一种组装式透水消能四面体堤防堵口构件及其建造方法

技术领域

本发明专利属于防汛器材技术领域，特别是一种技术适用性好、技术实现方便、作业速度快、堵口效率高、器材便于运输储备、成本低的快速组装堤坝决口封堵装置。

背景技术

堤防工程作为防洪减灾体系的重要组成部分，是抵御洪水的重要安全屏障。近年来，我国防汛抗洪形势越来越严峻，堤防险情发生频率有增无减，其中，溃口险情具有影响范围大、失险后果严重的特点，决口若不能及时封堵，不仅会造成十分巨大的经济财产和人民生命损失，而且还会影响社会稳定。因此防汛堤坝一旦发生决口，必须快速封堵，以此来减少洪水对河流沿岸城市、村庄等的破坏。此项工作时间十分紧迫、作业风险很大，工程量也往往十分巨大。

目前防汛抢险中封堵决口方法有多种，主要有：沉船、沉箱、钢栅栏石结构、钢木组合构架、石袋堆码结构、埽工结构、杩槎结构等等，大江截流中常用混凝土浇筑实心的四面体，这些技术尽管最终封堵或截流成功，但总体上存在如下突出问题：

一是技术适用性较低，多数技术通常是在堤坝决口处流速较低、内外水头差较小的情况下才能实施成功；

二是封堵时机较晚。决口初期往往流速较大，许多抛投的物料易被水流冲走，打桩作业也很危险，因此多种堵口方法都是在决口处的流速不大、内外水头差较小的情况下才开始实施。正因为这些技术通常不能在第一时间内封堵决口，使得大量水流外泄，造成附近地区已经形成了一定程度甚至严重的灾情；

三是目前比较快速且可靠的抛投用的钢格石笼、钢筋石笼，由于是焊接结构物且装填了大量块石，其重量较大，必须采用具有起吊设备的较大的运输船才能将其运送至决口处，但有许多决口处的水深不够，使得运输船的无法到达；

四是现有抛投用的器材，由于焊接而成体积大，平时不便于储存，需要时临时加工，影响了封堵决口的效率；

五是有的技术需要大量人员下水作业，存在较大的安全风险；

六是沉船堵口虽然速度较快，但也受制于能否征用到合适的船舶以及驾驶员的操纵水平等因素，而且代价较高。

七是大江截流用的实心正四面体混凝土，需要大量现场浇筑，预制运输难度大，对于堵口抢险实用性不高。

总之，现有技术存在的问题是：技术适用性较低，封堵时机晚，技术实现较困难，堵口效率不高，作业安全性不高、器材难以储备，代价较高。

经检索发现，专利申请号CN201720456022.8，公开号CN 207079545 U的中国实用新型专利，涉及一种堤坝决口封堵装置，包括四面体结构外框和置于所述四面体结构外框内的充填物，所述四面体结构外框由4块三角形网板可拆式固定连接而成。该专利是由4个各自独立存储的三角形网板在作业现场临时拼组成的一个四面体，该结构对水流的消能作用不明显，并且网板重度有限，且填充物会增加过水断面，形成的四面体抗冲性能会大大降低。

专利申请号CN 201821890256.4，公开号CN 209260667 U的中国实用新型专利，涉及一种边坡防冲刷系统，包括多个连接钢丝绳和上下两层均纵横并排且紧挨设置的多个预制四面体，下层各所述预制四面体的底面均平铺设置在边坡上，上层各排所述预制四面体的顶端对应插设于下层相邻排预制四面体之间的空隙中，上下相邻排预制四面体之间均通过所述连接钢丝绳连接成整体。该专利由于重量太大，实施过程中不便于运输，而在溃口险情下大型机械难以运用，因此技术实现较困难。

专利申请号CN201910178374.5，公开号CN109972588 A的中国发明专利，涉及快速拼装堤坝决口封堵装置，包括四面体结构外框和置于所述四面体结构外框内的充填物，在所述四面体结构外框内设有多个带钢筋网格的三角形搁架。该发明结构及内部搁架较为繁琐，不便于运输，内部填充物为遇水快速发泡包，遇水膨胀时会填充四面体网格，网格无法发挥作用，有较大过水断面，膨胀后的四面体密度很小，重度偏低，因此抗冲稳定性不强，影响了决口封堵。

