用于高地下水位输水渠道底板的防护装置的制作方法

本发明涉及水利水电工程技术领域，是一种用于高地下水位地区输水渠道底板的防护装置。

背景技术：

处于高地下水位地区的输水渠道，输水结束后底板混凝土常发生破损的现象，原因之一是地下水位高于输水渠道水位的高程(高程指的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离，称绝对高程，简称高程。某点沿铅垂线方向到某假定水准基面的距离，称假定高程)，渠底板处于地下水的浮托状态，其自重无法抵抗地下水扬压力而产生了结构破坏。

现有技术措施已采取了在渠道底板上加设逆止阀门，可将输水渠道底板附近较高水位的地下水在其产生的扬压力作用下引入输水渠道，从而消减水位差带来的扬压力(建筑物及其地基内的渗水，对某一水平计算截面的浮托力与渗透压力之和)对输水渠道底板的浮托。但由于设置于渠底的逆止阀门其顶部高程一般均高于输水渠道底板高程3-5cm，改变了输水渠道原设计尺寸和形态，又加之防护措施不当以及日常维护不及时，经常会放生淤积堵塞现象，起不到应有的作用；同时高出输水渠道底板的逆止阀门还增大了渠道输水时的水头损失(水头损失：水流在运动过程中单位质量液体的机械能的损失称为水头损失；产生水头损失的原因有内因和外因两种，外界对水流的阻力是产生水头损失的主要外因，液体的粘滞性是产生水头损失的主要内因，也是根本原因)，影响了渠道的输水能力。

如何利用现有技术进行改进、创新，达到更有效的保护高地下水位地区输水渠道底板的安全稳定，是本发明的契入点。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于高地下水位输水渠道底板的防护装置，可以保护在高地下水位地区输水渠道底板免受扬压力破坏的现象，不改变输水渠道原设计尺寸和形态，不增加渠道淤积和水头损失，安拆操作简单、便于检修维护，克服了现有技术的不足。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：该种用于高地下水位输水渠道底板的防护装置固定设置于沿输水渠道两侧纵向边坡的底部，包括外壳、单向阀、盖板和预埋竖向输水管，所述盖板固定设置在输水渠道边坡底部的外壳敞口端，盖板上设置有透水孔，所述透水孔内安装有过滤网，所述过滤网为单孔安装或整体安装或分组安装；所述外壳为一端敞口的预留壳体，且敞口端与盖板固定，盖板与壳体间形成储水腔；在储水腔内安装有单向阀，扬压力较大时地下水经单向阀流入储水腔；所述防护装置不改变输水渠道原设计尺寸和形态，外壳底高程与输水渠道底板的高程差控制在5cm～10cm之间。所述预埋竖向输水管与地下水连通。

进一步地，所述单向阀的底部固定设有与单向阀底部锥形口连通的竖向过滤管，所述竖向过滤管与外壳底部的预埋竖向输水管连接，在竖向过滤管内设有过滤体，所述竖向过滤管与预埋竖向输水管连接螺纹段设有橡胶止水带，下部连接段设有一层止水橡胶垫。

进一步地，所述防护装置的盖板倾斜布置且与输水渠道边坡坡面平齐，所述盖板底部一排透水孔应纵向水平布置且底高程与壳体底高程齐平。

进一步地，所述单向阀的阀体带有锥形口，球体阀芯，在锥形口顶部设有限位网、锥形口上设置一层橡胶垫，单向阀关闭状态时，所述限位网顶部高程与阀芯顶部高程差小于或等于阀芯的半径，阀芯关闭状态时，阀芯落入锥形口并与锥形口上的橡胶垫紧密接触。

进一步地，所述单向阀的阀体带有锥形口，球体阀芯，在锥形口顶部设有限位板，限位板中心设有限位孔，限位板边缘为通水网，单向阀关闭状态时，所述限位板距锥形口底高程间的距离和限位孔的直径应以阀芯全部打开时其底高程到锥形口底高程差小于或等于阀芯的半径为控制依据，阀芯关闭状态时，阀芯落入锥形口内并与其锥形口上的橡胶垫紧密接触。

进一步地，所述单向阀的阀体带有锥形口，球体阀芯，在外壳内部顶壁上设有限位杆，所述限位杆底部设有喇叭状的限位圈，所述限位圈的底部正对阀芯，单向阀关闭状态时，所述限位圈高程与阀芯顶部高程差小于阀芯的半径，阀芯关闭状态时，阀芯落入锥形口内并与锥形口上的橡胶垫紧密接触。

