CN110080165B - 一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝及其应用方法，所述拱形薄壁挡水坝的结构由挡水坝板、支柱、拉杆、地锚、基础止水和止水联结构件六部分构成，其中，挡水坝板是一种长方形的硬质薄板，坝板竖直截面呈拱形，坝板的上、下边缘各有一个向外的折边，坝板的下边缘置于基础止水上面，上边缘与支柱上端紧固连接；支柱是一根刚性结构柱，支柱的顶端通过一个联结结构与坝板的上端相连，下端通过一个铰支座固定在基础上；地锚固定在挡水坝板背水侧的基础上，并用螺栓穿过挡水坝板下端的开孔，连接螺栓压板，把挡水坝板底部固定在地锚上；挡水坝板与坝板之间通过止水联结构件相联。有益效果在于：可快速构筑形成挡水坝，提升堤坝的防洪能力，阻止洪水的肆虐，不但构筑速度快，挡水效果好，而且无需过多的人力和物力的投入，完全不需动用土方，生态环保，安全可靠。

Description

一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝及其应用方法

技术领域

本发明涉及防洪墙、挡水坝施工领域，具体涉及一种可快速构筑的硬质拱形薄壁结构挡水坝。

背景技术

曾经一段时间，有种叫“德国抗洪神器”的挡水结构在各大媒体上广为宣传，甚至中央电视台的新闻联播节目中也曾看到过它的身影。所谓“德国抗洪神器”又被称为Machlanddamm(马赫兰德水坝)，本质上不过是传统的叠梁坝的一种新材料应用方式，如附图18所示，它始建于2002年的奥地利小镇Grein，建成于2012年8月25日，在2013年夏季欧洲中部的“世纪洪水”中发挥了非常明显的洪水防御作用，在那之后，这种堤坝建设方式在德国的一些城市(譬如汉堡)得到推广和应用。但是，事后经调研发现，德国抗洪神器并不能像媒体曾经宣传的——可在4-6小时内便可“临时搭建”完成，“哪里有汛情哪里就可以快速搭建”的说法并不准确。

首先，这种堤坝建设模式对地基要求非常严格。从附图19中可以看出，堤坝基础嵌入地基很深，且还要从外部予以加固，一般的堤防基础根本不能构筑。

其次，这种堤坝建设模式是一种半永久性的堤防模式，并不能实现在短时间内的快速构筑。在基础建设好的情况下，这种堤坝的构筑速度只有35米/小时，一公里的堤防需要四五天才能构筑完成。根据实际调查发现，采用这种模式的堤防都是在汛期来临之前就构筑好，然后在汛期过后再拆除，有些堤段甚至常年构筑在那里，变成永久性堤防。

再次，这种堤坝建设模式的造价很高。根据近几年国内引进建设的情况统计，每平方米的堤防造价(不计基础建设费用)5000-7000元，挡水高度1.5米的堤防每公里造价就要750-1000万元。

第四，这种堤坝建设模式的储存空间要求较大。这种堤坝所用的合金平板是一种厚度为10cm-15cm铝合金型材，100米设计挡水1.5米的这种堤坝的存储空间就要有20m³-30m³。

