堤防快速堵漏設備的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于水力學、水工結構工程和機械學科的基礎理論與應用基礎研究技術領 域。
【背景技術】
[0002] 我國幅員遼闊，水系眾多，河流河網密布，汛期受特大洪水影響，大壩、堤防潰決現 象也時有發生，堤防或水庫大壩潰決后，洪水裹挾石塊等沖向下游，輕則沖毀農田、房屋、道 路等設施，重則造成嚴重的人員傷亡，對所在地居民的生命財產安全造成了巨大威脅。如 1996年河北省滹沱河特大洪水即出現潰壩險情；1998年長江特大洪水出現九江大堤的潰 決;2003年汛期，黑龍江干流亦出現堤防潰口。對于此類險情，特別是針對更為常見的堤防 潰口，必須采取完整有效的搶險加固措施。如在潰口初期，通過拋填堵口材料，如預制塊體、 沉箱等及時封堵潰口段，防止潰口進一步擴大;而后對堤防進行科學的潰口監測并補強加 固。其中前期的潰口段封堵在整個搶險過程中意義重大，封堵的安全高效，可控制險情的進 一步發展，保障平安度汛。
[0003] 在長期的理論研究和工程實踐中，許多學者提出了多種有效的堤防潰口封堵措 施，最為常見的手段是在潰口處拋填封堵材料，達到搶筑裹頭、減小沖刷，避免潰口擴大的 目的。根據堵口材料的不同，可分為就地取材類、預制塊體類、框架組合類和浮體沉箱類，以 上方法在應用中各有優勢與缺陷。就地取材類以塊石為例，雖然材料來源有保障、抗沖穩定 性較好，但拋填過程需要大型機械作業，且當流速較大時難以形成堆體;預制類主要以混凝 土異型塊體應用較為廣泛，但其成本較高;框架組合類，例如鋼木組合構架，當拋入填料后， 構架可以起到攔石作用，使拋填更加有效可靠，但該方法受流速、水深等因素限制較大;沉 船沉箱則主要用于早期封堵，常需要結合其他措施一起才能達到預期效果。在實際堤防潰 決險情中，往往時間緊迫，交通不便，常規的封堵材料難以及時得到。
【發明內容】
[0004] 發明目的:針對現有技術存在的問題，本發明提出一種堤防快速堵漏設備，具有快 速、高效、經濟的特點，并且設備便攜、易于投放，適用范圍較廣。
[0005] 技術方案:所述的堤防快速堵漏設備，包括鋼板框，所述鋼板框底端設有豎向承拉 鋼繩，該豎向承拉鋼繩一端設有基錨;所述鋼板框兩側設有側向牽引鋼繩，所述鋼板框上端 設有主鋼繩，該鋼板框上端還設有進水口以及排氣口，在所述進水口以及排氣口處設有管 道，該管道與外接管連接;所述鋼板框內部設有多個充水囊。
[0006] 具體地，所述鋼板框上設有多個用于連接豎向承拉鋼繩的豎向固定環，該鋼板框 上還設有多個用于連接側向牽引鋼繩的側向固定環。
[0007] 具體地，所述主鋼繩上設有多個鍥套，鍥套連接前側鋼繩或后側鋼繩，所述前側鋼 繩一端設有基錨。
[0008] 具體地，所述管道通過第一快速接頭與鋼板框連接，所述外接管通過第二快速接 頭盒管道連接。
[0009] 更具體地，所述第二快速接頭上設有管端浮球。
[0010] 具體地，所述管道上設有快速開關，該快速開關上設有壓力表、
[0011] 具體地，所述鋼板框一側設有排水管。
[0012] 具體地，所述鋼板框內部設有若干個浮球。
[0013] 具體地，所述基錨包括鉛塊、位于鉛塊內部的錨柄、位于鉛塊上端的錨卸扣以及位 于鉛塊底端的錨爪，所述錨爪中段設有錨冠，所述錨柄貫穿錨冠。
[0014] 具體地，所述鋼板框與其內部的充水囊之間通過防水膠密封。
[0015] 有益效果:與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0016] 1、本設備中的豎向承拉鋼繩和位于鋼繩下的基錨，兩者相配合，可保證該設備在 基錨牽引下到達指定落點，并且在潰口處紊動水流作用下仍能保持狀態穩定，不至于發生 倒轉、移動，實現準確堵漏；
[0017] 2、鋼板框頂端設有多個進水口，當需要快速充水時，可以滿足沖水量的需求;鋼板 框頂端還設有多個排氣口，充水時，打開排氣口上部的快速開關排氣，保證水能順利充入充 水囊中；
[0018] 3、前側鋼繩下端連接的基錨，可拋投至設備前側水底，起到固定設備的作用；
[0019] 4、沿潰口兩側拉該設備上的緊側向牽引鋼繩，可保證設備不會在水壓力下被擠出 潰口；
[0020] 5、當設備在潰口處固定時，拉緊側向牽引鋼繩、主鋼繩兩端和前側鋼繩，并且底部 由豎向承拉鋼繩固定，以使設備具有一定剛性，實現整體穩定；
[0021] 6、充水囊內部設有多個浮球，保障設備投放入水后不發生翻倒，即浮球在水中上 漂，則設備進水口一端始終朝上；
[0022] 7、管道上配有快速開關和壓力表，用于判斷充水囊中的注水程度，及時控制進水 口的啟閉。
【附圖說明】
[0023] 圖1是堤防快速堵漏設備的結構示意圖；
