貯水系統的製作方法

2023-06-06 21:57:26 2

專利名稱：貯水系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種改善的包含頂部的地下水C留/滯留系統，其中該頂部由 穩定的多孔周界結構支撐，該周界結構由在襯墊系統中圍繞的開口分級骨料和 柱體/支柱構造。
背景技術：
貯水/滯水系統根據越來越嚴格的環境要求以受控的速度存儲和釋放水。 雨水貯留/滯留系統已經成為場地開發工程的標準特徵，其中建築物、道路和 停車場限制了場地吸收水分的能力。相應地，許多政府和城市機構限制雨水可 以釋放到當地河流中的速度。通常在新開發地區構造滯留池，從而以設定的速 度存儲和釋放水。在陸地有價值的地方或空間有限或者涉及其它問題的地方，存在地下構造的貯留/滯留系統。例如，參見美國專利6， 796， 325、 4， 620， 817和6， 702， 517。根據現有程序，工程師已經提供了各種工具，用於將雨水導引到地面，用 於存儲和處理。例如，已經採用碎石坑，通常在那裡具有多孔的管道。已經採 用由混凝土、鋼或塑料製成的各種成形或模製結構。傳統上己經使用大直徑的管道，以構造地下貯留/滯留系統。典型地，這 些系統包含放置在幵挖底部的預備床層上的一系列平行管道。這些管道必須充 分隔離，由選擇的土壤回填並覆蓋至最小高度。由於回填需求和有限容量的管道，這些系統通常需要比期望的或可用的更 大的面積。作為傳統地下貯留/滯留系統的可選方案，本發明提出降低所需區 域和/或提供經濟選擇等其它優點。現有技術已經採取大的面積和/或已經包含使用精細和昂貴的組件。改善 的地下貯留/滯留系統保留重要的目的。發明內容根據本發明，提供一種改善的貯水/滯水系統，其能滿足耐用性和低成本 以及易於安裝的準則，同時具有支撐由其它使用者施加的在地表面上諸如停車 場和駕駛的負載的完整性。實質上，本發明的貯水/滯水系統包含用於水存儲的有頂部的地下腔室； 周界結構，其由多孔填充材料構成並穩定；腔室頂部，其由周界結構以及在需 要地方的內部柱體(column)或支柱(pier)支撐。如隨後描述，周界結構由 開口分級骨料構造。設置襯墊系統，以將本發明的貯水系統與周圍的土壤分開。 柱體/支柱由開口分級骨料構成或由傳統的金屬、混凝土、塑料等材料構成。穩定多孔周界結構可以為機械穩定土牆(MSEW)或加固土坡(RSS)。 開口分級骨料為惰性金屬諸如砂、砂礫、輕骨料、膨脹頁巖、碎石塊、礦渣、 殼及其組合。襯墊系統可以為土工膜或土工織物。


圖1是根據本發明表示貯水/滯水系統的透視圖； 圖2示出了諸如由在圖1中示出的系統採用的優選的支撐柱體； 圖3示出根據本發明具有內部支柱和弓形頂部的貯留/滯留系統的各種元 件的等容積視圖；圖4是根據本發明具有內部柱體/立柱和平臺頂的貯留/滯留系統的正視圖；圖5是根據本發明具有內部支柱和弓形頂的貯留/滯留系統的正視圖； 圖6是示出根據本發明的貯留/滯留腔室的各種特徵的平面圖，同時圖7 是圖6的系統的正視圖；圖8示出了類似於圖4但是在腔室內包括過濾裝置的本發明的實施方式。
具體實施方式
本發明的貯留/滯留系統包含地下腔室，其根據位置的特定需求設計大小 以容納需要存儲的水的容積。提供一種襯墊系統，以包絡貯留/滯留系統，並 將本地土壤與多孔骨料(aggregate)隔離。腔室配置由周界支撐結構形成，該結構包含穩定的多孔骨料。使用包含穩定的多孔骨料的周界結構實質上通過使頂部支架放置在襯墊系統的周界內部， 降低頂部結構的面積。適當地採用機械上穩定的重力式牆或適當地採用加固土 坡。隨著減小頂部面積，這些穩定的多孔周界結構支撐表面負載並提供巨大的 水存儲容量。在穩定的多孔骨料周界結構內部是柱體和/或支柱，其提供頂部的支撐。使用適當的立柱(pillar)或支柱有效地減小了在貯留/滯留腔室上方 的頂部結構的跨度(span)。