一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构、搭建方法及快速拆卸和复建方法
阅读说明：本技术 一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构、搭建方法及快速拆卸和复建方法 (Riverway culvert temporary water retaining structure capable of being rapidly disassembled, building method and rapid disassembling and rebuilding method ) 是由 邓磊 王哲鑫 蒋铁 王勤 陈征 姚琦 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构、搭建方法及快速拆卸和复建方法,包括钢管脚手架、袋装土袋、充气安全气囊和斜撑；钢管脚手架为多层结构,钢管脚手架的下部框格填装袋装土袋,进行压配重,同时也形成下部挡水结构；钢管脚手架的上部框格填装充气安全气囊而形成上部挡水结构；钢管脚手架在背水面连接斜撑和/或抛撑。本发明能够实现快速拼装,快速挡水,同时受到气象或水文预报后能够迅速恢复过流断面。(The invention provides a riverway blind culvert temporary water retaining structure capable of being quickly disassembled, a construction method and a quick disassembling and rebuilding method, wherein the riverway blind culvert temporary water retaining structure comprises a steel pipe scaffold, a bagged soil bag, an inflatable safety air bag and an inclined strut; the steel pipe scaffold is of a multilayer structure, a bagged soil bag is filled in a lower sash of the steel pipe scaffold, weight pressing is carried out, and a lower water retaining structure is formed at the same time; an upper sash of the steel pipe scaffold is filled with an inflatable safety airbag to form an upper water retaining structure; the steel pipe scaffold is connected with an inclined strut and/or a throwing strut on the back water surface. The invention can realize quick assembly and quick water retaining, and can quickly recover the overflow section after weather or hydrological forecast.)
技术领域
本发明涉及一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构，适用于暗涵一类有限空间施工临时挡水设计技术领域。
背景技术
一般带水暗涵的清淤采用非机器人水下清淤的方式时，均需要在施工段设置临时挡水结构物，以保障施工的人员和机械的作业安全。
现有的临时挡水结构物主要包括土石围堰，混凝土围堰，浆砌石围堰，钢板桩围堰这几大类。针对带水暗涵涵内施工这一特殊工况，由于河道暗涵为行洪通道，施工时需要考虑到上游来水或大雨造成的雨水汇集导致涵内水位上升，影响行洪安全的情况，因此需要设计一种可供快速拆卸的河暗涵临时挡水结构物。
采用钢板桩围堰这种结构形式进行挡水，一般用于软土地区。施工时需要将钢板桩打入土层一定深度。对于暗涵施工而言，箱涵本身为箱型混凝土结构或混凝土+盖板结构形式，底部一般为混凝土结构，钢板桩围堰会破坏涵体的结构形式，不适用于此类工程。
采用混凝土围堰、浆砌石围堰这两种结构形式进行挡水，两种结构需要一定的时间形成强度。对于混凝土类围堰需要使用破碎机械进行拆除，容易损伤涵体结构；对于浆砌石围堰，其施工的人工成本高，拆除不便同样不适用于此类工程
