一种自稳性防汛构筑物及其快速搭建方法与流程

本发明涉及防洪减灾的堤防工程领域，具体是一种自稳性防汛构筑物及其快速搭建方法。

背景技术：

我国洪涝灾害问题突出，防洪减灾关系人民生命财产安全、社会稳定与可持续发展。堤防工程是我国防洪体系的重要基础，是抵御洪涝灾害的重要屏障。由于堤身不均匀，堤基结构复杂、河流冲刷、人类与动植物活动以及极端气候条件等众多因素的影响，导致堤防险情频发，一旦致灾，将给堤防沿线人民的生命财政带来重大损失。

管涌与漫顶溃堤均是我国堤防四大主要险情之一。管涌险情是指在汛期江水位逐渐升高的情况下，堤基内地下水的水力比降增加至其破坏比降时，堤基内的土壤颗粒被渗流带走的现象。可通过降低堤基内地下水头或在管涌口提供一个较高的水头进行反压以降低水力比降，控制管涌险情的发生与扩展。漫顶溃堤险情是洪水位超标准运行时，水位漫溢至堤防顶面，顺坡而流对堤防土体形成冲刷，造成堤防决堤等重大险情。可在洪水位达到堤坝顶面之前，采用临时筑坝等方式提高堤防的防洪高程，控制险情的发生。

目前，对堤防管涌和漫顶溃堤险情的抢险主要分别采用传统的砂土围井和砂土墙。总体上，该方法具有耗时长、所需人员数量大、取材不方便等不足，导致其抢险效率长期处于较低水平。采用快速组装式抢险设备是提升堤防险情抢险效率的重要方向。目前已提出的组装式防洪墙和围井，虽然在抢险效率方面有一定的提高，但所采用材料均为钢材，存在造价高、重量大、不便捷等特点，导致组装式抢险设备储存困难、抢险经济成本高、抢险效率不显著等问题，在国内难以全面推广应用。

技术实现要素：

针对目前堤防抢险中存在的技术不足，本发明供了一种自稳性防汛构筑物及其快速搭建方法，可通过拼装的方式快速完成设备组装，形成一定高度的线性或封闭性环状水袋管拼装体，增加有效的堤坝防洪高度或降低堤基的水力比降，显著提升堤防管涌与漫顶溃堤等险情的抢险效率。

一种自稳性防汛构筑物，包括供水系统、与所述供水系统连接的拼接式水袋组件，所述拼接式水袋组件包括至少两个水袋管，水袋管的周身和端面分别设有周身连接单元和端面连接单元，至少两个水袋管通过周身连接单元和连接单元分别实现周身侧壁联排拼接和端面串接，封闭式或线条状非封闭式的自稳性防汛构筑物，水袋管设有与供水系统连通的进水口，远离进水口的一端设有排气口，排气口通过水袋管排气阀控制开闭。

进一步的，水袋管周身均匀分布有周身连接单元，用于平行或叠加水袋管之间的连接与固定，包括防水带及设于防水带上的防水拉链，防水带沿水袋管直径方向的断面呈“⊥”型，下端固定于水袋管外壁，上端为固定水袋管之间的连接段，连接段的末端安装防水拉链。

进一步的，设于水袋管端面的端面连接单元包括防水带及与防水带相同直径的防水拉链，防水带与水袋管的端面开口边缘固定，两个需要对接水袋管的端面均为开口，连接时将端面处防水带对接后，使用拉链头将对接的防水拉链拉拢即可实现两个水袋管的串接。

进一步的，所述防水带及其防水拉链的抗拉强度不小于2.0×10³kg。

进一步的，当拼装为线条状非封闭式的自稳性防汛构筑物时，若拼装后的水袋管长度小于30m时，在每一层、每一排的前段和末端均采用带阀门的水袋管，分别用于供水和排气，其他位置均采用不带阀门的水袋管；若拼装后的水袋管总长度超过30m时，则在前端和末端同时采用带阀水袋管供水，在中间采用带阀水袋管排气。

进一步的，当拼装为封闭式环形自稳性防汛构筑物时，若拼装后的自稳性防汛构筑物直径小于10m，则每一层的每一排水袋管只需要一组带阀门的水袋管，分别用于供水和排气，且两者在环形构筑物上的位置以最远为原则进行布置；若拼装后的自稳性防汛构筑物直径大于10m时，则每一层的每一排水袋管组合体需要两组带阀门的水袋管，分别用于供水和排气，并等距离相间布置。

