CN113073706A - 一种截潜流取水口结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种截潜流取水口结构及施工方法，该结构设置了引水导墙、取水口边墙以及取水口底板，可以有效的将潜流拦截至取水口内；设置了抗冲反滤层，保证潜流引排的通畅，并避免土体发生渗透破坏导致取水口淤积严重影响取水口正常工作；设置了集水廊道，可以有效将潜流归聚起来，在集水廊道一侧设置了取水阀井、取水管、控制阀，方便取水管自集水廊道向下游取水；在集水廊道另一侧设置了泄水冲沙阀井、泄水冲沙管、控制阀以及进人孔，方便后期将取水口放空进行运行维护，保证工程长期正常运行；设置了溢流坝、溢流坝边墙、消力池等结构满足富余水量或者洪水自溢流坝下泄泄洪消能要求，保证取水口结构的抗滑稳定性。
Description
技术领域
本发明提供一种截潜流取水口结构及施工方法，属于水利水电工程领域，适用于利用浅层潜流地下水取水进行人饮、灌溉供水的供水工程的设计与施工。
背景技术
潜流就是浅层地下水水流，潜流来源于降水和地面水的入渗补给，主要分为孔隙水潜流、裂隙水潜流以及岩溶水潜流，潜流多分布于山区冲沟、河谷、泉眼等区域。截潜流工程就是在潜流富集的地方修建拦截地下潜流的取水工程，将潜流积蓄起来厚采用管道或者渠道引出用于人饮或者灌溉。
截潜流工程通常需要修建地下拦水坝或者修建集水井，即在截潜流断面上修建一个横向集水廊道(井)，集水廊道(井)的迎水面具有较好的渗透性，起集聚潜流的作用，集水廊道(井)其他面为不透水墙，起拦水作用。潜流的分布面积广，往往在缺水的地方，选取一个合适的地方，利用地下潜流修建截潜流工程，解决人畜饮水问题，特别是对于偏远高寒地区，相较于地表水冬季因天气原因易导致结冰断流情况，潜流具有水源稳定、水质较好的优点，更适合作为稳定水源。
在现有技术中，农业部环境保护科研监测所申请的实用新型专利202416277U公开了一种应用于农田生态沟渠拦截氮磷等物质的氮磷拦截潜流坝，两侧有透水墙，透水墙中间设置有砾石填料层，在砾石填料层上方有土壤覆盖层，土壤覆盖层上种植有植被系统。该氮磷拦截潜流坝可以置于农田排水沟渠及表面流人工湿地中，当表面流人工湿地系统中污水通过氮磷拦截潜流坝时，能有效增加水力停留时间，并且由于设置了砾石填料层，能使水体中的悬浮污染物得到沉降和吸附，氮磷拦截潜流坝上的植物也可以有效吸收水体中的氮磷等富营养化污染物，最终增加普通表面流人工湿地的污水处理效果。又有，农业部环境保护科研监测所申请的发明专利102515354A公开了应用于农田生态沟拦截氮磷等物质的潜流坝，两侧有透水墙，透水墙中间设置有砾石填料层，在砾石填料层上方有土壤覆盖层，土壤覆盖层上种植有植被系统。该潜流坝可以置于农田排水沟渠及表面流人工湿地中，当表面流人工湿地系统中污水通过潜流坝时，能有效增加水力停留时间，并且由于设置了砾石填料层，能使水体中的悬浮污染物得到沉降和吸附，潜流坝上的植物也可以有效吸收水体中的氮磷等富营养化污染物，最终增加普通表面流人工湿地的污水处理效果。另外，苏州础润生态科技有限公司申请的实用新型专利211644784U公开了一种生态拦截潜流坝，包括：地基，在所述地基的上方设置有具有渗水能力的坝体，所述坝体由滤料堆积而成，所述坝体的两侧及顶面种植有绿植，所述坝体的中间设置有沿所述坝体长度方向贯通的凹槽，所述凹槽的下部填充有生态过滤纤维球，所述凹槽的上部填充有级配碎石。该方案的生态拦截潜流坝，在河流中拦截暴雨径流，结合了快速渗透原理和人工湿地原理，可以对污水进行净化。
然而，以上现有技术尚未考虑到如下问题：现有的截潜流工程因结构设置不合理，汛期或者雨季易导致洪水漫顶，并存在结构复杂、占地面积大、投资较高、运行期不便于检修、反滤效果较差、淤积严重等缺点，因此，如何寻求一种结构更为合理的截潜流取水口结构，是截潜流工程设计以及施工时所需解决的问题。