基于“德国抗洪神器”这种堤坝建设模式存在的上述问题，我们展开了一种新型硬质薄壁结构挡水坝的研究和开发工作。

发明内容

本发明的目的是创造性的设计一种可快速构筑的硬质拱形薄壁结构挡水坝，并给出这种薄壁结构挡水坝的应用方法。

本发明是通过以下技术方案来实现上述目的的：

一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝，其结构包括：挡水坝板，支柱，拉杆，地锚，基础止水，止水联结构件。所述拱形薄壁结构挡水坝的挡水坝板是一种长方形的硬质薄板，坝板竖直截面呈拱形，坝板的上、下边缘各有一个向外的折边，坝板的下边缘置于基础止水上面，上边缘与支柱上端紧固连接；所述拱形薄壁结构挡水坝的支柱是一根刚性结构柱，支柱的顶端通过一个联结压板与坝板的上端紧固连接，下端通过一个铰支座固定在基础上；所述拱形薄壁结构挡水坝的拉杆的下端连接在地锚上，上端与支柱的上部相连；所述拱形薄壁结构挡水坝的基础止水是一根具有止水功能的带状弹性压条，置于基础与坝板底边缘之间，防止坝板底部漏水；所述拱形薄壁结构挡水坝的地锚固定在贴近基础止水的挡水坝板背水侧的基础上，并用螺栓穿过挡水坝板下端的开孔，连接螺栓压板，把挡水坝板底部固定在地锚上；所述拱形薄壁结构挡水坝的止水联结构件包括止水嵌条、联结扣板，联结拉杆和联结地锚四部分部分，止水嵌条是一个“工”字型弹性压条，嵌在相邻的坝板与坝板之间，担负着坝板间止水闭气的功能，联结扣板扣合在两块坝板联结处的上边缘上，并用螺栓压板将两块坝板联结在一起，联结地锚固定在两块坝板联结处背水侧的基础上，并用螺栓穿过两块坝板的连接缝，与螺栓压板相连，把两块坝板底部固定在地锚上，联结拉杆的上端与联结扣板相连，下端与地锚相接。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝是一种单元模块化结构，在水平方向上分节布置。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的支杆和地锚相对应地等间距布设在挡水坝体背水侧。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的支杆和地锚对应着布设在同一竖直断面内。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的拉杆的长度适度可调，拉杆也可以用拉筋的形式，作用相同。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的基础止水的结构共分三层，分别是上层止水、下层止水和中间吸水膨胀层，吸水膨胀层在吸水后将基础止水鼓胀起来，可以把挡水坝板底部与基础之间由于基础不平整产生的间隙彻底封闭起来。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的地锚是一个金属钣金焊接件，通过螺栓或锚钉固定在基础面上，由底板、背板和肋板构成，底板上固定有用于连接拉杆的联结扣或环，底板和背板上有开孔，用于穿插螺栓或锚钉。

上述可快速构筑的薄壁结构挡水坝的应用方法(以堤防防汛应急加高抢险为例但不限于此)包括如下内容：

汛期，遭遇超标准洪水时，为防止堤坝漫溢险情的发生，在堤坝顶面沿堤坝轴线方向构筑拱形薄壁结构挡水坝，提升堤防的防洪能力；构筑方法和步骤如下：第一，铺贴基础止水，沿堤坝轴线方向将基础止水逐条铺贴固定在堤顶基础面的迎水侧，保证基础止水与基础面之间不留间隙，实现挡水坝底部止水闭气的目的；第二，固定地锚、支柱，在基础止水后面沿基础止水，将挡水坝的地锚和支柱等间距的逐对锚固在基础上，其中，地锚要紧贴基础止水的后缘，每个地锚和与之相对应的支柱要固定在同一竖直截面内；第三，挡水坝板安装就位，首先将挡水坝板的底边缘置于基础止水上面，并用螺栓压板将挡水坝板的底部联结固定到地锚上，其次，将支柱顶端的联结压板卡扣在挡水坝板的上边缘上，并用螺栓紧固；第四，固定拉杆，将每根拉杆的上端连接到支柱的上部，下端连接在对应的地锚上，并逐根旋紧拉杆；第五，坝板拼接，在坝板与坝板之间，利用止水联结构件将两块坝板拼接固定好。

当漫溢险情发生时，漫出堤岸的洪水受到挡水坝板的阻挡，随着水位的不断升高，作用在挡水坝板上的水压力会逐渐的增大，由于拱形挡水坝板自身的结构特性，挡水坝板所承受的水压力会被传递给底部和上部的支撑端，即传递到堤坝基础面和支柱的顶端，在这种受力状态下，支柱有绕其固定支座向上向后旋移的运动趋势，而连接在地锚上的拉杆对支柱的牵拉固定作用阻止了这种旋移趋势，在整个挡水结构的受力过程中，固定在基础上的地锚和支柱以及拉杆共同组成一个稳定的三角形刚性结构，从而保障了整个挡水结构的稳定和安全。