专利申请号CN201920728039.3，公开号CN210002854 U的中国实用新型专利，涉及一种混凝土四面体浇筑模板，包括由上而下逐渐变窄的四面体模板本体，四面体模板本体上端具有三角形开口。本专利形成的混凝土四面体重量较大，不便于运输，而且混凝土四面体的过水断面较大，且无法消能扰流，，堵口抢险的效率会受到影响。

专利申请号CN 201920230246.6，公开号CN209923866 U的中国实用新型专利，涉及一种可快速拆卸的防水挡板，包括防水直板和不锈钢圆管，不锈钢圆管与防水直板连接，不锈钢圆管的下端延伸出防水直板设定距离，不锈钢圆管下端与固定孔配合实现对防水挡板的固定。本专利形成的防水挡板有较大过水断面，受到的水流冲击力较大，在溃口中通过不锈钢固定挡板的实施难度较大，抗冲稳定性不强，堵口抢险的效率会受到影响。

以上发明涉及的技术方案，或存在可提供的负重较小，或抢险物资大且重，或操作步骤繁琐，耗时费力，或受到的水流冲击力较大，抗冲稳定性不强。可见，上述方案为堵口抢险提供的抗冲能力不足，或抗冲结构过于沉重，或装配程序繁琐，实施效率偏低，还没有一种能够通过消能扰流、保持较高的重度，且具有较强的自稳定性的堵口抢险构件。

发明内容

本发明针对现有堵口技术抗冲能力不足、抢险物资大且重或抗冲措施费时耗力的问题，提供了一种组装式透水消能四面体堤防堵口构件及其建造方法，快速组装构件，方便运输、储存以及安装，可代替目前堵口常用抛投物料，充分利用正四面体的抗冲稳定性，同时通过透水消能孔减小过水断面，进一步减小水流冲击力，从而显著减小堵口抛投物料的流失率，可大幅度提高堵口抢险的效率。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种拼装式透水消能四面体堤防堵口构件，包括四块透水消能面板和若干柔性扣件，所述的透水消能面板为预制面板，形状为等边三角形，透水消能面板密布多个孔洞；其中一块透水消能面板的三条边分别与其他三块透水消能面板的一条边对齐，其他三块透水消能面板的邻接边对齐，相邻两块透水消能面板的邻接边使用若干柔性扣件穿过邻接边附近预留的孔洞后锁紧，即可将四块透水消能面板拼装为正四面体结构的堤防堵口构件。

进一步的，所述的柔性扣件包括两端带螺栓孔的钢绞线、螺栓和螺母，组装时将钢绞线穿过相邻两块面板边沿预留的孔洞后，用螺栓穿过钢绞线两端的螺栓孔，再用螺母将其铰接，调整各面板的空间位置后，按同样的方法将其余相邻面板的两条边铰接。

进一步的，所述的柔性扣件中的钢绞线端部的螺栓孔外径小于孔洞直径，螺栓的螺帽直径大于螺栓孔直径，螺栓的螺杆直径小于螺栓孔直径，螺母直径大于螺栓孔直径。

进一步的，所述透水消能面板为钢筋混凝土材料制成，密度不低于2.4g/cm

进一步的，所述的透水消能面板上均匀分布孔洞的个数和尺寸，其计算方法如下：个数n取10、15或21，孔洞的直径

一种如上所述一种拼装式透水消能四面体堤防堵口构件的建造方法，包括如下步骤：

步骤一、将一块透水消能面板平铺在地面上，将其三条边分别与其他三块透水消能面板的一条边对齐，平铺在地面上；

步骤二、将柔性扣件的钢绞线一端穿过两块透水消能面板邻接边附近处的孔洞，将螺栓穿过柔性扣件两端的螺栓孔，用螺母拧紧，将两块透水消能面板铰接，依次将三对邻边铰接；

步骤三、调整面板的空间位置后，拼成四面体结构，采用柔性扣件，将相邻透水消能面板的邻接边两两相互铰接，最终拼装成可透水消能的正四面体结构的堤防堵口构件。

本发明提出的组装式透水消能四面体堤防堵口构件及其建造方法，较以往的技术有以下方面的进步和优势：

(1)本发明为快速组装构件，组装后的自重大，体积扩大系数超过2，可代替目前堵口常用抛投物料，由于是拆装式结构，方便预先加工、运输、储存以及安装，这也极大程度上缩短了堵口作业的准备时间；

