CN205637041U - 适用于海绵城市建设的砂石渗井 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适用于海绵城市建设的砂石渗井，该渗井置于周围土体之中，该渗井包括有喇叭口、渗井孔、中粗砂填充物，渗井孔连接于喇叭口的喇叭口下端，喇叭口和渗井孔内部填充有中粗砂填充物，喇叭口的喇叭口上端直径为40～60cm，喇叭口下端的直径同渗井孔直径均为20～30cm，喇叭口与渗井孔平面之间喇叭口坡脚a为30°～60°，所述地表周围土体向喇叭口上端设有倾斜坡度2％～10％。有益效果是该渗井具备造价低廉、取材方便、无污染等特点。该渗井能够削减城市径流污染负荷、过滤水资源、保护和改善城市生态环境。该发明将为建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市提供保障。

Description

适用于海绵城市建设的砂石渗井

技术领域

本实用新型属于土体渗透应用领域，涉及一种适用于海绵城市建设的砂石渗井，特别适用于黏土和粉质黏土地区，以增加地表水下渗量和提高地表水下渗速度的低影响构筑物。

背景技术

随着人类聚居点扩张，部落逐渐出现并最终演替为城市。原本以自然循环的环境被人为干预，城市效应随之出现，城市雨洪问题便是城市效应之一。城市效应出现的原因在于城市理论容纳量与实际容纳量的不平衡性，城市建筑物增加和地表硬化率的提高打破了原本大气雨水的生态循环。城市人口数量和工业化持续发展导致需水量增加，城市地面的硬化率提高使得地表径流量增大，造成城市内涝和缺水问题同时出现。

海绵城市建设目的在于实现控制城市洪涝灾害，同时又能合理利用雨水来维持良好的水文生态环境。目前的海绵城市建设坚持了对城市水系、城市绿地、城市排水防洪、城市道路交通等方面的系统性规划。然而地表河流、湖泊等水体易为环境所污染；城市绿地建设只能做到表面土体的渗水补充，加之土体表面的压硬现象使得水下渗难度增加；城市市政排水防洪能够最大限度解决城市内涝问题，然而直接将城市降水排走未能做到对降水的合理利用；城市道路交通的透水铺装等设计未能从本质上解决土体的渗透问题。

现存的海绵城市建设大多采用绿地、水系、市政排水、透水路面进行设计，未能达到经济实惠的利用土体的自身储水净水能力。常规的渗透装置以混凝土、半混凝土材以及塑料管质的渗井为主，混凝土构筑物的出现很大程度上减少了原土覆盖体积，破坏了原土结构，未能坚持低影响开发目的。渗透构筑物的渗水能力受到混凝土阻碍，导致水与土体接触面积减小，渗透效果不佳。又地下储水装置工程量大且容量集中，难以达到储用并行的目的。因而，迫切需要一种简洁、实用、经济且低影响的用于提高土体渗透效率的装置，该种装置对解决海绵城市建设的关键问题具备现实意义。

发明内容

本实用新型目的是提供一种适用于海绵城市建设的砂石渗井，以提高土体渗透效率，且该结构具有造价低廉、应用性广、取材便捷、环境效益高等优势，便于在海绵城市建设中推广应用。

为实现上述目的，本实用新型提供一种适用于海绵城市建设的砂石渗井，该渗井置于周围土体之中，其中：该渗井包括有喇叭口、渗井孔、中粗砂填充物，渗井孔连接于喇叭口的喇叭口下端，喇叭口和渗井孔内部填充有中粗砂填充物，喇叭口的喇叭口上端直径为40～60cm，喇叭口下端的直径同渗井孔直径均为20～30cm，喇叭口与渗井孔平面之间喇叭口坡脚a为30°～60°，所述地表周围土体向喇叭口上端设有倾斜坡度2％～10％。

本实用新型的效果是该结构造价低廉、应用性广、取材方便、环境效益高、渗透量合理，该装置的主要成分为中粗砂填充物，相较于由混凝土砌筑而成的渗井及塑料渗透管等入渗设施，在施工材料方面造价低53％～62％、施工周期方面短81％～83％；该装置可用于城市绿地、道路绿化带、硬化广场的边缘等非硬化区，相较于其他渗透装置该装置应用环境不受局限；该装置中的中粗砂填充物是最为常见的建筑土工材料，河道、环海地区、缓山坡带及山脚均有材料源，因而用材比其他装置少3～7种；该装置在增加雨水渗透的同时，也可维持地下水补给，从而增加城市可供蒸发和蒸腾的水分，单位平方公里增加城市空气湿度3％～6％，环境效益较高；取渗井孔直径为25cm，渗井深度1.5m，设中粗砂渗透系数为k；此时计算可得设置渗井孔增加的渗透面积为73593.75cm²，渗井孔底部使用10min后的渗透量为294375kcm³，渗井孔使用10min时后的水平渗透总量为324.99cm³。

