CN109868878A - 一种大型喀斯特洼地疏水结构及其施工方法 - Google Patents

一种大型喀斯特洼地疏水结构及其施工方法 Download PDF

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殷跃平
闫金凯
朱军
余永康
连江波
姚亮
王鸿
吴斌
付君宜
李玲珑
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Abstract

本发明公开了一种大型喀斯特洼地疏水结构及其施工方法，包括排水沟、积雨池、排水廊道和天然泄水管道，积雨池布置在洼地底部中心处，排水沟在洼地中下部垂直于等高线布置，排水沟与积雨池连接，积雨池侧壁与人工排水廊道连接，排水廊道为无压隧洞，天然泄水管道海拔高度低于洼地底部中心，并通过落水洞与洼地底部中心连通。本发明是利用排水构筑物排导喀斯特洼地内地表水，采用排水沟与积雨池汇集洼地内降雨，并疏导至排水廊道中，通过排水廊道排泄至洼地外，同时利用喀斯特洼地天然管道具有流速快、流量大的特点，将洼地内地下水由天然喀斯特管道倒排至地下暗河系统，本发明有效解决了大型喀斯特洼地内涝排水、防止危岩、边坡破坏等问题。

Description

一种大型喀斯特洼地疏水结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种大型喀斯特洼地疏水结构及其施工方法。
背景技术
我国西南地区喀斯特发育，存在厚度巨大的碳酸盐岩。在构造运动的影响下，大型喀斯特洼地往往呈串珠状发育，在其下部分布有规模宏大的地下暗河系统。喀斯特洼地底部普遍存在落水洞，通过天然管道与地下暗河联通，排泄洼地内降雨汇水。受气候条件控制在丰水期洼地内洪水具有陡涨陡落、峰量集中、涨峰历时短等特点，排水不畅时会发生洼地内涝。由于喀斯特洼地形态封闭与外界交流能力差，地形起伏大，地表土层薄，生态环境极为脆弱。若在洼地内建设工程项目，会将原有的自然峰丛洼地改变为人工建筑洼地。同时随着地表植被和土壤被开挖清理，使得洼地内地表对降雨的截留能力减弱，地表径流冲刷能力增强，易引发洼地内洪涝、危岩崩塌、边坡流滑等灾害问题，对洼地内工程项目造成巨大损失。需要考虑在喀斯特洼地生态环境条件下建立起有针对性的排水技术体系。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种大型喀斯特洼地疏水结构及其施工方法，以解决在喀斯特洼地的工程建设所遇的洪涝、地质灾害及生态环境问题。
本发明采取的技术方案为：一种大型喀斯特洼地疏水结构，包括排水沟、积雨池、排水廊道和天然泄水管道，积雨池布置在洼地底部中心处，排水沟在洼地中下部垂直于等高线布置，排水沟与积雨池连接，积雨池侧壁与人工排水廊道连接，排水廊道为无压隧洞，天然泄水管道海拔高度低于洼地底部中心，并通过落水洞与洼地底部中心连通。
优选的，上述落水洞上端设置有落水洞保护结构，落水洞保护结构包括块石层和保护台阶，块石层设置在落水洞上端洞口处，保护台阶设置在落水洞上端洞口一周，保护台阶内径大于落水洞上端洞口直径。
优选的，上述排水廊道断面形式为圆拱直墙形，纵向比降为5‰～8‰。
优选的，上述积雨池为矩形无盖水池。
优选的，上述块石层为粒径100～300mm的碎块石。
优选的，上述保护台阶采用浆砌片石结构，台阶为圆环状，断面为矩形，高300mm。
一种大型喀斯特洼地疏水结构的施工方法，该方法步骤如下：
(1)调查大型喀斯特洼地场地落水洞位置及地下天然喀斯特管道的发育情况；
(2)在洼地中下部垂直于等高线布设排水沟，排水沟为矩形；
(3)选择排水廊道布设走向，排水廊道出口高程低于进口高程，纵坡降比在5‰～8‰，排水廊道为无压隧洞，整体结构为圆拱直墙形，采用复合衬砌进行支护；
(4)在洼地底部中心处设置积雨池，积雨池为钢筋混凝土结构，无顶盖构造，其顶部与排水沟相连接，侧壁与排水廊道相连接，积雨池纵截面尺寸与排水廊道截面相同；
