CN115059078B - 一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置及其使用方法，坝顶顶部设置有挡浪墙，坝体的下游坝坡上设置有土工膜卷，土工膜卷的一端固定在坝顶；挡浪墙的背水面滑动连接有储水槽，储水槽侧壁连接有凸台，坝顶顶部连接有立柱，立柱与凸台滑动连接，立柱上套设有弹簧，弹簧顶部与凸台相连，弹簧底部与立柱相连；储水槽的上方设置有遮雨罩；挡浪墙开设有过水孔；坝顶顶部设置有支撑杆，支撑杆连接有滑轮，滑轮上挂绕有绳索，绳索的一端与凸台相连；下游坝坡开设有插槽，土工膜卷一侧设置有承板，承板的底端插入插槽中；绳索的另一端连接于承板的顶部。本发明简单有效而又稳定可靠，能够有效防止土石坝漫顶冲刷。

Description

一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置及其使用方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置及其使用方法。

背景技术

水库是综合防洪工程体系的重要组成部分，有时会发生水库溃坝的事件，溃坝水库中的绝大部分为土坝和土石混合坝，由土石坝组成的水库一旦溃决，其带来的破坏影响不可估量。占较大比例的中小土石坝溃坝事件由漫顶引发，针对防止土石坝漫顶冲刷的有效措施，目前国内研究出了通过自动铺贴土工膜的方式来防止冲刷，比如，授权公告号为CN110761243 B的发明专利中公开的一种预防漫顶溃坝的浮力式土工膜装置，其利用浮力，在发生漫顶时可自动展开土工膜保护下游面不被冲刷，但是上述装置中还存在如下问题：(1)PVC管贯穿坝体，在施工时，需要挖沟铺设PVC管，导致工程量较大，费时费力；(2)承板与土工膜依靠支架进行支撑，支架顶撑在承板表面与下游面之间，调节耐腐蚀金属丝的长度使得下游面的支架刚好支撑住承板与土工膜卷，由于支架没有固定装置，这种理想状态很难一直稳定维持，若考虑到人工误操作不小心碰触承板、支架或者说有人故意破坏或者是遇到大风暴雨等恶劣天气这些外在因素，就会打破这种刚好支撑的理想状态，导致土工膜误铺贴；(3)由于依靠浮球的上浮拉动金属丝，进而实现土工膜的自动铺贴，但是这种情况是需要考虑的，若水库的水位在正常范围内，并远远未超过矩形槽侧面进水孔高度，当碰到雨天时，雨水会通过进水孔进入到矩形槽内，导致浮球上浮，从而出现土工膜卷误铺贴的情况；(4)挡浪墙采用立式墙体结构，该结构与波浪产生正面冲撞，往往会溅起很高的浪花，而浪花可能就会通过进水孔进入到矩形槽内导致浮球升起，从而导致土工膜卷误铺贴；(5)土工膜卷在未铺贴时，长时间暴露在外，风吹日晒导致土工膜老化，容易影响后续的正常使用；(6)漫顶洪水越过挡浪墙从高处流下，直接对坝顶造成冲刷，不利于坝顶的保护。

综上所述，上述装置在实际应用时，还存在一些弊端，因此研究一种简单有效而又稳定可靠的防土石坝漫顶冲刷的装置是极有必要的。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本技术方案提出了一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，坝顶顶部设置有挡浪墙，坝体的下游坝坡上设置有土工膜卷，土工膜卷的一端固定在坝顶；所述挡浪墙的背水面滑动连接有储水槽，所述储水槽侧壁连接有凸台，所述坝顶顶部连接有立柱，所述立柱与所述凸台滑动连接，所述立柱上套设有弹簧，弹簧顶部与所述凸台相连，弹簧底部与所述立柱相连；所述储水槽的上方设置有遮雨罩，所述遮雨罩与所述挡浪墙相连；所述挡浪墙开设有过水孔，过水孔的位置设置在储水槽的上方；

