺面技术领域，具体涉及一种利用地面结构进行渗水的方法和一种渗水结构。
背景技术
生态铺面技术能够有效解决降雨地表径流、雨水收集和存蓄的问题，同时也能够向地下土层渗水，但受到土壤层透水能力不同的影响，向地下渗水恢复地下水位的能力有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种渗水结构及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种渗水结构,包括:
渗水井，所述渗水井竖直设置在地面的土壤层中，所述渗水井内填充有导流物；所述渗水井通过导流物将接收的水渗透至地下水层中；
透水层，所述透水层设置在所述土壤层的上方，所述透水层将所述渗水井的井口覆盖住；所述透水层将地表水直接渗透到土壤层中或引导至所述渗水井中。
本发明的有益效果是：通过在地面上设置渗水井,可将地面表层的水快速渗透到地下水层,快速恢复地下水位,成本低,效率高；通过在渗水井中填充导流物,利用毛细管原理,可加快水的渗透速度；通过在渗水井的表层设置透水层,可避免渗水井与渗水井之间的土壤层表面产生积水。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述导流物为碎石，所述碎石的粒径为10mm-40mm，所述碎石将渗水井内的空腔填充满。
采用上述进一步方案的有益效果是:采用碎石作为导流物,可加快渗水速度。
进一步，所述渗水井的井口四周设有一圈集水坡，所述集水坡表面与井口水平面之间的夹角为91°-179°。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过在渗水井的井口四周设置一圈斜置的集水坡,可使水快速收集到渗水井中。
进一步，所述渗水井呈空心圆柱形，所述渗水井的内径为300mm-1000mm，所述渗水井的高度为0.5m-20m。
进一步，还包括：
过滤层，所述过滤层夹在所述集水坡四周的土壤层表面和透水层之间，所述过滤层包括过滤网或两层土工布，过滤网或两层所述土工布将所述渗水井的井口和集水坡覆盖住。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过在渗水井井口覆盖过滤网或两层土工布,可将地表水中的污染物杂质过滤掉,避免污染地下水层。
进一步,所述透水层包括：
保水层，所述保水层设置在所述土壤层的上方，所述保水层由所述碎石和保水球混合形成，所述保水球的体积占所述保水层体积的5％-30％；
混凝土承载层，所述混凝土承载层设置在所述保水层的上方，所述混凝土承载层的厚度为50mm-400mm；所述混凝土承载层上表面竖直开设有多个圆柱形的清理口和透气通孔，所述清理口位于所述渗水井井口的上方，一个渗水井对应开设一个清理口；所述清理口内设有井盖，所述井盖的直径大于所述渗水井的内径。
采用上述进一步方案的有益效果是:通过设置保水层,可将地表水均匀收集在保水层中,避免形成积水；保水层由碎石和保水球混合形成,且保水球的体积占所述保水层体积的5％-30％，在保证导流作用的同时，保水球也能有效锁住水分；通过在保水层上铺设一层混凝土承载层，且在混凝土承载层上开设清理口，利用清理口将沉积的淤泥清理排除，在清理口内设置井盖，可每隔一段时间对渗水井进行检测，定期清理或更换土工布，随时清理掉积累在渗水井四周和上部的杂质，避免渗水井的堵塞。
进一步，所述透气通孔包括进气通孔和出气通孔，所述出气通孔纵截面的两个侧边呈弧形结构，所述出气通孔横截面的直径从上至下逐渐增大，所述进气通孔横截面的直径小于所述出气通孔横截面的最小直径；所述透气通孔在混凝土承载层表面的分布密度为25个/m2-100个/m2。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置透气通孔，可使保水层和渗水井与外界气压一致，保证渗水的通畅；透气通孔的设置，也使土壤层中氧含量的达到最佳，能够使土壤中的好氧菌繁殖，快速分解掉渗透水中的杂质和污染物，达到环保的目的；将出气通孔横截面的直径设置成从上至下逐渐增大，一方面，避免上口过大，杂物落入出气通孔中，堵塞出气通孔，另一方面，也加大了出气面积，形成“烟囱”效应，加快地面上下气流循环速度。
一种渗水方法，包括以下步骤：
