專利名稱：小型水窖快速構建裝置及方法
技術領域：
本發明屬于水窖的構建技術領域，特別設計一種小型集雨水窖的快速構建裝置及方法。
背景技術：
雨水集蓄利用工程主要是指在干旱、半干旱或季節性干旱缺水地區，將規劃區范圍及周圍的降水進行匯集、儲存，作為該規劃區生活或生產用水的水源加以有效利用的微型水利工程。雨水收集利用在國內外都有悠久的歷史，中國、美國、日本、德國、加拿大、印度、澳大利亞及非洲一些國家，都在利用自然坡面建造微型集水區以收集雨水。我國黃土高原的丘陵山區、西南山區以及沿海缺水島嶼地區，人們用各種各樣的儲水設施在雨季收集、儲存雨水，既減輕了雨季的山洪威脅，又緩解了旱季的用水緊張問題。中國婦女發展基金會承辦的“母親水窖”項目數年來解決了我國西部數百萬農戶的飲水問題，效益顯著。現有儲水水窖構建的窖型有砼球形窖、砼頂蓋水泥砂漿抹面窖、砼蓄水池、水泥砂漿抹面窖、封閉式澇池等多種形式。細石砼澆注的小型水窖通常包括窖頂、窖壁、窖底。窖壁的形狀為直立的圓筒形，窖頂和窖底的形狀通常為相對的向外凸出的球冠形。窖頂正上方由窨井蓋覆蓋，窨井蓋周圍配合設置有與窖頂澆筑為一體的窨井蓋圈。蓋圈外側的窖頂上還埋設有進水管，進水管的管口連通至水窖內，進水管的另一端連接至間隔設置在水窖外側的沉淀池。現有小型水窖的構建方法通常有以下三種方法I :先在土體中開挖一個窖體，然后用磚進行砌筑，再在磚上用水泥涂覆，最后在水泥表面涂抹防水層。方法2 :先完成窖蓋，即先在選好的窖址制作一倒扣鍋式窖蓋土模，用砼澆筑成形，7天后開挖窖體部分，人工夯實窖壁及近球冠形窖底，繼而從下而上手工完成砼抹面，最后用水泥砂衆抹面。方法3 :適用于球形窖的建造，選址放線后進行上半球的土模制作，再在土模上鋪牛皮紙，進行砼澆筑，養護7天后挖取內心土，到圈梁下緣開始挖下半球，再澆筑下半球，澆筑完后在上半球外回填土，刷密封層，最后用磚或模具做好窖頸、窖口及窖體養護。現有儲水水窖構建技術耗時、費力。據測算，現一眼水窖的建設工期都在15-20 天，且建設成本高，修建難度大，所建成的水窖防滲性差，使用壽命短。中國發明專利申請CN1051929A公開了一種構建水窖的圓模板，這種模板是按照一定的模數制作的工具式模板，其利用膠合板的彎曲性能，加上特制的龍骨和撐位器具，使模板形成所需的各種曲面。這種模板存在如下不足1、結構及其復雜，為達到模板所需要的的變形需要對模板后的索具作大量的調整，因此使用也極不方便；2、難以構成符合要求的
二維曲面；3、模板組合復雜，拆卸困難；4、模板的索具等給砼施工帶來諸多不便。中國發明專利申請CN100585117C公開了一種構建水窖的組合式模板。這種組合模板雖然部分地解決了操作復雜、施工不便的技術問題，但仍然存在以下不足1、窖底與窖壁的構筑的時間差過大，容易造成窖底和窖壁混凝土強度不同，從而造成結合部位容易產生質量問題；2、模板制作的工藝復雜，成本高，模板組裝費時、費力。目前，缺少一種結構簡單、使用方便，并能夠降低成本、縮短工期的小型水窖快速構建裝置和方法。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、使用方便的小型水窖快速構建裝置以及高效、經濟的小型水窖快速構建方法。為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是小型水窖快速構建裝置，包括與水窖內壁對應的充氣式氣囊、對氣囊進行充氣的鋼管，鋼管固定連接在氣囊的頂部，鋼管的下端伸入氣囊內。