发明内容
针对常规截潜流工程汛期或者雨季易导致洪水漫顶，并存在结构复杂、占地面积大、投资较高、运行期不便于检修、反滤效果较差、淤积严重的缺点，本发明的目的是提供一种截潜流取水口结构及施工方法，该结构设置了引水导墙、取水口边墙以及取水口底板，可以有效的将潜流拦截至取水口内，缩小取水口占地面积，减少工程量及投资；设置了抗冲反滤层，保证潜流引排的通畅，并避免土体发生渗透破坏导致取水口淤积严重影响取水口正常工作；设置了集水廊道，可以有效将潜流归聚起来，在集水廊道一侧设置了取水阀井、取水管、控制阀，方便取水管自集水廊道向下游取水；在集水廊道另一侧设置了泄水冲沙阀井、泄水冲沙管、控制阀以及进人孔，方便后期将取水口放空进行运行维护，保证工程长期正常运行；设置了溢流坝、溢流坝边墙、消力池等结构保证取水口结构的抗滑稳定性，洪水自溢流坝有序下泄，并通过消力池进行消能，避免洪水漫顶冲刷取水口结构导致对整体结构造成不利影响；同时，整个取水口结构为埋地式布置，具有保温防冻效果，尤其适用于偏远高寒地区截潜流工程中。
具体的，本发明的截潜流取水口结构，包括在在潜流分布的位置根据实际地形地质条件开挖的取水口基础上设置的引水导墙、取水口边墙以及取水口底板；取水口上游侧开挖范围设有回填卵石回填，并在取水口下游侧边溢流坝前设置反滤层以及集水廊道，反滤层上游侧设有回填卵石回填；前述的反滤层顺水流方向颗粒逐渐增大，自上而下分别为砂砾石层、碎石土层、细卵石层；反滤层顶部设置格宾石笼，反滤层底部细卵石层与集水廊道接触位置设置一层无纺布，减少细颗粒物穿过反滤层聚集于集水廊道内，避免集水廊道过度淤积；集水廊道另一侧设置了泄水冲沙阀井、泄水冲沙管、控制阀以及集水坑；在集水廊道与泄水冲沙阀井接触位置设置进人孔；取水口结构下游侧设置有溢流坝，溢流坝设置有溢流坝边墙、消力池及尾坎。
进一步的，在前述的取水口底板下面设置厚15～30cm的C15混凝土垫层。
进一步的，前述的引水导墙采用喇叭口形式，将潜流集中引至取水口位置，取水口边墙及取水口底板起拦水蓄水作用，引水导墙以及取水口边墙高出取水口顶高程一定的高度H1。
进一步的，前述的砂砾石层厚0.3m，粒径为0.25～1mm，碎石土层厚0.3m，粒径为1～15mm，细卵石层厚0.3m，粒径为15～30mm；反滤层采用斜向布置，便于潜流快速汇集于取水口下游侧底部的集水廊道内。
进一步的，前述的集水廊道位于反滤层下部，为钢筋混凝土结构，采用城门洞型结构，并在集水廊道上游侧及拱顶按照一定距离设置进水孔，上游潜流通过反滤层后自集水廊道的进水孔汇集水廊道。
进一步的，前述的集水廊道一侧设置有取水阀井、取水管以及控制阀满足工程取水的需要，并对取水阀井设置了爬梯及预制盖板。
进一步的，前述的集水坑高度H3不低于50cm，前述的泄水冲沙阀设置在集水坑内，泄水冲沙管出口设置在消力池内，并且集水廊道底板向泄水冲沙阀井方向形成一定的纵坡i，i在0.01～0.03之间，使泥沙向集水坑沉淀汇聚。
进一步的，前述的泄水冲沙阀井设置爬梯及预制盖板。
进一步的，在前述的尾坎下游设置格宾石笼避免洪水冲蚀破坏。
该截潜流取水口结构的施工方法，包括如下步骤：
第一步：根据现场地形、地质条件，实施导截流工程，保证取水口结构干地施工；
第二步：对取水口结构以及溢流坝基础进行开挖施工；
第三步：浇筑取水口结构以及溢流坝基础垫层；
第四步：绑扎引水导墙、取水口边墙、取水口底板、取水阀井、泄水冲沙阀井以及集水廊道结构钢筋，并立模板；
第五步：进行取水阀井、泄水冲沙阀井内部细部结构施工；
第六步：浇筑引水导墙、取水口边墙、取水口底板、取水阀井、泄水冲沙阀井以及集水廊道结构混凝土，并进行养护；
