CN105714740B - 堤防快速堵漏设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种堤防快速堵漏设备，包括钢板框，所述钢板框底端设有竖向承拉钢绳，该竖向承拉钢绳一端设有基锚；所述钢板框两侧设有侧向牵引钢绳，所述钢板框上端设有主钢绳，该钢板框上端还设有进水口以及排气口，在所述进水口以及排气口处设有管道，该管道与外接管连接；所述钢板框内部设有多个充水囊；本发明可以解决溃口处早期堵漏问题，具有快速、高效、经济的特点，并且设备便携、易于投放，适用范围较广，可应用于主要以堤防为主的抢险措施中。

Description

堤防快速堵漏设备
技术领域
本发明属于水力学、水工结构工程和机械学科的基础理论与应用基础研究技术领域。
背景技术
我国幅员辽阔，水系众多，河流河网密布，汛期受特大洪水影响，大坝、堤防溃决现象也时有发生，堤防或水库大坝溃决后，洪水裹挟石块等冲向下游，轻则冲毁农田、房屋、道路等设施，重则造成严重的人员伤亡，对所在地居民的生命财产安全造成了巨大威胁。如1996年河北省滹沱河特大洪水即出现溃坝险情；1998年长江特大洪水出现九江大堤的溃决；2003年汛期，黑龙江干流亦出现堤防溃口。对于此类险情，特别是针对更为常见的堤防溃口，必须采取完整有效的抢险加固措施。如在溃口初期，通过抛填堵口材料，如预制块体、沉箱等及时封堵溃口段，防止溃口进一步扩大；而后对堤防进行科学的溃口监测并补强加固。其中前期的溃口段封堵在整个抢险过程中意义重大，封堵的安全高效，可控制险情的进一步发展，保障平安度汛。
在长期的理论研究和工程实践中，许多学者提出了多种有效的堤防溃口封堵措施，最为常见的手段是在溃口处抛填封堵材料，达到抢筑裹头、减小冲刷，避免溃口扩大的目的。根据堵口材料的不同，可分为就地取材类、预制块体类、框架组合类和浮体沉箱类，以上方法在应用中各有优势与缺陷。就地取材类以块石为例，虽然材料来源有保障、抗冲稳定性较好，但抛填过程需要大型机械作业，且当流速较大时难以形成堆体；预制类主要以混凝土异型块体应用较为广泛，但其成本较高；框架组合类，例如钢木组合构架，当抛入填料后，构架可以起到拦石作用，使抛填更加有效可靠，但该方法受流速、水深等因素限制较大；沉船沉箱则主要用于早期封堵，常需要结合其他措施一起才能达到预期效果。在实际堤防溃决险情中，往往时间紧迫，交通不便，常规的封堵材料难以及时得到。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提出一种堤防快速堵漏设备，具有快速、高效、经济的特点，并且设备便携、易于投放，适用范围较广。
技术方案：所述的堤防快速堵漏设备，包括钢板框，所述钢板框底端设有竖向承拉钢绳，该竖向承拉钢绳一端设有基锚；所述钢板框两侧设有侧向牵引钢绳，所述钢板框上端设有主钢绳，该钢板框上端还设有进水口以及排气口，在所述进水口以及排气口处设有管道，该管道与外接管连接；所述钢板框内部设有多个充水囊。
具体地，所述钢板框上设有多个用于连接竖向承拉钢绳的竖向固定环，该钢板框上还设有多个用于连接侧向牵引钢绳的侧向固定环。
具体地，所述主钢绳上设有多个锲套，锲套连接前侧钢绳或后侧钢绳，所述前侧钢绳一端设有基锚。
具体地，所述管道通过第一快速接头与钢板框连接，所述外接管通过第二快速接头盒管道连接。
更具体地，所述第二快速接头上设有管端浮球。
具体地，所述管道上设有快速开关，该快速开关上设有压力表、
具体地，所述钢板框一侧设有排水管。
具体地，所述钢板框内部设有若干个浮球。
具体地，所述基锚包括铅块、位于铅块内部的锚柄、位于铅块上端的锚卸扣以及位于铅块底端的锚爪，所述锚爪中段设有锚冠，所述锚柄贯穿锚冠。
具体地，所述钢板框与其内部的充水囊之间通过防水胶密封。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本设备中的竖向承拉钢绳和位于钢绳下的基锚，两者相配合，可保证该设备在基锚牵引下到达指定落点，并且在溃口处紊动水流作用下仍能保持状态稳定，不至于发生倒转、移动，实现准确堵漏；
2、钢板框顶端设有多个进水口，当需要快速充水时，可以满足冲水量的需求；钢板框顶端还设有多个排气口，充水时，打开排气口上部的快速开关排气，保证水能顺利充入充水囊中；
3、前侧钢绳下端连接的基锚，可抛投至设备前侧水底，起到固定设备的作用；
4、沿溃口两侧拉该设备上的紧侧向牵引钢绳，可保证设备不会在水压力下被挤出溃口；
