CN107022976B - 一种处治管涌的装配式围井及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处治管涌的装配式围井及其施工方法，包括钢钎、连接支座、连接杆与帷幕，钢钎带托杆与三个预留孔，连接支座中部设有套孔、两端设有球形旋转节，帷幕为热塑性材料制成的正多边形柔性围挡结构，帷幕的各边交接处设有套筒、底部设有内斜衬裙，组装时先把连接支座套在钢钎上并用限位杆插入钢钎最下方的预留孔进行固定，固定连接杆与球形旋转节组装形成下部的一道封闭圈，把帷幕上的各套筒套住各钢钎，再组装钢钎上部的连接支座与限位杆，再固定连接杆与球形旋转节组装形成上部的另一道封闭圈，舒展、拉直帷幕即构成装配式围井。本发明密闭性良好，各构件体积与重量小，组装方便，施工简单，能够适应泥面倾斜的情况，使用范围广泛。

Description

一种处治管涌的装配式围井及其施工方法

技术领域：

本发明涉及堤坝防汛抢险加固技术，尤其涉及一种处治管涌的装配式围井及其施工方法。

背景技术：

管涌是江河大堤在汛期常见险情之一。管涌是指在渗流力作用下，无粘性土中的细小颗粒通过粗大颗粒构成的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。管涌发生时，大量涌水翻沙，使堤防、水闸地基土壤骨架破坏，孔道扩大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故。

管涌抢护的方法有多种，其中较常用的是在管涌周围用土袋垒成围井，井壁须不漏水，形成一个蓄水池，蓄水抬高井(池)内水位，以减小管涌上下游水位差，制止险情发展。

如2016年7月4日，位于武汉市临江大道青山区政府后侧长江边一倒口湖发生6处管涌，采用设置倒滤层进行倒滤、围堰抢险，先后动员600多人参与抢险，在管涌出口处筑成一道直径约为15米的围堤。该管涌的处治所用砂袋数量庞大，参与人员众多，工程量浩大。面对管涌的应急处治，亟待寻求一种工程量较小、所需人力较少、效率较高的抢险办法。

中国专利授权公告号CN205975475U、CN204959688U、CN205917644U公开了多种装配式围井，其均由若干单元围板组装成形态各异的正多边形结构，这些技术方案存在下列局限性：各单元围板连接处的止水效果难以得到有效保证；难以使用在管涌口泥面倾斜的情况；围井逐步组装过程中，围井内部的水位逐渐高于外部水位，导致最后一块单元围板受到较大的水压力而难以准确就位，施工安装困难。

可见，有必要发展施工简便、组装灵活的围井结构体系，促进现有技术的革新与进步。

发明内容：

为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种处治管涌的装配式围井及其施工方法，其结构简单、施工方便、组装灵活，能适应倾斜泥面，为管涌的应急处治提供了一种可靠的围堵技术。

本发明的技术方案如下：

处治管涌的装配式围井，其特征在于，包括若干根钢钎、连接支座、连接杆与帷幕，每根钢钎中下部带托杆与一个预留孔、上部设有两个预留孔，

所述连接支座中部设有与钢钎相配合的套孔，两端设有球形旋转节；所述的帷幕为正多边形柔性围挡结构，帷幕的各边交接处设有套筒、底部设有内斜衬裙；

组装时，每根钢钎通过套孔套装连接支座，连接支座底部压在托杆上，最下方的预留孔中插入限位杆固定连接支座；

若干根套装连接支座的钢钎围成与帷幕相配合的正多边形，相邻连接支座的球形旋转节连接端通过连接杆固定；

所述帷幕各套筒套装于相对应的钢钎上，帷幕上方各钢钎伸出段上也套装有连接支座，连接支座位于钢钎上部两个预留孔之间，上部两个预留孔内分别穿插限位杆固定连接支座。

所述的处治管涌的装配式围井，其特征在于，所述的钢钎底部为锥状桩尖，钢钎中下部自下至上设有托杆与一个预留孔钢钎上部设有两个预留孔，托杆与三个预留孔均沿着钢钎径向方向布置，托杆与下部预留孔之间间距和上部两个预留孔之间间距相等且大于连接支座的高度。