所述坝顶顶部设置有支撑杆，所述支撑杆的顶部设置有轮架，所述轮架上连接有滑轮，所述滑轮上挂绕有绳索，所述绳索的一端与所述凸台相连；所述下游坝坡开设有插槽，所述土工膜卷一侧设置有用于对土工膜卷进行限位的承板，所述承板的底端插入所述插槽中；所述绳索的另一端连接于承板的顶部；所述承板的一侧设置有挤压头，在承板上移时，挤压头对土工膜卷挤压并带动土工膜卷移动。

所述挡浪墙的迎水面还设置有防浪板；所述过水孔设置于防浪板与挡浪墙连接处的上方。

所述过水孔呈倾斜设置；从挡浪墙的迎水面到挡浪墙的背水面，过水孔倾斜朝上设置。

所述土工膜卷的一端从坝顶延伸至挡浪墙处，所述坝顶的顶部设置有保护层，所述土工膜卷的一端压持于所述保护层的下方。

所述储水槽的底部连接有排水阀。

所述土工膜的上方设置有保护外壳，所述保护外壳底端连接于所述坝顶顶部。

所述保护外壳的顶部与所述坝顶之间具有高度差，所述保护外壳与所述挡浪墙之间形成水垫塘。

在挡浪墙的背水面开设有滑槽，滑槽中滑动插设有滑块，滑槽的形状为燕尾槽或T型槽；所述滑块与所述储水槽相连

所述保护外壳开设有若干间隔设置的溢流孔。

本发明还提出了一种预防土石坝漫顶溃坝的使用方法，采用所述的一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，包括如下过程：

使用时，承板底端插入插槽中，由于插槽的限位，可以保证承板的稳定性；当水位达到过水孔位置时，水流通过过水孔不断流入到储水槽中，储水槽中的积水变多，储水槽下移并压缩弹簧，进而通过凸台带动绳索移动，绳索移动时，经滑轮的导向会向上提拉承板，承板底端逐渐从插槽中脱出，当承板底端不受插槽的限位时，土工膜卷会撞开承板，承板摆动，承板对土工膜的限位被解除，土工膜卷自动展开铺展在下游坡面上；在遇到下雨天时，由于储水槽的上方具有遮雨罩，雨水不会落入储水槽内，储水槽整体重量不变，所以储水槽不会下移，土工膜卷无法自动展开，维持收卷状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明采用通过改变重量的方式来联动带动土工膜卷的自动展开，在使用时，利用储水槽来承接从过水孔留出的洪水，随着储水槽中的水的体积越来越多，储水槽压缩弹簧并不断下移，储水槽的下移会通过绳索联动带动承板上提，从而可将承板从插槽中抽出，当承板抽出后，土工膜卷可自动滚下，完成自动铺展，保护下游坝坡；另外，采用本方式的同时在储水槽上方配合设置遮雨罩，可以有效防止雨水进入到储水槽内，消除下雨的影响，防止出现储水槽中积雨而导致土工膜卷误展开的问题；而且本发明中绳索设置于坝顶上方，而不是穿过坝体，这样就不用再进行挖沟预埋等工作，避免对原坝体破坏，减少了工作量，省时省力。

2.由于承板采用插设的方式，无需支架进行额外支撑，其稳定性高，不易受到大风暴雨等恶劣天气以及人为误操作等不利因素的影响，只要不是人为故意将承板从插槽内拔出，承板就可以很好的起到对土工膜卷的挡撑限位作用。

3.土工膜卷的一端从坝顶延伸至挡浪墙处，坝顶的顶部设置有保护层，土工膜卷的一端压持于保护层的下方，保护层可以起到两个作用，其一是压持固定土工膜卷的一端，其二是保护坝顶部分防止冲刷。

4.过水孔倾斜朝上设置，这样的设置方式是能消除浪花的影响，由于波浪与挡浪墙产生正面冲撞，往往会溅起很高的浪花，浪花可能会进入过水孔内，但是由于过水孔呈倾斜设置，浪花在过水孔中会消耗动能，并回流至水库内，这样就可以避免浪花经过过水孔流入到储水槽中造成储水槽重量增重，而使得土工膜卷误展开，另外还可同时配置防浪板，防浪板可以起到很好的消浪作用，进一步降低浪花经过水孔进入到储水槽的可能性。