5、当设备在溃口处固定时，拉紧侧向牵引钢绳、主钢绳两端和前侧钢绳，并且底部由竖向承拉钢绳固定，以使设备具有一定刚性，实现整体稳定；
6、充水囊内部设有多个浮球，保障设备投放入水后不发生翻倒，即浮球在水中上漂，则设备进水口一端始终朝上；
7、管道上配有快速开关和压力表，用于判断充水囊中的注水程度，及时控制进水口的启闭。
附图说明
图1是堤防快速堵漏设备的结构示意图；
图2是基锚的结构示意图；
图3是设备在水中的受力分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
如图1-2所示，一种堤防快速堵漏设备，该设备包括排气口1、第二快速接头2、压力表3、第一快速接头4、外接管5、快速开关6、进水口7、管道8、充水囊9、钢板框10、侧向牵引钢绳11、竖向承拉钢绳12、侧向固定环13、竖向固定环14、基锚15、浮球16、主钢绳17、锲套18、后侧钢绳19、前侧钢绳20、管端浮球21、排水管24；其中。所述充水囊9是充水堵漏的主要部件，为一卡玛斯橡胶材料制成的充水囊9，该材料可承受较大水压力，强度较高，规格为长6m，高5m，厚1m，充水囊9四周由不锈钢的钢板框10夹封，钢板框10与充水囊9接触缝隙用防水胶密封，钢板框10宽度为30cm，其主要作用包括为充水囊9与其他部分连接提供载体、对充水囊9定型，充水囊9下侧钢板框10底端设置有沿轴线对称分布的竖向固定环14，其上可连接竖向承拉钢绳12，长度为10m左右，该竖向承拉钢绳下部连接有不锈钢的基锚15，基锚15的不锈钢骨架类似于常见的三爪船锚，该基锚15包括铅块29、锚卸扣25、锚柄26、锚爪27和锚冠28，钢骨架外部浇筑有一层铅块29，以提供足够的下沉力，同时锚爪27可提供抓地力(与船锚工作原理一致)，两者相结合，可保证该堵漏设备在基锚15牵引下能到达指定落点，当操作船运载本设备到投放点向水中投放，设备将会在基锚15的牵引下在水中运动至预定的地点，即沉降于溃口前附近位置，实现准确堵漏；利用了铅块29的重力拉着设备下沉，同时利用三爪锚对到达落点的设备进行固定；钢板框10上设有多个开孔，分别为进水口7与排气口1，通常设有两个进水口7、一个排气口1，并有四个开口作为预留，当需要快速充水时，即进水口7与充水囊9连接，将水灌入充水囊9中，可启用预留开口，平时通过带开关的第一快速接头4封闭，进水口7上连接有管道8，并依靠第二快速接头2与外接管5相连，同时管道8上配有快速开关6和压力表3，压力表3位于快速开关6上，用于判断注水程度，及时控制开口启闭，另外管道8一侧连接有管端浮球21，当设备浸没于水中时，可依靠管端浮球21将管道口露出水面，配套使用的外接管5的长度为20m，即约4倍充水囊9高度，当该堵漏设备成功投放至溃口处时，即可连接第二快速接头2，打开快速开关6，利用外接的高压泵22向水囊中通水，由压力表3判断通水量情况，及时启闭开关，通过充水囊9外接的管道8向充水囊9中充水，完成充水过程，排气口1情况与进水口7基本一致，充水时，打开排气口1上部的快速开关6排气，保证水能顺利充入设备，此处充水使用外接高压,22，当溃口段修筑完成，设备回收时，使用外接气泵23由排气口向设备充气，充气后设备上浮，利用连通器原理，内部水可通过排水管24排出；另外，此处预设有带开关的第一快速接头4，当时间紧迫，需要快速完成通水时，可打开第一快速接头4，增加进水口7；同时，充水囊9顶端设置有一条横向的主钢绳17，当设备到达溃口处指定位置并开始充水后，主钢绳17上通过锲套18连接有四根前侧钢绳20和两根后侧钢绳19，主钢绳17两端的两根后侧钢绳19可拉紧，主钢绳17另一头固定于堤防靠岸侧的基桩上，前侧钢绳20下接基锚15，绳长约为30～40m，可抛投至设备前侧水底，起到固定设备作用，充水囊9两侧的钢板框10上设置有侧向固定环13，其上连接有侧向牵引钢绳11，当设备投放至溃口前指定位置并开始充水后，向两侧拉紧侧向牵引钢绳11，并将其另一端固定于堤防靠岸侧事先打好的基锚之上，以上所述几种钢绳均拉紧后，相当于给与设备以刚性，保证设备在水压力作用下不至于从溃口处被挤出，使堵漏过程能顺利完成；考虑到水压力由水面至水下呈线性递增变化，故侧向固定环13数量由上而下从疏到密，下部水压力较大位置密集一些，以求用更多的钢绳牵拉，保证在较大水压力下仍能保持稳定，充水囊9内部装配有10～20个浮球16，直径约为30～50dm，该浮球16作用为保证设备入水后不发生倒转，始终保持顶部朝上，并且亦可提供一定的上浮力，有助于调整设备在水中的深度位置；当溃口段修筑完成，临时堵口结束后，可回收设备；利用外接气泵23，通过排气口1向设备内充入空气，设备体积膨胀后逐步上浮，即可将其中的水由排水管24压出，最后将设备拉出水面回收，以备下次使用。