所述的处治管涌的装配式围井，其特征在于，所述的连接支座主体呈圆柱体状，连接支座主体上开设有套孔，套孔为沿着轴向方向开设的长条形贯穿孔；所述连接支座主体两端转动安装有球形旋转节，球形旋转节的球体内嵌在连接支座主体端部安装孔中，球形旋转节的连接杆端部开设有螺栓孔，连接支座整体呈对称状态。

所述的处治管涌的装配式围井，其特征在于，所述的帷幕由热塑性材料制成的正多边形围挡结构，帷幕各边底部设有向内倾斜的内斜衬裙，帷幕各边交接处外壁上设有与钢钎相配合的套筒。

所述的处治管涌的装配式围井，其特征在于，所述的连接支座上套孔宽度大于钢钎直径，长度大于钢钎两倍直径；帷幕上套筒内径大于钢钎三倍直径，帷幕上相邻套筒中心距与组装后相邻钢钎中心距相等。

一种处治管涌的装配式围井的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、组装围井结构：

根据管涌口的直径与出水量选择帷幕的尺寸与多边形边数，再根据帷幕的边数确定相应钢钎、连接支座与连接杆的数量；基于套孔把连接支座套住钢钎，并用限位杆穿入钢钎的底部预留孔进行固定，使连接支座处在底部限位杆与托杆之间，通过螺栓连接与固定连接杆与球形旋转节组装各钢钎形成下部的一道封闭圈；再把帷幕上的各套筒套住各钢钎，且使内斜衬裙在下部；再把限位杆插入钢钎上部靠下方的预留孔进行固定，把连接支座套在钢钎上并用限位杆插入钢钎最上方的预留孔进行固定，再通过螺栓连接与固定连接杆与球形旋转节组装各钢钎形成上部的另一道封闭圈，使各钢钎组装成多边形封闭结构体系；

2）、打入钢钎：

把帷幕下压、褶曲、蜷缩至底部连接支座附近，把组装好的围井结构移至管涌口位置，使管涌口位于多边形围井结构的中央，拉紧围井结构后再对称的依次把各钢钎铅直打入泥中，各钢钎入土深度为桩尖至托杆之间的距离；

3）、展开帷幕：

对称的逐步把蜷缩在钢钎中下部的帷幕向上拉起、展开，最终使帷幕完全展开形成围挡结构，管涌口的涌水被圈堵在围井内部使围井内水位高于外部水位；

4）、抛入砂袋压住帷幕的内斜衬裙：

对称的把一定重量的砂袋抛入围井内部的内斜衬裙上方，使砂袋均匀的压住内斜衬裙，使内斜衬裙与泥面紧密接触，最终使涌水无法从围井根部流出；检查与确认围井的铅垂性、封闭性与整体稳定性满足要求时，施工结束。

本发明的有益效果是：

1、本发明所用帷幕为高强度热塑性柔性材料制成，其能承受较大的水压力，密闭性良好，各构件体积与重量小，组装方便，施工简单；提前在抢险前把围井结构组装完毕后，抢险期间仅需把围井结构打入抢险点即可，施工速度快，能适应管涌抢险的应急需要；

2、本发明由于连接支座上的球形旋转节可进行360º的自由旋转运动，故围井结构的外形可自由调节与变动，既可以组装成常见的正多边形结构，也可以组装成不规则的封闭结构，各钢钎的相对位置可以调节与变动，能够适应泥面倾斜、泥面高低不平等复杂情况，使用范围广泛；

3、本发明打入钢钎过程中由于帷幕蜷缩在水中，即施工过程中围井内外无水位差，故打入钢钎的施工较为方便，钢钎施工的质量能得到有效保障；而传统的单元围板组装而成的围井结构，组装过程中逐渐产生水位差，导致后续单元围板的施工越来越困难。

附图说明：

图1为本发明的钢钎结构示意图。

图2为本发明的连接支座结构示意图。

图3为本发明的钢钎与连接支座组装示意图。

图4为本发明的各钢钎相互连接结构示意图。

图5为本发明的钢钎连接成封闭结构示意图。

图6为本发明的帷幕展开后俯视图。

图7为本发明的帷幕展开后仰视图。

图8为本发明的帷幕套住钢钎结构示意图。

图9为本发明的围井结构组装完毕示意图。

图10为本发明的钢钎施工完毕示意图。

图11为本发明的帷幕展开示意图。

图12为本发明的管涌口水平底面安装剖面图。

图13为本发明的管涌口倾斜底面安装剖面图。

附图标记说明：1、钢钎；2、预留孔；3、托杆；4、连接支座；5、套孔；6、球形旋转节；7、螺栓孔；8、限位杆；9、连接杆；10、螺栓；11、套筒；12、帷幕；13、内斜衬裙；14、堤坝；15、管涌通道；16、砂袋；A、上游水位；B、下游水位；C、围井内水位。