本發明的改進在于所述鋼管設置在氣囊的中心，鋼管的下端封閉并與氣囊的底部密閉連接，鋼管的上端伸出氣囊并與氣囊的頂部密閉連接，位于氣囊內的鋼管上設置有氣孔。本發明的進一步改進在于所述氣囊由上下兩端開口的直筒形膜布組捆扎而成， 鋼管沿膜布組的中軸線布置，與氣囊連接的鋼管部位各設置有一組凸出于鋼管外壁的環形圓箍，膜布組的下部向內翻折后通過絳繩捆扎在鋼管對應氣囊底部的圓箍上，膜布組的上部向外翻折后通過絳繩捆扎在鋼管對應氣囊頂部的圓箍上。本發明的進一步改進在于所述膜布組包括2層套疊的直筒形PVC膜布，2層PVC 膜布之間布置有I層621型漆纟侖濾布筒,膜布組的厚度為0. 85mm。本發明的進一步改進在于所述圓箍的直徑為0. 8 I. Ocm,每組圓箍中均包含有四個間距為4 6cm的圓箍。本發明的進一步改進在于所述鋼管伸出氣囊的部分設置有氣閥。本發明的進一步改進在于所述鋼管伸出氣囊的長度不小于0.5m，鋼管直徑為 8 15cm0本發明的進一步改進在于所述氣孔設置在鋼管上氣囊中心高度的位置，氣孔的數量為2 3個。采用本發明所述小型水窖快速構建裝置的小型水窖快速構建方法，包括以下步驟，步驟a、在需要構建小型水窖的土體內開挖基坑，將基坑底部、側壁夯實并敷設大棚膜布；步驟b、向基坑底部澆注細石砼，形成凹形窖底；步驟C、將未充氣的小型水窖快速構建裝置放入基坑，使鋼管保持直立，鋼管下端與基坑底部的中心位置對應，采用小型空壓機，通過鋼管向氣囊內充入空氣，使氣囊內的氣體壓強達到5 6kpa ；步驟d、向氣囊和基坑側壁的間隙中澆注細石砼，形成窖壁，并使其與步驟b中所述窖底粘結為一體；步驟e、將窨井蓋圈布置在氣囊上方，使鋼管位于蓋圈的中心，將用于向水窖輸水的進水管預先布置在蓋圈側下方的位置，使進水管管口與氣囊頂部緊密接觸，向蓋圈周圍澆注細石砼，形成窖頂，并使其與步驟e中所述窖壁粘結為一體；步驟f、完成步驟e所述澆注8 IOh后，采用小型抽氣機，通過鋼管抽走氣囊中的空氣，使氣囊與細石砼分離，從蓋圈內取出所述小型水窖快速構建裝置，在細石砼內表面依次涂覆水泥砂漿、防水砂漿、水泥，在蓋圈上加裝窨井蓋。本發明所述小型水窖快速構建方法的改進在于所述基坑底部為球冠形的凹坑狀，窖底厚度為20 22cm，窖壁厚度為12 15cm，窖頂厚度為15 20cm。由于采用了上述技術方案，本發明所取得的技術進步為本發明的小型水窖快速構建裝置，結構簡單、使用方便、并可重復使用，采用廉價易得的鋼管、PVC膜布、絳繩組裝而成，能夠完全替代現有的大型施工設備。使用時，僅需配合小型空壓機、抽氣機，具有高效、經濟的優點。本發明的小型水窖快速構建方法施工工期短、勞動強度低。在土方的開挖與回填、裝置的搭建、細石砼的澆筑等方面節約了人工、縮短了工期。由于本發明的水窖是一次澆筑成功的，不存在新老細石砼結合產生冷縫的問題。 澆筑成的窖底和窖壁均與原狀土貼合，水窖承受水壓力一旦產生變形，土體將對水窖產生巨大的被動土壓力從而避免了裂縫的產生；圓形的窖體結構也有利于承受的外部的主動土壓力而不至發生破壞。因此，本發明所得水窖具有性能優良，結構穩定、無裂縫、無滲漏的優本發明的氣囊設計為兩端凸出的球冠形，符合水窖的常規形狀。氣囊充氣后，能夠根據自身的彈性特點，通過控制內部氣壓，達到所需的形狀和硬度。采用2層PVC膜布和位于膜布之間的I層621型滌綸濾布筒復合而成的總厚度為0. 85mm的膜布組，當內部壓力為 5 6kpa時，達到最佳的形狀和硬度，并具有結實耐用的優點。濾布在氣囊中主要起受拉作用，在充氣的情況下，濾布與不透氣的內層PVC膜布結合在一起可保證氣囊有足夠的抗變形強度，外層PVC膜布的設置有利于氣囊與砼的分離以取出構建裝置。