①在土壤表面竖直开设多个渗水井，在渗水井中填充导流物，渗水井可通过导流物将收集的水渗透到地下层中；
②在土壤表面铺设透水层，所述透水层将所述渗水井的井口覆盖住；所述透水层将地表水直接渗透到土壤层中或透过所述过滤层渗透到所述渗水井中。
本发明的有益效果是：通过在地面上开设渗水井,可将地面表层的水快速渗透到到地下水层,快速恢复地下水位,成本低,效率高；通过在渗水井中填充导流物,利用毛细管原理,可加快水的渗透速度；通过在渗水井的表层设置透水层,可避免渗水井与渗水井之间的土壤产生积水。
进一步，所述步骤①还包括：在所述渗水井的井口四周开设一圈集水坡，所述集水坡表面与井口水平面之间的夹角为91°-179°；在每一个渗水井的井口均铺设过滤网或两层土工布，过滤网或两层土工布夹在所述集水坡四周的土壤层表面和透水层之间，过滤网或两层所述土工布将所述渗水井的井口和集水坡覆盖住。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过在渗水井的井口四周设置一圈集水坡,可使水快速收集到渗水井中；通过在渗水井井口覆盖两层土工布,可将地表水中的污染物杂质过滤掉,避免污染地下水层。
进一步，所述步骤②中，在土壤层表面铺设透水层具体为：先在土壤层表面铺设一层保水层，保水层由所述碎石和保水球混合形成，所述保水球的体积占所述保水层体积的5％-30％；再在保水层上铺设一层厚度为50mm-400mm的混凝土承载层，在混凝土承载层上表面沿竖直方向开设多个圆柱形的清理口和透气通孔，所述清理口位于所述渗水井井口的上方，一个渗水井对应开设一个清理口；在所述清理口内设置井盖，所述井盖的直径大于所述渗水井的内径；所述透气通孔将外部与保水层连通；
所述透气通孔包括进气通孔和出气通孔，所述出气通孔横截面的直径从上至下逐渐增大，所述进气通孔横截面的直径小于所述出气通孔横截面的最小直径。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置保水层,可将地表水均匀收集在保水层中,避免形成积水；保水层由碎石和保水球混合形成,且混合比例为1-3:1，再保证导流作用的同时，保水球也能有效锁住水分；通过在保水层上铺设一层混凝土承载层，且在混凝土承载层上开设清理口，在清理口内设置井盖，可每隔一段时间对渗水井进行检测，定期清理或更换土工布，随时清理掉积累在渗水井四周和上部的杂质，避免渗水井的堵塞。通过设置透气通孔，可使保水层和渗水井与外界气压一致，保证渗水的通畅；将出气通孔横截面的直径设置成从上至下逐渐增大，一方面，避免上口过大，杂物落入出气通孔中，堵塞出气通孔，另一方面，也加大了出气面积。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、渗水井；11、井口；12、导流物；13、集水坡；2、透水层；21、保水层；22、混凝土承载层；221、清理口；222、透气通孔；2221、进气通孔；2222、出气通孔；23、井盖；3、过滤层；4、土壤层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本实施例的一种渗水结构,如图1所示,包括：
渗水井1，渗水井1呈圆柱形，渗水井1的内径为300mm-1000mm，优选采用500mm、600mm和700mm；渗水井1的高度为0.5m-20m，渗水井的开设深度根据土壤层的具体情况和地下水位的深度来确定，优选采用2m、3m、4m、5m、6m、10m、13m、15m和18m；渗水井1的直径不宜过大或过小，过大和过小均不容易达到很好的渗水效果；渗水井1竖直设置在地面的土壤层4中，渗水井1内填充有导流物12，导流物12为碎石，碎石的粒径为10mm-40mm，碎石将渗水井1内的空腔填充满；渗水井1通过碎石将接收的水渗透至地下水层中。渗水井1的井口11四周设有一圈集水坡13，集水坡13表面与井口11水平面之间的夹角为91°-179°，碎石也将集水坡13的空间填充满；本实施例设置的集水坡13表面与井口11所在水平面之间的夹角优选采用110°、120°和135°，采用优选的角度可加快导流速度、不容易冲垮斜坡所在平面；采用120°时，可承受碎石的压力的同时，导流效果也达到最佳。
透水层2，透水层2设置在土壤层4的上方，透水层2将渗水井1的井口11覆盖住；透水层2将地表水直接渗透到土壤层4中或引导至渗水井1中。