具体实施方式：

参见附图：

一种处治管涌的装配式围井，包括若干根钢钎1、连接支座4、连接杆9与帷幕12，钢钎1中下部带托杆3与一个预留孔2、上部设两个预留孔2，连接支座4中部设长条形套孔5、两端设球形旋转节6，帷幕12为热塑性材料制成的正多边形结构竖直柔性围挡结构，帷幕12的各边交接处设有套筒11、底部设有内斜衬裙13，组装时先把连接支座4套在钢钎1上并用限位杆8插入钢钎最下方的预留孔2进行固定，通过螺栓10连接与固定连接杆9与球形旋转节6组装各钢钎1形成下部的一道封闭圈，再把帷幕12上的各套筒11套住各钢钎1，再把限位杆8插入钢钎1上部靠下方的预留孔2进行固定，把连接支座4套在钢钎1上并用限位杆8插入钢钎最上方的预留孔2进行固定，再通过螺栓10连接与固定连接杆9与球形旋转节6组装各钢钎1形成上部的另一道封闭圈，舒展、拉直帷幕12即构成装配式围井，如图8所示。

钢钎1底部为锥状桩尖，钢钎1中下部设托杆3与一个预留孔2，钢钎1上部设两个预留孔2，托杆3与下部预留孔2之间的距离与上部两个预留孔2之间的距离相等且大于连接支座4的高度，如图1所示。钢钎1的入土深度为桩尖至托杆3之间的距离。可根据不同的地质条件设计不同的钢钎入土深度。可生产与制作不同尺寸的钢钎供实际工程选用。

连接支座4的主体呈圆柱体状，中部设长条形套孔5、两端设球形旋转节6，球形旋转节6上的球体内嵌在连接支座4的圆柱体主体内且可进行360º的自由旋转运动，球形旋转节6的另一端设螺栓孔7，连接支座4整体呈对称状态，如图2所示。连接支座4上套孔5的宽度略大于钢钎1的直径，连接支座4上套孔5的长度大于钢钎1的两倍直径。

连接支座4上的球形旋转节6可进行360º的自由旋转运动，其能使相邻钢钎1之间发生各类相对移动，从而使组装后的多边形结构形状具有多样性，既可以组装成常见的正多边形结构，也可以组装成不规则的封闭结构，各钢钎的相对位置可以调节与变动，还能够适应泥面倾斜、泥面高低不平等复杂情况，使用范围广泛，具有普适性。

钢钎与连接支座组装示意图如图3所示，两个连接支座4限制在两对限位杆8之间。通过螺栓10连接与固定连接杆9与相同位置的球形旋转节6组装各钢钎1，如图4所示。最终使钢钎1形成上部与下部的两道封闭圈，组装成多边形封闭结构体系，如图5所示。

帷幕12由热塑性材料(如高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等)制成的高强度柔性正多边形围挡结构，帷幕12的各边交接处设有套筒11、底部设有向内倾斜的内斜衬裙13，如图6与图7所示。帷幕12的内外均有便于确定水深的高度刻度线，方便观测水位。帷幕12上套筒11的内径大于钢钎1的三倍直径，帷幕12上相邻套筒11之间的中心距离与组装后相邻钢钎1之间的中心距离相等。帷幕12具有足够的强度与弹性，能够抵抗围井内外水位差的作用不发生过大变形与失效。

围井结构打入至设计深度后，内斜衬裙13处于泥面位置，由于围井内外水位差的作用，有可能使围井内的水从底部渗漏至围井外部。帷幕12上内斜衬裙13的作用是：在内斜衬裙13上均匀、对称的堆载砂袋16后，内斜衬裙13与泥面紧密接触，使围井内的水难以从底部渗漏至围井外部，有效维护围井的稳定性与有效性。