进一步地，所述单向阀的阀芯是比重大于水的比重的空心橡胶球体，具有一定弹性，所述阀芯底部设有配重块，配重块的密度大于阀芯的密度，阀芯和其底端设置配重块的自重之和应大于水的比重10％～20％。

进一步地，还包括第二单向阀，所述第二单向阀与预埋竖向输水管连通，第二单向阀芯的顶部设有封闭的腔体，所述第二单向阀的腔体与所述单向阀通过腔体出水口的连通管和预埋输水弯管连接，所述连通管的一端与腔体连通，另一端与预埋输水弯管的一端连通，所述预埋输水弯管的另一端与单向阀的竖向过滤管连接相通。

进一步地，所述防护装置可以根据输水渠道运行和检修的需要进行安装或拆卸维护，操作简便、快捷。

进一步地，所述盖板、外壳、锥形口、竖向过滤管、预埋竖向输水管、限位网、限位板、限位杆、连通管和预埋输水弯管构件可采用不锈的合金材料或工程塑料制造。

综上，本发明的上述技术方案的有益效果是：

1.在输水渠道两侧坡面底部对称设置若干组该防护装置后，单向阀能根据地下水产生扬压力的大小适时调节，可自动关闭或打开，消减了高地下水位时对渠道底板的扬压力。

2.该防护装置设置于渠道两侧坡面的底部，略高于渠道底板高程，外壳盖板与渠道边坡保持在同一坡面上，不改变渠道的原设计尺寸和形态，避免了阻水和渠道底部淤积现象造成对单向阀的堵塞及破坏，使防护装置能保持正常工作状态，同时不增加渠道输水时的水头损失。

3.该防护装置安装在倾斜的渠道边坡底部便于安拆、维护和常规检修。

4.该防护装置利用串联原理，将两个单向阀串联在一起，其工作保证率毋庸置疑。

附图说明

图1为本发明安装于输水渠道坡面的剖面示意图；

图2为本发明实施例一图1中A部分的局部放大图；

图3为本发明实施例二图1中A部分的局部放大图；

图4为本发明实施例三图1中A部分的局部放大图；

图5为本发明立体结构示意图；

图6为本发明盖板中过滤网第一种安装方式结构示意图；

图7为本发明盖板中过滤网第二种安装方式结构示意图；

图8为本发明过滤网第二种安装方式中过滤网的结构示意图；

图9为本发明盖板中过滤网第三种安装方式结构示意图；

图10为本发明过滤网第三种安装方式中过滤网的结构示意图；

图11为本发明实施例四图1中A部分的局部放大图；

图12为本发明阀芯结构示意图；

图13为本发明过滤体结构示意图；

图14为本发明第二实施例限位板平面示意图。

图中：

1壳体，2单向阀，21阀芯，22锥形口，221橡胶垫，23配重块，24竖向过滤管，241橡胶止水带，242橡胶止水垫，25过滤体，251粗砂粒过滤，252一级无纺布过滤，253一级高分子聚合物过滤，254二级无纺布过滤，255二级高分子聚合物过滤、26限位网，27限位板，271限位孔，272通水网，28限位杆，281限位圈，3盖板，31透水孔，32过滤网，4储水腔，5输水渠道，51渠道边坡，52底板，6挂钩，7第二单向阀，71第二单向阀阀芯，72第二单向阀锥形口，721第二单向阀锥形口橡胶垫，73第二单向阀配重块，74第二单向阀竖向过滤管，75第二单向阀过滤体，8连通管，9预埋竖向输水管，10腔体，11预埋输水弯管。

具体实施方式

以下结合附图1～14对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，该发明设计的防护装置固定设置于沿输水渠道5长度方向渠道两侧边坡51的底部，防护装置壳体1底高程略高于输水渠道5底板52顶高程，又因其未设置在输水渠道5渠底板52上，且不改变输水渠道5原设计尺寸和形态，因此不会产生输水过程中的阻水及淤积现象，同时又避免了在输水结束后输水渠道5渠底板52上的正常淤积对该防护装置的不利影响和损坏，能达到输水时所述防护装置单向阀2可根据实际情况适时自动关闭或打开，且不增加水头损失的效果。沿输水渠道5两侧纵向渠道边坡51的底部对称设置若干组，可以根据当地常年地下水位水文数据采用不同间距布设该防护装置，若某段输水渠道5对应的常年平均地下水高程较高则可多设置几组防护装置，若某段输水渠道5对应的常年平均地下水高程较低则可少设置几组防护装置，做到物尽其用，也减少了使用中带来的不必要的安装和维修耗时，也便于后期检修并可降低工程成本。所述防护装置壳体1的底高程与输水渠道5底板52顶高程之间的高程差H1控制在5～10cm。