过滤层3，过滤层3夹在集水坡13四周的土壤层4表面和透水层2之间，过滤层3包括过滤网或两层土工布，过滤网或两层土工布将渗水井1的井口11和集水坡13覆盖住。
本实施例通过在地面上设置渗水井,可将地面表层的水快速渗透到到地下水层,快速恢复地下水位,成本低,效率高；通过在渗水井中填充导流物,利用毛细管原理,可加快水的渗透速度；通过在渗水井的表层设置透水层,可避免渗水井与渗水井之间的土壤产生积水。
不同粒径的碎石推挤在一起形成的导流结构的密度不同，不同粒径的碎石对导水效果的影响如下表所示。采用不同粒径的碎石填充渗水井，同一时间段后，取渗水井下方的土壤进行测定含水量，如下表所示，并对不同渗水井下方土壤层含水量达到相同的时间进行记录。土壤层含水量的测定采用森林土壤含水量的测定(LY/T1213-1999)。
表1不同粒径的碎石的导水效果
由表1可知，不同粒径的碎石形成的导流结构的导水效果不同，当碎石粒径过小时，由于毛细管的作用，使水克服地心引力而上升，达不到有效的导流效果；当碎石粒径过大时，碎石之间的接触面积变小，水不能很好的沿碎石渗透到地下。因此，本实施例碎石的最佳粒径为25mm，采用该粒径的碎石填充渗水井，可将水快速的导流到地下水层中。测定不同渗水井的土壤含水量达到同一个值时所用的时间，本实施例采用碎石的粒径为25mm时，达到预设土壤含水量的时间最短。
如图1所示，本实施例的透水层2包括：
保水层21，保水层21设置在土壤层4的上方，保水层21由碎石和保水球混合形成，保水球的体积占所述保水层体积的5％-30％；通过设置保水层,可将地表水均匀收集在保水层中,避免形成积水；保水层21由碎石和保水球混合形成,且混合比例为1-3:1，在保证导流作用的同时，保水球也能有效锁住水分；保水球的粒径为10mm-40mm，保水球为中空结构，中部填充有海绵，表面均匀开有多个小孔；
混凝土承载层22，混凝土承载层22设置在保水层21的上方，混凝土承载层22的厚度为50mm-400mm；混凝土承载层22上表面竖直开设有多个圆柱形的清理口221和透气通孔222，清理口221位于渗水井1井口11的上方，一个渗水井1对应开设一个清理口221；清理口221内设有井盖23，井盖23的直径大于渗水井1的内径。通过在保水层上铺设一层混凝土承载层，且在混凝土承载层上开设清理口，在清理口内设置井盖，可每隔一段时间对渗水井进行检测，定期清理或更换土工布，随时清理掉积累在渗水井四周和上部的杂质，避免渗水井的堵塞。通过设置透气通孔，可使保水层和渗水井与外界气压一致，保证渗水的通畅。混凝土承载层的优选厚度为75mm、100mm、120mm和150mm，采用这些厚度的承载层，能有效支撑路面行驶的车辆，避免路面结构塌陷的同时，也减少了施工难度，避免浪费混凝土；还避免了透气通孔和清理口过深，不容易清理的问题。
不同混合比例的碎石和保水球对保水层保水效果和渗透效果的影响如下表所示。相对湿度的测定方法采用公共场所空气湿度测定方法(GB/T18204.14-2000)进行测定。土壤层含水量的测定采用森林土壤含水量的测定(LY/T1213-1999)。
表2不同含量保水球对保水层、土壤层和渗水井的影响
由表2可知，随着保水球比例的增加，保水层相对湿度、土壤层含水量和渗水井相对湿度也随之增加，但保水层含水量过大，不利于混凝土承载层的形成，容易造成塌陷；土壤层含水量过大，也不利于保水层的铺设；因此，以保水球占保水层的体积为18％为最佳的体积占比。此时，土壤层的含水量为15％左右，适合成型且不会塌陷。
如图1所示，透气通孔222包括相等数量的进气通孔2221和出气通孔2222，所述出气通孔纵截面的两个侧边呈弧形结构，出气通孔2222横截面的直径由上至下逐渐增大，出气通孔2222的横截面的最小直径为0.2cm-1cm，出气通孔2222的横截面的最大直径为2.5cm-3.5cm；进气通孔2221横截面的直径小于出气通孔2222横截面的最小直径。将出气通孔2222横截面的直径设置成从上至下逐渐增大，一方面，避免上口过大，杂物落入出气通孔中，堵塞出气通孔，另一方面，也加大了出气面积。透气通孔222在混凝土承载层22表面的分布密度为25个/m2-100个/m2；优选采用40个/m2、50个/m2、60个/m2、70个/m2和80个/m2。