[0024]圖2是基錨的結構示意圖；
[0025]圖3是設備在水中的受力分析圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發明。
[0027] 如圖1-2所示，一種堤防快速堵漏設備，該設備包括排氣口 1、第二快速接頭2、壓力 表3、第一快速接頭4、外接管5、快速開關6、進水口 7、管道8、充水囊9、鋼板框10、側向牽引鋼 繩11、豎向承拉鋼繩12、側向固定環13、豎向固定環14、基錨15、浮球16、主鋼繩17、鍥套18、 后側鋼繩19、前側鋼繩20、管端浮球21、排水管24;其中。所述充水囊9是充水堵漏的主要部 件，為一卡瑪斯橡膠材料制成的充水囊9，該材料可承受較大水壓力，強度較高，規格為長 6m，高5m，厚lm，充水囊9四周由不銹鋼的鋼板框10夾封，鋼板框10與充水囊9接觸縫隙用防 水膠密封，鋼板框10寬度為30cm，其主要作用包括為充水囊9與其他部分連接提供載體、對 充水囊9定型，充水囊9下側鋼板框10底端設置有沿軸線對稱分布的豎向固定環14,其上可 連接豎向承拉鋼繩12，長度為10m左右，該豎向承拉鋼繩下部連接有不銹鋼的基錨15，基錨 15的不銹鋼骨架類似于常見的三爪船錨，該基錨15包括鉛塊29、錨卸扣25、錨柄26、錨爪27 和錨冠28,鋼骨架外部澆筑有一層鉛塊29,以提供足夠的下沉力，同時錨爪27可提供抓地力 (與船錨工作原理一致），兩者相結合，可保證該堵漏設備在基錨15牽引下能到達指定落點， 當操作船運載本設備到投放點向水中投放，設備將會在基錨15的牽引下在水中運動至預定 的地點，即沉降于潰口前附近位置，實現準確堵漏；利用了鉛塊29的重力拉著設備下沉，同 時利用三爪錨對到達落點的設備進行固定;鋼板框10上設有多個開孔，分別為進水口 7與排 氣口 1，通常設有兩個進水口 7、一個排氣口 1，并有四個開口作為預留，當需要快速充水時， 即進水口7與充水囊9連接，將水灌入充水囊9中，可啟用預留開口，平時通過帶開關的第一 快速接頭4封閉，進水口 7上連接有管道8，并依靠第二快速接頭2與外接管5相連，同時管道8 上配有快速開關6和壓力表3，壓力表3位于快速開關6上，用于判斷注水程度，及時控制開口 啟閉，另外管道8-側連接有管端浮球21，當設備浸沒于水中時，可依靠管端浮球21將管道 口露出水面，配套使用的外接管5的長度為20m，即約4倍充水囊9高度，當該堵漏設備成功投 放至潰口處時，即可連接第二快速接頭2，打開快速開關6，利用外接的高壓栗22向水囊中通 水，由壓力表3判斷通水量情況，及時啟閉開關，通過充水囊9外接的管道8向充水囊9中充 水，完成充水過程，排氣口 1情況與進水口 7基本一致，充水時，打開排氣口 1上部的快速開關 6排氣，保證水能順利充入設備，此處充水使用外接高壓，22，當潰口段修筑完成，設備回收 時，使用外接氣栗23由排氣口向設備充氣，充氣后設備上浮，利用連通器原理，內部水可通 過排水管24排出；另外，此處預設有帶開關的第一快速接頭4,當時間緊迫，需要快速完成通 水時，可打開第一快速接頭4，增加進水口 7 ;同時，充水囊9頂端設置有一條橫向的主鋼繩 17,當設備到達潰口處指定位置并開始充水后，主鋼繩17上通過鍥套18連接有四根前側鋼 繩20和兩根后側鋼繩19,主鋼繩17兩端的兩根后側鋼繩19可拉緊，主鋼繩17另一頭固定于 堤防靠岸側的基粧上，前側鋼繩20下接基錨15,繩長約為30~40m，可拋投至設備前側水底， 起到固定設備作用，充水囊9兩側的鋼板框10上設置有側向固定環13,其上連接有側向牽引 鋼繩11，當設備投放至潰口前指定位置并開始充水后，向兩側拉緊側向牽引鋼繩11，并將其 另一端固定于堤防靠岸側事先打好的基錨之上，以上所述幾種鋼繩均拉緊后，相當于給與 設備以剛性，保證設備在水壓力作用下不至于從潰口處被擠出，使堵漏過程能順利完成;考 慮到水壓力由水面至水下呈線性遞增變化，故側向固定環13數量由上而下從疏到密，下部 水壓力較大位置密集一些，以求用更多的鋼繩牽拉，保證在較大水壓力下仍能保持穩定，充 水囊9內部裝配有10~20個浮球16,直徑約為30~50dm，該浮球16作用為保證設備入水后不 發生倒轉，始終保持頂部朝上，并且亦可提供一定的上浮力，有助于調整設備在水中的深度 位置；當潰口段修筑完成，臨時堵口結束后，可回收設備;利用外接氣栗23,通過排氣口 1向 設備內充入空氣，設備體積膨脹后逐步上浮，即可將其中的水由排水管24壓出，最后將設備 拉出水面回收，以備下次使用。
[0028]設備投放入水后，由于受到水流作用，會沿水流方向漂移一段距離，為使得投放物 沉底，且恰好落于潰口附近，減少無效投放，需要掌握重物落水后的運動規律，計算出適當 的投放位置，采用理論公式推導與小型試驗相結合的方式進行，基本假設 [0029](一)不考慮水的粘附性；