采用土石围堰结构需要按照设计坡比放坡进行填筑。不同于开阔场地采用挖掘机或装载机进行土石围堰施工，由于暗涵的空间限制，一般不适用于机械化作业，功效较低，同时不便于清除残留的土石。土石闻堰结构也与暗涵清淤的目的相冲突，反而增加了施工的工程量。在这基础上，现阶段的箱涵围堰一般采用袋装土进行挡水设计，然而这种形式并不满足快速拆卸的要求，深圳4.11暴雨事件证明，这种围堰形式在汛期和雨季并不适用。
因此如何设计一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构物，确保工程施工安全的同时，又能保快速恢复河道行洪断面，保障行洪安全是亟待解决的问题。
发明内容
本发明首先所要解决的技术问题是提供一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构，能够实现快速拼装，快速挡水，同时受到气象或水文预报后能够迅速恢复过流断面。为此，本发明采用以下技术方案：
一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构，其特征在于包括钢管脚手架、袋装土袋、充气安全气囊和斜撑；钢管脚手架为多层结构，钢管脚手架的下部框格填装袋装土袋，进行压配重，同时也形成下部挡水结构；钢管脚手架的上部框格填装充气安全气囊而形成上部挡水结构；钢管脚手架在背水面连接斜撑和/或抛撑。
所述钢管脚手架作广义理解，既包括了狭义的钢管脚手架，也包括了钢支架、拱架体系。
本发明中袋装土袋中的填充物，可以是黏土，也可以选用其他可用于防水的并起压配重作用的结构物。
本发明中，所述充气安全气囊的大小可以是任意的，根据市面上能够购得的而决定。在形成上部挡水结构时，会用到多个充气安全气囊，这些气囊相叠并被挤紧构成上部挡水结构。进一步地，所述脚手架的竖向钢管，根据涵洞的宽度而设置多条，将涵洞断面分成若干个小断面进行空间处理，还可以在脚手架的背水面设置斜撑钢管，从而使这些钢管结构对于多个充气安全气囊构成的上部挡水结构起到加强和辅助定型的作用。
进一步地，所述临时挡水结构设置在在临近作业面的箱涵开孔位置或现有检查井位置。
进一步地，在充气安全气囊形成的上部挡水结构中如有漏水处，用局部封堵结构堵漏。
进一步地，所述钢管脚手架为双排扣件式钢管脚手架；所述钢管脚手架
进一步地，钢管脚手架格构空间顶层安装抗浮钢管，防止充气安全气囊在水利作用下上浮。
以上进一步的技术方案也可相互之间组合使用。
本发明另一个目的是提供可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构物的搭建方法，能够实现快速拼装，快速挡水，同时受到气象或水文预报后能够迅速恢复过流断面。为此，本发明采用以下技术方案：
一种可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构物的搭建方法；其特征在于包括以下步骤：
(1)通过钢管脚手架为框架，建立支撑结构并进行空间分割，钢管脚手架形成格构式的断面；钢管脚手架的顶部通过可调节的顶托与涵洞顶部进行固定，背水面设置抛撑和/或斜撑增加整体的抗滑移和抗倾覆性；
(2)在钢管脚手架格构空间的最下层人工搁置袋装土袋，投放袋装量为袋容量的1/2～2/3，袋装黏土袋投放前应清除暗涵中挡水结构物底部的杂物，以减少渗流；袋装土袋在投放过程中，要求上下层相互错缝；
(3)在格构空间上层采用充气安全气囊进行封堵，封堵时如存在局部漏水应采取局部封堵措施；格构空间顶层安装抗浮钢管，防止气囊在水利作用下上浮。
本发明再一个目的是提供一种上述河道暗涵临时挡水结构遇洪水时快速拆卸和复建方法。为此，本发明采用以下技术方案：
一种河道暗涵临时挡水结构遇洪水时快速拆卸和复建方法；其特征在于当预测到洪水将发生时，进行以下步骤的临时快速拆除：
对充气安全气囊进行放气而快速拆除上部挡水结构，仅需搬运钢管脚手架最下层的配重黏土袋，钢管脚手架框架结构、斜撑保留；
在洪水过后恢复挡水结构时，仅需重复前述搭建方法的步骤(2)和(3)。
本发明能通过拼装式钢管脚手架快速建立临时挡水建筑物的框架结构，通过下部填装袋装土进行压配重，上部填装充气气囊的方式迅速形成有效的临时挡水。同时需要紧急拆卸时，对充气气囊进行快速放气，仅需清理压配重的黏土袋，保留钢管架框架结构，可达到迅拆除、迅速恢复行洪断面的效果，提高了临建设施的施工速度，减少了工程准备的人员和物资投入，节省了工程投资，为针对不同工况实现快速切换提供了可行的方案。
附图说明
图1是本发明装置可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构物的正视图；
