专利名称：用于向地面中注射地表水的方法
技术领域：
本发明涉及向下层土中注射地表水。雨水通常部分地渗透到土壤中，但是更大的部分一定程度地流失并蒸发，这取决于地面的斜率。流失的水可在低洼区域产生水的泛滥。 停留的地表水可导致渗透率不充分并且当聚集在建筑物周围时尤其成为问题，在那里，其可进入地下空间。
背景技术：
分级坡度(grading)通常用于将地表水引导离开建筑物。排水瓦管通常被布置在基础周围以通过使水穿过瓦管排走来防止水聚集在基础周围。这些措施有时不起作用，主要是因为特定的土壤条件、地形地貌等。如果被下层土捕获并保持，则流失的和/或蒸发的水可被用于缓解干旱条件，因为其在干燥条件盛行时可迁移到土壤的上层，从而缓解干旱。如果通过水到土壤中的更快速率的渗透可实现流失水的更大吸收，则可导致地下蓄水层的更大再填充。法式排水管和干式墙有时用于使得具有多孔隙土的有限区域干燥，但是该方法对于更大的区域以及重质土的情况下并不适当。本发明的目的是将水注入下层土中以消除由停留的地表水所产生的湿润条件或者由于流失造成的泛滥，由此通过加速水到下层土中的吸收速率而减少地表水的流失和蒸发。
发明内容
上述目的以及通过阅读以下描述和权利要求将变得明显的其他目的通过如下方式实现向地面中钻出一批以图案排列的孔，并且将特别构造的伸长泵送/排水通道构件安装到所述钻入土壤的孔中，每个孔接收一泵送/排水通道构件。泵送/排水通道构件充分刚性以被插入地面中所钻的孔中。泵送/排水通道构件通过纵向通道特征部促进水向下运动到下层土中，该纵向通道特征部通过纵向缝槽开口到外侧，以允许土壤中的水进入通道特征部并向下流动。通过限定通道特征部的柔性部分的偏转以阻挡土壤进入并且通过沿通道向下流动的水对通道的冲刷，泵送/排水通道构件被保持成在地面膨胀和收缩时不会有土壤。泵送/排水通道构件可被布置成簇，其由重复图案的三个构件形成，两个较短构件布置在较长构件的任一侧上。较短构件足够长以从位于斜坡(grade)下面一短距离的带帽顶端到达优选地地面以下四英尺的水平，以允许土壤的上层在水进入通道之前进行一些水过滤。较短构件促进水吸收到土壤的上层中。中间的较长长度的泵送/排水通道构件具有带帽顶端，其可位于较短构件的底端的大致水平处，以接收通过在通道内向下运动而聚集在较短构件的底端周围的土壤中的水。较长通道构件向下延伸到显著更深的水平，即延伸到10-14英尺或更多，带有斜坡。
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如指出的，通道特征部通过纵向缝槽开口到外侧，从而允许水全部沿着通道构件的长度进入通道，并且其快速地向下通过通道排到更低的下层土水平，以增强水到下层土的吸收。这使得土壤以泵送/排水构件周围的沉陷锥图案干燥，以快速地吸收土壤表面处停留的水。土壤上层中吸收的水分排到较长构件的上部区域中并且充满纵向通道特征部。所得到的通道中的水柱在通道底部处产生增大的水压，将水注入底端处的土壤中。另外，随着周围土壤变湿，该土壤膨胀并挤压限定构件的弯曲壁部分的通道，其由于由耐久的可偏转塑料制成而向内偏转，产生另外的压力，趋向于迫使上部中的水向下并被从较长泵送/排水通道构件的下部注射出来并进入下层土。当水离开通道的下区域时，在构件的上区段中形成真空，其趋向于从较长构件的上区域中的周围土壤抽吸水，其迅速向下排到构件的下区域并且被注入周围土壤中。这种水的运动还保持通道不会有土壤和碎屑，从而提供自清洁作用，消除了任何维护负担。因此，地表水在通道构件的下端处被快速地深深注入地面中。泵送/排水通道构件的限定通道的向内弯曲部分可响应于增大的土壤水分而向内偏转并且将在土壤变干时向外扩张以最小化通道特征部的淤塞。当土壤在干燥条件下变干时，水蒸气沿通道上升并且向外散布到构件上端周围的土壤中，以提供从下层土到表层土的水分输送，但是却不形成任何地表水坑或停留的水。
图1是穿过土壤区域的剖面图，其中，一批泵送/排水通道构件已被安装在预先钻出的孔中。图2是邻近于铺砌区域安装的一批以图案排列的泵送/排水通道构件的图示。图3是根据本发明安装在湿润土壤条件中的泵送/排水通道构件周围的水分流动型式以及沿该泵送/排水通道构件向下的水分流动型式的图示。图4是泵送/排水通道构件的放大剖面图，其中，水聚集在通道特征部中。 图5是安装在干燥土壤中的泵送/排水构件周围的水蒸气流动型式以及沿该泵送 /排水构件向上的水蒸气流动型式的图示。图6是泵送/排水通道构件的放大剖面图，示出了水蒸气从其流出。图7是变化斜率地面的剖面图，其中，多簇泵送/排水构件被安装成随着地面斜率增大而具有增大的长度和深度。图8是钻机的绘画视图，该钻机用于同时钻出相继的三个孔簇图案，用于安装根据本发明的泵送/排水通道构件。图9是相继的三构件簇安装的平面简图。图10-12是安装在地面孔中的泵送/排水通道构件的放大剖面图，由于周围土壤中变化程度的水分水平而具有变化程度的挤压。图13是优选钻头构造的局部侧视立面图，其用于钻孔以接收泵送/排水通道构件。