第七步：立模板，浇筑溢流坝、消力池结构混凝土，并进行养护；
第八步：按设计要求进行取水口反滤层的施工，并在顶部回填卵石及格宾石笼；
第九步：拆除施工期导截流工程，使潜流汇聚于取水口结构后向下游供水。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)设置了引水导墙、取水口边墙以及取水口底板，可以有效的将潜流拦截至取水口内，缩小取水口占地面积，减少工程量及投资；
(2)设置了抗冲反滤层，保证潜流引排的通畅，并避免土体发生渗透破坏导致取水口淤积严重影响取水口正常工作；
(3)设置了集水廊道，可以有效将潜流归聚起来，在集水廊道一侧设置了取水阀井、取水管、控制阀，方便取水管自集水廊道向下游取水；
(4)在集水廊道另一侧设置了泄水冲沙阀井、泄水冲沙管、控制阀以及进人孔，方便后期将取水口放空进行人工清淤以及运行维护，保证工程长期正常运行；
(5)设置了溢流坝、溢流坝边墙、消力池等结构保证取水口结构的抗滑稳定性，取水口潜流富余水量或者洪水自溢流坝有序下泄，并通过消力池进行消能，避免洪水漫顶冲刷取水口结构导致对整体结构造成不利影响；
(6)整个取水口结构为埋地式布置，具有保温防冻效果，尤其适用于偏远高寒地区截潜流工程中。
附图说明
图1为本发明平面布置图；
图2为本发明A-A剖视图；
图3为本发明B-B剖面图。
附图中的标记为：1-引水导墙；2-取水口边墙；3-溢流坝边墙；4-溢流坝；5-消力池；6-尾坎；7-集水廊道；8-取水阀井；9-取水管；10-控制阀；11-爬梯；12-泄水冲沙阀井；13-泄水冲沙管；14-格宾石笼；15-回填卵石；16-砂砾石层；17-碎石土层；18-细卵石层；19-无纺布；20-进水孔；21-取水口底板；22-垫层；23-进人孔；24-集水坑；25-预制盖板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，该发明包括以下构件：图中：1-引水导墙；2-取水口边墙；3-溢流坝边墙；4-溢流坝；5-消力池；6-尾坎；7-集水廊道；8-取水阀井；9-取水管；10-控制阀；11-爬梯；12-泄水冲沙阀井；13-泄水冲沙管；14-格宾石笼；15-回填卵石；16-砂砾石层；17-碎石土层；18-细卵石层；19-无纺布；20-进水孔；21-取水口底板；22-垫层；23-进人孔；24-集水坑；25-预制盖板。其主要特征如下：
在潜流分布的山区冲沟、河谷、泉眼等位置根据实际地形地质条件开挖取水口基础，设置引水导墙1、取水口边墙2以及取水口底板21，引水导墙1、取水口边墙2以及取水口底板21，并且取水口底板21下面设置厚15～30cm的C15混凝土垫层22以便基础找平及确保取水口底板21结构钢筋的有效位置及施工质量。
引水导墙1采用喇叭口形式，将潜流集中引至取水口位置，取水口边墙2及取水口底板21起拦水蓄水作用，引水导墙1以及取水口边墙2高出取水口顶高程一定的高度H1，H1的高度根据项目实际情况通过水力计算确定，将取水口潜流富余水量或者雨季、汛期洪水限制在两侧边墙之间，避免洪水漫顶四溢造成不利影响。
取水口上游侧开挖范围采用回填卵石15回填，保证潜流快速下排至取水口内，并在取水口下游侧边溢流坝4前设置反滤层以及集水廊道7，反滤层上游侧采用回填卵石15回填，反滤层顺水流方向颗粒逐渐增大，自上而下分别为砂砾石层16、碎石土层17、细卵石层18，其中砂砾石层16厚0.3m，粒径为0.25～1mm，碎石土层17厚0.3m，粒径为1～15mm，细卵石层18厚0.3m，粒径为15～30mm，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙，可起到滤土、排水的作用。反滤层采用斜向布置，便于潜流快速汇集于取水口下游侧底部的集水廊道7内。