帷幕12的最大高度即为钢钎1中下部两个预留孔2之间的距离，工程中可对柔性帷幕12顶部进行压缩、蜷缩以控制帷幕12的实际高度。帷幕12的主要参数为：帷幕高度、边数、每边长度。可生产与制作不同帷幕高度、不同边数、不同边长组合参数的系列帷幕12，供实际工程灵活选用。

优选地，钢钎1的直径取5cm。

优选地，帷幕12的强度应能承受10m水头差作用而不发生破裂与较大变形。

优选地，帷幕12上内斜衬裙13的宽度不小于1m。

一种处治管涌的装配式围井的施工方法，详细描述如下：

1）、组装围井结构：

根据管涌口的直径与出水量选择帷幕12的高度与边数，再根据帷幕12的参数确定相应钢钎1、连接支座4与连接杆9的参数与数量。基于套孔5把连接支座4套住钢钎1，并用限位杆8穿入钢钎1的底部预留孔2进行固定，使连接支座4处在底部限位杆8与托杆3之间，通过螺栓10连接与固定连接杆9与球形旋转节6组装各钢钎1形成下部的一道封闭圈；把帷幕12上的各套筒11套住各钢钎1，且使内斜衬裙13在内侧下部；再把限位杆8插入钢钎1上部靠下方的预留孔2进行固定，把连接支座4套在钢钎1上并用限位杆8插入钢钎最上方的预留孔2进行固定，再通过螺栓10连接与固定连接杆9与球形旋转节6组装各钢钎1形成上部的另一道封闭圈，使各钢钎1组装成多边形封闭结构体系，如图9所示。

围井结构组成的正多边形结构的内切圆直径，应为管涌口直径的五倍以上。围井结构内外水位差一般为4~6m，如果水位差过大，可考虑使用两个甚至多个围井结构，形成多级水位差的系列同心围井结构体系。

管涌抢险具有紧迫性，故所提围井结构中的各个构件、帷幕12、打桩设备及其他辅助工具，应提前储备，在洪涝灾害期间能够迅速运至抢险现场，满足抢险的应急需要。

2）、打入钢钎：

把帷幕12下压、褶曲、蜷缩至底部连接支座4附近，把组装好的围井结构移至管涌口位置，使管涌口位于多边形围井结构的中央，拉紧围井结构后再对称的依次把各钢钎1铅直的打入泥中，各钢钎1的入土深度为桩尖至托杆3之间的距离，如图10所示。

由于帷幕蜷缩在水中，打入钢钎过程中围井无内外水位差，故钢钎的施工较为方便，钢钎施工的质量能得到有效保障。而传统的单元围板组装而成的围井结构，组装过程中逐渐产生水位差，导致后续单元围板的施工越来越困难。

3）、展开帷幕：

对称的逐步把蜷缩在钢钎1中下部的帷幕12向上拉起、展开，最终使帷幕12完全展开形成围挡结构，管涌口的涌水被圈堵在围井内部使围井内的水位高于外部水位，如图11所示。

帷幕12的最大高度为钢钎1中下部两个预留孔2之间的距离。若实际情况中需要降低管涌口的水位高度，可把柔性结构的帷幕12向下拉使其发生一定的卷缩，让水从帷幕12顶部漫流排泄出去即可，不需要再单独设置排水孔。工程中应防止尖状物划伤、刺破帷幕12而导致其漏水及失效。

4）、抛入砂袋压住帷幕的内斜衬裙：

对称的把一定重量的砂袋16抛入围井内部的内斜衬裙13上方，使砂袋16均匀的压住内斜衬裙13，使内斜衬裙13与泥面紧密接触，最终使涌水无法从围井根部流出。内斜衬裙13具有足够的长度，在砂袋16的堆载作用下使围井的内侧泥面形成一道稳定的封堵圈，防止产生新的渗流与渗漏。

围井结构使用于水平泥面的剖面图如图12所示，围井结构使用于倾斜泥面的剖面图如图13所示。围堵管涌口的作用是提高管涌口的水位，进而降低上下游水位差，减小管涌通道内的水力冲刷作用，提高堤坝的安全性。围井结构使管涌口的水位提高的数值等于围井内水位C与下游水位B之间的距离。检查与确认围井的铅垂性、封闭性与整体稳定性满足要求时，施工结束。

