CN110565585B - 一种用于管涌抢险的折叠便携式充水围井 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，包括折叠式围护结构、隔透水结构和辅助配件，折叠式围护结构包括环形水囊、环向筋、进水口、出气口、排水口和导向杆，隔透水结构包括透水垫层、隔水层和固定件，辅助配件包括排水软管和高度尺，折叠式围护结构的环形水囊有多层，每层之间相互连通，通过进水口向水囊充水；安装时折叠式围护结构和隔透水结构平铺在管涌口周围，充水后升高至工作高度。本发明利用充水方式将配有环向筋的折叠水囊形成具有整体刚度的围井结构，同时利用隔透水结构防止管通周边地层的渗透破坏，具有良好的整体性、密闭性和稳定性，工艺非常简单、结构轻便、人力即可搬运，抢险速度快、效率高，具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程堤坝防渗技术领域，具体是一种用于管涌抢险的折叠便携式充水围井及应用方法。
背景技术
管涌是我国江河沿岸堤坝在汛期最常见的险情之一，其产生的原因是在堤坝上部为弱透水层，下部为强透水层的二元或多元土结构中，洪水导致强透水层内的水头升高，较高的水头差产生较大的渗透力，使得底部砂层中的细小颗粒被水流带出。如不及时抢护，任其发展，就将把堤坝工程地基下的砂层淘空，导致堤坝工程骤然塌陷，造成决堤溃坝等事故，危害生命和财产安全。
目前，管涌险情发生时一般采用减压围井或反滤围井进行抢险。传统的减压围井是在管涌口周边使用土袋抢筑围井，壅高井内水位，减小水头差，降低渗透压力，制止渗透破坏，以稳定管涌险情；反滤围井是在减压围井基础上，在井内填筑反滤料，防止地基下的砂层被掏空，加剧险情的发展。
但是传统围井使用土袋抢筑，耗费人力物力大，必须将围井整体抢筑起来井壁不漏水后才能发挥作用，建造时间长，效率低。在抢筑完成后，井壁经常存在渗水，无法把握管涌口出水的情况。在洪水退去后，遗留的土袋需要拆除，再一次耗费人力物力。
为提高围井抢险的效率，传统围井得到改进。白向辰等提出一种防管涌围井(ZL201821184540.X)，利用支撑件和围板，构建起形状可灵活布置的围井，可适用较为复杂的地形，但是拼装过程中支撑件和围板需闭合，对安装精度要求较高，此外围板之间需设置防渗材料，拼装过程中容易渗水。莫喻然提出一种抗洪抢险用充水式反滤围井(CN201610766745.8，ZL201620991562.1)，其截面呈梯形，利用充水后形成的密封体进行蓄水，但是梯形截面密封体在充水时表面会鼓起，不能形成预定形状；其次使用时需要电、泵并铺设抽水管抽注水，在不利条件下没有备用措施，并且充水过程中密封体侧向刚度很小，很不稳定；第三，环向刚度较低，仅能依靠密封体的材料强度抵抗水压力；第四，该充水式反滤围井未对浅层地表做隔渗处理，容易导致管涌口涌出的水从围井下绕流至围井外，扩大管涌破坏；最后，排水口高度固定，不能在抢险过程中根据实际情况对围井内水位进行灵活控制。
发明内容
本发明针对已有围井抢险的不足，提供了一种用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，利用充水方式将配有环向筋和导向杆的折叠水囊形成具有整体刚度的围井结构，同时利用隔透水结构防止管涌的扩展和管通周边地层的渗透破坏，具有良好的整体性、密闭性和稳定性，工艺非常简单，结构轻便、1-2人即可搬运安装，抢险速度快、抢险效率高，具有广阔的应用前景。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，包括折叠式围护结构、隔透水结构和辅助配件，所述折叠式围护结构包括环形水囊、环向筋、进水口、排水口和导向杆，隔透水结构包括透水垫层、隔水层和固定件，辅助配件包括排水软管和高度尺，所述折叠式围护结构的环形水囊有多层，每层之间相互连通，底部与隔水层密封粘连，每层环形水囊中间设有两道环向筋，进水口、出气口、排水口均位于环形水囊上；所述折叠式围护结构和隔透水结构平铺在管涌口周围，所述固定件用于将隔水层的波折段压入土中，高度尺沿着环向气囊内侧竖直设置，排水软管一头接在排水口上，一头绑扎在高度尺上，导向杆为与每层环形水囊边缘相连的可伸缩高强度杆，环形水囊充水后逐渐升高，导向杆随之逐渐拉长直至工作高度。