在本实施例中，新型的薄壁结构挡水坝与现有的铝合金结构挡水坝比较，其重大创新就在于：

首先，新型薄壁结构挡水坝充分利用了薄壁结构能以较少的重量和较少的材料承受较大载荷的特点，大大降低了挡水坝板的厚度和重量，既节省了材料和成本，又节省了大量的储存空间。

其次，由薄板和细杆支柱构成的这种薄壁挡水结构为坝板的整体性创造了条件，如果不考虑运输和制造的便利性，理论上坝板可以任意长，而在实际应用中，考虑到加工、运输和储存的方便，单节坝板长设定为6-8米为宜，这样以来，就为挡水坝的构筑带来了更大的便捷性，让构筑更加高效快捷。

第三，薄壁结构挡水坝对基础没有太多要求，只要求基础表面基本平整就够了，不需要事先对基础做大的修整改动，不论软性基础还是硬质基础都能应用，真正做到了只要有需求就可以随时构筑的目的，大大增加了挡水坝的适用性。

有益效果在于：可快速构筑形成挡水坝，提升堤坝的防洪能力，阻止洪水的肆虐，不但构筑速度快，挡水效果好，而且无需过多的人力和物力的投入，完全不需动用土方，生态环保。

附图说明

图1、2是拱形薄壁结构挡水坝竖直立面剖视图；

图中1、挡水坝板，2、支柱，3、拉杆，4、地锚，6、支柱支座；

图3是拱形薄壁结构挡水坝立体示意图(背水面)；

图4是拱形薄壁结构挡水坝立体示意图(迎水面)；

图5是拱形薄壁结构挡水坝立体效果图(背水面)；

图6是拱形薄壁结构挡水坝立体效果图(迎水面)；

图7是地锚的竖直立面示意图；

图中15、螺栓，16、螺栓压板；

图8是地锚立体示意图；

图9是地锚立体效果剖视图；

图中5、基础止水；

图10、11是支柱顶端与挡水坝板上端联结示意图；

图中7、联结压板，17、联结螺栓；

图12、13、14是基础止水结构和效果示意图；

图中12，上层止水，13、下层止水，14，中间吸水膨胀层；

图15是止水联结构件中的联结扣板示意图；

图中9、联结扣板，10，联结拉杆；

图16、17是止水联结构件立体结构示意图；

图中8、止水嵌条，11、联结地锚；

图18是Machlanddamm(马赫兰德水坝)实际应用图；

图19是Machlanddamm(马赫兰德水坝)竖直断面结构剖视图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如附图1-17所示，一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝，其结构包括：挡水坝板1，支柱2，拉杆3，地锚4，基础止水5，止水联结构件。所述拱形薄壁结构挡水坝的挡水坝板1是一种长方形的硬质薄板，坝板竖直截面呈拱形，坝板的上、下边缘各有一个向外的折边，坝板的下边缘置于基础止水5上面，上边缘与支柱2的顶端紧固连接；所述拱形薄壁结构挡水坝的支柱2是一根刚性结构柱，支柱的顶端通过联结压板7与坝板的上端紧固连接，下端通过一个铰支座6固定在基础上；所述拱形薄壁结构挡水坝的拉杆3的下端连接在地锚4上，上端连接在支柱2的上部；所述拱形薄壁结构挡水坝的基础止水5是一根具有止水功能的带状弹性压条，置于基础与坝板底边缘之间，防止坝板底部漏水；所述拱形薄壁结构挡水坝的地锚4固定在贴近基础止水5的挡水坝板背水侧的基础上，并用螺栓15穿过挡水坝板1下端的开孔，连接螺栓压板16，把挡水坝板的底部固定在地锚4上，所述拱形薄壁结构挡水坝的止水联结构件包括止水嵌条8、联结扣板9，联结拉杆10和联结地锚11四部分部分，止水嵌条8是一个“工”字型弹性压条，嵌在相邻的坝板与坝板之间，担负着坝板间止水闭气的功能，联结扣板9扣合在两块坝板联结处的上边缘上，并用螺栓压板17将两块坝板紧固联结在一起，联结地锚11锚固在两块坝板联结处背水侧的基础上，并用螺栓穿过两块坝板连接缝，连接螺栓压板，把两块坝板固定在联结地锚11上，联结拉杆10的上端与联结扣板9相连，下端与联结地锚11相接。