透气通孔的直径过大或者透气通孔过多均会造成保水层水分的蒸发；针对透气通孔不同的横截面直径和透气通孔分布密度，对保水层水分含量的影响如下表所示。表3中，针对相同厚度的混凝土承载层中，除下述参数外，其他参数和外在因素均相同。相对湿度的测定方法采用公共场所空气湿度测定方法(GB/T18204.14-2000)进行测定。土壤层中氧含量的测定，利用溶解氧测定仪(型号：YTK01)，采用非分散红外分析方法，快速可靠地分析土壤气体中的氧浓度。
表3出气通孔横截面直径对保水层相对湿度、地表湿度和土壤层氧含量的影响
由表3可知，当出气通孔最上端开孔直径为0.7cm，最下端开孔直径为3.2cm时，既能保证保水层含水量达到稳定的最佳水平，又能保证地表空气相对湿度达到最佳。且当最上端开孔直径为0.7cm，路面上的树叶、树枝、石子等废弃物不容易掉落到出气通孔内，造成堵塞。表3中，当出气通孔最上端开孔直径为0.7cm或0.8cm时，最下端开孔直径为3.2cm或3.3cm时，土壤层中氧含量增速最快。
透气通孔在混凝土承载层表面的分布密度也会对保水层相对湿度、地表先对湿度和土壤层氧含量造成影响，具体影响结果如表4所示。表4中，针对相同厚度的混凝土承载层中，除下述参数外，其他参数和外在因素均相同。
表4透气通孔分布密度对保水层相对湿度、地表相对湿度和土壤层氧含量的影响
由表4可知，随着透气通孔在混凝土承载层上分布密度的增加，保水层缝隙相对湿度、地表空气相对湿度和土壤层中氧含量均呈逐渐升高的趋势。当透气通孔分布密度为75个/m2时，保水层缝隙相对湿度、地表空气相对湿度和土壤层中氧含量达到最佳。土壤层中氧含量的达到最佳，能够使土壤中的好氧菌繁殖，快速分解掉渗透水中的杂质和污染物。
本实施例的一种渗水结构，设置在地面上；经过上述试验证明，本实施例的渗水结构，能够有效支撑路面，能够有效保持水分，且能水分快速导流到地下水层中。本实施例一方面解决了将地面雨水、雪水等积水快速渗透到地下水层的问题，另一方面也解决了渗透水中存在污染物和杂质的问题，简单环保。本实施例的渗水结构相比现有技术的普通生态路面，渗水效率更高。本实施例的渗水结构可用于城市公园的人行道、广场、城市的市政道路、小区的路面等。
如图1所示，本实施例的一种渗水方法，包括以下步骤：
①采用螺旋钻孔设备在地面钻井，螺旋钻孔设备正转向下打井，反转向上取土；在土壤表面竖直开设多个渗水井1，在渗水井1中填充导流物12，渗水井1可通过导流物12将收集的水渗透到地下层中，导流物12为碎石，碎石的粒径为10mm-40mm，将渗水井中的碎石夯实挤密；在渗水井1的井口11四周开设一圈集水坡13，集水坡13表面与井口11水平面之间的夹角为91°-179°；在每一个渗水井1的井口11均铺设过滤网或两层土工布，过滤网或两层土工布夹在集水坡四周的土壤层4表面和透水层2之间，过滤网或两层土工布将渗水井的井口11和集水坡13覆盖住。
②在土壤表面铺设透水层2，透水层2将渗水井1的井口覆盖住；透水层2将地表水直接渗透到土壤层4中或透过过滤层3渗透到渗水井1中。
步骤②中，在土壤层4表面铺设透水层2具体为：先在土壤层4表面铺设一层保水层21，保水层21由碎石和保水球混合形成，保水球的体积占所述保水层体积的5％-30％；再在保水层21上铺设一层厚度为50mm-400mm的混凝土承载层22，在混凝土承载层22上表面沿竖直方向开设多个圆柱形的清理口221和透气通孔222，清理口221位于渗水井1井口11的上方，一个渗水井1对应开设一个清理口221；清理口221内设有井盖23，井盖23的直径大于渗水井1的内径；透气通孔222将外部与保水层21连通；透气通孔222包括进气通孔2221和出气通孔2222，出气通孔2222横截面的直径从上至下逐渐增大，进气通孔2221横截面的直径小于出气通孔2222横截面的直径。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种渗水结构,其特征在于,包括：
渗水井(1)，所述渗水井(1)竖直设置在地面的土壤层(4)中，所述渗水井(1)内填充有导流物(12)；所述渗水井(1)通过导流物(12)将接收的水渗透至地下水层中；
透水层(2)，所述透水层(2)设置在所述土壤层(4)的上方，所述透水层(2)将所述渗水井(1)的井口(11)覆盖住；所述透水层(2)将地表水直接渗透到土壤层(4)中或引导至所述渗水井(1)中。