图2是本发明装置可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构物的侧视图；
图3是本发明装置可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构物的俯视图。
具体实施方式
参照附图。本发明提供的可供快速拆卸的河道暗涵临时挡水结构设置在临近作业面的箱涵开孔位置或现有检查井位置，由钢管脚手架1、袋装黏土袋2、充气安全气囊3和斜撑4组成。钢管脚手架1为多层结构，钢管脚手架1的下部框格11填装袋装土进行压配重并形成下部挡水结构，上部框格12填装充气安全气囊3的方式迅速形成有效的上部临时挡水结构。钢管脚手架1在背水侧连接斜撑4。斜撑4也可由抛撑替代或再加设抛撑。充气安全气囊3为可反复充放气的可重复利用的气囊。
在实施时，下部挡水结构的配置量仅需满足钢管脚手架所需的压配重即可，可以加大地降低施工强度和难度。而且，不同于放坡叠放黏土袋的方式，由于形成了钢管脚手架顶托力，袋装黏土袋压配重力与斜撑(和/或抛撑支撑力)组成的联合作用体系，用于填充的袋装黏土高度明显降低，从而更进一步降低了前期准备工作的工程量，提高了人员和物资的效率，同时也提高了临时拆除挡水结构的速度，能够及时应对洪水。
本发明的施工、临时拆除和复建过程如下：
(1)通过现状的水文条件计算临时挡水结构的抗滑移，抗倾覆性对应的黏土沙袋压配重重量要求，根据上述要求结合暗涵的宽度测算最下层11框格的高度h1。
(2)根据水力学计算成果或设计提供的数据确定挡水建筑物的挡水高度要求，一般应不低于设计洪水的静水位与波浪高度及挡水建筑物顶部安全加高之和，安全加高根据挡水建筑物的级别，3级建筑物超高0.7m，4、5级建筑物超高0.5m。
(3)根据计算出的挡水高度进行上部空间切分，空间切分以市面可提供的可反复充气的安全气囊的尺寸为依据，得到实际的气囊分层数目n，和每层的高度h2,h3…..；
(4)将钢管脚手架配件运输至临近作业面的箱涵开孔位置或现有检查井位置，经过有害气体检测，具备下涵条件后，由吊车吊运或人工搬运的方式运入涵内，使用潜水员(水下作业)搭建钢管骨架，建立支撑结构并进行空间分割，形成格构式断面的钢管脚手架1，附图标号101为涵洞底板。搭设时暗涵内水流速度不宜大于0.5m/s，从结构底部开始逐层向上搭接，至挡水高度后上部结构搭接竖杆直至顶部并通过可调节的顶托13与涵洞顶部102进行固定和稳定性加强，所述顶托可采用螺纹连接的结构连接在钢管脚手架的顶部。钢管脚手架搭设时可在最下层采用袋装黏土带作为配重或采用箍筋临时稳定的方式保持脚手架的搭设质量。上述工序完成后，在背水面设置斜撑(和/或抛撑)增加整体的抗滑移和抗倾覆性。
(5)钢管脚手架1搭设完成后，现状水面以下的钢管架由架子工配合潜水员完成加固，水面以上的钢管架由普工辅助架子工完成加固。
(6)由吊车吊运或人工搬运的方式将袋装黏土袋2运入涵内，普工辅助潜水员将其转运至钢管脚手架最下层的钢架内，直至填满第一层钢管框格，投放袋装量为袋容量的1/2～2/3，袋装黏土袋2投放前应清除暗涵中挡水结构物底部的杂物，以减少渗流；袋装黏土袋2的袋口应用麻绳绑扎，并进行平整。在投放过程中，要求上下层相互错缝，并尽可能堆码整齐。上述工序完成后形成了钢管脚手架顶托力、袋装黏土袋2压配重力与斜撑4(和/或抛撑支撑力)组成的联合作用体系。
(7)由吊车吊运或人工搬运的方式将封闭式安全气囊运入涵内，普工辅助将安全气囊逐个运输至上层钢管框格12，并进行充气操作。充气完成后形成上部临时挡水结构，观察上部临时挡水结构是否漏水，若漏水调整安全气囊的位置，并利用沙袋进行补漏，若不漏水或渗水量极少，则其施工完成。安全气囊安装完成后在格构空间顶层安装抗浮钢管14，防止气囊在水利作用下上浮。
(8)当气象部门或上游发出警报有洪水发生时，只需打开安全气囊的阀门放气，潜水员配合普通工人拆除刚管框格下层的袋装黏土袋，保留钢管脚手架1和斜撑4，之后撤离暗涵，等过水或危险解除后再行上述步骤(6)、(7)的施工。上述工序完成后可恢复暗涵行洪断面，保障河道的行洪能力，相较于放坡叠放黏土袋的方式，加快了拆卸速度和施工量，实现了快速拆卸，降低涵内人员作业时间，降低工程风险的要求。
本发明中格构空间的层数、位置划分、充气气囊的形状为示意，实际使用中可根据暗涵断面大小，市场中便于购买的气囊形状(如圆形，方形等)进行调整。
以上所述仅为发明的具体实施案例，本发明的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。
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