采用圓箍和絳繩固定膜布組，簡單實用。采用直徑0.8 I. 0cm、每組4個、相互間距4 6cm的圓箍，配合絳繩，在每組圓箍兩端和圓箍之間的間隙內纏繞絳繩，可以把膜布組牢固地固定在鋼管上，并能避免漏氣。鋼管伸出氣囊的部分設置氣閥后，可更加方便地與外部空壓機或抽氣機配合。充氣或抽氣完畢后，通過關閉氣閥，可以保持氣囊內的壓強不變。鋼管伸出氣囊的部分長度不小于0. 5m,可充分滿足水窖窖頂厚度的需要。采用直徑8 15cm的鋼管，堅固耐用，并且便于進行充氣和抽氣。布置在氣囊中心的2 3氣孔，能夠滿足充氣和放氣的需要，并且能夠使氣囊內部壓力平穩地增減，有利于維持氣囊形狀的穩定、保護氣囊材料。本發明的構建方法中，敷設在側壁上的大棚膜布能夠防止細石砼澆筑時基坑側壁上部的土體被新注入的細石砼沖壞，并能夠防止土體混入細石砼中對窖底和窖壁的強度產生不良影響。細石砼未經振搗，帶有蜂窩麻面，有利于防水處理時砂漿與砼的結合。采用的窨井蓋、窨井蓋圈均為市售的常見材料，降低了構建水窖的資金投入。采用20 22cm厚的窖底、12 15cm厚的窖壁、15 20cm厚的窖頂，符合水窖內部承壓需要，并能夠最大程度地節約建筑材料，縮短建設工期。


圖I為本發明小型水窖快速構建裝置的使用狀態示意圖；其中1、氣閥，2、鋼管，3、氣囊，4、膜布組，5、氣孔，6、圓箍，7、沉淀池，8、進水管，9、 蓋圈，10、大棚膜布，11、窖頂，12、窖壁，13、窖底。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進行詳細說明本實施例的小型水窖快速構建裝置如下小型水窖快速構建裝置，包括鋼管2和充氣式彈性氣囊3，所述氣囊由上下兩端開口的直筒形膜布組4捆扎而成，膜布組由2層筒狀PVC膜布中間夾襯I層由滌綸濾布621 制成的圓筒共三層套裝復合而成，膜布組厚度為0.85mm。氣囊的側壁為圓筒形，氣囊的兩端為向外凸出的球冠形。所述鋼管設置在氣囊的中心，鋼管與氣囊連接的部位各設置有凸出于鋼管外壁的環形圓箍6，膜布組的下端向內翻折后通過絳繩捆扎在鋼管對應氣囊底部的圓箍上，膜布組的上端通過絳繩捆扎在鋼管對應氣囊頂部的圓箍上。所述圓箍的直徑為 0. 8cm,每組圓箍中均包含有四個相互間隔5cm的圓箍,每組圓箍的外側和圓箍之間均纏繞有絳繩。鋼管伸出氣囊的部分為I. 0m，并設置有氣閥1，鋼管直徑為10cm。鋼管位于氣囊內的部分的中心位置上設置有2 3個氣孔5。本實施例的小型水窖快速構建裝置的制作過程如下首先取長6. Om、外徑IOcm的鋼管一根，將鋼管下端用電焊封死，上端開口處焊接氣閥，在高度0 20cm及高度480 500cm范圍內分別用0 8鐵絲繞鋼管密封焊接4道圓箍，圓箍間距為5cm,在高度300cm處鉆直徑Icm的通氣孔2個。截取2段長6. 6m、厚0. 12mm、周長8m的市售圓筒形PVC膜布備用，用高強度線將滌綸濾布621縫制成周長8. 6m、長6. 9m的濾布筒，將上述原材料以PVC膜布-濾布筒-PVC 膜布的順序由內向外套裝在一起，制成兩端對齊、厚度0. 85mm的膜布組。濾布筒的周長和長度相應地比PVC膜布大0. 3 0. 6m,因滌綸濾布的彈性比PVC膜布小，使用時，充氣后可以使濾布筒和PVC膜布的周長和長度趨于一致。將膜布組的一端包裹在鋼管下端的圓箍周圍，用5道絳繩在圓箍外側和圓箍之間分別將膜布組捆扎牢固，用502膠水封堵膜布組和鋼管間的縫隙。翻轉膜布組使之套住鋼管，在鋼管的480-500cm高度處用5道絳繩按照上述捆扎方法將膜布組與鋼管捆扎牢固，得到本發明的小型水窖快速構建裝置。