5.本发明中设置的保护外壳，可以起到两方面作用，其一，保护外壳与承板形成一个相对密闭的环境，可以保护土工膜卷，尽量避免其风吹日晒，降低老化速度，延长使用寿命；其二，保护外壳的顶部与坝顶之间具有高度差，这样使得保护外壳与挡浪墙之间形成水垫塘，水垫塘可以保护坝顶顶部的保护层，因为漫顶时，漫顶洪水越过挡浪墙从高处流下，对坝顶造成较大的冲刷力，对保护层的损耗比较大，因为有水垫塘的形成，漫顶洪水下来落到水垫塘的水面上，可以减小对坝顶保护层的冲刷，起到良好的保护作用。

6.本装置中在承板的一侧设置有挤压头，结构巧妙，设计合理，小成本解决大问题，有效防止人为破坏，实用性强。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明放大后的结构示意图。

图3是滑块与滑槽配合俯视图。

图4是储水槽、立柱以及弹簧配合关系右视图。

图5是承板、保护外壳以及土工膜卷结构配合局部放大图。

图6是承板向上提拉时的结构示意图(挤压头挤压土工膜卷)。

图7是承板向上提拉时的结构示意图(土工膜卷撞开承板后的状态)。

图8是保护外壳溢流孔剖视图。

附图标记说明:

1坝体；2挡浪墙；3下游坝坡；4防浪板；5过水孔；6遮雨罩；7储水槽；8排水阀；9滑块；10立柱；11凸台；12弹簧；13弹簧座；14保护层；15土工膜卷；16保护外壳；161溢流孔；17承板；18挤压头；19槽钢；20绳索；21支撑杆；22轮架；23滑槽。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1-8所示，本实施例提出了一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，坝体1包括坝顶、上游坝坡以及下游坝坡3，在坝顶顶部设置有挡浪墙2，坝体1的下游坝坡3上设置有土工膜卷15，土工膜卷15的一端固定在坝顶；挡浪墙2的背水面滑动连接有储水槽7，具体设置为，在挡浪墙2的背水面开设有滑槽23，滑槽23中滑动插设有滑块9，滑槽23的形状可为燕尾槽或T型槽，在本实施例中优选燕尾槽；滑块9与储水槽7相连；储水槽7侧壁连接有凸台11，坝顶顶部连接有立柱10，立柱10与凸台11滑动连接，具体设置为，在凸台11上开设有滑孔，立柱10自由贯穿滑孔，凸台11可沿着立柱10上下移动；立柱10上套设有弹簧12，弹簧12顶部与凸台11相连，弹簧12底部与立柱10相连，为了方便弹簧12的连接，在立柱10上套设有弹簧12座，弹簧12的底端连接于弹簧12座上表面。

储水槽7的上方设置有遮雨罩6，遮雨罩6的顶部可呈微倾斜状，利于雨水快速流下；遮雨罩6与挡浪墙2相连。

挡浪墙2开设有过水孔5，过水孔5的位置设置在储水槽7的上方；储水槽7的顶部可连接有进水斗，进水斗与挡浪墙2紧邻，当水从过水孔5流过时，可方便进入到储水槽7内。

坝顶顶部设置有支撑杆21，支撑杆21的顶部设置有轮架22，轮架22上连接有滑轮，滑轮上挂绕有绳索20，绳索20的一端与凸台11相连；下游坝坡3开设有插槽，土工膜卷15一侧设置有用于对土工膜卷15进行限位的承板17，承板17的底端插入插槽中；绳索20的另一端连接于承板17的顶部。

为了保证承板17的稳定插设，可在插槽内嵌入呈U型的槽钢19。

由于承板17采用插设的方式，无需支架进行额外支撑，其稳定性高，不易受到大风暴雨等恶劣天气以及人为误操作等不利因素的影响，只要不是人为将承板17从插槽内拔出，承板17就可以很好的起到对土工膜卷15的挡撑作用。

为了能够对坝顶起到保护作用，土工膜卷15的一端从坝顶延伸至挡浪墙2处，坝顶的顶部设置有保护层14，土工膜卷15的一端压持于保护层14的下方，保护层14可以为混凝土保护层，保护层14可以起到两个作用，其一是压持固定土工膜卷15的一端，其二是保护坝顶部分防止冲刷。