[0030] (二）重物的迎水面積不發生改變，即水流只對其產生平動作用，不發生旋轉與翻 滾；
[0031] (三)假設重物觸底后即靜止不動，運動過程中無碰撞；
[0032] 公式說明
[0033] 將重物簡化為一單個塊體，如圖3所示：
[0034]可知簡化后的模型，豎直方向上受到重力mg，浮力F浮，上舉力F!;水平方向上受到 拖曳力Fd,分別建立豎直方向和水平方向的微分方程：
[0035] 豎直方向
L err[0039 ]解以上兩式，得到重物在水中運動的過程中位移與時間的關系。
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 上述的m為塊體質量，Ai為塊體在垂直水流方向上的投影面積，U為水流速度，^為 塊體在水流方向上的運動速度，A2為物體順水流方向的投影面積，α為上舉力系數，C D為拖 曳力系數，這兩個系數一般通過經驗數據或者試驗得到，其中CD與物體的形狀特征寬高比 (a/c)有關系，當重物在水面投放時，h-H為零。
[0044] 通過上面的推導，即可得到設備近似的投放位置。
【主權項】
1. 一種堤防快速堵漏設備，其特征在于:包括鋼板框（10)，所述鋼板框（10)底端設有豎 向承拉鋼繩（12)，該豎向承拉鋼繩（12)-端設有基錨（15);所述鋼板框（10)兩側設有側向 牽引鋼繩（11)，所述鋼板框（10)上端設有主鋼繩（17)，該鋼板框（10)上端還設有進水口（7) 以及排氣口（1 )，在所述進水口（7)以及排氣口（1)處設有管道(8)，所述鋼板框（10)內部設 有多個充水囊(9)。2. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述鋼板框（10)上設有多個 用于連接豎向承拉鋼繩（12)的豎向固定環（14)，該鋼板框（10)上還設有多個用于連接側向 牽引鋼繩（11)的側向固定環（13)。3. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述主鋼繩（17)上設有多個 鍥套（18)，鍥套（18)連接前側鋼繩(20)或后側鋼繩（19)，所述前側鋼繩(20)-端設有基錨 (15) 〇4. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述管道(8)通過第一快速 接頭(4)與鋼板框（10)連接，所述外接管(5)通過第二快速接頭(2)和管道(8)連接，該管道 (8)與外接管(5)連接；。5. 根據權利要求4所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述第二快速接頭（2)上設 有管端浮球(21)。6. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述管道(8)上設有快速開 關(6)，該快速開關(6)上設有壓力表(3)。7. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述鋼板框（10)-側設有排 水管(22)。8. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述鋼板框（10)內部設有若 干個浮球(16)。9. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于：所述基錨（15)包括鉛塊 (29)、位于鉛塊(29)內部的錨柄（26)、位于鉛塊(29)上端的錨卸扣以及位于鉛塊(29)底端 的錨爪(27)，所述錨爪(27)中段設有錨冠(28)，所述錨柄(26)貫穿錨冠(28)。10. 根據權利要求1所述的堤防快速堵漏設備，其特征在于:所述鋼板框（10)與其內部 的充水囊(9)之間通過防水膠密封。
【專利摘要】本發明公開了一種堤防快速堵漏設備，包括鋼板框，所述鋼板框底端設有豎向承拉鋼繩，該豎向承拉鋼繩一端設有基錨；所述鋼板框兩側設有側向牽引鋼繩，所述鋼板框上端設有主鋼繩，該鋼板框上端還設有進水口以及排氣口，在所述進水口以及排氣口處設有管道，該管道與外接管連接；所述鋼板框內部設有多個充水囊；本發明可以解決潰口處早期堵漏問題，具有快速、高效、經濟的特點，并且設備便攜、易于投放，適用范圍較廣，可應用于主要以堤防為主的搶險措施中。
【IPC分類】E02B3/16
【公開號】CN105714740
【申請號】CN201610089486
【發明人】顧長才, 王建, 郭志揚, 李通達, 黃慶
【申請人】河海大學