修建一眼25m2的水窖，購買窨井蓋和蓋圈備用。首先進行選址。水窖應選擇在來水充足、有收集雨水條件的地方，并要兼顧考慮窖址是否方便用水的問題。窖址要求土質較密實、無縫隙、洞穴，遠離洪溝、廁所和樹木。本實施例的小型快速水窖構建方法的施工流程如下步驟a、在需要構建小型水窖的土體14內開挖基坑，嚴格按設計要求進行放線開挖。本實施例所開挖的基坑直徑300cm，深520cm，底部呈開口向上的球冠形，冠頂高150cm。 開挖中應盡量避免超挖和欠挖。窖體開挖成形后進行尺寸校核，并將基坑底部、側壁用木錘夯實。此階段的土方量大約34m3，按每人工日挖土 4m3計算，需要2人挖4天。將基坑底部、 側壁夯實后敷設大棚膜布10，具體方法是用釘子將一層大棚膜布釘在基坑底部和側壁上。
步驟b、向基坑底部的大棚膜布上澆注細石砼，形成凹形窖底13。細石砼的厚度為 20 22cm。步驟C、將未充氣的小型水窖快速構建裝置放入基坑，使鋼管保持直立，鋼管下端放置在基坑底部的中心位置的細石砼上。未充氣的氣囊半徑較基坑半徑小20 22cm。在氣囊頂部的外層膜布上造一直徑Icm的出氣孔，采用小型空壓機，通過鋼管向氣囊內充入空氣，使氣囊內的氣體壓強達到5kpa，此時膜布夾層間的空氣也已排盡，用透明膠帶封閉出氣孔。充氣后的氣囊半徑較基坑半徑小12 15cm。步驟d、向氣囊和基坑側壁上的大棚膜布之間的間隙中澆注細石砼，形成窖壁12， 并使其與步驟b中所述窖底粘結為一體。澆注時，2人或4人在基坑四周的對稱位置以螺旋方式澆注100#細石砼，窖壁的厚度為12 15cm。步驟e、將窨井蓋圈9布置在氣囊上方，使鋼管位于蓋圈的中心，將用于向水窖輸水的PVC材質的進水管8布置在蓋圈的側下方，使進水管管口與氣囊頂部緊密接觸，向蓋圈周圍澆注細石砼，形成窖頂11，并使其與步驟e中所述窖壁粘結為一體，窖頂的厚度為15 20cm。步驟f、澆注形成窖頂8h后，采用小型抽氣機，通過鋼管抽走氣囊中的空氣，使氣囊與細石砼分離，從蓋圈內取出所述小型水窖快速構建裝置，回收備用。在細石砼內表面涂覆100#水泥砂漿，壓實抹光，次日在水泥砂漿上涂覆I : 2防水砂漿，最后涂覆525#水泥。 上述施工完成后，在蓋圈上加裝窨井蓋，得到本實施例的小型水窖。沉淀池7的構建方法如下在水窖一側間隔一定距離的土體內掏挖方形的坑穴， 采用100#水泥砂漿澆注池底和池壁，池蓋采用預制的150#水泥板。池壁上開設出水口并與前述步驟e中的進水管8連接。上述工藝實施過程中應注意養護。3天后，回填水窖窖頂的土方。本實施例水窖構建過程中的澆注工作第I天即可完成，第2 3天進行工作強度較輕的水泥砂漿壓光及防水處理，第4 5天進行其他輔助及養護工作，加上土方開挖工作，一眼水窖7天內即可完成主體工作。而現有的小型水窖施工工藝，需2 4工人施工15 20天以上。本發明極大地縮短了建筑工期，節省了人力物力，具有良好的經濟效益和推廣價值。上述實施例中的氣囊可采用其他材料，氣囊與鋼管的連接也可采用黏膠粘合、卡箍連接或其他能夠牢固固定并能避免漏氣的方式，在能通過簡單方法(如粘結)獲得更大尺寸氣囊材料時，通過壓力和抗壓強度核算的情況下，可以用本發明的原理制作大型水窖的構建裝置。
權利要求
1.小型水窖快速構建裝置，其特征在于包括與水窖內壁對應的充氣式氣囊(3)、對氣囊(3)進行充氣的鋼管(2)，鋼管(2)固定連接在氣囊(3)的頂部，鋼管(2)的下端伸入氣囊⑶內。
2.根據權利要求I所述的小型水窖快速構建裝置，其特征在于所述鋼管設置在氣囊的中心，鋼管的下端封閉并與氣囊的底部密閉連接，鋼管的上端伸出氣囊并與氣囊的頂部密閉連接，位于氣囊內的鋼管上設置有氣孔(5)。