储水槽7的底部连接有排水阀，可方便对储水槽7内的积水进行排空，便于储水槽7上移恢复至原状态。

本装置的工作原理如下：

使用时，承板17底端插入插槽中，由于插槽的限位，可以保证承板17的稳定性；当水位达到过水孔5位置时，水流通过过水孔5不断流入到储水槽7中，储水槽7中的积水变多，储水槽7下移并压缩弹簧12，进而通过凸台11带动绳索20移动，绳索20移动时，经滑轮的导向会向上提拉承板17，承板17底端逐渐从插槽中脱出，当承板17底端不受插槽的限位时，土工膜卷15会撞开承板17，承板17摆动，承板17对土工膜的限位被解除，土工膜卷15自动展开铺展在下游坡面上，保护下游坝坡3不被冲刷，大大减少了坝体1受到的冲刷破坏，减小溃坝的可能性，延长小型土石坝使用寿命。

过水孔5的设置可以起到提前预防的作用，过水孔5设置在靠近挡浪墙2顶部的位置，在快要漫顶之前，通过过水孔5，起到提前布防作用，防止出现土工膜卷展开不及时的问题。

需要说明的是，在遇到下雨天时，由于储水槽7的上方具有遮雨罩6，雨水不会落入储水槽7内，储水槽7整体重量不变，所以储水槽7不会下移，土工膜卷15无法自动展开，维持收卷状态。遮雨罩6的设置可以有效解决现有技术中下雨等因素造成的误操作问题。

另外，本申请中由于绳索20设置在坝顶上方，而不是穿过坝体1，这样就不用再进行挖沟预埋等工作，避免对原坝体1破坏，减少了工作量，省时省力。

实施例二

继续参考附图1-8，在实施例一的基础上，过水孔5可呈倾斜设置，从挡浪墙2的迎水面到挡浪墙2的背水面，过水孔5倾斜朝上设置。这样的设置方式是为了消除浪花的影响，由于波浪与挡浪墙2产生正面冲撞，往往会溅起很高的浪花，浪花可能会进入过水孔5内，但是由于过水孔5呈倾斜设置，浪花在过水孔5中会消耗动能，并回流至水库内，这样就可以避免浪花经过过水孔5流入到储水槽7中造成储水槽7重量增重，而使得土工膜卷15误展开。

实施例三

作为另外一种优选的技术方案，为了更好的消除浪花带来的影响，在实施例二的基础上，可以在挡浪墙2的迎水面还设置有防浪板，防浪板为凹面朝向水面的弧形结构；过水孔5设置于防浪板与挡浪墙2连接处的上方；防浪板可以起到很好的消浪作用，进一步降低浪花经过水孔5进入到储水槽7的可能性。

实施例四

继续参考附图1-8，作为另外一种优选的技术方案，在上述实施例的基础上，土工膜的上方设置有保护外壳16，保护外壳16底端连接于坝顶顶部。保护外壳16的端部与承板17之间紧邻，保护外壳16与承板17形成一个相对密闭的环境，可以保护土工膜卷15，尽量避免其风吹日晒，降低老化速度，延长使用寿命。

需要说明的是，保护外壳16的顶部与坝顶之间具有高度差，保护外壳16整体呈似“Z”字型结构，这样使得保护外壳16与挡浪墙2之间形成水垫塘，水垫塘可以保护坝顶顶部的保护层14，因为漫顶时，漫顶洪水越过挡浪墙2从高处流下，对坝顶造成较大的冲刷力，对保护层14的冲刷比较大，因为有水垫塘的形成，漫顶洪水下来落到水垫塘的水面上，可以减小对坝顶保护层14的冲刷，起到良好的保护作用。

保护外壳16开设有若干间隔设置的溢流孔161，溢流孔161的设置是为了保证可以方便排出水垫塘处的积水。由于溢流孔161的孔径比较小，漫顶洪水流入到挡浪墙2与保护外壳16之间的区域后，排水量远小于进水量，会很快形成水垫塘。

实施例五

继续参考附图1-8，为了防止人为故意破坏，将承板17故意从插槽内拔出，本发明人特意在承板17的一侧设置有挤压头18；在承板17上移时，挤压头18对土工膜卷15挤压并带动土工膜卷15移动。