反滤层顶部设置格宾石笼14，格宾石笼14厚50cm，具有抗冲蚀作用，避免雨季、汛期洪水冲刷导致取水口内部结构损坏导致无法运行；反滤层底部细卵石层18与集水廊道接触位置设置一层无纺布19，减少细颗粒物穿过反滤层聚集于集水廊道3内，避免集水廊道3过度淤积。
集水廊道7位于反滤层下部，为钢筋混凝土结构，采用城门洞型结构，并在集水廊道7上游侧及拱顶按照一定距离设置进水孔20，上游潜流通过反滤层后自集水廊道7的进水孔20汇集水廊道7，方便集中取水。
集水廊道7一侧设置有取水阀井8、取水管9以及控制阀10满足工程取水的需要，并对取水阀井8设置了爬梯11及预制盖板25，方便工程运行期检修。
集水廊道7另一侧设置了泄水冲沙阀井12、泄水冲沙管13、控制阀10以及集水坑24，集水坑24高度为H3，H3高度不宜低于50cm，泄水冲沙阀13设置在集水坑24内，泄水冲沙管13出口设置在消力池5内，并且集水廊道7底板向泄水冲沙阀井方向12形成一定的纵坡i，i在0.01～0.03之间，使泥沙向集水坑24沉淀汇聚，便于后期向消力池5内泄水冲沙；在集水廊道7与泄水冲沙阀井12接触位置设置进人孔23，进人孔23以及集水廊道7高度为H2，H2高度根据工程实际情况确定，以满足进人需要为宜，并对泄水冲沙阀井12设置了爬梯11及预制盖板25，便于后期进入集水廊道7进行检修维护以及人工清沙，保证取水口结构的长期运行。
取水口结构下游侧设置有溢流坝4，溢流坝4设置有溢流坝边墙3、消力池5、尾坎6，并在溢流坝4底部设置了厚15～30cm的C15混凝土垫层22以便基础找平，在尾坎6下游设置了格宾石笼14避免洪水冲蚀破坏，且垫层22需坐落于不透水基岩之上，避免潜流自垫层22底部下渗，当溢流坝4基础岩体透水性较强时可采用帷幕灌浆对溢流坝4基础进行防渗处理，保证工程足够的取水水量。
本发明施工方法如下：
第一步：根据现场地形、地质条件，实施导截流工程，保证取水口结构干地施工；
第二步：对取水口结构以及溢流坝4基础进行开挖施工；
第三步：浇筑取水口结构以及溢流坝4基础垫层22；
第四步：绑扎引水导墙1、取水口边墙2、取水口底板21、取水阀井8、泄水冲沙阀井13以及集水廊道7结构钢筋，并立模板；
第五步：进行取水阀井8、泄水冲沙阀井13内部管道、阀门、爬梯等细部结构施工；
第六步：浇筑引水导墙1、取水口边墙2、取水口底板21、取水阀井8、泄水冲沙阀井13以及集水廊道7结构混凝土，并进行养护；
第七步：立模板，浇筑溢流坝4、消力池5结构混凝土，并进行养护；
第八步：按设计要求进行取水口反滤层的施工，并在顶部回填卵石15及格宾石笼14；
第九步：拆除施工期导截流工程，使潜流汇聚于取水口结构后向下游供水。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种截潜流取水口结构，其特征在于：包括在在潜流分布的位置根据实际地形地质条件开挖的取水口基础上设置的引水导墙(1)、取水口边墙(2)以及取水口底板(21)；取水口上游侧开挖范围设有回填卵石(15)回填，并在取水口下游侧边溢流坝(4)前设置反滤层以及集水廊道(7)，反滤层上游侧设有回填卵石(15)回填；所述反滤层顺水流方向颗粒逐渐增大，自上而下分别为砂砾石层(16)、碎石土层(17)、细卵石层(18)；反滤层顶部设置格宾石笼(14)，反滤层底部细卵石层(18)与集水廊道(7)接触位置设置一层无纺布(19)，减少细颗粒物穿过反滤层聚集于集水廊道(7)内，避免集水廊道(7)过度淤积；集水廊道(7)另一侧设置了泄水冲沙阀井(12)、泄水冲沙管(13)、控制阀(10)以及集水坑(24)；在集水廊道(7)与泄水冲沙阀井(12)接触位置设置进人孔(23)；取水口结构下游侧设置有溢流坝(4)，溢流坝(4)设置有溢流坝边墙(3)、消力池(5)及尾坎(6)。