3.根據權利要求I所述的小型水窖快速構建裝置，其特征在于所述氣囊由上下兩端開口的直筒形膜布組(4)捆扎而成，鋼管沿膜布組的中軸線布置，與氣囊連接的鋼管部位各設置有一組凸出于鋼管外壁的環形圓箍出)，膜布組的下部向內翻折后通過絳繩捆扎在鋼管(2)對應氣囊底部的圓箍上，膜布組的上部向外翻折后通過絳繩捆扎在鋼管(2)對應氣囊頂部的圓箍上。
4.根據權利要求3所述的小型水窖快速構建裝置，其特征在于所述膜布組包括2層套疊的直筒形PVC膜布，2層PVC膜布之間布置有I層621型滌綸濾布筒，膜布組的厚度為O.85mm0
5.根據權利要求4所述的小型水窖快速構建裝置，其特征在于所述圓箍的直徑為O.8 I. Ocm,每組圓箍中均包含有四個間距為4 6cm的圓箍。
6.根據權利要求I 5中任意一項所述的小型水窖快速構建裝置，其特征在于所述鋼管伸出氣囊的部分設置有氣閥。
7.根據權利要求6所述的小型水窖快速構建裝置，其特征在于所述鋼管伸出氣囊的長度不小于O. 5m，鋼管直徑為8 15cm。
8.根據權利要求7所述的小型水窖快速構建裝置，其特征在于所述氣孔設置在鋼管上氣囊中心高度的位置，氣孔的數量為2 3個。
9.采用權利要求I 8中任意一項所述小型水窖快速構建裝置的小型水窖快速構建方法，其特征在于包括以下步驟，步驟a、在需要構建小型水窖的土體內開挖基坑，將基坑底部、側壁夯實并敷設大棚膜布(10)；步驟b、向基坑底部澆注細石砼，形成凹形窖底(13)；步驟C、將未充氣的小型水窖快速構建裝置放入基坑，使鋼管保持直立，鋼管下端與基坑底部的中心位置對應，采用小型空壓機，通過鋼管向氣囊內充入空氣，使氣囊內的氣體壓強達到5 6kpa ；步驟d、向氣囊和基坑側壁的間隙中澆注細石砼，形成窖壁(12)，并使其與步驟b中所述窖底粘結為一體；步驟e、將窨井蓋圈(9)布置在氣囊上方，使鋼管位于蓋圈的中心，將用于向水窖輸水的進水管(8)預先布置在蓋圈側下方的位置，使進水管管口與氣囊頂部緊密接觸，向蓋圈周圍澆注細石砼，形成窖頂(11)，并使其與步驟e中所述窖壁粘結為一體；步驟f、完成步驟e所述澆注8 IOh后，采用小型抽氣機，通過鋼管抽走氣囊中的空氣，使氣囊與細石砼分離，從蓋圈內取出所述小型水窖快速構建裝置，在細石砼內表面依次涂覆水泥砂漿、防水砂漿、水泥，在蓋圈上加裝窨井蓋。
10.根據權利要求9所述的小型水窖快速構建方法，其特征在于所述基坑底部為球冠形的凹坑狀，窖底厚度為20 22cm，窖壁厚度為12 15cm，窖頂厚度為15 20cm。
全文摘要
本發明公開了一種小型水窖快速構建裝置及方法。本發明所述裝置包括與水窖內壁對應的充氣式氣囊、對氣囊進行充氣的鋼管，鋼管插入氣囊內部并分別與氣囊上、下部的端口固定、密閉連接。采用上述裝置的小型水窖快速構建方法是依次開挖基坑、澆注窖底、放入構建裝置、向裝置中充入5～6kpa的空氣、澆注窖壁、澆注窖頂、抽出裝置中的空氣、取出裝置，然后依次用水泥砂漿、防水砂漿、水泥處理細石砼內壁，最后加裝窨井蓋。本發明的小型水窖快速構建裝置及方法結構簡單、使用方便，能夠節約人工、降低費用、縮短工期，所構建的水窖堅固耐用。
文檔編號E04H7/18GK102587715SQ20121001614
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月14日 優先權日2012年1月14日
發明者莊文賢, 王其兵 申請人:連云港市臨洪水利工程管理處