CN219491053U - 一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，通过三向止水帷幕将包裹着地下文物本体的封土层与其他土体隔绝开来，封土层上覆盖防水层；三向止水帷幕顶部设有外壳，外壳底部开设疏水孔；水从外壳底部疏水孔漏至防水层上，并通过排水管道排出；导水竖杆顶端为半球体，杆体通过疏水孔从外壳一侧穿设到防水层一侧，杆体底部套设在弹簧内，弹簧和杆体底部固定在防水层上。当水量达到设定限值时，弹簧被压缩变形使外壳与导水竖杆之间产生间隙形成排水通道，多余的水从疏水孔和排水管道流出，其后弹簧恢复。此装置可以减少地下文物结构因降雨引起的上浮‑下沉‑复位的反复作用，自动保持地下文物结构上覆土体重量稳定。

Description

一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置

技术领域

本实用新型涉及地下文物结构保护技术领域，具体地说是一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置。

背景技术

中国地下文物结构大多是砖石结构，在长期埋置地下后，经过后期发掘和考古，外部环境发生改变，打破了原有结构平衡的条件，尤其是破坏了地下文物结构上部的封土层的稳定。现有研究发现，地下文物结构上部覆土的重量受降水影响会发生微小变形，当上覆土体重量变化幅度较大时，地下文物结构会经历反复的上浮-下沉-复位的变化，由于地下砖石结构的刚性特征，其抗拉和抗剪强度较低，并不能长期承受反复和大幅度的位移变化，因此，保持地下文物结构上覆土体重量的稳定性至关重要。

目前对于地下文物结构上覆土体重量稳定性方面的研究和保护措施仍是被动保护，不能使已经处于被破坏状态的地下文物结构避免出现上浮-下沉-复位的问题，这种微小的、频繁的、长期的反复作用对地下文物结构造成结构本体损害、壁画脱落、地下水汇集等。目前借助于高灵敏度监测仪器可以发现这一劣化的长期趋势，若不采取相应的保护措施，会对地下文物长期保存带来困难。

本发明所提供的一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，不仅可以实现自动保持上部覆土重量的目的，还可以通过设计弹簧的刚度和调整过滤网片和外壳之间的间距来调节装置工作的条件，具有主动性和机械性，适用范围广和使用场景多。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，来解决现有地下文物结构受环境影响而产生的上浮-下沉-复位问题，实现保持地下文物结构上覆土体重量稳定的目的，为地下文物结构的保护措施提供一个新思路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，包括三向止水帷幕、外壳、导水竖杆、弹簧、防水层、排水管道、封土层、地下文物本体。

三向止水帷幕将包裹着地下文物本体的封土层与其他土体隔绝开来，封土层上覆盖防水层。

三向止水帷幕顶部设有外壳，外壳呈凹槽状，底部开设若干疏水孔；外壳内的水从底部疏水孔漏至防水层上，并通过设置在三向止水帷幕侧壁的排水管道排出。

导水竖杆顶端为半球体，杆体通过疏水孔从外壳一侧穿设到防水层一侧，杆体底部套设在弹簧内，弹簧和杆体底部固定在防水层上。

进一步优选地，三向止水帷幕采用地下连续墙的形式，顶部与外壳两侧利用倒钩形凹槽连接；三向止水帷幕与防水层相交处铺设排水管道；外壳形状类四棱锥台。

进一步优选地，外壳内设置有过滤网片，过滤网片顶部和外壳固定；过滤网片底部与导水竖杆的半球体部分之间的距离不小于100mm。

进一步优选地，导水竖杆与疏水孔配套设置，疏水孔的直径等于导水竖杆顶部半球体直径，大于导水竖杆杆体直径。

进一步优选地，导水竖杆顶部半球体包裹一层橡胶套，保证良好的密闭性。

进一步优选地，若干导水竖杆底部的弹簧之间设置弹簧连梁，将全部弹簧连接在一起，弹簧连梁采用现场浇筑方式施工，材料选用防水混凝土，防渗等级为P8。

进一步优选地，外壳、过滤网片、导水竖杆、弹簧使用不锈钢材质制作；防水层分为两层，下层为浇筑混凝土，抗渗等级为P8，上层为APP改性沥青防水卷材；排水管道采用HDPE塑钢缠绕管。