2.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：在所述取水口底板(21)下面设置厚15～30cm的C15混凝土垫层(22)。
3.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：所述引水导墙(1)采用喇叭口形式，将潜流集中引至取水口位置，取水口边墙(2)及取水口底板(21)起拦水蓄水作用，引水导墙(1)以及取水口边墙(2)高出取水口顶高程一定的高度H1。
4.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：所述砂砾石层(16)厚0.3m，粒径为0.25～1mm，碎石土层(17)厚0.3m，粒径为1～15mm，细卵石层(18)厚0.3m，粒径为15～30mm；反滤层采用斜向布置，便于潜流快速汇集于取水口下游侧底部的集水廊道(7)内。
5.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：所述集水廊道(7)位于反滤层下部，为钢筋混凝土结构，采用城门洞型结构，并在集水廊道(7)上游侧及拱顶按照一定距离设置进水孔(20)，上游潜流通过反滤层后自集水廊道(7)的进水孔(20)汇集水廊道(7)。
6.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：所述集水廊道(7)一侧设置有取水阀井(8)、取水管(9)以及控制阀(10)满足工程取水的需要，并对取水阀井(8)设置了爬梯(11)及预制盖板(25)。
7.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：所述集水坑(24)高度H3不低于50cm，所述泄水冲沙阀(13)设置在集水坑(24)内，泄水冲沙管(13)出口设置在消力池(5)内，并且集水廊道(7)底板向泄水冲沙阀井方向(12)形成一定的纵坡i，i在0.01～0.03之间，使泥沙向集水坑(24)沉淀汇聚。
8.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：所述泄水冲沙阀井(12)设置爬梯(11)及预制盖板(25)。
9.根据权利要求1所述的截潜流取水口结构，其特征在于：在所述尾坎(6)下游设置格宾石笼(14)避免洪水冲蚀破坏。
10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的截潜流取水口结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：根据现场地形、地质条件，实施导截流工程，保证取水口结构干地施工；
第二步：对取水口结构以及溢流坝(4)基础进行开挖施工；
第三步：浇筑取水口结构以及溢流坝(4)基础垫层(22)；
第四步：绑扎引水导墙(1)、取水口边墙(2)、取水口底板(21)、取水阀井(8)、泄水冲沙阀井(13)以及集水廊道(7)结构钢筋，并立模板；
第五步：进行取水阀井(8)、泄水冲沙阀井(13)内部细部结构施工；
第六步：浇筑引水导墙(1)、取水口边墙(2)、取水口底板(21)、取水阀井(8)、泄水冲沙阀井(13)以及集水廊道(7)结构混凝土，并进行养护；
第七步：立模板，浇筑溢流坝(4)、消力池(5)结构混凝土，并进行养护；
第八步：按设计要求进行取水口反滤层的施工，并在顶部回填卵石(15)及格宾石笼(14)；
第九步：拆除施工期导截流工程，使潜流汇聚于取水口结构后向下游供水。
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