專利名稱：整體水窖構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水窖的構(gòu)建方法，特別是用于收集和貯存雨水的水窖構(gòu)建方法，以及這種方法所用的相關(guān)器具。
背景技術(shù)：
雨水利用在國內(nèi)外均有著悠久的歷史，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(qū)，收集徑流發(fā)展微型灌溉，還有以色列為典型的中東地區(qū)、印度、墨西哥、中國及非洲撒哈拉沙漠南部諸國都采用各種集水技術(shù)措施用于人畜飲水、糧食生產(chǎn)、抗旱造林、發(fā)展畜牧業(yè)、商品樹(如圣誕樹)的生產(chǎn)，鹽堿地的改造及城市生活和工業(yè)用水等，非洲一些國家在地下建立水窖，將雨季收集貯存的雨水除人飲外，也將部分用水補(bǔ)充到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，在伊朗北部把蓄水池等與小流域治理結(jié)合起來，利用雨水也取得較好的效果。
在我國北方黃土高原溝壑區(qū)、丘陵旱山區(qū)，西南旱山、石山區(qū)和沿海缺水島嶼地區(qū)，人們用各種各樣的貯水設(shè)施在雨季巧妙地將雨水收集、貯存起來，它既不“改造自然”，不給大自然“動(dòng)地理外科手術(shù)”，又在雨季把極少含有鹽分的雨水保存在既無蒸發(fā)、滲漏，又不受生物及工業(yè)、農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)活動(dòng)污染的水窖中，創(chuàng)造出一種新的水源，從時(shí)間、空間進(jìn)行調(diào)控利用，首先用于解決人畜飲水和生活用水，還可以用于發(fā)展集水農(nóng)業(yè)，成為加速西部農(nóng)業(yè)發(fā)展的突破口。
近年來國內(nèi)在貯水水窖構(gòu)(建)的窖型上，有混凝土球形窖、混凝土頂蓋水泥砂漿抹面窖、混凝土蓄水池、水泥砂漿抹面窖、鍋扣缸式球蓋型水泥薄殼窖、封閉式澇池等多種形式，其構(gòu)建方法有兩三種一種是方法是先在土體中開挖一個(gè)窖體，然后用磚進(jìn)行砌筑，再在磚上面用水泥涂敷，最后再在表面涂摸(抹)防水層。
第二種方法是先完成窖蓋〔先在選好的窖址處制作一倒扣的鍋式窖蓋土模，(需有四條內(nèi)有3根受力鋼筋的拱肋土模)用混凝土澆筑成形，〕、7天后開挖即窖體部分，并用人工夯實(shí)窖壁及近球冠形的窖底；再從下而上用手工順序完成砼抹面，最后用水泥砂漿抹面。
第三種方法是球形窖的構(gòu)建選址放線后進(jìn)行上半球的土模制作，也就是挖成半球形土模，再在土模上鋪上牛皮紙，進(jìn)行混凝土澆筑(先澆筑圈梁，再澆筑上半球)養(yǎng)護(hù)7天后挖取內(nèi)心土，到圈梁下緣開始挖下半球，再澆筑下半球，澆筑完成后在上半球外回填土，再粉刷密封層，最后用磚或模具做好窖頸、窖口以及窖體養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)有技術(shù)不足是水窖的構(gòu)建耗時(shí)費(fèi)力，根據(jù)實(shí)際的測算，現(xiàn)一眼水窖的建設(shè)工期都在15～20天以上，建設(shè)成本高，而且修建難度較大，所建成的水窖防滲漏性差，使用壽命短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種可克服現(xiàn)有技術(shù)不足的水窖構(gòu)建方法，以及這種方法所使用的專用模具。