附图说明

图1为本实用新型适用于海绵城市建设的砂石渗井剖面图；

图2为本实用新型砂石渗井的喇叭口部分剖面图；

图3为本实用新型砂石渗井的喇叭口的开口角度示意图；

图4为本实用新型适用于海绵城市建设的砂石渗井实验说明图；

图5为本实用新型适用于海绵城市建设的砂石渗井实验结果图。

图中：

1.喇叭口 2.渗井孔 3.中粗砂填充物 4.喇叭口上端

5.喇叭口下端 6.取土环刀 7.水平沉积面 8.环刀法向

具体实施方式

结合附图对本实用新型的适用于海绵城市建设的砂石渗井结构加以说明。

本实用新型的适用于海绵城市建设的砂石渗井设计原理：基于土体渗透各向异性特性，充分利用土体侧向渗透系数较竖向渗透系数大的思想。所述渗井由喇叭口、渗井孔、中粗砂填充物组成。开挖一定深度的渗井孔，将靠近地表部分的渗井孔开挖成喇叭口形状，并用中粗砂填充物将渗井孔和喇叭口填满，即形成适用于海绵城市建设的砂石渗井。在地表砂石渗井周围设置朝向渗井的一定坡度，水经地表流向渗井并沿渗井下渗。由于砂石的渗透系数较大且土体中水平渗透系数大于竖向渗透系数，从而砂石渗井能起到增加地表水下渗量的目的。

如图1、2、3所示，图1中箭头所指方向为水的流向。本发明的适用于海绵城市建设的砂石渗井结构是，该渗井置于周围土体之中，其特征是：该渗井包括有喇叭口1、渗井孔2、中粗砂填充物3，渗井孔2连接于喇叭口1的喇叭口下端5，喇叭口1和渗井孔2内部填充有中粗砂填充物3，喇叭口1的喇叭口上端4直径为40～60cm，喇叭口下端5的直径同渗井孔2直径均为20～30cm，喇叭口1与渗井孔2平面之间喇叭口坡脚a为30°～60°，所述地表周围土体向喇叭口上端4设有倾斜坡度2％～10％。

本实用新型的适用于海绵城市建设的砂石渗井具体实施方式如下：

1).人工开挖喇叭口1，喇叭口上端4直径40～60cm，喇叭口下端5直径同渗井孔直径取20～30cm，喇叭口坡脚a取30°～60°。

2).在喇叭口下端5利用人工挖孔法或机械成孔工艺开挖深度1.5～2m深，直径20～30cm的渗井孔2。

3).将中粗砂填充物3填入开挖完成的喇叭口1及渗井孔2中。

4).将渗井地表周围土体向喇叭口1找坡，坡度为2％～10％。

本实用新型的适用于海绵城市建设的砂石渗井功能推导如下：

用取土环刀6在与水平沉积面7呈一定角度的环刀法向8上，取原状黏土，取土角度θ见图4所示。根据对大量原状黏土的各向异性渗透实验，获取土体不同取土角度的渗透系数，渗透系数见表1，渗透系数与取土角度关系见图5。

表1不同角度下土的渗透系数

由表1结合图4、图5可知，当取土角度为0°时，即水平角度土体的渗透系数最大；取土角度为90°时，即竖直方向的渗透系数最小。加之地表土体因人为活动而产生的压硬现象，增加了地表水的竖向下渗难度。

从设置渗井增加的渗透截面和砂石渗井内某深度的渗流量、竖向砂石渗井对侧壁土体的渗透量方面进行理论推导。

渗透截面增量为S

S＝πr²l (1)

式(1)中π为圆周率，取π＝3.14；r为渗井孔半径(cm)；l指渗井孔长度(cm)。

深度d处渗井孔中渗流量Q_d

$Q_d=k\frac{h+d}{h}At---\left(2\right)$

式(2)中k为中粗砂填充物的渗透系数10^-6cm/s；h为渗井孔中某深度cm；d为地表水深度cm；t为渗透时间s；A为渗井孔截面面积cm²。

渗井孔中深度h处单位水头作用下的水平渗透量

Q＝kSt (3)

式(3)中k为土体的水平方向渗透系数10^-6cm/s；S为渗井孔中渗透面积cm²计算方法见式(1)；t为渗透时间s。

经多次现场试验，确定渗井孔半径取25cm时，土体的渗透速度和渗透量达到最优值；继续增加渗井孔径，渗井孔内砂石存水量增加而土体渗透量无显著变化。为防止对地下水的直接影响渗井孔深度不宜低于当地地下水位线，以天津市为例，渗井孔深度取1.5～2.0m为宜。

取渗井孔半径为25cm、渗井深度为1.5m、假定中粗砂渗透系数为k，对本渗井的功能进行推导。此时设置渗井孔增加的渗透面积为294524.31cm²，渗井孔底部使用10min后的渗透量为1178097.25kcm³，渗井孔使用10min时后的水平渗透总量为1300.62cm³。

本实用新型的效果是具备造价低廉、应用性广、取材方便、环境效益高等特点，为提高土体渗透效率进而增加地下水含量提供了便捷。该渗井能够削减城市径流污染负荷、过滤水资源、保护和改善城市生态环境，将为建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市提供保障。

以上所述仅为结合本次制作过程进行说明，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可有各种变化和更改，比如变换所用填充材料等。凡依据本实用新型的土体渗透各向异性精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种适用于海绵城市建设的砂石渗井，该渗井置于周围土体之中，其特征是：该渗井包括有喇叭口(1)、渗井孔(2)、中粗砂填充物(3)，渗井孔(2)连接于喇叭口(1)的喇叭口下端(5)，喇叭口(1)和渗井孔(2)内部填充有中粗砂填充物(3)，喇叭口(1)的喇叭口上端(4)直径为40～60cm，喇叭口下端(5)的直径同渗井孔(2)直径均为20～30cm，喇叭口(1)与渗井孔(2)平面之间喇叭口坡脚a为30°～60°，所述地表周围土体向喇叭口上端(4)设有倾斜坡度2％～10％。