立柱和/或支柱可由類似於周界結構的多孔結構穩 定，或者立柱和/或支柱可由傳統的材料構成，包括金屬、鋼筋混凝土等。盡 可能地，由於增加的水存儲容量，其優選地採用穩定的多孔結構的立柱和/或 支柱。立柱和/或支柱提供對腔室頂部的支撐，其允許使用頂部上方的表面用 於各種目的，包括汽車使用。當由多孔骨料構造立柱和/或支柱時，其還提供 巨大的內部水存儲容積。提供一種平臺系統或弓形系統類型的示意性示出的適當的頂部，其被傳統 的支撐裝置支撐在外圍結構上和支柱或柱體上。貯水/滯水系統建造在地下，通常位於在具有基本上平坦的底部表面的地 裡挖出的床層內。襯墊系統被安裝在開挖上方，以有效地防止微粒進入到貯水 系統中。在襯墊系統內構造柱體/立柱/支柱或其它該類結構。在周界周圍以及 柱體/立柱/支柱對面，由多孔回填料提供穩定的結構。穩定的周界結構包括護 面(facing)系統，以防止回填的骨料脫散到腔室中。穩定材料/方法能夠構造 垂直面或深斜坡及其組合。腔室的頂部橫跨在單個或多個柱體/立柱/支柱與周 圍的周界結構之間。本發明的組件的大小和間距是基於特定應用的水存儲需求和經濟因素。熟 練的工人很容易確定優化組件的大小和間距。周界結構由具有至少2mm顆粒尺寸的多孔開口分級骨料構成，包含不多 於細粉的痕量(最高達5wt。/。)。較小尺寸的骨料將導致孔隙壓力，其可破壞 周界結構然後破壞頂部結構並且導致較小的存儲容量。穩定每個周界結構，以 經受住橫向的土和水壓力，包括任何活的和死的負載超載、結構的自身重量、 溫度和收縮效應以及地震負載。由土工織物、土工格柵、土工格室、土工複合 管、土工複合圓形格室或土工複合石籠提供穩定性，然而本發明不限於這些材 料。可基於經濟因素和本發明的期望特徵來選擇一種或多種穩定的方法。由目 前本領域眾所周知的程序完成穩定的周界結構的構成。在該點，可使用一般在MSEW/RSS構造中使用的程序建造穩定的周界結構。例如，在美國運輸部門 No.FHWA-SA-96-071公開內容中提供MSEW和RSS構造的描述，在此引入 其作為參考。其它構造方法包括土工複合格室結構，其中土工複合形成具有強接縫的環 中並由骨料填充。另外，可使用土工格室構造。這些是可膨脹以形成格室的三維土工複合。 可通過由骨料填充格室並且將一個格室堆疊在另一格室的頂部上而構建周界 結構。可由多孔材料回填並穩定周界結構內的柱體/立柱/支柱。可使用具有適當 的調整的MSEW/RSS構造程序構建柱體/立柱/支柱，以適應在支柱情形下的兩 個面或者容納在立方柱體情形下的四個面。穩定方法可或不能類似於在周界結 構上使用的方法，並且將取決於經濟因素和柱體/立柱/支柱的期望特徵。護面系統允許水流動，使得基本上降低或消除多孔填充內的孔隙壓力。在 具有土工複合格室的情況下，在結構表面上的材料可以為唯一穩定元素。當在 石頭正面或在由土工複合加強的暫時機械穩定的土牆的構造中是共同的時，該 面可由具有模板的土工織物或土工柵格構成。該面可由護面面板或護面單元構 成。該面可以為土工格室的外部元件。本發明不限於這些材料並且可基於經濟 因素和本發明的期望特徵來選擇構成該面的方法。以上所述的穩定材料和方法是來自於公知為土工複合的構造產品材料族， 其在民用工程產業中相對較新。土工複合為在土工技術應用中使用的塑料。混 凝土、金屬和木頭是用於構造重力式和半重力式牆的傳統工程材料。這些材料 在經常地淹沒到水中時比土工複合材料更易於剝蝕，並且對於在本發明提出的 應用中更加昂貴。用於構造周界結構的回填具有用於存儲和排出水的容量，而不折衷穩定結 構的結構完整性。回填料可以為具有不大於精細顆粒痕量的粗砂或較大骨料。 在美國標準篩號的形式中，回填材料的尺寸大於10號篩，其對應於大於2mm 的顆粒尺寸。用於特定應用的最大有效回填將是水存儲容量、透水性、穩定性和成本的 函數。通常，該材料可以為處理過的骨料，其被篩過並被洗滌，以去除精細顆 粒。