本發(fā)明的方法是首先在土體內(nèi)按設(shè)計(jì)直徑進(jìn)行放線開挖窖體，并將窖底挖成向上凹的球冠形，或者挖成近似向上凹的球冠形。窖體成形后進(jìn)行尺寸校核，并對窖底和邊壁擊打夯實(shí)，并使窖體表面盡量平整光滑、堅(jiān)硬密實(shí)。再在窖內(nèi)自窖底5至20厘米高處沿窖壁直立部分逐層放置分離的窖體直壁模具，使每塊模具的凹面向窖中軸方向，凹面背部光面向窖壁方向依次支撐。然后逐層在窖體直壁與模板間的間隙內(nèi)灌注砼，灌注砼時(shí)是自下而上逐層進(jìn)行，在灌注砼的同時(shí)用振動(dòng)棒振動(dòng)夯實(shí)。在最上一層砼灌注完畢，待砼稍硬化后逐塊取出模具。再在最上一層砼體上放置球冠形或近似球冠形的窖頂模具與窖頸模具，使模具上凸部分成窖頂曲面，同時(shí)將進(jìn)水管設(shè)置于模具上，這里所放置的進(jìn)水管最好采用PVC管。然后在模具的上凸部分外進(jìn)行砼灌注，同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)夯實(shí)。等窖頂砼體硬化后經(jīng)窖口逐塊取出窖頂模具。以窖底為模手工灌注的鋪抹砼體，形成砼窖底，待窖壁及窖頂凝固后應(yīng)當(dāng)盡早在窖砼內(nèi)表面用水泥砂漿壓實(shí)抹光，次日再用防水砂漿粉刷，最后用水泥刷涂。
在本發(fā)明的構(gòu)建方法中，窖壁與窖頂所灌注的砼和壓實(shí)抹光的砼至少應(yīng)為100#砼，根據(jù)土質(zhì)堅(jiān)硬情況確定窖頂與窖壁的厚度，一般可取6～10厘米(土質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)其厚度可較低)；另外在灌注時(shí)窖頂與窖壁相接處厚度應(yīng)在15厘米左右，然后向上逐漸減薄至10厘米。窖內(nèi)壁所用的防水砂漿至少為1∶2的防水砂漿，所用的刷涂水泥的標(biāo)號最低為525#的水泥。而為保證窖體有一定的強(qiáng)度和抗壓力，其窖底灌注的砼至少應(yīng)為150#砼，而且其厚度不得低于15～20厘米。
在實(shí)際的施工中，當(dāng)窖體挖好并夯實(shí)后，可在窖體的土表面用秸泥打底，再抹一層水泥砂漿。這樣即可以克服開挖窖坑時(shí)難以避免的局部多余挖去的問題，而且還可以防止在砼灌注時(shí)，砼內(nèi)水分被土壤吸收，影響砼的強(qiáng)度。
本發(fā)明所使用的窖體直立部分所用的模具是每付模具由至少三塊一維曲面的模板組成，其中每塊模板的曲率與設(shè)計(jì)要求的窖體內(nèi)壁曲率相等，其高度等于設(shè)計(jì)要求的每層砼體高度。根據(jù)實(shí)際使用表明每付模具由各自相等的18塊，或者18塊以上的曲面構(gòu)成。模板數(shù)量的確定應(yīng)考慮其重量，以方便施工，特別是手工施工。例如本發(fā)明后敍的實(shí)施例中采用的模具為20塊。這樣可以使模具盡可能輕，便于施工操作和設(shè)置。
本發(fā)明所使用的窖頂部分所用的模具是每付模具由至少18塊二維曲面的模板組成，其中每塊曲面板的二維曲率分別與設(shè)計(jì)要求的窖頂內(nèi)壁的倒鍋形曲率和圓周曲率相等，其寬度至少應(yīng)小于設(shè)計(jì)的窖口最大內(nèi)徑，其沿窖頂軸線的弧長等于設(shè)計(jì)要求的窖頂?shù)陌牖￠L與窖口半徑的差。窖頂部分所用的模具的模板數(shù)量一方面應(yīng)當(dāng)考慮重量，更重要是要考慮到能夠和便于從完成砼灌注后的窖口取出。
本發(fā)明的模具可以用木料制造，也可以用塑料制造，還可以用金屬材料制造。采用金屬材料制造時(shí)，可先用角鐵做成邊框，再按設(shè)計(jì)要求彎曲為相應(yīng)弧度，再在邊框處焊接0.5～1.5mm薄鋼板，每付模具中至少有1塊設(shè)置用于取出的裝置。這一取出裝置是在相應(yīng)的曲面邊沿打2個(gè)直徑1～3cm的孔，以便于取出模具。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、施工工期短、勞動(dòng)強(qiáng)度低。根據(jù)實(shí)際的測算采用本發(fā)明的方法可以使修建同樣大小的水窖工期縮短為5-7天，且勞動(dòng)強(qiáng)度明顯降低；2、不需要大型的施工設(shè)備，僅需采用模具與振動(dòng)棒相結(jié)合的半機(jī)械化灌注混凝土工藝即可實(shí)現(xiàn)水窖的構(gòu)建，這一點(diǎn)適合我國農(nóng)村，特別是我國經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)。