进一步的，所述环形水囊为环向贯通整体封闭的水囊，由不透水不透气并可承受一定压强的橡胶材料制成，每层在顶部和底部相互连通；环形水囊最底层与隔水层粘连在一起，充水前为折叠状态，充水后每层截面接近圆形。
进一步的，所述环向筋为首尾相连的环向高抗拉强度低延伸率的柔性筋材，位于相邻两层环形水囊之间的单独的环形孔袋内。
进一步的，所述进水口用于连接水泵以向环形水囊充水或充气，出气口位于顶层的环形水囊，在紧急情况下无水泵充水时，出气口用作人工进水口进行人工充水。
进一步的，所述排水口穿过环形水囊，连通折叠式围护结构两侧，距离地面一定高度；排水口可开闭，用于在管涌抢险过程中控制围井内的水位。
进一步的，所述导向杆在围井内部环形水囊边缘沿圆周处设2-6个；导向杆底部设有底座在充水过程中随着环形水囊的升高而拉伸，用于维持充水过程中侧壁的稳定。
进一步的，所述隔水层为不透水柔性材料，与环形水囊粘结在一起，粘结处密封不透水，整体呈圆环形，可平铺在地面上，其位于折叠填式围护结构内侧的部分与透水垫层粘结在一起，并在透水垫层与环形水囊之间设有三角形波折段，用于增加土层表面的渗径。
进一步的，所述固定件为带三角形波折面的圆弧形固定件，共6块，可拼装形成完整的环形；固定件整体截面呈矩形，底边上有三角形波折，波折高度5-10cm，与隔水层的三角形波折段相契合，用于将隔水层的三角形波折段压入土层。
进一步的，所述辅助配件中高度尺上有刻度，底部有圆形配重。
本发明提出的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，较以往的抢险方法有以下方面的进步和优势：
(1)本发明利用环形水囊，通过充水的方式形成围护结构，无需其他填充物资进行辅助，方便快捷，同时配合环向筋和导向杆提供刚度，构建起可抵抗水压力的稳定围护结构，使围护结构具有良好的整体性、密闭性和稳定性，工艺非常简单，安装速度快，效率高，满足汛期管涌抢险的要求，不会人为造成险情；
(2)本发明利用环向的固定件将波折状的隔水层打入土层中，可有效增加土体表层的渗径，增大水流从围井下部流出的难度，防止管涌扩大，同时利用排水软管和高度尺，可根据现场实际情况灵活控制围井内的水位，有效控制管涌发展；
(3)本发明采用柔性材料和轻型固定件，折叠后体积小，各部件轻便，人工运输方便，无需机械，安装时即使在没有电的条件下也可完全由人工进行充水，1-2个人即可完成管涌抢险，适用于全天候恶劣环境抢险；
(4)本发明采用多层环形水囊，便于充水展开和排水压缩，整体用柔性材料制作，可折叠后对折，空间占用小，便于储存；险情抢护后，排空水即可回收重复使用；
(5)本发明工艺简单，制作所需材料较为常见，造价低廉，便于储存和运输，尤其适用于抢险救灾，可定制尺寸后作为抢险储备物资。
附图说明
图1是本发明用于管涌抢险的折叠便携式充水围井未充水状态的示意图；
图2是本发明用于管涌抢险的折叠便携式充水围井充水过程中的示意图；
图3是本发明用于管涌抢险的折叠便携式充水围井充满水使用状态的示意图；
图4是本发明用于管涌抢险的折叠便携式充水围井的俯视图。
图中：1—折叠式围护结构；2—隔透水结构；3—辅助配件；4—环形水囊；5—环向筋；6—进水口；7—出气口；8—排水口；9—导向杆；10—透水垫层；11—隔水层；12—固定件；13—排水软管；14—高度尺。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1-3，本发明实施例提供一种用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，包括折叠式围护结构1、隔透水结构2和辅助配件3，其中折叠式围护结构1包括环形水囊4、环向筋5、进水口6、出气口7、排水口8和导向杆9，隔透水结构2包括透水垫层10、隔水层11和固定件12，辅助配件3包括排水软管13和高度尺14。
