技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堤壩防汛搶險(xiǎn)加固技術(shù)，尤其涉及一種處治管涌的裝配式圍井及其施工方法。
背景技術(shù)：
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管涌是江河大堤在汛期常見險(xiǎn)情之一。管涌是指在滲流力作用下，無粘性土中的細(xì)小顆粒通過粗大顆粒構(gòu)成的孔隙，發(fā)生移動(dòng)或被水流帶出的現(xiàn)象。管涌發(fā)生時(shí)，大量涌水翻沙，使堤防、水閘地基土壤骨架破壞，孔道擴(kuò)大，基土被淘空，引起建筑物塌陷，造成決堤、垮壩、倒閘等事故。
管涌搶護(hù)的方法有多種，其中較常用的是在管涌周圍用土袋壘成圍井，井壁須不漏水，形成一個(gè)蓄水池，蓄水抬高井(池)內(nèi)水位，以減小管涌上下游水位差，制止險(xiǎn)情發(fā)展。
如2016年7月4日，位于武漢市臨江大道青山區(qū)政府后側(cè)長(zhǎng)江邊一倒口湖發(fā)生6處管涌，采用設(shè)置倒濾層進(jìn)行倒濾、圍堰搶險(xiǎn)，先后動(dòng)員600多人參與搶險(xiǎn)，在管涌出口處筑成一道直徑約為15米的圍堤。該管涌的處治所用砂袋數(shù)量龐大，參與人員眾多，工程量浩大。面對(duì)管涌的應(yīng)急處治，亟待尋求一種工程量較小、所需人力較少、效率較高的搶險(xiǎn)辦法。
中國(guó)專利授權(quán)公告號(hào)cn205975475u、cn204959688u、cn205917644u公開了多種裝配式圍井，其均由若干單元圍板組裝成形態(tài)各異的正多邊形結(jié)構(gòu)，這些技術(shù)方案存在下列局限性：各單元圍板連接處的止水效果難以得到有效保證；難以使用在管涌口泥面傾斜的情況；圍井逐步組裝過程中，圍井內(nèi)部的水位逐漸高于外部水位，導(dǎo)致最后一塊單元圍板受到較大的水壓力而難以準(zhǔn)確就位，施工安裝困難。
可見，有必要發(fā)展施工簡(jiǎn)便、組裝靈活的圍井結(jié)構(gòu)體系，促進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的革新與進(jìn)步。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，本發(fā)明的目的是提供一種處治管涌的裝配式圍井及其施工方法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、組裝靈活，能適應(yīng)傾斜泥面，為管涌的應(yīng)急處治提供了一種可靠的圍堵技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
處治管涌的裝配式圍井，其特征在于，包括若干根鋼釬、連接支座、連接桿與帷幕，每根鋼釬中下部帶托桿與一個(gè)預(yù)留孔、上部設(shè)有兩個(gè)預(yù)留孔，
所述連接支座中部設(shè)有與鋼釬相配合的套孔，兩端設(shè)有球形旋轉(zhuǎn)節(jié)；所述的帷幕為正多邊形柔性圍擋結(jié)構(gòu)，帷幕的各邊交接處設(shè)有套筒、底部設(shè)有內(nèi)斜襯裙；
組裝時(shí)，每根鋼釬通過套孔套裝連接支座，連接支座底部壓在托桿上，最下方的預(yù)留孔中插入限位桿固定連接支座；
若干根套裝連接支座的鋼釬圍成與帷幕相配合的正多邊形，相鄰連接支座的球形旋轉(zhuǎn)節(jié)連接端通過連接桿固定；
所述帷幕各套筒套裝于相對(duì)應(yīng)的鋼釬上，帷幕上方各鋼釬伸出段上也套裝有連接支座，連接支座位于鋼釬上部?jī)蓚€(gè)預(yù)留孔之間，上部?jī)蓚€(gè)預(yù)留孔內(nèi)分別穿插限位桿固定連接支座。
所述的處治管涌的裝配式圍井，其特征在于，所述的鋼釬底部為錐狀樁尖，鋼釬中下部自下至上設(shè)有托桿與一個(gè)預(yù)留孔鋼釬上部設(shè)有兩個(gè)預(yù)留孔，托桿與三個(gè)預(yù)留孔均沿著鋼釬徑向方向布置，托桿與下部預(yù)留孔之間間距和上部?jī)蓚€(gè)預(yù)留孔之間間距相等且大于連接支座的高度。