3、整體性好。由于水窖是一次灌注成功，整體性好，其防滲漏性高于其它形式水窖，堅(jiān)固耐用。
4、本發(fā)明的技術(shù)尤其適用于集中、大量修建水窖的場合。如果用幾套模具流水作業(yè)，既可大大提高工效，縮短工期，又能顯著降低成本?？梢远嗫旌檬?。


圖1為本發(fā)明的水窖剖面示意圖。圖2為本發(fā)明窖體直立部分所用模具的其中一塊的示意圖。圖3為本發(fā)明窖頂部分所用模具的其中一塊的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明以下結(jié)合實(shí)施例說明本例為新建一眼容積30m3的水窖。這種水窖采用現(xiàn)有工藝時(shí)由2～4人構(gòu)建，其耗時(shí)都在15～20天以上。
本發(fā)明的模具制作(1)窖體直立部分所用的模具在本例中每付窖體直立部分所用的模具由20塊曲面的模板組成，結(jié)構(gòu)參見附圖2，其中h為每塊模板的高度，α為模板曲面的弧度。在模板制作中，用40mm角鐵，做成50cm×50cm邊框，按設(shè)計(jì)要求α彎曲出弧度，再在框架上焊接厚度為0.5～1.5mm鋼板，并以其光面為模面。每付模具中有1塊模板沿其邊緣打2個(gè)直徑1～3cm的孔，以便于在完成砼灌注后取出，因此這塊模板也被稱為工作縫模板。
(2)窖頂模具窖頂模具由窖頂部模具和與窖頸部模具兩部分組成。其中每付窖頂部模具也由20塊模板組成。每塊模具為二維的弧形曲面形，參見圖3，其中γ為模板曲面的縱向弧長，它應(yīng)當(dāng)?shù)扔谒秧敳壳蚬诘陌牖￠L減去窖口的半徑的差(嚴(yán)格講應(yīng)減增球冠上窖口圓直徑處頂部的半弧長，但這一尺寸可以近似等于窖口半徑，為方便起見，采用了窖口的半徑進(jìn)行計(jì)算)；β為模板曲面最大的周向弧長，它應(yīng)當(dāng)?shù)扔谒秧敳颗c水窖直立部分相接處的弧度；R為水窖頂部與水窖直立部分相接處的半徑。在本實(shí)施例中窖頂部模具其下沿寬50cm，上沿寬8cm(使窖口直徑達(dá)52cm)，兩側(cè)弧長176cm，邊框同樣用角鐵圍成，框架中焊接鋼板，并以其光面為模面；窖頸模具與前述的為窖體直立部分所用的模具相同，僅其尺寸要小許多，因此在此不過多敘述。
也可以將窖頂部模具的模板與和窖頸模具的模板做成一體的，但這樣一是制造難度稍大，二是從窖體中出取出較為困難。
一般來講每付模具的組合起來后的總弧長應(yīng)當(dāng)稍小于設(shè)計(jì)的弧長，這樣在實(shí)際的設(shè)置時(shí)，可以用楔打入其中一組模具的間隙中，使整個(gè)模具擠緊，同時(shí)在收取模具時(shí)也會(huì)比較簡單，僅需將楔子打下就可方便地取出各塊模板。
在實(shí)際構(gòu)建水窖時(shí)第一步是選址。水窖選擇在來水相對充足的村莊、院落附近，公路及鄉(xiāng)、村道路附近。窖址要求土質(zhì)較密實(shí)，無裂縫、無洞穴，遠(yuǎn)離洪溝、崖邊、牲畜圈、廁所和樹木，要靠近集流面，具有收集雨水的條件。
窖體開挖嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行放線開挖。本實(shí)施例所開挖的窖體直徑300厘米(Φ＝300cm)，深545cm，底部呈開口向上的球冠形，球冠高7 5厘米。開挖中應(yīng)當(dāng)盡量避免超挖和欠挖。窖體成形后進(jìn)行尺寸校核，并對窖底和邊壁用木錘擊實(shí)，特別是窖底，應(yīng)使窖體表面平整光滑，堅(jiān)硬密實(shí)。此階段的土方量大約為36.56m3，按4m3/1個(gè)工.日計(jì)，2人需挖4天。