进一步的，所述水袋管由涤纶基布材料制成袋状结构，密封充满水后为圆柱体结构。

一种自稳性防汛构筑物的快速搭建方法，以堤防管涌险情的管涌口为中心，快速完成自稳性防汛构筑物拼装，即利用水袋管的周身和端面设置的周身连接单元和端面连接单元将至少两个水袋管分别实现周身侧壁联排拼接和端面串接形成封闭式或线条状非封闭式的自稳性防汛构筑物，将拼装好的自稳性防汛构筑物连接供水系统实现分层供水。

进一步的，所述水袋管由涤纶基布材料制成袋状结构，充满水后为圆柱体结构；水袋管周身均匀分布有周身连接单元，用于平行或叠加水袋管之间的连接与固定，包括防水带及设于防水带上的防水拉链，防水带沿水袋管直径方向的断面呈“⊥”型，下端固定于水袋管外壁，上端为固定水袋管之间的连接段，连接段的末端安装防水拉链；设于水袋管端面的端面连接单元包括防水带及与防水带相同直径的防水拉链，防水带与水袋管的端面开口边缘固定，两个需要对接水袋管的端面均为开口，连接时将端面处防水带对接后，使用拉链头将对接的防水拉链拉拢即可实现两个水袋管的串接。

进一步的，所述供水系统包括便携式发电装置、潜水泵、输水管，所述便携式发电装置与潜水泵连接，所述潜水泵通过输水管与拼接式水袋组件连通，将拼装好的自稳性防汛构筑物连接供水系统实现分层供水具体为：打开全部水袋管的排气阀，从第一层开始供水，打开对应的供水管阀门，然后启动便携式发电装置与潜水泵，待第一层水袋管全部充满后，关闭第一层的排气阀与供水管阀门，开始下一层供水与排气，直至全部水袋管被充满水后，关闭全部排气阀、供水管阀门、潜水泵以及便携式发电装置。

本发明采用以水治水、就地取材等理念，通过快速拼装水袋管的方法形成一定高度的封闭式自稳性防汛构筑物，即水袋围井，用于管涌险情抢险；也可形成一定高度的非封闭式、线性的自稳性防汛构筑物，即水袋防洪墙，用于堤防漫顶溃堤险情抢险。与已有方法相比，该方法具有如下优点：

1、水袋管结构为圆柱形，拼装结构体不会产生剪切力，具有很强的自稳性，而其他形状的结构体及拼装体容易产生剪切力，整体稳定性较差；

2、自适应性好。由于本发明所采用材料柔韧性好，对不规则的地面具有较好的自适用性，确保接触面紧密接触，防渗漏性好；

3、就地取材，环境影响小。本发明采用了以水治水的先进理念，抢险材料为洪水期间量大、随地可取但对堤身安全与生态环境无任何影响的洪水；

4、抢险经济总成本较低。本发明与组装式围井和防洪墙相比，其造价成本显著偏低，而与传统砂土袋围井或筑堤相比，虽然水袋管的价格明显高于编织袋，但砂土需要从距离堤身较远的地方采集、装袋并运送至险情处，所耗费的人力成本也较高；

5、抢险效率高。以管涌险情抢险为例进行说明，采用传统的砂土袋填筑成一个直径为10m、高1.5m的围井一般所需工人数量超过30人、耗时大于4小时才能完成，而采用本发明，则只需要4人、耗时20min完成水袋管拼接，再耗时30min完成充水，即整个抢险在1个小时内即可快速拼装完成，其抢险效率显著提高。而与组装式围井相比，因为重量大，则需要6人以上及小型机械设备搬运、拼装，耗时2小时以上才能完成；