(5)清理洼地落水洞洞内乱石及浮土，并清理洞内表层风化岩石至新鲜岩面，在洞内铺设粒径为100～300mm的块石层，落水洞洞口设置保护台阶，保护台阶采用浆砌片石结构，台阶为圆环状，断面为矩形，高300mm。
步骤(2)中排水沟断面面积根据明渠均匀流公式(1)进行计算：
其中，A为排水沟断面面积；Q为设计坡面最大径流量；C为谢才系数；R为水力半径；i为排水沟比降。
步骤(3)中排水廊道断面尺寸依据所在洼地最大洪峰流量设计，采用公式(2)计算得到：
其中，Q为最大洪峰流量；B为隧洞净宽；H为隧洞水深。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
(1)本发明是利用排水构筑物排导喀斯特洼地内地表水，采用排水沟与积雨池汇集洼地内降雨，并疏导至排水廊道中，通过排水廊道排泄至洼地外，同时利用喀斯特洼地天然管道具有流速快、流量大的特点，将洼地内地下水由天然喀斯特管道倒排至地下暗河系统，本发明适用于在大型喀斯特洼地建设工程项目中解决洼地内涝排水、防止危岩、边坡破坏等问题；
(2)在落水洞洞口设置块石层，起到透水作用，设置保护台阶起到防止杂物进入落水洞的作用；
(3)排水沟垂直于等高线布置，便于疏导洼地底部积水；
(4)排水廊道与积水池相连，积水池起到收集降雨，减缓流水冲刷的作用。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明积水池剖面示意图；
图3为本发明落水洞保护结构示意图；
图4为本发明廊道断面示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图4所示，一种大型喀斯特洼地疏水结构，包括排水沟 1、积雨池2、排水廊道3和天然泄水管道5，积雨池2布置在洼地底部中心处，排水沟1在洼地中下部垂直于等高线布置，排水沟1与积雨池2连接，积雨池2侧壁与人工排水廊道3连接，排水廊道3为无压隧洞，天然泄水管道5海拔高度低于洼地底部中心，并通过落水洞8与洼地底部中心连通。
优选的，上述落水洞8上端设置有落水洞保护结构4，落水洞保护结构4 包括块石层6和保护台阶7，块石层6设置在落水洞8上端洞口处，保护台阶 7设置在落水洞8上端洞口一周，保护台阶7内径大于落水洞8上端洞口直径。
优选的，上述排水廊道3断面形式为圆拱直墙形，纵向比降为5‰～8‰。
优选的，上述积雨池2为矩形无盖水池。
优选的，上述块石层6为粒径100～300mm的碎块石。
优选的，上述保护台阶7采用浆砌片石结构，台阶为圆环状，断面为矩形，高300mm。
实施例2：一种大型喀斯特洼地疏水结构的施工方法，该方法步骤如下：
(1)对拟建项目所在大型喀斯特洼地场地进行全面调查，查明所在区域的水文、气象、地质条件，尤其是落水洞位置及地下天然喀斯特管道的发育情况。
(2)为疏导洼地底部积水，在洼地中下部垂直于等高线布设排水沟1，排水沟1为矩形。排水沟1断面面积根据明渠均匀流公式(1)进行计算设计：
其中，A为排水沟断面面积；Q为设计坡面最大径流量；C为谢才系数； R为水力半径；i为排水沟比降；
(3)根据调查的区域地形、地质条件情况，选择排水廊道3布设走向。排水廊道3出口高程低于进口高程，纵坡降比在5‰～8‰。排水廊道3为无压隧洞，整体结构为圆拱直墙形，采用复合衬砌进行支护，保证围岩稳定。排水廊道3断面尺寸依据所在洼地最大洪峰流量设计，采用公式(2)计算得到：
其中，Q为最大洪峰流量；B为隧洞净宽；H为隧洞水深；
为保证工程项目的安全，排水廊道断面尺寸按照极端条件下日最大暴雨量设计；
(4)在洼地底部中心处设置积雨池2，积雨池2为钢筋混凝土结构，无顶盖构造，其顶部与排水沟1相连接，侧壁与排水廊道3相连接。积雨池2 尺寸与排水廊道3相同。起到收集降雨，减缓流水冲刷的作用；