进一步优选地，弹簧两端并紧且端面磨平，弹簧的弹性模量取值：

其中G_水是当装置工作时内部的水重力，x是设定装置发生竖向变形的大小。

本实用新型具有如下有益效果：

(1)本装置可以保持地下文物结构上覆土体的重量，使其免于受到环境变化带来的影响，且各个构件所用材料均可长期赋存土中使用，符合地下文物结构减少扰动的原则。

(2)本装置中三向止水帷幕对地下文物结构起到水平限制作用，既可以减少周围环境扰动对于地下文物结构的影响，又可以提高地下文物结构本身的水平稳定性。外壳、导水竖杆和弹簧相互配合，将上覆土体中的积水排出，保护了文物的完整性。

(3)本装置能通过调整弹簧刚度和弹性模量，以及过滤网片和外壳之间的间距来调节装置工作的条件，具有主动性和机械性，适用范围广和使用场景多。

(4)本装置的自动化程度高，可控性强，适用于对地下水浮力敏感的陵墓类地下文物，对地下文物本体的干扰影响小，采用的措施与原有文物本体可识别性强，对我国量大面广的陵墓类高等级地下文物保护提供了一种全新的思路。

附图说明

图1是保护装置的三维立体结构示意图。

图2是保护装置的俯视图。

图3是保护装置的主视图。

图4是保护装置的侧面结构剖视图。

图5是外壳、过滤网片和三向止水帷幕的相对关系示意图。

图6是导水竖杆和弹簧组合图。

图7是外壳和过滤网片位置关系示意图。

其中，1.三向止水帷幕；2.外壳；3.过滤网片；4.导水竖杆；5.弹簧；6.防水层；7.排水管道；8.封土层；9.地下文物本体；10.疏水孔；11.弹簧连梁。

具体实施方式

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

影响地下文物结构上浮稳定性的主要因素是水和原有结构自重的比值，对于陵墓类的地下文物结构而言，由于传统文化影响，中国帝王类陵墓地下文物结构标高一般处于半山腰处，侧面和顶部采用封土或覆土传统工艺进行防水，但由于历史上盗掘破坏频繁，原始的防排水措施多有破损，在进行文物保护时要基于本体现状进行“最小程度干预”，对保护措施要求遵循明显的“可识别”原则。地下文物受影响水的来源分为两方面，一方面来自于地下文物所处位置的山上来水，上游来水的储存、滞留对地下文物上部、侧面造成冲击或侧向压力增加，另一方面来自于竖向的自然降雨造成顶部覆土重量增大、强度降低、排水不畅则造成局部上浮力增加。

如图1所示，本装置分别对两个方向的水流采取措施，采用三向止水帷幕来避免上游来水的储存、滞留对地下文物结构的侧向造成影响，采用由外壳、过滤网片、导水竖杆、弹簧、防水层和外设的排水管道将这部分的水及时排出维持竖向荷载平衡，两个方向的技术措施相辅相成。

如图2、图3和图4所示，一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，包括三向止水帷幕1、外壳2、过滤网片3、导水竖杆4、弹簧5、防水层6、排水管道7、封土层8、地下文物本体9、疏水孔10和弹簧连梁11。

如图5所示，三向止水帷幕1将包裹着地下文物本体9的封土层8与其他土体隔绝开来，封土层8上覆盖防水层6，防水层6分为两层，下层为浇筑的100mm混凝土，抗渗等级为P8，上层为4mm厚的APP改性沥青防水卷材。三向止水帷幕可以避免地下文物遭受赋存环境中水的影响，同时提供荷载传递时的支座支承点。