实施例一：如图2、图5、图12和图13所示，该防护装置由壳体1、单向阀2、盖板3和预埋竖向输水管9等组成。所述壳体1为一端敞口的设置在输水渠道5两侧渠道边坡51底部的预留空腔壳体，其敞口端与盖板3可以通过不生锈合金材料的螺栓进行固定连接；所述盖板3是方形板材，倾斜布置于渠道边坡51底部，与壳体1敞口固定，盖板3与壳体1间形成储水腔4，储水腔4的大小可以根据实际要求设计。在储水腔4内安装有单向阀2，当地下水所产生的扬压力较大时，地下水单向流经单向阀2进入储水腔4。所述预埋竖向输水管9是设置在壳体1底部的预埋件，预埋竖向输水管9与地下水是连通的，其内侧上段5cm设有标准螺纹，便于单向阀2的安装。所述单向阀2由球体阀芯21、锥形口22、竖向过滤管24、过滤体25和限位网26组成，是一个整体构件。所述单向阀2上的锥形口22底部固定设有竖向过滤管24，其外侧上段5cm设有标准连接螺纹，下段外侧设一层橡胶止水垫242，在其内部填充过滤体25(详见图13)，过滤体25的设置可避免地下水将细小颗粒带入储水腔4内，使单向阀2能持续的保持正常工作状态；所述竖向过滤管24插入防护装置壳体1底部事先预留的能与地下水连通的预埋竖向输水管9，两者上部旋转连接，所述螺纹间设置橡胶止水带241，以保证两者连接的密封性，防止漏水，竖向过滤管24下段外侧设一层橡胶止水垫242，作用与橡胶止水带241相同，且还可以阻止地下水从竖向过滤管24外侧与预埋竖向输水管9内侧接触的缝隙间流入储水腔4内，同时又提高了两者连接的稳定性。预埋竖向输水管9的管径数值可根据渠道设计规模、水位和相关参数以及当地常年平均地下水位水文数据来确定，竖向过滤管24外径小于预埋竖向输水管9内经2mm，其长度控制在20cm左右。

所述单向阀2的阀体设有锥形口22，球体阀芯21，在锥形口22顶部固定连接限位网26，限位网26可以控制阀芯21的开启高度，其结构应保证水流的畅通，单向阀2关闭状态时，所述限位网26顶部高程与阀芯21顶部高程之差应略小于阀芯21的半径。所述锥形口22锥形段内侧周圈布置一层厚度小于5mm的橡胶垫221，以提高单向阀2关闭时的密封性。所述锥形口22、竖向过滤管24、限位网26、预埋竖向输水管9可采用工程塑料制成，过滤体25自下而上过滤材料为：粗砂粒过滤251，一级无纺布过滤252，一级高分子聚合物过滤253，二级无纺布过滤254，二级高分子聚合物过滤255。过滤体25的顶面应距离关闭状态时的阀芯21底端5cm以内。

盖板3上设置有透水孔31，透水孔31内安装有过滤网32，当渠道输水时，假设在没有扬压力作用下时，水流经盖板3上的透水孔31将储水腔4充满；单向阀2的阀芯21能靠其自重克服储水腔4内水的浮力处于关闭状态，单向阀2的阀芯21是比重大于水的比重的具有一定壁厚的空心橡胶球体，其材料应具有一定的弹性，达到单向阀2处于关闭时阀芯21与锥形口22内橡胶垫221接触应紧密、不透水，起到在渠道输水时自动关闭防止渗漏的作用。如图2所示，一种更优选的设计，在阀芯21内部的底端设置配重块23(详见图12)，配重块23的密度应大于阀芯21密度，阀芯21和其底端设置配重块23的自重之和应大于水的比重10％～20％，这样可以保证在储水腔4无水或充满水的状态下阀芯21的重心稳定，单向阀2关闭时可自然垂直落入锥形口22内与橡胶垫221紧密接触，从而使单向阀2处于稳定的关闭状态。锥形口22底部内径与竖向过滤管24内经相等，其上部圆形段直径控制在阀芯21直径的1.7倍～2倍范围内。