6、使用寿命长，利用率高。本发明所采用设备一般使用寿命高达10年以上，且重复利用率高；

7、操作简单，易于推广。本发明安装与维护操作及其简单，一般工作人员经过简单培训即可操作，易于在全国范围内推广应用；

8、易存储。本发明所采用的水袋管在未充水时可卷起，占地空间小，对储存环境要求较低，方便储存。

附图说明

图1是本发明自稳性防汛构筑物其中一个实施例的结构示意图；

图2是本发明自稳性防汛构筑物另一个实施例的结构示意图；

图3是图1中a部分放大图；

图4(a)为本发明中水袋管的结构示意图，图4(b)为两个水袋管拼装后的示意图，图4(c)为多个水袋管拼装后的示意图；

图5(a)为图4(a)中水袋管进水端断面示意图，图5(b)为图4(b)中水袋管进水端断面示意图，图5(c)为图4(c)中水袋管进水端断面示意图；

图6为图5(a)中周身连接单元b的放大图；

图7为图5(b)中c部分放大图；

图8为本发明水袋管沿长度方向连接结构示意图；

图9为图8中d部分连接单元放大图。

图中：1—便携式发电装置、2—潜水泵、3—输水管、4—流量控制阀、5—水袋管进水控制阀、6—水袋管、7—端面连接单元、8—水袋管排气阀、9—防水带、10—防水拉链、b—周身连接单元。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1-9，本发明提供一种自稳性防汛构筑物，主要用于堤防管涌与漫顶溃堤险情抢险。本方案提供了主要设施的图件，并予以说明。

本发明自稳性防汛构筑物给出线性状和环形状两类拼装形式，即图1所示的水袋管拼装后的形态是非封闭式的线形状，图2所示为水袋管拼装后的形态是封闭式的环形状。

所述自稳性防汛构筑物包括供水系统、与所述供水系统连接的拼接式水袋组件，所述供水系统包括便携式发电装置1、潜水泵2、输水管3、流量控制阀4、水袋管进水控制阀5，所述拼接式水袋组件包括至少两个水袋管6，所述水袋管6上可设置水袋管排气阀8，所述至少两个水袋管6通过周身连接单元b或端面连接单元7拼接，具体拼接方式为周身侧壁联排拼接或端面串接，可拼接为线性状或环形状，根据堤防险情的特点，选择不同的组合方式，可快速拼装成不同形态的自稳性防汛构筑物，满足防汛抢险需求。所述便携式发电装置1与潜水泵2连接，所述潜水泵2通过输水管3与拼接式水袋组件连通，所述输水管3上设有流量控制阀4和水袋管进水控制阀5。

所述便携式发电装置1与潜水泵2连接，用于为潜水泵2提供动力，通过潜水泵2提取足量的水，经过输水管3运送至水袋管6，利用输水管3上的流量控制阀4，控制不同水袋管6进水。根据水袋管6规模与潜水泵2输水能力适当增加流量控制阀4数量。水袋管6之间通过连接单元连接至所需长度。在水袋管6进水之前，打开水袋管排气阀8，用于排放水袋管内因供水形成的空气，待全部水袋6管被充满水后，关闭水袋管进水控制阀5和水袋管排气阀8。

潜水泵2的供水能力不低于40m³/h，扬程不低于20m，能抽取含泥沙量较高的洪水或浑水。输水管3直径为200mm，材质为涤纶基布材料。输水管3末端安装有三通分流装置，每一个分通道与一个带供水阀门的水袋管6相连接，且在每一个分通道上安装一个开关阀门，需要供水时打开，不需供水时关闭。便携式发电装置1可以满足堤防偏远地区应急抢险需求，则发电机功率不得低于10kw。

所述水袋管6可由涤纶基布材料制成袋状结构，充满水后为圆柱体结构，其直径800mm、厚度0.5mm，材料柔韧性好。单个水袋管6长度2000mm，抗压能力不低于3.0×10³kg。水袋管6分为带阀门和不带阀门两类，阀门直径为10cm。带阀门水袋管用于进水或排气，阀门布置在水袋管的最高位置；不带阀门水袋管用于延长水袋管的长度，以满足防汛要求。带排气阀门的水袋管距离带进水阀水袋管最远处布置，以提高充水和排气效率。