所述的處治管涌的裝配式圍井，其特征在于，所述的連接支座主體呈圓柱體狀，連接支座主體上開設(shè)有套孔，套孔為沿著軸向方向開設(shè)的長(zhǎng)條形貫穿孔；所述連接支座主體兩端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有球形旋轉(zhuǎn)節(jié)，球形旋轉(zhuǎn)節(jié)的球體內(nèi)嵌在連接支座主體端部安裝孔中，球形旋轉(zhuǎn)節(jié)的連接桿端部開設(shè)有螺栓孔，連接支座整體呈對(duì)稱狀態(tài)。
所述的處治管涌的裝配式圍井，其特征在于，所述的帷幕由熱塑性材料制成的正多邊形圍擋結(jié)構(gòu)，帷幕各邊底部設(shè)有向內(nèi)傾斜的內(nèi)斜襯裙，帷幕各邊交接處外壁上設(shè)有與鋼釬相配合的套筒。
所述的處治管涌的裝配式圍井，其特征在于，所述的連接支座上套孔寬度大于鋼釬直徑，長(zhǎng)度大于鋼釬兩倍直徑；帷幕上套筒內(nèi)徑大于鋼釬三倍直徑，帷幕上相鄰套筒中心距與組裝后相鄰鋼釬中心距相等。
一種處治管涌的裝配式圍井的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：
1）、組裝圍井結(jié)構(gòu)：
根據(jù)管涌口的直徑與出水量選擇帷幕的尺寸與多邊形邊數(shù)，再根據(jù)帷幕的邊數(shù)確定相應(yīng)鋼釬、連接支座與連接桿的數(shù)量；基于套孔把連接支座套住鋼釬，并用限位桿穿入鋼釬的底部預(yù)留孔進(jìn)行固定，使連接支座處在底部限位桿與托桿之間，通過螺栓連接與固定連接桿與球形旋轉(zhuǎn)節(jié)組裝各鋼釬形成下部的一道封閉圈；再把帷幕上的各套筒套住各鋼釬，且使內(nèi)斜襯裙在下部；再把限位桿插入鋼釬上部靠下方的預(yù)留孔進(jìn)行固定，把連接支座套在鋼釬上并用限位桿插入鋼釬最上方的預(yù)留孔進(jìn)行固定，再通過螺栓連接與固定連接桿與球形旋轉(zhuǎn)節(jié)組裝各鋼釬形成上部的另一道封閉圈，使各鋼釬組裝成多邊形封閉結(jié)構(gòu)體系；
2）、打入鋼釬：
把帷幕下壓、褶曲、蜷縮至底部連接支座附近，把組裝好的圍井結(jié)構(gòu)移至管涌口位置，使管涌口位于多邊形圍井結(jié)構(gòu)的中央，拉緊圍井結(jié)構(gòu)后再對(duì)稱的依次把各鋼釬鉛直打入泥中，各鋼釬入土深度為樁尖至托桿之間的距離；
3）、展開帷幕：
對(duì)稱的逐步把蜷縮在鋼釬中下部的帷幕向上拉起、展開，最終使帷幕完全展開形成圍擋結(jié)構(gòu)，管涌口的涌水被圈堵在圍井內(nèi)部使圍井內(nèi)水位高于外部水位；
4）、拋入砂袋壓住帷幕的內(nèi)斜襯裙：
對(duì)稱的把一定重量的砂袋拋入圍井內(nèi)部的內(nèi)斜襯裙上方，使砂袋均勻的壓住內(nèi)斜襯裙，使內(nèi)斜襯裙與泥面緊密接觸，最終使涌水無法從圍井根部流出；檢查與確認(rèn)圍井的鉛垂性、封閉性與整體穩(wěn)定性滿足要求時(shí)，施工結(jié)束。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明所用帷幕為高強(qiáng)度熱塑性柔性材料制成，其能承受較大的水壓力，密閉性良好，各構(gòu)件體積與重量小，組裝方便，施工簡(jiǎn)單；提前在搶險(xiǎn)前把圍井結(jié)構(gòu)組裝完畢后，搶險(xiǎn)期間僅需把圍井結(jié)構(gòu)打入搶險(xiǎn)點(diǎn)即可，施工速度快，能適應(yīng)管涌搶險(xiǎn)的應(yīng)急需要；
2、本發(fā)明由于連接支座上的球形旋轉(zhuǎn)節(jié)可進(jìn)行360o的自由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故圍井結(jié)構(gòu)的外形可自由調(diào)節(jié)與變動(dòng)，既可以組裝成常見的正多邊形結(jié)構(gòu)，也可以組裝成不規(guī)則的封閉結(jié)構(gòu)，各鋼釬的相對(duì)位置可以調(diào)節(jié)與變動(dòng)，能夠適應(yīng)泥面傾斜、泥面高低不平等復(fù)雜情況，使用范圍廣泛；