外模整修窖壁外模是利用土模，也就是在土體中所開挖的窖體內(nèi)壁。為簡化程序，并取得最佳的效果，窖體挖好后先將窖體的表面用秸泥打底(主要補(bǔ)塌陷處)，再抹一層水泥砂漿，這樣可以防止砼灌注時(shí)水分被土壤吸收，影響砼的強(qiáng)度。
內(nèi)模支撐內(nèi)模用加工成形的模具進(jìn)行支撐，模具分窖壁與窖頂兩種。從窖體基底距壁6～10厘米(厚度依窖壁的密實(shí)程度而定)處支撐窖壁模具，將模具凹面向窖中軸方向，光面向窖壁方向依次排列，每層由20個(gè)模具圍成圓形，可先圍2層，交錯(cuò)排列。
砼灌注用100#砼逐層灌注，邊灌邊用振動(dòng)棒振動(dòng)夯實(shí)，逐層安放模具，逐層灌注，共灌注6層(加各層模具間的工作縫使窖體深達(dá)320厘米)，在灌注時(shí)一次一般最多灌注三層，如一次灌注的層數(shù)過多，搗固作業(yè)將不容易實(shí)現(xiàn)。如果所用若模具數(shù)量少，也可待下層灌注層砼稍凝固即可將模具取出供上層循環(huán)使用；將窖頂模具與窖頸模具安裝成球冠狀或類曲面的倒置鍋形，在其上進(jìn)行砼灌注，在與窖壁連接處灌注厚度為22厘米，上面逐漸減薄至10厘米，通過窖頸直到窖口一次灌注成形。在灌注時(shí)應(yīng)注意先把PVC的進(jìn)水管一次壓好，其位置見圖1。窖口內(nèi)徑52厘米；窖壁模具在砼凝固后(一般灌注8小時(shí)即可)從工作縫處逐個(gè)取下；窖頂模具3天后取出。所有的模板均經(jīng)窖口取出。
窖壁粉刷待窖壁及窖頂凝固后即進(jìn)行抹灰粉刷，這一工序應(yīng)當(dāng)越早進(jìn)行越好。其具體作法是先用100#水泥砂漿壓實(shí)抹光，次日用1∶2防水砂漿粉刷，最后用525#水泥刷涂。
窖底處理窖底基礎(chǔ)應(yīng)具有一定強(qiáng)度，可采用150#砼灌注15～20厘米厚，同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意與窖壁連接處的結(jié)合，避免留下縫隙。窖底表面再用1∶2防水砂漿壓實(shí)抹光。
窖口平臺(tái)可用統(tǒng)一模具進(jìn)行預(yù)制、安裝。這一技術(shù)可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
沉淀池按設(shè)計(jì)尺寸開挖土池，采用100#砼灌注或采用100#砼預(yù)制塊漿砌，池蓋用150#砼預(yù)制安裝。
以上工藝完成后進(jìn)行最好進(jìn)行砼的養(yǎng)護(hù)，以使砼達(dá)到最大的強(qiáng)度。然后在窖頂處回填土，并夯實(shí)。此時(shí)水窖即可投入使用。本例實(shí)施中共采用了6×20個(gè)窖壁模具，水窖的砼灌注時(shí)間為1.5天，從開挖窖體到建成約需6天；若有3×20個(gè)窖壁模具，灌注時(shí)間需3天，從開挖窖體到建成僅需8天。顯然本發(fā)明的工期遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)。
根據(jù)實(shí)際的測試，采用本發(fā)明的水窖其壽命，防滲漏性，以及窖的抗壓等均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.