设备投放入水后，由于受到水流作用，会沿水流方向漂移一段距离，为使得投放物沉底，且恰好落于溃口附近，减少无效投放，需要掌握重物落水后的运动规律，计算出适当的投放位置，采用理论公式推导与小型试验相结合的方式进行，基本假设
(一)不考虑水的粘附性；
(二)重物的迎水面积不发生改变，即水流只对其产生平动作用，不发生旋转与翻滚；
(三)假设重物触底后即静止不动，运动过程中无碰撞；
公式说明
将重物简化为一单个块体，如图3所示：
可知简化后的模型，竖直方向上受到重力mg，浮力F浮，上举力F1；水平方向上受到拖曳力FD,分别建立竖直方向和水平方向的微分方程：
竖直方向
水平方向
解以上两式，得到重物在水中运动的过程中位移与时间的关系。
其中，
上述的m为块体质量，A1为块体在垂直水流方向上的投影面积，U为水流速度，vx为块体在水流方向上的运动速度，A2为物体顺水流方向的投影面积，CL为上举力系数，CD为拖曳力系数，这两个系数一般通过经验数据或者试验得到，其中CD与物体的形状特征宽高比(a/c)有关系，当重物在水面投放时，h-H为零。
通过上面的推导，即可得到设备近似的投放位置。

Claims (9)

1.一种堤防快速堵漏设备，其特征在于：包括钢板框( 10 )，所述钢板框( 10 )底端设有竖向承拉钢绳( 12 )，该竖向承拉钢绳( 12 )一端设有基锚( 15 )；所述钢板框( 10 )两侧设有侧向牵引钢绳( 11 )，所述钢板框( 10 )上端设有主钢绳( 17 )，该钢板框( 10)上端还设有进水口( 7 )以及排气口( 1 )，在所述进水口( 7 )以及排气口( 1 )处设有管道( 8 )，所述钢板框( 10 )内部设有多个充水囊( 9 )；充水囊内部设有若干个浮球(16)。
2.根据权利要求1所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：所述钢板框( 10 )上设有多个用于连接竖向承拉钢绳( 12 )的竖向固定环( 14 )，该钢板框( 10 )上还设有多个用于连接侧向牵引钢绳(11 )的侧向固定环(13 )。
3.根据权利要求1所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：所述主钢绳( 17 )上设有多个锲套( 18 )，锲套( 18 )连接前侧钢绳( 20 )或后侧钢绳( 19 )，所述前侧钢绳( 20 )一端设有基锚(15 )。
4.根据权利要求1所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：还包括外接管（5），所述管道( 8 )通过第一快速接头( 4 )与钢板框( 10 )连接，所述外接管( 5 )通过第二快速接头( 2 )和管道( 8 )连接。
5.根据权利要求4所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：所述第二快速接头( 2 )上设有管端浮球( 21 )。
6.根据权利要求1所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：所述管道( 8 )上设有快速开关( 6 )，该快速开关( 6 )上设有压力表( 3 )。
7.根据权利要求1所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：所述钢板框( 10 )一侧设有排水管( 22 )。
8.根据权利要求1所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：所述基锚( 15 )包括铅块(29 )、位于铅块( 29 )内部的锚柄( 26 )、位于铅块( 29 )上端的锚卸扣以及位于铅块(29 )底端的锚爪( 27 )，所述锚爪( 27 )中段设有锚冠( 28 )，所述锚柄( 26 )贯穿锚冠( 28 )。
9.根据权利要求1所述的堤防快速堵漏设备，其特征在于：所述钢板框( 10 )与其内部的充水囊( 9 )之间通过防水胶密封。
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