3、本發(fā)明打入鋼釬過程中由于帷幕蜷縮在水中，即施工過程中圍井內(nèi)外無水位差，故打入鋼釬的施工較為方便，鋼釬施工的質(zhì)量能得到有效保障；而傳統(tǒng)的單元圍板組裝而成的圍井結(jié)構(gòu)，組裝過程中逐漸產(chǎn)生水位差，導(dǎo)致后續(xù)單元圍板的施工越來越困難。
附圖說明：
圖1為本發(fā)明的鋼釬結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的連接支座結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的鋼釬與連接支座組裝示意圖。
圖4為本發(fā)明的各鋼釬相互連接結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明的鋼釬連接成封閉結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本發(fā)明的帷幕展開后俯視圖。
圖7為本發(fā)明的帷幕展開后仰視圖。
圖8為本發(fā)明的帷幕套住鋼釬結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為本發(fā)明的圍井結(jié)構(gòu)組裝完畢示意圖。
圖10為本發(fā)明的鋼釬施工完畢示意圖。
圖11為本發(fā)明的帷幕展開示意圖。
圖12為本發(fā)明的管涌口水平底面安裝剖面圖。
圖13為本發(fā)明的管涌口傾斜底面安裝剖面圖。
附圖標(biāo)記說明：1、鋼釬；2、預(yù)留孔；3、托桿；4、連接支座；5、套孔；6、球形旋轉(zhuǎn)節(jié)；7、螺栓孔；8、限位桿；9、連接桿；10、螺栓；11、套筒；12、帷幕；13、內(nèi)斜襯裙；14、堤壩；15、管涌通道；16、砂袋；a、上游水位；b、下游水位；c、圍井內(nèi)水位。
具體實(shí)施方式：
參見附圖：
一種處治管涌的裝配式圍井，包括若干根鋼釬1、連接支座4、連接桿9與帷幕12，鋼釬1中下部帶托桿3與一個(gè)預(yù)留孔2、上部設(shè)兩個(gè)預(yù)留孔2，連接支座4中部設(shè)長(zhǎng)條形套孔5、兩端設(shè)球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6，帷幕12為熱塑性材料制成的正多邊形結(jié)構(gòu)豎直柔性圍擋結(jié)構(gòu)，帷幕12的各邊交接處設(shè)有套筒11、底部設(shè)有內(nèi)斜襯裙13，組裝時(shí)先把連接支座4套在鋼釬1上并用限位桿8插入鋼釬最下方的預(yù)留孔2進(jìn)行固定，通過螺栓10連接與固定連接桿9與球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6組裝各鋼釬1形成下部的一道封閉圈，再把帷幕12上的各套筒11套住各鋼釬1，再把限位桿8插入鋼釬1上部靠下方的預(yù)留孔2進(jìn)行固定，把連接支座4套在鋼釬1上并用限位桿8插入鋼釬最上方的預(yù)留孔2進(jìn)行固定，再通過螺栓10連接與固定連接桿9與球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6組裝各鋼釬1形成上部的另一道封閉圈，舒展、拉直帷幕12即構(gòu)成裝配式圍井，如圖8所示。
鋼釬1底部為錐狀樁尖，鋼釬1中下部設(shè)托桿3與一個(gè)預(yù)留孔2，鋼釬1上部設(shè)兩個(gè)預(yù)留孔2，托桿3與下部預(yù)留孔2之間的距離與上部?jī)蓚€(gè)預(yù)留孔2之間的距離相等且大于連接支座4的高度，如圖1所示。鋼釬1的入土深度為樁尖至托桿3之間的距離?？筛鶕?jù)不同的地質(zhì)條件設(shè)計(jì)不同的鋼釬入土深度。可生產(chǎn)與制作不同尺寸的鋼釬供實(shí)際工程選用。