具体实施例方式在下面的详细描述中，将会为了简明而采用某些特定术语并且根据35 USC 112的要求而描述了具体实施例，但应当理解的是，所述术语和具体实施例不意图是限制性的并且不应当被如此解释，因为在所附权利要求的范围内，本发明能够具有许多形式和变化。参见图1和图2，根据本发明的方法，地面区域10已经准备好以便加快水向下运动到土壤中的速率。该准备包括将一批伸长的泵送/排水构件12A、12B安装到地面区域10 上分散的预先钻出的孔中。优选地，这些泵送/排水通道构件12A、12B被布置成一图案，多行较短构件12A位于中间行的较长泵送/排水通道构件12B的任一侧上。该图案可根据需要横向地重复。构件12A、12B位于地下水位15的水平上方的渗流区中，由于地表水应当通过在达到地下水位之前穿过足够深的土壤而被完全地净化以避免地下水的污染。构件12A、12B的间距取决于土壤排水特性，即对于更松散的土壤而言距离更加远，对于更紧密的土壤而言更靠向一起，使得具有期望渗透率的锥形区域14彼此相切，如图9所示。泵送/排水通道构件12A、12B具有类似的形状，仅仅在长度上不同。泵送/排水通道构件12A、12B优选地由塑料挤出件制成，对于本发明的目的而言，柔性的优选聚乙烯塑料是合适的，因为其可弹性偏转，化学上惰性，从而不会在土壤中降解，并且具有光滑抛光以阻止捕获碎屑。如图4和图6最佳示出的，每个泵送/排水通道构件12A、12B的形状设置成具有多个可易于偏转的部分16，其从环形中心18径向向外延伸并且朝向中心弯曲回来，在离中心不远处终止，以形成纵向缝槽20，由此在中心周围形成了多个通道22。纵向径向缝槽26使得中心空心部24打开，以允许地下水进入和离开，如同缝槽20 对于通道22所作的那样。每个泵送/排水构件12A、12B在其上端具有帽26，其被示为在它们的上端封闭通道22、24，以便用于下面描述的目的。短的泵送/排水通道构件12A被插入浅钻的孔中，位于一深度，例如将它们的上端定位在土壤表面以下数英寸处，如图3和图5所示。上端上方的土壤过滤掉排入构件12A 中的水内的任何碎屑。在斜坡下面的构件12A不直接暴露于火损，不过聚乙烯可承受高达200 T的温度并且在低至-30 T的温度时不会破裂，从而所述构件相当能够抵抗损坏。土壤表层中的水排到较短泵送/排水通道构件12A中并且填充通道22和24，如图 3所示。饱和的土壤从而围绕构件12A在地下延伸得更深。当地面已经饱含水时，部分16 被土壤挤压，趋向于迫使水沿通道22、24向下，而且还避免通道22、24的淤塞，如后面将要讨论的。水向下排放以填充通道22、24，这在每个通道22、24的底部产生了压力水头，其产生了趋向于使水从通道22、24离开注入周围土壤的压力，该周围土壤位于图3所示的锥形区域中围绕且在较短构件12A的下端下面。这将会导致构件12A的上端中形成轻微的真空， 其起作用将水吸出周围土壤并由此增强水离开周围土壤并进入通道上区域的渗透率。
净效果是实质地增大了水注入下层土中的速率。图4表示当土壤表面区域中干燥条件盛行时，将水分从下层土吸出的过程。水蒸气进入通道22、24中并上升到构件12A的上区域，并且行进到通道外进入周围土壤中。这些过程在较长泵送/排水通道构件12B的情况下重复，上端接收被沿上构件12A 吸下的水分，从而导致注射更深入地下，如图1所示。泵送/排水通道构件12A、12B的图案应当如图2所示与铺砌区域间隔开7英寸量级的距离。图7示出了所述方法对于具有陡峭倾斜斜坡的地面区域的应用。在该应用中，较长构件12B随着斜率增大而变长，以确保地表水快速到达更大的深度，从而避免崩塌，如果最上面的区域变得饱和的话则可能出现崩塌。该方法快速地给上区域排水并且导致地表水快速到达充分深的水平，从而避免表面层中的土壤的完全饱和而引起的崩塌。因而，水被保持在土壤中，而其否则的话将损失掉。地下蓄水层可被更快速地补充，并且通过降低洪峰流失而缓解了泛滥问题。大多数地表水流量可在大的土地面积上被快速吸收。孔被预先钻出，从而允许在其内容易地插入泵送/排水通道构件12A、12B。有利地，多个孔被成簇地钻出，以形成更易于实现的均勻图案。图8示出了具有三个液压钻马达26A、26B、26C的钻机，三个液压钻马达26A、26B、26C可移动地安装在框架28 上。框架28包括两个摇臂30，其安装了其中两个马达26A、26C，而第三个马达26B被安装到中心固定构件32。臂30可以可调整地摇进和摇出以设置为了实现期望图案所需的具体孔间距。