环形水囊4为环向贯通整体封闭的水囊，由不透水不透气并可承受一定压强的橡胶材料制成，底部与隔水层11密封粘连，每层环形水囊4中间设有两道环向筋5，进水口6、出气口7、排水口8均位于环形水囊4上；环形水囊4有多层，每层之间相互连通，仅需一个进水口6即可同时进行充水，充水前为折叠状态，厚度很小，充水后每层截面接近圆形。
环向筋5为首尾相连的环向高抗拉强度低延伸率的柔性筋材，位于相邻两层环形水囊4之间的单独的环形孔袋内，存储时可随环形水囊4一同对折存放；主要对折叠式围护结构1进行环向约束，抵抗围井内蓄水对侧壁的压力，提高围井环向刚度。
进水口6、出气口7位于环形水囊4上，密封性良好；进水口6用于连接水泵进水；在恶劣条件没有电力无法使用水泵时，可将出气口7用作人工进水口进行人工充水。
排水口8穿过环形水囊4，连通折叠式围护结构1两侧，距离地面一定高度；排水口8可开闭，密封性良好，用于在管涌抢险过程中控制围井内的水位。
导向杆9为可伸缩高强度杆，在围井内部环形水囊4边缘沿圆周处设2-6个；导向杆9底部设有底座，侧向与每层环形水囊4边缘相连，在充水过程中随着环形水囊4的升高而拉伸，用于维持充水过程中侧壁的稳定。
透水垫层10由透水编织物制成，平铺在管涌口，与隔水层11粘结在一起，用来防止管涌口出土颗粒被水流带走，避免管涌进一步扩大。
隔水层11为不透水柔性材料，与环形水囊4粘结在一起，粘结处密封不透水，整体呈圆环形，可平铺在地面上，其位于折叠式围护结构1内侧的部分与透水垫层10粘结在一起，并在透水垫层10与环形水囊4之间设有三角形波折段，用于增加土层表面的渗径。
固定件12为带三角形波折面的圆弧形固定件，由轻型材料如铝合金等制成，共6块，可拼装形成完整的圆形；固定件12整体截面呈矩形，底边上有三角形波折，波折高度5-10cm，与隔水层11的三角形波折段相契合，用于将隔水层11的三角形波折段压入土层，增加土层表面的渗径，防止管涌经由土层表面绕围井底部渗流造成破坏。
辅助配件3中高度尺14上有刻度，底部有圆形配重，可保持竖直形态；排水软管13一头接在排水口8上，一头绑扎在高度尺14特定刻度上，用于实现使用过程中对围井内水位的灵活控制。
进一步参照图4，安装时首先平整场地，然后以管涌处为中心，将折叠式围护结构1和隔透水结构2平铺在管涌口周围，用固定件12将隔水层11的波折段压入土中，使波折段隔水层与土体表面紧密贴合，并将固定件12拼装成环形，根据需要在隔水层11上铺设反滤料，然后连接水泵通过进水口6对环形水囊4进行充水，同时安装高度尺14并将排水软管13与排水口8进行连接，环形水囊4充水后逐渐升高，导向杆9逐渐拉长，直至工作高度，根据需要将排水软管进口挂在高度尺的特定高度，使得围井内水位能位置在这一高度，安装完成后折叠式充水围井即可稳定工作。
对于恶劣条件下没有电力无法使用水泵的情况，可利用管涌出口处的水通过出气口7对折叠式围护结构1进行人工充水，此时需要人力提拉环形水囊4，便于从下往上逐渐形成具有一定刚度的围护结构，到达一定高度后，利用围井内的水继续进行充水，直到达到工作高度。特定情况下，也可用充气代替充水形成折叠式围护结构。
对于水下管涌，在水面上连接水泵和水管，从出气口充水，使围井缓慢沉入水中，维持井内水位高于外侧水位后即可稳定工作。
本发明将围护结构设计为折叠式的环形水囊，利用充水后水囊的刚度和环向筋提供的刚度，构建起可抵抗水压力的稳定围护结构，同时设置透水垫层和环形的隔水层，可在充水后快速壅高井内水位，有效减小水头差，降低渗透压力，同时阻止围井外的地表渗流，有效减弱管涌险情。本发明利用充水方式将配有环向筋的折叠水囊形成具有整体刚度的围井结构，同时利用隔透水结构防止管涌的扩展和管通周边地层的渗透破坏，具有良好的整体性、密闭性和稳定性，工艺非常简单，结构轻便、1-2人即可搬运安装，抢险速度快、抢险效率高，具有广阔的应用前景。