所述连接单元分布于水袋管6周身侧壁和两端端面，其可设计为拉链式结构。水袋管6周身设有周身连接单元b，均匀分布于水袋管6周身的6个位置，用于平行或叠加水袋管之间的连接与固定。所述周身连接单元b其中一个实施例结构包括防水带9及设于防水带9上的防水拉链10，所述防水带9可采用防水帆布制成。防水带9沿水袋管6直径方向的断面呈“⊥”型(如图6所示)，下端固定于水袋管6，宽度为5cm，为提供固定水袋管6之间拉力的受力面，上端为固定水袋管6之间的连接段，高度为5cm，连接段的末端安装高强度的防水拉链10。连接单元沿水袋管6长度方向的断面呈“∣”型(如图8所示)，长度为2000mm。设于水袋管6两端面的端面连接单元7，由直径为800mm、长度为100mm的防水带9与相同直径的防水拉链10组成，防水带9与水袋管6的端面开口边缘固定。两个需要对接的水袋管6的端面均为开口，连接时将端面处防水带9对接后，使用拉链头将对接的防水拉链10拉拢即可实现两个水袋管6的串接，根据需要可串接不同数量的水袋管6，配合周身连接单元b可实现不同宽度、不同高度的线条状非封闭式的自稳性防汛构筑物；若将首尾两端使用端面连接单元7连接，则可构成封闭式自稳性防汛构筑物，其可根据需要围设成圆形、方形或其他不规则形状。

单个水袋管6的连接单元所采用防水带9及其防水拉链10，其抗拉强度不小于2.0×10³kg。

多个水袋管6可通过连接单元快速拼装成封闭式或非封闭式的自稳性防汛构筑物。非封闭式自稳性防汛构筑物为线条状(如图1所示)，主要用于增加堤防高度，抵御洪水漫堤风险。可根据实际洪水漫顶溃堤险情的情况，通过快速拼装制地延长水袋管的长度，形成单排水袋管组合体，且单排水管组合体可通过水袋管周身的周身连接单元b进行多排、多层拼装(如图4(c)、图5(c)所示)，形成不同高度的水袋管组合体，即单层、双层、三层水袋管拼装后的高度分别为800mm，1490mm和2180mm。不同排、不同层之间的水袋管是通过高强度、高防水性的帆布与拉链连接而成，因此，不同排、不同层之间形成一个整体，具有很好的防水性能，能有效抵挡一定高度的洪水。

当拼装后的水袋管长度小于30m时，在每一层、每一排的前段和末端均采用带阀门的水袋管6，分别用于供水和排气，其他位置均采用不带阀门的水袋管。但当拼装后的水袋管总长度超过30m时，则在前端和末端同时采用带阀水袋管供水，在中间采用带阀水袋管排气。长度每增加30m，则增加一组供水与排气水袋管。

封闭式自稳性防汛构筑物为环形(如图2所示)，可根据需要拼装成圆形、椭圆形、方形等形状，主要用于堤防管涌险情抢险。可根据管涌险情规模，通过快速拼装成不同尺寸的自稳性防汛构筑物，形成单排水袋管组合体，且单排水管组合体可通过水袋管周身的连接单元进行多排、多层拼装，形成不同高度的水袋管组合体，即单层、双层、三层水袋管拼装后的高度分别为800mm，1490mm和2180mm。当拼装后的自稳性防汛构筑物直径小于10m时，则每一层的每一排水袋管只需要一组带阀门的水袋管，分别用于供水和排气，且两者在环形构筑物上的位置以最远为原则进行布置；当拼装后的自稳性防汛构筑物直径大于10m时，则每一层的每一排水袋管组合体需要两组带阀门的水袋管，分别用于供水和排气，并等距离相间布置。

本发明具体搭建步骤为：以堤防管涌险情的管涌口为中心，快速完成自稳性防汛构筑物拼装。将拼装好的自稳性防汛构筑物连接供水系统后，打开全部的排气阀，从第一层开始供水，打开对应的供水管阀门，然后启动便携式发电装置1与潜水泵2，待第一层水袋管6全部充满后，关闭第一层的排气阀与供水管阀门，开始下一层供水与排气，直至全部水袋管被充满水后，关闭全部排气阀、供水管阀门、潜水泵2以及便携式发电装置1。由于所拼装的水袋管组合体为封闭式环形结构，从管涌口冒出的水将在其中聚集，使得管涌口的水头逐渐增加，形成水头反压，导致堤基砂土层的水力比降逐渐下降直至小于其临界水力比降时，管涌险情停止发育，险情得到有效控制。

在堤防高程明显不足以抵挡洪水的堤段，可快速拼装完成非封闭式自稳性防汛构筑物，利用其拼装形成的高度抵御洪水漫顶堤坝形成溃堤的风险，其充水流程与封闭式自稳性防汛构筑物相同。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。