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝是一种单元模块化结构，在水平方向上分节布置。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的支杆2和地锚4相对应地等间距布设在挡水坝板1的背水侧。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的支杆2和地锚4对应着布设在同一竖直断面内。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的地锚4是一个金属钣金焊接件，通过螺栓或锚钉固定在基础面上，由底板、背板和肋板构成，底板上固定有用于连接拉杆的联结扣或环，底板和背板上有开孔，用于穿插螺栓或锚钉。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的拉杆2的长度适度可调，拉杆也可以用拉筋的形式，效果相同。

在本实施例中，所述拱形薄壁结构挡水坝的基础止水5的结构共分三层，分别是上层止水12、下层止水13和中间吸水膨胀层14，中间吸水膨胀层14吸水后把基础止水5鼓胀起来，可以将挡水坝板底部与基础之间由于基础不平整产生的间隙彻底封闭起来。

上述可移动薄壁结构挡水坝的应用方法(以堤防防汛应急加高抢险为例但不限于此)包括如下内容：

汛期，遭遇超标准洪水时，为防止堤坝漫溢险情的发生，在堤坝顶面沿堤坝轴线方向构筑拱形薄壁结构挡水坝，提升堤防的防洪能力；构筑方法和步骤如下：第一，铺贴基础止水5，沿堤坝轴线方向将基础止水5逐条铺贴固定在堤顶基础面的迎水侧，保证基础止水与基础面之间不留间隙，实现挡水坝底部止水闭气的目的；第二，固定地锚、支柱，在基础止水后面沿基础止水，将挡水坝的地锚4和支柱2等间距的逐对锚固在基础上，其中，地锚4要紧贴基础止水5的后缘，每个地锚和与之相对应的支柱要固定在同一竖直截面内；第三，挡水坝板安装就位，首先将挡水坝板1的底边缘置于基础止水5上面，并用螺栓压板将挡水坝板的底部联结固定到地锚4上，其次，将支柱2顶端的联结压板7卡扣在挡水坝板的上边缘上，并用螺栓紧固；第四，固定拉杆，将每根拉杆3的上端连接到支柱2的上部，下端连结在对应的地锚4上，并逐根旋紧；第五，坝板拼接，在坝板与坝板之间，利用止水联结构件将两块坝板拼接固定好。

当漫溢险情发生时，漫出堤岸的洪水受到挡水坝板1的阻挡，随着水位的不断升高，作用在挡水坝板1上的水压力会逐渐的增大，由于拱形挡水坝板自身的结构特性，挡水坝板1所承受的水压力会被传递给底部和上部的支撑端，即传递到堤坝基础面和支柱2的顶端，支柱2有绕其固定支座6向上向后旋移的运动趋势，而连接在地锚4上的拉杆3对支柱2的牵拉作用阻止了这种旋移趋势，在整个挡水结构的受力过程中，固定在基础上的地锚4和支柱2以及拉杆3共同组成一个稳定的三角形刚性结构，从而保障了整个挡水结构的稳定和安全。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是署名本发明的原理，在不脱离本发明和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附得的权利要求书及其效物界定。

Claims (3)