(2)正四面体的四个面是全等的正三角形,它的重心到每个面的距离都相等,因此在水流的冲击下不容易滚动，拥有较好的自稳定性，本发明充分利用其自身的抗冲稳定性；

(3)预制混凝土面板上有一定数量的透水消能孔，可以减小过水断面，同时，水流经过四面体内部和尖角后，会经过数次扰流，大幅度降低水流能量，进一步减小水流冲击力，从而显著减小堵口抛投物料的流失率，提高堵口抢险的效率。

附图说明

图1是本发明组装式透水消能四面体堤防堵口构件的俯视图；

图2是本发明中透水消能面板的结构示意图；

图3是本发明中柔性扣件的钢绞线的结构示意图；

图4是本发明中柔性扣件的螺栓的结构示意图。

图中：1—透水消能面板，2—柔性扣件，3—孔洞，4—螺栓孔， 5—钢绞线，6—螺栓，7—螺母，8—螺杆，9—螺帽。

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。

请参阅图1-4，本发明实施提供一种组装式透水消能四面体堤防堵口构件，包括四块透水消能面板1和若干柔性扣件2。

所述的透水消能面板1为预制面板，形状为等边三角形，面板预留有一定数量和尺寸的孔洞3；所述的柔性扣件2包括两端带螺栓孔 4的钢绞线5、螺栓6和螺母7。所述的透水消能面板1上均匀分布孔洞3的个数和尺寸，按如下方法确定：个数n＝15，则直径

所述的柔性扣件2中的钢绞线5端部的螺栓孔4外径小于孔洞3 直径，螺栓6的螺帽9直径大于螺栓孔4直径，螺栓6的螺杆8直径小于螺栓孔4直径，螺母7直径大于螺栓孔4直径。

所述的透水消能面板1为可以为钢筋混凝土或者其他具有一定重度的材料制成，密度不低于2.5g/cm

所述的柔性扣件2中的钢绞线5具有良好的柔韧性，且端部的螺栓孔圈外径小于孔洞3直径，螺栓6的螺帽直径大于螺栓孔4直径，螺杆直径小于螺栓孔4直径，螺母7直径大于螺栓孔4直径。

组装时其中一块透水消能面板1的三条边分别与其他三块透水消能面板1的一条边对齐，其他三块透水消能面板1的邻接边对齐、顶点汇聚于一点，相邻两块透水消能面板1的邻接边使用若干柔性扣件2穿过邻接边附近预留的孔洞3后锁紧，具体的，将钢绞线5穿过相邻两块面板1边沿预留的孔洞3后，用螺栓6穿过钢绞线5两端的螺栓孔4，再用螺母7拧紧，调整各面板的空间位置后，按同样的方法将其余相邻面板1的两条边铰接，即可将四块透水消能面板1拼装为正四面体结构的堤防堵口构件。

本发明还提供一种上述组装式透水消能四面体堤防堵口构件的应用方法，包括如下步骤：

步骤一、将一块透水消能面板1平铺在地面上，将其三条边分别与其他三块透水消能面板1的一条边对齐，平铺在地面上；

步骤二、将柔性扣件2的钢绞线5一端穿过两块透水消能面板交接边边缘处的孔洞3，将螺栓6穿过柔性扣件两端的螺栓孔4，用螺母7拧紧，将两块透水消能面板铰接，依次将三对邻边铰接；

步骤三、调整面板1的空间位置后，拼成四面体结构，采用柔性扣件，将相邻透水消能面板的邻接边两两相互铰接，最终拼装成可透水消能的正四面体结构的堤防堵口构件。

本发明为快速组装构件，且使用钢筋混凝土材料制成等具有一定重度的材料制成，组装后的自重大，体积扩大系数超过2，可代替目前堵口常用抛投物料，由于是拆装式结构，方便预先加工、运输、储存以及安装，这也极大程度上缩短了堵口作业的准备时间；另外，拼装成正四面体结构，其四个面是全等的正三角形，因此其重心到每个面的距离都相等，在水流的冲击下不容易滚动，拥有较好的自稳定性，本发明即可充分利用其自身的抗冲稳定性；预制混凝土面板上有一定数量的透水消能孔，可显著减小堵口抛投物料的流失率，提高堵口抢险的效率。

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，本发明专利的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。