在農村的特定區域中，使用具有不大於細粉痕量的粗砂將具有經濟效應。其它潛在的回填材料諸如循環混凝土、瀝青或玻璃也是可行的，只要材料的孔 隙度和結構完整性足以用於本發明的目的。當選擇本發明中結構的回填料時，有四個考慮因素水存儲容量、透水性、 穩定性和成本。水存儲容量…一般來說，骨料尺寸越大，含氣率的百分比越高，並因此結 構內的水存儲潛能越高。透水性…-該設計必須考慮由於快速降深條件產生的在多孔結構中發展的 孔隙壓力的潛能。雖然本發明中釋放水，但是對於腔室存在比多孔結構更快排 水的潛能。隨著這種不平衡增加，多孔結構內的孔隙壓力將增加並且該結構的 穩定性將下降。透水性，其為土壤的排水速度隨著骨料尺寸而增加的量度。較大的骨料(即，其具有2mm或更大的尺寸)將提供比細土 (即，細砂、粉砂 和粘土)更高的透水性，其中細土可能遷移或消除與快速降深條件相關的孔隙 壓力，因而較大的骨料是優選的。穩定性…增加骨料尺寸可增加含氣率的百分比，並因此而增加水存儲容量 和多孔結構的透水性。然而，含氣率的較高百分比可能折衷結構的內部穩定性， 並且可影響成本和穩定方法。成本---最有效回填料的選擇應該基於在最低成本且不折衷穩定性時優化 水的存儲容量和透水性。在石頭可用的區域中，回填材料有可能為被篩過且被 洗滌過的已處理骨料。在不能本地利用石頭的地方，像許多海岸區域，可選擇 粗砂，儘管其具有較低的存儲容量和透水性。周界結構的後面通常將鄰接本地土。襯墊系統放置在多孔填充物和土壤之 間，以限制周圍的土壤以管輸送到多孔回填料中。襯墊系統還將用在底部上， 和在本發明的頂部上需要的地方，以限制顆粒移動進入腔室中。襯墊系統可以 為土工織物，其允許水移動，但是限制顆粒移動。襯墊系統可以為土工膜、膨 潤土複合防水墊或旋塗墊，其限制水和顆粒二者的移動。金屬、混凝土和瀝青 可用於構造本發明的頂部。這些材料自身或其組合將限制顆粒移動進入本發明 的頂部。本發明不限於這些材料並且可基於經濟因素和期望特徵而選擇材料。本發明的頂部示意性地為平臺或弓形系統，但是不限於這些系統。軸承墊 在柱體/立柱/支柱和周界結構的頂部被適當地構造，以支撐頂部系統。通常設置用於提供水流進出腔室的入口/出口結構。這些結構可經過襯墊系統和圍繞側部的周界結構進入或經過本發明的頂部。進入結構側部的入口結 構通常為管道。經過頂部進入的入口結構可以為路面暴雨下水道。適用的材料 將放置在入口結構周圍使得沒有顆粒流經凸部並進入到本發明的頂部並且沒 有雨水從本發明的頂部流出。在周界結構的內部面處，構造入口，使得保持多 孔填充物。利用與入口結構相同的考慮因素，構造出口結構。在一些應用中， 出口結構可能是不期望的，並且存儲在本發明的頂部中的水將經過底部和側部 而滲入到本地土中。在釋放之前需要雨水過濾的應用中，可在腔室內構造過濾 系統並經過襯墊系統排放。管道或其它該類結構可安裝在多孔回填料內，以優化存儲容量或改善排水 性或增強維護程序。必須在入口和出口處以及在柱體/立柱/支柱和周界結構的 底部進行衝刷防護。包括於條款中被認為是新穎且獨特的為以下--在地下水存儲系統中，使用骨料穩定多孔結構以形成一個或多個水存儲 腔室。--在地下水存儲系統中，使用骨料穩定多孔牆/深斜坡以存儲水。 --在地下水存儲系統中，使用骨料穩定多孔柱體/立柱/支柱以存儲水。 --在地下水存儲系統中，使用骨料穩定多孔周界結構和柱體/支柱/立柱以 支撐頂部。--在地下水存儲系統中，使用骨料穩定多孔柱體/支柱/立柱並且使用骨料 穩定多孔周界結構以支撐頂部。所附圖1是根據本發明的貯水腔室的透視圖。參照圖l，預備對於將被保留的預期水容積的適當尺寸的開挖，其具有一 般性的水平底部。包含土工膜的襯墊1放置在開挖表面上方。如圖所示開挖的四個側部是傾斜的，並且根據傳統程序構造機械穩定的周 界支撐結構2。由土工複合內含物3根據已知的實施來提供周界結構的穩定。