洪涝灾害结束后，上述所提方法修筑的围井可以拆除。按照与组装时相反的顺序，把柔性结构的帷幕12向下拉使内外水位差为零，逐个拔出钢钎1，即实现整体的拆除。拆除后的各个配件，可在后续的洪涝灾害中重复利用。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种处治管涌的装配式围井，其特征在于，包括若干根钢钎、连接支座、连接杆与帷幕，每根钢钎中下部带托杆与一个预留孔、上部设有两个预留孔，所述连接支座中部设有与钢钎相配合的套孔，两端设有球形旋转节；所述的帷幕为正多边形柔性围挡结构，帷幕的各边交接处设有套筒、底部设有内斜衬裙；组装时，每根钢钎通过套孔套装连接支座，连接支座底部压在托杆上，最下方的预留孔中插入限位杆固定连接支座；若干根套装连接支座的钢钎围成与帷幕相配合的正多边形形状，相邻连接支座的球形旋转节连接端通过连接杆固定；所述帷幕各套筒套装于相对应的钢钎上，帷幕上方各钢钎伸出段上也套装有连接支座，连接支座位于钢钎上部两个预留孔之间，上部两个预留孔内分别穿插限位杆固定连接支座；

所述的钢钎底部为锥状桩尖，钢钎中下部自下至上设有托杆与一个预留孔，钢钎上部设有两个预留孔，托杆与三个预留孔均沿着钢钎径向方向布置，托杆与下部预留孔之间间距和上部两个预留孔之间间距相等且大于连接支座的高度；

所述的连接支座主体呈圆柱体状，连接支座主体上开设有套孔，套孔为沿着轴向方向开设的长条形贯穿孔；所述连接支座主体两端转动安装有球形旋转节，球形旋转节的球体内嵌在连接支座主体端部安装孔中，球形旋转节的连接杆端部开设有螺栓孔，连接支座整体呈对称状态；

所述的帷幕由热塑性材料制成的正多边形围挡结构，帷幕各边底部设有向内倾斜的内斜衬裙，帷幕各边交接处外壁上设有与钢钎相配合的套筒；

所述的连接支座上套孔宽度大于钢钎直径，长度大于钢钎两倍直径；帷幕上套筒内径大于钢钎三倍直径，帷幕上相邻套筒中心距与组装后相邻钢钎中心距相等。

2.一种如权利要求1所述的治管涌的装配式围井的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、组装围井结构：根据管涌口的直径与出水量选择帷幕的尺寸与多边形边数，再根据帷幕的边数确定相应钢钎、连接支座与连接杆的数量；基于套孔把连接支座套住钢钎，并用限位杆穿入钢钎的底部预留孔进行固定，使连接支座处在底部限位杆与托杆之间，通过螺栓连接与固定连接杆与球形旋转节组装各钢钎形成下部的一道封闭圈；再把帷幕上的各套筒套住各钢钎，且使内斜衬裙在下部；再把限位杆插入钢钎上部靠下方的预留孔进行固定，把连接支座套在钢钎上并用限位杆插入钢钎最上方的预留孔进行固定，再通过螺栓连接与固定连接杆与球 形旋转节组装各钢钎形成上部的另一道封闭圈，使各钢钎组装成多边形封闭结构体系；

2）、打入钢钎：把帷幕下压、褶曲、蜷缩至底部连接支座附近，把组装好的围井结构移至管涌口位置，使管涌口位于多边形围井结构的中央，拉紧围井结构后再对称的依次把各钢钎铅直打入泥中，各钢钎入土深度为桩尖至托杆之间的距离；

3）、展开帷幕：对称的逐步把蜷缩在钢钎中下部的帷幕向上拉起、展开，最终使帷幕完全展开形成围挡结构，管涌口的涌水被圈堵在围井内部使围井内水位高于外部水位；

4）、抛入砂袋压住帷幕的内斜衬裙：对称的把一定重量的砂袋抛入围井内部的内斜衬裙上方，使砂袋均匀的压住内斜衬裙，使内斜衬裙与泥面紧密接触，最终使涌水无法从围井根部流出；检查与确认围井的铅垂性、封闭性与整体稳定性满足要求时，施工结束。

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