整體水窖構(gòu)建方法，首先在土體內(nèi)按設(shè)計(jì)直徑進(jìn)行放線開挖，并將窖底挖成向上凹的球冠形，窖體成形后進(jìn)行尺寸校核，并對窖底和邊壁擊打夯實(shí)，并使窖體表面盡量平整光滑、堅(jiān)硬密實(shí)，其特征是在窖內(nèi)自窖底5至20厘米高處沿窖壁直立部分逐層放置分離的直壁模具，使每塊模具的凹面向窖中軸方向，凹面背部向窖壁方向依次支撐，自下而上逐層在窖體直壁與模板間的間隙內(nèi)灌注砼，同時(shí)用振動(dòng)棒振動(dòng)夯實(shí)，直至最上一層砼灌注完畢，在砼稍硬化后逐塊取出模具，然后在最上一層砼體上放置倒鍋形的窖頂模具與窖頸模具，使模具上凸部分成窖頂曲面，同時(shí)將進(jìn)水管設(shè)置于模具上，再在模具的上凸部分外進(jìn)行砼灌注，同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)夯實(shí)，在窖頂砼體硬化后逐塊取出窖頂模具，以窖底為模手工灌注的鋪抹砼體，形成砼窖底，待窖壁及窖頂凝固后盡早在窖砼內(nèi)表面用水泥砂漿壓實(shí)抹光，次日再用防水砂漿粉刷，最后用水泥刷涂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體水窖構(gòu)建方法，其特征在于窖壁與窖頂所灌注的砼和壓實(shí)抹光的砼至少應(yīng)為100#砼，其厚度為6～10厘米，灌注時(shí)窖頂與窖壁相接處厚度應(yīng)不小于22厘米左右，然后向上逐漸減薄至10厘米，窖內(nèi)壁所用的防水砂漿至少為1∶2的防水砂漿，所用的刷涂水泥的標(biāo)號最低為525#的水泥窖底灌注至少為150#砼，且其厚度不低于15～20厘米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的整體水窖構(gòu)建方法，其特征在于窖體挖好并夯實(shí)后可將窖體的土表面用秸泥打底，再抹一層水泥砂漿。
4.權(quán)利要求1至3所述的任一整體水窖構(gòu)建方法所使用的窖體直立部分所用的模具，其特征是每付模具由至少三塊一維曲面的模板組成，其中每塊模板的曲率與設(shè)計(jì)要求的窖體內(nèi)壁曲率相等，其高度等于設(shè)計(jì)要求的每層砼體高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模具，其特征在于每付模具由不少于各自相等的18塊模板構(gòu)成。
6.權(quán)利要求1至3所述的任一整體水窖構(gòu)建方法所使用的窖頂部分所用的模具，其特征在于每付模具由至少18塊二維曲面模板組成，其中每塊模板的二維曲率分別與設(shè)計(jì)要求的窖頂內(nèi)壁的倒鍋形曲率和圓周曲率相等；其周向?qū)挾刃∮谠O(shè)計(jì)的窖口最大內(nèi)徑；其徑向弧長等于設(shè)計(jì)要求的窖頂球冠的半弧長與窖口半徑的差。
7.權(quán)利要求4至6所述的模具的制造方法，其特征在于模具用角鐵做成邊框，再按設(shè)計(jì)要求彎曲為相應(yīng)弧度，在邊框處焊接薄鋼板，每付模具中至少有1塊設(shè)置用于取出的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于所述的取出裝置是在相應(yīng)的曲面邊沿打2個(gè)直徑1～3cm的孔。
全文摘要
本發(fā)明公開一種水窖的構(gòu)建方法，特別是用于收集和貯存雨水的水窖構(gòu)建方法，以及這種方法所用的相關(guān)模具。本發(fā)明的方法是首先在土體內(nèi)按設(shè)計(jì)直徑進(jìn)行放線開挖窖體，并將窖底挖成向上凹的球冠形，或者挖成近似向上凹的球冠形。再在窖內(nèi)放置模具、灌注砼，然后進(jìn)行窖底灌注砼的施工。最后在窖頂進(jìn)行回填，并夯實(shí)。本發(fā)明具有省時(shí)省力，水窖壽命，防滲漏性，以及窖的抗壓等均優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E04H7/18GK101021106SQ20071008532
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者吳桂貴, 王靜 申請人:蘭州大學(xué)