在渠道输水工况或输水结束后，当地下水位高于渠道内水位时或高于输水渠道底板52顶高程时，此时地下水经过预埋竖向输水管9、单向阀2进入储水腔4内。具体过程为，若地下水位高于渠道内水位时，水位差产生的扬压力由地下水通过预埋竖向输水管9、竖向过滤管24内的过滤体25顶托球体阀芯21及配重块23。当地下水扬压力大于阀芯21和配重块23自重之和时，地下水顶托阀芯21自动上移脱离锥形口22底部橡胶垫221，此时单向阀2处于打开状态，地下水经单向阀2进入储水腔4，然后通过盖板3上的透水孔31流入渠道内，从而减小了地下水顶托渠道底板52的扬压力，保护了渠道底板52的安全稳定。

为使单向阀2关闭时阀芯21能准确的还原关闭状态，应控制单向阀2打开时阀芯21的上浮高度，这就要求单向阀2在地下水扬压力的作用下全部打开时其底部高程仍处在锥形口22上部圆形段范围内。限位网26的设置可控制阀芯21的开启高度，限位网26用不生锈合金材料螺栓固定连接于锥形口22上部圆形段的顶部。单向阀2处于关闭状态时限位网26顶高程与球体阀芯21顶高程的高差应小于或等于阀芯21的半径，这样可以使单向阀2打开时阀芯21底部仍处在锥形口22上部圆形段的控制范围内，使其关闭时能及时、准确归位，保证单向阀2开、关的准确和及时。限位网26可采用工程塑料或不生锈的合金材料制作。

实施例二：如图3、图14所示，与实施例一不同的是，所述单向阀2的阀体带有锥形口22、阀芯21、竖向过滤管24，在锥形口22上部圆形段顶端用不生锈合金材料螺栓固定连接限位板27，限位板27中心设有限位孔271，周边为通水网272(如图14所示)，单向阀2关闭状态时，所述限位板27距锥形口底高程间的距离和限位孔271的直径应以阀芯21全部打开时其底部高程到锥形口22底部高差小于或等于阀芯21的半径为控制依据。限位板27的设置与限位网26的设置作用相同，在此不再赘述。其具体实施过程为，当单向阀2完全打开后，阀芯21上浮，受到限位孔271的限制而停止继续上浮，水流经限位板27周边的通水网272流入储水腔4，此时阀芯21底部仍控制在锥形口22上部圆形段顶部以下一定距离，这样可以使单向阀2全部打开时阀芯21底部仍处在锥形口22上部圆形段的控制范围内，使其关闭时能及时、准确归位，保证单向阀2开、关的准确和及时。所述限位板27可采用工程塑料或不生锈的合金材料制成。

实施例三：如图4所示，与实施例一和实施例二不同的是，所述单向阀2的阀体带有锥形口22、阀芯21、竖向过滤管24，在壳体1内部顶壁上设有可以安拆的限位杆28，所述限位杆28底部设有喇叭状的限位圈281，所述限位圈281的底部正对阀芯21，单向阀2关闭状态时，所述限位圈281高程与阀芯21顶部高程之差小于或等于阀芯21的半径。限位杆28和限位圈281的设置与限位网26的设置作用相同，在此不再赘述。其具体实施过程为，当单向阀2完全打开后，阀芯21上浮，受到限位圈281的限制而停止继续上浮，此时阀芯21底部仍控制在锥形口22上部圆形段顶部以下一定距离，这样可以使单向阀2打开时阀芯21底部仍处在锥形口22上部圆形段的控制范围内，使其关闭时能及时、准确归位，保证单向阀2开、关的准确和及时。所述限位杆28和限位圈281可采用工程塑料或不生锈的合金材料制成。