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，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：包括折叠式围护结构（1）、隔透水结构（2）和辅助配件（3），所述折叠式围护结构（1）包括环形水囊（4）、环向筋（5）、进水口（6）、出气口（7）、排水口（8）和导向杆（9），隔透水结构（2）包括透水垫层（10）、隔水层（11）和固定件（12），辅助配件（3）包括排水软管（13）和高度尺（14），所述折叠式围护结构（1）的环形水囊（4）有多层，每层之间相互连通，底部与隔水层（11）密封粘连，每层环形水囊（4）中间设有两道环向筋（5），进水口（6）、出气口（7）、排水口（8）均位于环形水囊（4）上；使用时所述折叠式围护结构（1）和隔透水结构（2）平铺在管涌口周围，所述固定件（12）用于将隔水层（11）的波折段压入土中，高度尺（14）沿着环向气囊内侧竖直设置，排水软管（13）一头接在排水口（8）上，一头绑扎在高度尺（14）上，导向杆（9）为与每层环形水囊（4）边缘相连的可伸缩高强度杆，环形水囊（4）充水或充气后逐渐升高，导向杆（9）随之逐渐拉长直至工作高度。
2.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述环形水囊（4）为环向贯通整体封闭的水囊，由不透水不透气并可承受一定压强的橡胶材料制成，每层在顶部和底部相互连通；环形水囊（4）最底层与隔水层（11）粘连在一起，充水前为折叠状态，充水后每层截面接近圆形。
3.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述环向筋（5）为首尾相连的环向高抗拉强度低延伸率的柔性筋材，位于相邻两层环形水囊（4）之间的单独的环形孔袋内，用来主要对折叠式围护结构（1）进行环向约束。
4.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述进水口用于连接水泵以向环形水囊（4）充水，出气口（7）位于顶层的环形水囊（4），在紧急情况下无水泵充水时，出气口（7）用作人工进水口进行人工充水。
5.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述排水口（8）穿过环形水囊（4），连通折叠式围护结构（1）两侧，距离地面一定高度；排水口（8）可开闭，用于在管涌抢险过程中控制围井内的水位。
6.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述导向杆（9）在围井内部环形水囊（4）边缘沿圆周处设2-6个；导向杆（9）底部设有底座在充水过程中随着环形水囊（4）的升高而拉伸，用于维持充水过程中侧壁的稳定。
7.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述隔水层（11）为不透水柔性材料，与环形水囊（4）粘结在一起，粘结处密封不透水，整体呈圆环形，平铺在地面上，其位于折叠式围护结构（1）内侧的部分与透水垫层（10）粘结在一起，并在透水垫层（10）与环形水囊（4）之间设有三角形波折段，用于增加土层表面的渗径。
8.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述固定件（12）为带三角形波折面的圆弧形固定件，共6块，可拼装形成完整的圆形；固定件（12）整体截面呈矩形，底边上有三角形波折，波折高度5-10cm，与隔水层（11）的三角形波折段相契合，用于将隔水层（11）的三角形波折段压入土层。
9.如权利要求1所述的用于管涌抢险的折叠便携式充水围井，其特征在于：所述辅助配件（3）中高度尺（14）上有刻度，底部有圆形配重。
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2019
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