三向止水帷幕1采用地下连续墙的形式，其深度根据地下文物结构上部覆土情况而定，底部与文物底板之间的距离不小于1m且处于不透水层,厚度为不小于300mm。三向止水帷幕1内侧与防水层6进行连接，顶部与外壳2两侧利用倒钩形凹槽连接；三向止水帷幕1与防水层6相交处铺设排水管道7，排水管道7采用HDPE塑钢缠绕管，具备耐腐蚀、质量轻、安装简便、寿命长等特点。

三向止水帷幕1顶部设有外壳2，外壳2使用不锈钢材质整体焊接而成，形状类四棱锥台。外壳2底部开设若干疏水孔10；外壳2内的水从底部疏水孔10漏至防水层6上，并通过设置在三向止水帷幕1侧壁的排水管道7排出。

外壳2内设置有过滤网片3，过滤网片3使用不锈钢材质制作。过滤网片3顶部和外壳2固定；过滤网片3底部与导水竖杆4的半球体部分之间的距离不小于100mm，可以保证外壳2和过滤网片3可以整体发生竖向位移。过滤网片3的滤片直径为20mm，过滤网片内填充的土体经过人工换填后分为两层，上层为黏性土，可种绿色植被以美化文物地表风貌，下层为碎石类土，回填的黏性土和碎石的颗粒级配依据过滤网片规格而定。过滤网片3上部部分镶嵌在外壳2当中，形成位移共同体。

如图6和图7所示，导水竖杆4顶端为半球体，杆体通过疏水孔10从外壳2一侧穿设到防水层6一侧，杆体底部套设在弹簧5内，弹簧5和杆体底部固定在防水层6上。导水竖杆4和弹簧5使用不锈钢材质制作，其上部半球体的直径为200mm，半球外侧套一层橡胶外套，确保装置在未调节时的密闭性，竖杆下部圆柱形部分的直径为150mm，导水竖杆上下部进行焊接而成。

导水竖杆4与疏水孔10配套设置，疏水孔10的直径等于导水竖杆4顶部半球体直径，疏水孔10的直径大于导水竖杆4杆体直径。

若干导水竖杆4底部的弹簧5之间设置弹簧连梁11，将全部弹簧5连接在一起，弹簧连梁11采用现场浇筑方式施工，材料选用防水混凝土，防渗等级为P8。

弹簧5两端并紧且端面磨平，弹簧5的弹性模量取值其中G_水是当装置工作时内部的水重力，x是设定装置发生竖向变形的大小。

工作原理如下：

三向止水帷幕可以防止地下文物赋存环境中的水体进入地下文物的上覆土体中，而面对竖向的降雨等自然现象时，该装置则是利用外壳、过滤网片、导水竖杆、弹簧、弹簧连梁、防水层和排水管道进行处理。

当外壳和过滤网片之间储水量未达到装置设置的限值时，导水竖杆的半球部分与外壳的疏水孔密贴，当储水区的水量达到装置设定限值时，与外壳相连的弹簧就会被压缩，按照本装置的设计，压缩变形使外壳与导水竖杆之间产生间隙形成排水通道，多余的水被排出后，由预留的排水管道排至受影响的文物本体外侧。经上述组合装置设计中提供的技术措施，可以减少地下文物结构因降雨引起的上浮-下沉-复位的反复作用，自动保持地下文物结构上覆土体重量基本稳定的目标。

本装置的使用方法为：

步骤1、开挖地下文物结构上覆土体，使用三向止水帷幕1将包裹着地下文物本体9的封土层8与其他土体隔绝开来；在封土层8上施工防水层6；

步骤2、将导水竖杆4通过疏水孔10从外壳2一侧穿设到防水层6一侧，杆体底部套设在弹簧5内，弹簧5固定在防水层6上；导水竖杆底部至少100mm左右的深度与弹簧连梁浇筑在一起；