1.一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝，其特征是：拱形薄壁结构挡水坝的结构由挡水坝板、支柱、拉杆、地锚、基础止水和止水联结构件六部分构成；所述拱形薄壁结构挡水坝的挡水坝板是一种长方形的硬质薄板，坝板竖直截面呈拱形，坝板的上、下边缘各有一个向外的折边，坝板的下边缘置于基础止水上面，上边缘与支柱上端紧固连接；所述拱形薄壁结构挡水坝的支柱是一根刚性结构柱，支柱的顶端通过一个联结压板与坝板的上端紧固连接，下端通过一个铰支座固定在基础上；所述拱形薄壁结构挡水坝的拉杆的下端连接在地锚上，上端与支柱的上部相连，拉杆长度适度可调；拱形薄壁结构挡水坝的支杆和地锚相对应地布设在挡水坝体背水侧的同一断面内，支杆与支杆之间等间距；所述地锚和所述支柱以及所述拉杆共同组成了一个稳定的三角形刚性结构；所述拱形薄壁结构挡水坝的基础止水是一根具有止水功能的带状弹性压条，置于基础与坝板底边缘之间，其结构共分三层，分别是上层止水、下层止水和中间吸水膨胀层，所述吸水膨胀层在吸水后将基础止水鼓胀起来，可以把挡水坝板底部与基础之间由于基础不平整产生的间隙彻底封闭起来，防止挡水坝板底部漏水；所述拱形薄壁结构挡水坝的地锚固定在贴近基础止水的挡水坝板背水侧的基础上，并用螺栓穿过挡水坝板下端的开孔，连接螺栓压板，把挡水坝板底部固定在地锚上；所述拱形薄壁结构挡水坝是一种单元模块化结构，分节布置，节与节之间有止水联结构件，止水联结构件包括止水嵌条、联结扣板、联结拉杆和联结地锚四部分，止水嵌条是一个“工”字型弹性压条，嵌在相邻两节单元的坝板与坝板之间，担负着坝板间止水闭气的功能，联结扣板扣合在两块坝板联结处的上边缘上，并用螺栓压板将两块坝板联结在一起，联结地锚固定在两块坝板联结处背水侧的基础上，并用螺栓穿过两块坝板的连接缝，与螺栓压板相连，把两块坝板底部固定在地锚上，联结拉杆的上端与联结扣板相连，下端与联结地锚相接。

2.根据权利要求1所述的一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝，所述地锚是一个金属钣金焊接件，通过螺栓或锚钉固定在基础面上，由底板、背板和肋板构成，底板上固定有用于连接拉杆的联结扣或环，底板和背板上有开孔，用于穿插螺栓或锚钉。

3.根据权利要求1所述的一种可快速构筑的拱形薄壁结构挡水坝的应用方法，其特征是：汛期，当遭遇超标准洪水时，为防止堤坝漫溢险情的发生，在提坝顶面沿堤坝轴线方向构筑拱形薄壁结构挡水坝，提升堤防的防洪能力；第一步，铺贴基础止水，沿堤坝轴线方向将基础止水逐条铺贴固定在提顶基础面的迎水侧，保证基础止水与基础面之间不留间隙，实现挡水坝底部止水闭气的目的；第二步，固定地锚、支柱，在基础止水后面沿基础止水，将挡水坝的地锚和支柱等间距的逐对锚固在基础上，其中，地锚要紧贴基础止水的后缘，每个地锚和与之相对应的支柱要固定在同一竖直截面内；第三步，挡水坝板安装就位，首先将挡水坝板的底边缘置于基础止水上面，并用螺栓压板将挡水坝板的底部联结固定到地锚上，其次，将支柱顶端的联结压板卡扣在挡水坝板的上边缘上，并用螺栓紧固；第四步，固定拉杆，将每根拉杆的上端连接到支柱的上部，下端连接在对应的地锚上，并逐根旋紧拉杆；第五步，坝板拼接，在坝板与坝板之间，利用止水联结构件将两块坝板拼接固定好。

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