其具体使用过程参考6-7，当承板17插入至插槽中后，下游坡面与承板17之间形成夹角区域，土工膜卷15放置于该夹角区域中，土工膜卷15在自重作用下压至承板17侧面；由于挤压头18设置在土工膜下方，若把承板17从插槽出拔出，必须得克服挤压头18的阻碍，由于土工膜卷15重量比较重，单纯靠人力很难提拉动承板17，所以承板17很难被拔出来，依靠土工膜卷15的自重可以很好的起到保护作用，防止有人恶意破坏；当储水槽7的水足够多时，依靠储水槽7的整体重量，可以带动承板17上移，承板17在上移时，由于有插槽的导向作用，挤压头18只能竖直向上，挤压头18对土工膜卷15产生一个斜向作用力，会使得土工膜卷15向靠近保护外壳16的方向移动，并且挤压头18可以沿着土工膜卷15表面向上滑动；同样的，土工膜卷15会对挤压头产生一个反作用力；由于下游坝坡3是倾斜设置的，所以插槽的顶部两侧是高低不同的，高的一侧最高点记为A点，矮的一侧最高点记为B点，当承板17的底部移动至B点处位置时，土工膜卷15在自重作用下会有一个向下的作用力，此时承板17会在反作用力作用下迅速冲撞承板17，将承板17顶开，土工膜卷15在重力作用下沿着下游坝坡3滚下，从而完成自动铺展。本结构巧妙，设计合理，小成本解决大问题，有效防止人为破坏，实用性强。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，坝顶顶部设置有挡浪墙，坝体的下游坝坡上设置有土工膜卷，土工膜卷的一端固定在坝顶；其特征在于，所述挡浪墙的背水面滑动连接有储水槽，所述储水槽侧壁连接有凸台，坝顶顶部连接有立柱，所述立柱与所述凸台滑动连接，所述立柱上套设有弹簧，弹簧顶部与所述凸台相连，弹簧底部与所述立柱相连；所述储水槽的上方设置有遮雨罩，所述遮雨罩与所述挡浪墙相连；所述挡浪墙开设有过水孔，过水孔的位置设置在储水槽的上方；

坝顶顶部设置有两根支撑杆，每根所述支撑杆的顶部设置有轮架，所述轮架上连接有滑轮，所述滑轮上挂绕有绳索，所述绳索的一端与所述凸台相连；所述下游坝坡开设有插槽，所述土工膜卷一侧设置有用于对土工膜卷进行限位的承板，所述承板的底端插入所述插槽中；所述绳索的另一端连接于承板的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，其特征在于，从挡浪墙的迎水面到挡浪墙的背水面，过水孔倾斜朝上设置。

3.根据权利要求1所述的一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，其特征在于，所述储水槽的底部连接有排水阀。

4.根据权利要求1所述的一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，其特征在于，所述土工膜的上方设置有保护外壳，所述保护外壳底端连接于坝顶顶部。

5.根据权利要求4所述的一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，其特征在于，所述保护外壳的顶部与所述坝顶之间具有高度差，所述保护外壳与所述挡浪墙之间形成水垫塘。

6.根据权利要求1所述的一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置，其特征在于，在挡浪墙的背水面开设有滑槽，滑槽中滑动插设有滑块，滑槽的形状为燕尾槽或T型槽；所述滑块与所述储水槽相连。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种防漫顶溃坝的土工膜自铺展装置的使用方法，其特征在于，包括如下过程：

使用时，承板底端插入插槽中，由于插槽的限位，可以保证承板的稳定性；当水位达到过水孔位置时，水流通过过水孔不断流入到储水槽中，储水槽中的积水变多，储水槽下移并压缩弹簧，进而通过凸台带动绳索移动，绳索移动时，经滑轮的导向会向上提拉承板，承板底端逐渐从插槽中脱出，当承板底端不受插槽的限位时，土工膜卷会撞开承板，承板摆动，承板对土工膜的限位被解除，土工膜卷自动展开铺展在下游坡面上；在遇到下雨天时，由于储水槽的上方具有遮雨罩，雨水不会落入储水槽内，储水槽整体重量不变，所以储水槽不会下移，土工膜卷无法自动展开，维持收卷状态。