为提高工作保证率，可考虑本发明防护装置设置两个串联的单向阀，见实施例四，如图11所示，防护装置主要包括：壳体1、单向阀2、第二单向阀7、连通管8、预埋竖向输水管9、腔体10、预埋输水弯管11、盖板3等组成。第二单向阀7由第二单向阀阀芯71、第二单向阀锥形口72、第二单向阀锥形口橡胶垫721、第二单向阀配重块73、第二单向阀竖向过滤管74、第二单向阀过滤体75、连通管8和腔体10组成。所述第二单向阀竖向输水管74结构与单向阀2的竖向过滤管24的结构及尺寸均相同，第二单向阀竖向输水管74插入壳体1下方对应的预埋竖向输水管9螺纹连接实现与地下水的连通，所述第二单向阀7设置的储水腔为一封闭腔体10，其腔体10上部出口设有连通管8，腔体10通过连通管8与单向阀2通过预埋输水弯管11相连接，单向阀2的竖向过滤管24插入预埋输水弯管11螺纹连接，将第二单向阀7与单向阀2串联起来。当地下水位高于渠道内水位时所产生的扬压力大于第二单向阀阀芯71与第二单向阀配重块73重量之和时，地下水通过预埋竖向输水管9，经第二单向阀竖向过滤管74，克服第二单向阀阀芯71和第二单向阀配重块73的自重，此时在扬压力的作用下地下水顶托第二单向阀阀芯71自动上移脱离第二单向阀锥形口72底部的第二单向阀锥形槽橡胶垫721，第二单向阀7打开，地下水流入第二单向阀7的腔体10，腔体10充满后，地下水经腔体10上部出口的连通管8、预埋输水弯管11、竖向过滤管24进入单向阀2，单向阀2的工作过程与在第一实施例中已阐述，地下水经单向阀2进入储水腔4，将储水腔4充满，然后通过盖板3上的透水孔31流入渠道内，从而减小了地下水顶托渠道底板52的扬压力，保护了渠道底板52的安全稳定。第二单向阀7利用腔体10的顶板高度可以控制第二单向阀阀芯71开启高度，原理同前不再赘述。第二单向阀7除腔体10外其他结构及尺寸均与单向阀2相同，两个单向阀串联后，每个单向阀所获得的地下水扬压力是相等的，即使一个单向阀出现故障，另一个单向阀还可以保证正常工作，其优势显而易见。

所述盖板3上设置透水孔31，透水孔31内设置过滤网32，避免渠道内杂物或细小颗粒进入储水腔4内部堵塞单向阀2，保证单向阀2和第二单向阀7的正常工作。盖板3底部一排透水孔31应水平设置且底高程与壳体1底高程齐平，以便在需要时可排空壳体1内的积水。盖板3可考虑采用不生锈合金材料、工程塑料或透水性砼材料。

所述过滤网32为单孔安装或整体安装或分组安装。如图6所示为过滤网32的第一种安装方式，即每个透水孔31内均安装有过滤网32，且每个透水孔31内过滤网32是独立的，该种安装应保证安装精度。如图7和图8所示为过滤网32的第二种安装方式，即整个盖板3上所有透水孔31内的过滤网32均固定连接在一起，且每个过滤网32对应与其安装的透水孔31位置，在整个过滤网32上设置有一个挂钩6，方便取拿。该种方式便于安装，提高安装效率。如图9和图10所示为过滤网32的第三种安装方式，即若干个相邻的过滤网32分为一组，且每个过滤网32对应与其安装的透水孔31位置，每组过滤网32固定为一体，在每组过滤网32上设置有一个挂钩6，方便取拿。该种安装方式既提高了安装效率也保证了安装精度，便于后期维修。

第一、第二和第三实施例中，如图2、图3和图4，当防护装置需要检修时，将盖板3取下后即可取出单向阀2进行检修。安装时，第一实施例和第二实施例将单向阀2竖向过滤管24插入壳体1底部预留的预埋竖向输水管9螺纹连接旋转拧紧，再将盖板3与壳体1外敞口用不生锈合金材料螺栓固定连接即可完成安装，方便快捷，易于操作；第三实施例是先安装单向阀2，再安装限位杆28，最后安装盖板3。盖板3在安装完成后应保证与渠道边坡51保持在同一坡度的平面上，不改变渠道的原设计尺寸和形态，避免产生阻水和淤积现象。壳体1内空腔的高度应满足能顺利安装单向阀2的要求，应使竖向过滤管24顺利插入预埋竖向输水管9内为宜。

第四实施例中当两个单向阀串联后，如图11所示，检修时，拆卸的顺序：将盖板3取下、取出单向阀2、拆下连接于第二单向阀7空腔10出口与预埋输水弯管11一端的连通管8、再将第二单向阀7取下完成拆除工作，据实际需要进行检修或维护。安装时，首先安装第二单向阀7，然后安装连接于第二单向阀7空腔10出口与预埋输水弯管11一端的连通管8，安装单向阀2及盖板3。具体实施是：将第二单向阀竖向过滤管74插入壳体1下方预留的预埋竖向输水管9，旋转螺纹加固拧紧，将第二单向阀7的空腔10上部出口用连通管8与单向阀2对应预留的预埋输水弯管11一端连接，然后将单向阀2的竖向过滤管24插入其下方对应预留的预埋输水弯管11另一端旋转螺纹加固拧紧，安装盖板3后即可完成安装工作，方便快捷，易于操作。

上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。