步骤3、将碎石类土和黏性土顺次回填至外壳2内，并且检查外壳2与导水竖杆4在接触时密闭性和分开时的流通性；

步骤4、当外壳2内积水时，弹簧5受压缩变形，带动外壳2竖直下降，积水从疏水孔10与导水竖杆4杆体之间的缝隙流出，并通过排水管道7排出；

步骤5、积水排出后，弹簧5恢复原始长度，带动外壳2竖直上升，导水竖杆4半球体部分重新堵住疏水孔10。

正常状态下，导水竖杆4半球体部分与外壳2紧密接触；当遇到强降雨时，雨水经由渗透性较强的碎石类土体渗透到过滤网片和防水混凝土外壳之间的储水区，水量满足G_水≥0.1(G_文物+G_浮)，其中G_水是当装置工作时内部的水重力,G_文物是装置工作时文物的重力，G_文物文物的浮力，此时增加的水量重力会下压外壳2和弹簧5，使导水竖杆4半球体部分与外壳2分离，露出底部的若干疏水孔10，内部的雨水及时经疏水孔10、排水管道7排出到受影响的文物本体外侧，减少地下文物结构因降雨引起的上浮-下沉-复位的长期反复作用，自动保持地下文物结构上覆土体重量基本稳定的目标。

本装置的自动化程度高，可控性强，适用于对地下水浮力敏感的陵墓类地下文物，对地下文物本体的干扰影响小，采用的措施与原有文物本体可识别性强，对我国量大面广的陵墓类高等级地下文物保护提供了一种全新的思路。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：包括三向止水帷幕(1)、外壳(2)、导水竖杆(4)、弹簧(5)、防水层(6)、排水管道(7)、封土层(8)、地下文物本体(9)；

所述三向止水帷幕(1)将包裹着地下文物本体(9)的封土层(8)与其他土体隔绝开来，封土层(8)上覆盖防水层(6)；

三向止水帷幕(1)顶部设有外壳(2)，外壳(2)呈凹槽状，底部开设若干疏水孔(10)；外壳(2)内的水从底部疏水孔(10)漏至防水层(6)上，并通过设置在三向止水帷幕(1)侧壁的排水管道(7)排出；

所述导水竖杆(4)顶端为半球体，杆体通过疏水孔(10)从外壳(2)一侧穿设到防水层(6)一侧，杆体底部套设在弹簧(5)内，弹簧(5)和杆体底部固定在防水层(6)上。

2.根据权利要求1所述的自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：所述三向止水帷幕(1)采用地下连续墙的形式，顶部与外壳(2)两侧利用倒钩形凹槽连接；三向止水帷幕(1)与防水层(6)相交处铺设排水管道(7)；所述外壳(2)形状类四棱锥台。

3.根据权利要求1所述的自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：所述外壳(2)内设置有过滤网片(3)，过滤网片(3)顶部和外壳(2)固定；过滤网片(3)底部与导水竖杆(4)的半球体部分之间的距离不小于100mm。

4.根据权利要求1所述的自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：所述导水竖杆(4)与疏水孔(10)配套设置，疏水孔(10)的直径等于导水竖杆(4)顶部半球体直径，疏水孔(10)的直径大于导水竖杆(4)杆体直径。

5.根据权利要求1所述的自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：所述导水竖杆(4)顶部半球体包裹一层橡胶套，保证良好的密闭性。

6.根据权利要求1所述的自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：若干所述导水竖杆(4)底部的弹簧(5)之间设置弹簧连梁(11)，将全部弹簧(5)连接在一起，弹簧连梁(11)采用现场浇筑方式施工，材料选用防水混凝土，防渗等级为P8。

7.根据权利要求3所述的自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：所述外壳(2)、过滤网片(3)、导水竖杆(4)、弹簧(5)使用不锈钢材质制作；所述防水层(6)分为两层，下层为浇筑混凝土，抗渗等级为P8，上层为APP改性沥青防水卷材；所述排水管道(7)采用HDPE塑钢缠绕管。

8.根据权利要求1所述的自动保持地下文物结构上覆土体重量的装置，其特征在于：弹簧(5)两端并紧且端面磨平，弹簧(5)的弹性模量取值其中G_水是当装置工作时内部的水重力，x是设定装置发生竖向变形的大小。