(5)清理洼地落水洞洞内乱石及浮土，并清理洞内表层风化岩石至新鲜岩面，利于地下水渗入。在洞内铺设粒径为100～300mm的块石层6，起到透水作用。落水洞洞口设置保护台阶7，采用浆砌片石结构，台阶为圆环状，断面为矩形，高300mm。起到防止杂物进入落水洞的作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种大型喀斯特洼地疏水结构，其特征在于：包括排水沟(1)、积雨池(2)、排水廊道(3)和天然泄水管道(5)，积雨池(2)布置在洼地底部中心处，排水沟(1)在洼地中下部垂直于等高线布置，排水沟(1)与积雨池(2)连接，积雨池(2)侧壁与人工排水廊道(3)连接，排水廊道(3)为无压隧洞，天然泄水管道(5)海拔高度低于洼地底部中心，并通过落水洞(8)与洼地底部中心连通。
2.根据权利要求1所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构，其特征在于：落水洞(8)上端设置有落水洞保护结构(4)，落水洞保护结构(4)包括块石层(6)和保护台阶(7)，块石层(6)设置在落水洞(8)上端洞口处，保护台阶(7)设置在落水洞(8)上端洞口一周，保护台阶(7)内径大于落水洞(8)上端洞口直径。
3.根据权利要求1所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构，其特征在于：排水廊道(3)断面形式为圆拱直墙形，纵向比降为5‰～8‰。
4.根据权利要求1所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构，其特征在于：积雨池(2)为矩形无盖水池。
5.根据权利要求2所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构，其特征在于：块石层(6)为粒径100～300mm的碎块石。
6.根据权利要求2所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构，其特征在于：保护台阶(7)采用浆砌片石结构，台阶为圆环状，断面为矩形，高300mm。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构的施工方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(1)调查大型喀斯特洼地场地落水洞位置及地下天然喀斯特管道的发育情况；
(2)在洼地中下部垂直于等高线布设排水沟，排水沟为矩形；
(3)选择排水廊道布设走向，排水廊道出口高程低于进口高程，纵坡降比在5‰～8‰，排水廊道为无压隧洞，整体结构为圆拱直墙形，采用复合衬砌进行支护；
(4)在洼地底部中心处设置积雨池，积雨池为钢筋混凝土结构，无顶盖构造，其顶部与排水沟相连接，侧壁与排水廊道相连接，积雨池纵截面尺寸与排水廊道截面相同；
(5)清理洼地落水洞洞内乱石及浮土，并清理洞内表层风化岩石至新鲜岩面，在洞内铺设粒径为100～300mm的块石层，落水洞洞口设置保护台阶，保护台阶采用浆砌片石结构，台阶为圆环状，断面为矩形，高300mm。
8.根据权利要求7所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构的施工方法，其特征在于：步骤(2)中排水沟断面面积根据明渠均匀流公式(1)进行计算：
其中，A为排水沟断面面积；Q为设计坡面最大径流量；C为谢才系数；R为水力半径；i为排水沟比降。
9.根据权利要求7所述的一种大型喀斯特洼地疏水结构的施工方法，其特征在于：步骤(3)中排水廊道断面尺寸依据所在洼地最大洪峰流量设计，采用公式(2)计算得到：
其中，Q为最大洪峰流量；B为隧洞净宽；H为隧洞水深。
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