連接支座4的主體呈圓柱體狀，中部設(shè)長(zhǎng)條形套孔5、兩端設(shè)球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6，球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6上的球體內(nèi)嵌在連接支座4的圓柱體主體內(nèi)且可進(jìn)行360o的自由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6的另一端設(shè)螺栓孔7，連接支座4整體呈對(duì)稱狀態(tài)，如圖2所示。連接支座4上套孔5的寬度略大于鋼釬1的直徑，連接支座4上套孔5的長(zhǎng)度大于鋼釬1的兩倍直徑。
連接支座4上的球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6可進(jìn)行360o的自由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其能使相鄰鋼釬1之間發(fā)生各類相對(duì)移動(dòng)，從而使組裝后的多邊形結(jié)構(gòu)形狀具有多樣性，既可以組裝成常見的正多邊形結(jié)構(gòu)，也可以組裝成不規(guī)則的封閉結(jié)構(gòu)，各鋼釬的相對(duì)位置可以調(diào)節(jié)與變動(dòng)，還能夠適應(yīng)泥面傾斜、泥面高低不平等復(fù)雜情況，使用范圍廣泛，具有普適性。
鋼釬與連接支座組裝示意圖如圖3所示，兩個(gè)連接支座4限制在兩對(duì)限位桿8之間。通過螺栓10連接與固定連接桿9與相同位置的球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6組裝各鋼釬1，如圖4所示。最終使鋼釬1形成上部與下部的兩道封閉圈，組裝成多邊形封閉結(jié)構(gòu)體系，如圖5所示。
帷幕12由熱塑性材料(如高密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等)制成的高強(qiáng)度柔性正多邊形圍擋結(jié)構(gòu)，帷幕12的各邊交接處設(shè)有套筒11、底部設(shè)有向內(nèi)傾斜的內(nèi)斜襯裙13，如圖6與圖7所示。帷幕12的內(nèi)外均有便于確定水深的高度刻度線，方便觀測(cè)水位。帷幕12上套筒11的內(nèi)徑大于鋼釬1的三倍直徑，帷幕12上相鄰套筒11之間的中心距離與組裝后相鄰鋼釬1之間的中心距離相等。帷幕12具有足夠的強(qiáng)度與彈性，能夠抵抗圍井內(nèi)外水位差的作用不發(fā)生過大變形與失效。
圍井結(jié)構(gòu)打入至設(shè)計(jì)深度后，內(nèi)斜襯裙13處于泥面位置，由于圍井內(nèi)外水位差的作用，有可能使圍井內(nèi)的水從底部滲漏至圍井外部。帷幕12上內(nèi)斜襯裙13的作用是：在內(nèi)斜襯裙13上均勻、對(duì)稱的堆載砂袋16后，內(nèi)斜襯裙13與泥面緊密接觸，使圍井內(nèi)的水難以從底部滲漏至圍井外部，有效維護(hù)圍井的穩(wěn)定性與有效性。
帷幕12的最大高度即為鋼釬1中下部?jī)蓚€(gè)預(yù)留孔2之間的距離，工程中可對(duì)柔性帷幕12頂部進(jìn)行壓縮、蜷縮以控制帷幕12的實(shí)際高度。帷幕12的主要參數(shù)為：帷幕高度、邊數(shù)、每邊長(zhǎng)度?？缮a(chǎn)與制作不同帷幕高度、不同邊數(shù)、不同邊長(zhǎng)組合參數(shù)的系列帷幕12，供實(shí)際工程靈活選用。
優(yōu)選地，鋼釬1的直徑取5cm。
優(yōu)選地，帷幕12的強(qiáng)度應(yīng)能承受10m水頭差作用而不發(fā)生破裂與較大變形。
優(yōu)選地，帷幕12上內(nèi)斜襯裙13的寬度不小于1m。
一種處治管涌的裝配式圍井的施工方法，詳細(xì)描述如下：
1）、組裝圍井結(jié)構(gòu)：
根據(jù)管涌口的直徑與出水量選擇帷幕12的高度與邊數(shù)，再根據(jù)帷幕12的參數(shù)確定相應(yīng)鋼釬1、連接支座4與連接桿9的參數(shù)與數(shù)量?；谔卓?把連接支座4套住鋼釬1，并用限位桿8穿入鋼釬1的底部預(yù)留孔2進(jìn)行固定，使連接支座4處在底部限位桿8與托桿3之間，通過螺栓10連接與固定連接桿9與球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6組裝各鋼釬1形成下部的一道封閉圈；把帷幕12上的各套筒11套住各鋼釬1，且使內(nèi)斜襯裙13在內(nèi)側(cè)下部；再把限位桿8插入鋼釬1上部靠下方的預(yù)留孔2進(jìn)行固定，把連接支座4套在鋼釬1上并用限位桿8插入鋼釬最上方的預(yù)留孔2進(jìn)行固定，再通過螺栓10連接與固定連接桿9與球形旋轉(zhuǎn)節(jié)6組裝各鋼釬1形成上部的另一道封閉圈，使各鋼釬1組裝成多邊形封閉結(jié)構(gòu)體系，如圖9所示。