对于多孔隙土而言，可钻出更宽间距的孔图案，或者对于较少孔隙土而言，孔间隔得更靠近一起。框架28可在直立支撑件34上竖直移动到待钻出的最深孔的深度，即10至16英尺或更深。支撑件34被安装到轮式托架(未示出)，从而可在将要钻孔的每个相继地面区域上快速定位。两个外马达26A、26C驱动相对短的钻头36A、36C，其对应于较短泵送/排水通道构件12A，而中心马达26B驱动较长的钻头36B，其对应于容纳长通道构件12B的最深孔。钻头36A、36B优选地通过使土壤径向移动并且待被打包来形成孔，而不是如常规土螺钻那样将土壤移除到表面。这防止了孔的坍塌。大直径实心钢棒30 (图13)具有与之焊接的螺旋凸缘，其倾斜成迫使土壤径向向夕卜。钻尖40被通过螺纹旋入钻头36A、36B的自由端，其具有位于表面44附近的径向分离的尖端42，其在形成所述孔时抵靠孔侧壁向外推挤土壤以被打包。如此钻出的孔具有大得多的稳定性来抵抗坍塌，允许构件12A、12B容易地插入其内。泵送/排水通道构件12A、12B优选地被制造为塑料挤出件。可通过小心地冷却离开挤出机的形状从而例如在离开模具之后使该形状稳定来生产所示形状。如上所述，壁是硬的，但是可在压力下弹性地偏转。图10-12示出了当周围土壤的水分变得越来越多时所经历的偏转。
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在图10中，构件配合到孔50中，孔50的直径约为1. 5英寸以容纳所述构件。在图11中，由于土壤已经吸收了水分，孔50已经变得更小，并且弯曲的壁部分16、 18进一步向内偏转。在图12中，壁部分16、18进一步向内偏转。这趋向于保持土壤不在通道22、24中淤塞。当土壤变干时，弯曲的壁部分扩张回去。因此，通过所描述的注射过程，地表水到土壤中的吸收速率被大大加速，以防止水停留或顶部土层的饱和，从而减少水流失和蒸发的损失，实现上述益处。
权利要求
1.一种向地面区域下面的土壤中注射地表水的方法，包括将一系列伸长的泵送/排水通道构件安装到一系列延伸进入地面的孔中，所述构件具有限定在其内开口到构件外侧的一系列纵向延伸通道特征部，并且泵送/排水通道构件延伸到斜坡下面的实质深度，由此，土壤水分趋向于进入其内形成的所述通道并且通过所述通道向下排放以将水注入所述通道构件下端周围的土壤中。
2.如权利要求1所述的方法，还包括阻挡所述泵送/排水通道构件的每一个的顶端，以在底端的水移动出来进入周围土壤时，在顶端处的通道特征部内产生真空。
3.如权利要求1所述的方法，其中，通道特征部由可偏转壁形成，所述可偏转壁径向地延伸出去并朝向所述构件的中心区域弯曲回来，在其间具有限定纵向缝槽的间隙。
4.如权利要求2所述的方法，包括形成聚乙烯塑料的所述构件。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述构件被安装成竖直地延伸到土壤中。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述泵送/排水通道构件通过如下方式安装在地面中钻出对应的构件孔，并且将泵送/排水通道构件插入每个孔中。
7.如权利要求1所述的方法，还包括将一批以图案排列的较短和较长泵送/排水通道构件安装到所述地面区域中，其中，较长构件上端被安装在每个较短构件的底端的区域中位于一深度。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述多个孔以预定图案被同时钻出，并且所述图案沿所述地面区域的相继区域重复。
9.如权利要求7所述的方法，其中，当斜坡增大时，较长构件被安装到倾斜地面区域中更深，以导致水快速注射到下层土中更深。
10.如权利要求7所述的方法，其中，两个间隔开的较短构件和所述两个较短构件之间的较长构件形成的簇被安装到所述地面区域的相继部分中。
全文摘要
一种用于向地面区域下面的土壤中注射地表水的方法和泵送/排水通道构件包括钻出一系列孔并且将伸长的泵送/排水通道构件插入每个向下延伸进入土壤的孔中。泵送/排水通道构件包括整体结合的通道特征部的簇，每个形成有纵向延伸缝槽开口。地表水流到泵送/排水构件，进入通道并沿泵送/排水构件向下排放以增强水向下移动到土壤中，以减少流失并帮助再填充地下蓄水层。较长构件可按照图案被安装在较短构件之间，以实现水更快地深深注入下层土中。
文档编号E02B11/02GK102459774SQ201080026957
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月9日 优先权日2009年4月16日
发明者安德鲁·尼姆齐克 申请人:安德鲁·尼姆齐克