2.根据权利要求1所述一种渗水结构，其特征在于，所述导流物(12)为碎石，所述碎石的粒径为10mm-40mm，所述碎石将渗水井(1)内的空腔填充满。
3.根据权利要求2所述一种渗水结构，其特征在于，所述渗水井(1)的井口(11)四周设有一圈集水坡(13)，所述集水坡(12)表面与井口(11)所在水平面之间的夹角为91°-179°。
4.根据权利要求3所述一种渗水结构，其特征在于，所述渗水井(1)呈空心圆柱形，所述渗水井(1)的内径为300mm-1000mm，所述渗水井(1)的高度为0.5m-20m。
5.根据权利要求4所述一种渗水结构，其特征在于，还包括：
过滤层(3)，所述过滤层(3)夹在所述集水坡(13)四周的土壤层(4)表面和透水层(2)之间，所述过滤层(3)包括过滤网或两层土工布，过滤网或两层所述土工布将所述渗水井(1)的井口(11)和集水坡(13)覆盖住。
6.根据权利要求2-5任一项所述一种渗水结构，其特征在于，所述透水层(2)包括：
保水层(21)，所述保水层(21)设置在所述土壤层(4)的上方，所述保水层(21)由所述碎石和保水球混合形成，所述保水球的体积占所述保水层体积的5％-30％；
混凝土承载层(22)，所述混凝土承载层(22)设置在所述保水层(21)的上方，所述混凝土承载层(22)的厚度为50mm-400mm；所述混凝土承载层(22)上表面竖直开设有多个圆柱形的清理口(221)和透气通孔(222)，所述清理口(221)位于所述渗水井(1)井口(11)的上方，一个渗水井(1)对应开设一个清理口(221)；所述清理口(221)内设有井盖(23)，所述井盖(23)的直径大于所述渗水井(1)的内径。
7.根据权利要求6所述一种渗水结构，其特征在于，所述透气通孔(222)包括进气通孔(2221)和出气通孔(2222)，所述出气通孔(2222)纵截面的两个侧边呈弧形结构,所述出气通孔(2222)横截面的直径从上至下逐渐增大，所述进气通孔(2221)横截面的直径小于所述出气通孔(2222)横截面的最小直径；所述透气通孔(222)在混凝土承载层(22)表面的分布密度为25个/m2-100个/m2。
8.一种渗水方法，其特征在于，包括以下步骤：
①在土壤表面竖直开设多个渗水井(1)，在渗水井(1)中填充导流物(12)，渗水井(1)可通过导流物(12)将收集的水渗透到地下层中；
②在土壤层(4)表面铺设透水层(2)，所述透水层(2)将所述渗水井(1)的井口(11)覆盖住；所述透水层(2)将地表水直接渗透到土壤层(4)中或透过所述过滤层(3)渗透到所述渗水井中。
9.根据权利要求8所述一种渗水方法，其特征在于，所述步骤①还包括：在所述渗水井(1)的井口(11)四周开设一圈集水坡(13)，所述集水坡(13)表面与井口(11)所在水平面之间的夹角为91°-179°；在每一个渗水井(1)的井口(11)均铺设过滤网或两层土工布，所述过滤网或两层土工布夹在所述集水坡(13)四周的土壤层(4)表面和透水层(2)之间，过滤网或两层所述土工布将所述渗水井(1)的井口(11)和集水坡(13)覆盖住。
10.根据权利要求8或9所述一种渗水方法，其特征在于，所述步骤②中，在土壤层(4)表面铺设透水层(2)具体为：先在土壤层(4)表面铺设一层保水层(21)，保水层(21)由所述碎石和保水球混合形成，所述保水球的体积占所述保水层体积的5％-30％；再在保水层(21)上铺设一层厚度为50mm-400mm的混凝土承载层(22)，在混凝土承载层(22)上表面沿竖直方向开设多个圆柱形的清理口(221)和透气通孔(222)，所述清理口(221)位于所述渗水井(1)井口(11)的上方，一个渗水井(1)对应开设一个清理口(221)；在所述清理口(221)内设置井盖(23)，所述井盖(23)的直径大于所述渗水井(1)的内径；所述透气通孔(222)将外部与保水层(21)连通；
所述透气通孔(222)包括进气通孔(2221)和出气通孔(2222)，所述出气通孔(2222)横截面的直径从上至下逐渐增大，所述进气通孔(2221)横截面的直径小于所述出气通孔(2222)横截面的最小直径。
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