圍井結(jié)構(gòu)組成的正多邊形結(jié)構(gòu)的內(nèi)切圓直徑，應(yīng)為管涌口直徑的五倍以上。圍井結(jié)構(gòu)內(nèi)外水位差一般為4~6m，如果水位差過大，可考慮使用兩個(gè)甚至多個(gè)圍井結(jié)構(gòu)，形成多級(jí)水位差的系列同心圍井結(jié)構(gòu)體系。
管涌搶險(xiǎn)具有緊迫性，故所提圍井結(jié)構(gòu)中的各個(gè)構(gòu)件、帷幕12、打樁設(shè)備及其他輔助工具，應(yīng)提前儲(chǔ)備，在洪澇災(zāi)害期間能夠迅速運(yùn)至搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)，滿足搶險(xiǎn)的應(yīng)急需要。
2）、打入鋼釬：
把帷幕12下壓、褶曲、蜷縮至底部連接支座4附近，把組裝好的圍井結(jié)構(gòu)移至管涌口位置，使管涌口位于多邊形圍井結(jié)構(gòu)的中央，拉緊圍井結(jié)構(gòu)后再對(duì)稱的依次把各鋼釬1鉛直的打入泥中，各鋼釬1的入土深度為樁尖至托桿3之間的距離，如圖10所示。
由于帷幕蜷縮在水中，打入鋼釬過程中圍井無內(nèi)外水位差，故鋼釬的施工較為方便，鋼釬施工的質(zhì)量能得到有效保障。而傳統(tǒng)的單元圍板組裝而成的圍井結(jié)構(gòu)，組裝過程中逐漸產(chǎn)生水位差，導(dǎo)致后續(xù)單元圍板的施工越來越困難。
3）、展開帷幕：
對(duì)稱的逐步把蜷縮在鋼釬1中下部的帷幕12向上拉起、展開，最終使帷幕12完全展開形成圍擋結(jié)構(gòu)，管涌口的涌水被圈堵在圍井內(nèi)部使圍井內(nèi)的水位高于外部水位，如圖11所示。
帷幕12的最大高度為鋼釬1中下部?jī)蓚€(gè)預(yù)留孔2之間的距離。若實(shí)際情況中需要降低管涌口的水位高度，可把柔性結(jié)構(gòu)的帷幕12向下拉使其發(fā)生一定的卷縮，讓水從帷幕12頂部漫流排泄出去即可，不需要再單獨(dú)設(shè)置排水孔。工程中應(yīng)防止尖狀物劃傷、刺破帷幕12而導(dǎo)致其漏水及失效。
4）、拋入砂袋壓住帷幕的內(nèi)斜襯裙：
對(duì)稱的把一定重量的砂袋16拋入圍井內(nèi)部的內(nèi)斜襯裙13上方，使砂袋16均勻的壓住內(nèi)斜襯裙13，使內(nèi)斜襯裙13與泥面緊密接觸，最終使涌水無法從圍井根部流出。內(nèi)斜襯裙13具有足夠的長(zhǎng)度，在砂袋16的堆載作用下使圍井的內(nèi)側(cè)泥面形成一道穩(wěn)定的封堵圈，防止產(chǎn)生新的滲流與滲漏。
圍井結(jié)構(gòu)使用于水平泥面的剖面圖如圖12所示，圍井結(jié)構(gòu)使用于傾斜泥面的剖面圖如圖13所示。圍堵管涌口的作用是提高管涌口的水位，進(jìn)而降低上下游水位差，減小管涌通道內(nèi)的水力沖刷作用，提高堤壩的安全性。圍井結(jié)構(gòu)使管涌口的水位提高的數(shù)值等于圍井內(nèi)水位c與下游水位b之間的距離。檢查與確認(rèn)圍井的鉛垂性、封閉性與整體穩(wěn)定性滿足要求時(shí)，施工結(jié)束。
洪澇災(zāi)害結(jié)束后，上述所提方法修筑的圍井可以拆除。按照與組裝時(shí)相反的順序，把柔性結(jié)構(gòu)的帷幕12向下拉使內(nèi)外水位差為零，逐個(gè)拔出鋼釬1，即實(shí)現(xiàn)整體的拆除。拆除后的各個(gè)配件，可在后續(xù)的洪澇災(zāi)害中重復(fù)利用。
本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施方式，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。