設置足夠的數目的支撐柱體4，使得利用周界支撐結構而提供足夠的支撐，用於頂部5和額外的預期負載諸如將要承受的車輛交通。如圖1中所示， 支撐柱體4也是機械穩定土結構，儘管它們可由任何適當的材料構造。如圖所 示，還提供輔助頂部支撐裝置6。設置入口雨水排放管道7，以將表面雨水排放到滯留腔室中，並且設置出口排放管道8以從腔室排放所存儲的水。應該注意到排放管道容量應該小於入口管道容量以提供存儲滯留量。在頂部5已經被安裝在適當位置之後，襯墊從開挖的周界延伸到頂部周 界。然後，該區域回填至等級水平。然後，在腔室上方的區域可用作期望的如 車輛停車場等。柱體/立柱/支柱4可以具有任何適當的橫截面。例如，可使用具有圓形、 矩形或其它橫截面的柱體。具有如圖所示錐形的柱體是特別有用的。圖2提供優選的支撐柱體的放大視圖，諸如在圖1中使用並且在此處指柱 體4。如在圖2中所示，柱體4由開口的多孔骨料46構造。通過利用土工復 合材料47逐步提升而包裹柱體的表面，防止骨料鬆散到腔室中，其中該土工 複合材料47示意性地為土工織物或土工柵格。在優選的實施方式中，提供拉 伸增強元件或內含物，從而可供給結構增強的強度。提供在其上放置橫梁43 的軸承墊42，並且沿著具有放置在縱梁上的平臺(deck) 45的橫梁的長度設 置縱梁(stringer) 44。圖3示出了適當的貯留/滯留腔室的分解圖，其包含內部軸承支柱12以支 撐放置在軸承元件17上的弓形頂部元件18。支撐支柱示意性地具有內部導管 13，其增強排水性並增加存儲容量。提供周界結構23，其為穩定的多孔結構， 墊17適當地設置在所有的支柱和周界結構上以支撐頂部。在圖3中，頂部18 為弓形頂部。支撐支柱12優選地為穩定的多孔骨料結構。圖4是根據本發明的腔室的正視圖，其具有平臺頂17，其依次包含弓形 頂17A，頂縱梁17B、頂鋪板17C和頂表面17D。提供支撐柱體21。提供人 孔22，用於進入。如在之前的附圖中所述，牆和支撐柱體由穩定的多孔骨料 構成。圖5是類似於圖4的腔室但是具有弓形頂28而不是圖4的平臺頂的正視圖。圖6是類似於根據本發明的圖1的腔室的平面圖，而圖7是其正視圖。 圖7是圖6的正視圖。在圖7中，示出柱體4的正視圖。除了由穩定的多孔骨料周界牆所提供的支撐外，柱體4提供對平臺頂的支撐。圖8示出了C:留/滯留系統，其類似於圖4的系統但是具有設置在腔室內的過濾裝置50。從腔室排出的水在經由出口管道10排出之前經過過濾裝置50。過濾裝置50具有傳統的設計並且能有效地從腔室排出液過濾不期望的材料。特別參照如圖1所示的本發明的實施，幵挖地下水貯留/滯留裝置的場所， 以形成具有適當尺寸的基坑，例如具有用於保留大約90， OOO立方英尺的雨水 的尺寸。 一般來講，具有110長側部和1H: 1V側部傾斜的大約10.5英尺深 的立方開挖為示例性的貯留/滯留系統。1H: 1V意味著對於一個垂直距離單元 有一個水平距離單元，即45度傾斜角度。開挖的底部實際上幾乎水平。開挖的內部表面，包括底部是利用適當的土工複合材料而具有條紋，例如 土工織物或土工膜。周界結構2構造在開挖內，該周界結構利用適當的內含物 而機械穩定，如以上參照FHWA出版物的圖1所示。支撐柱體構造在具有適於支撐頂部結構和預期表面負載的尺寸和數目的 開挖內。例如，在周界結構內以對稱圖案隔開的1H: 2V側腳處，由護面系統 使用具有12平方英尺底部和6英尺高度的柱體，如圖7中所示。周界結構和柱體由穩定的3/4到2英寸洗滌的、碎的有角石頭構造並穩定。 土工柵格利用適當的孔尺寸包裹護面系統，例如，1/2x1/2英寸用於保持石頭。 在該實施例中，提供9個柱體。由混凝土和鋼筋棍製成的軸承墊設置在各種柱體的頂部，並且提供平臺頂 部元件，其放置在軸承墊上。平臺頂主支撐由剛製成，並設計尺寸以裝配在周 界牆和軸承墊上(大約24英尺跨度)。提供入口管道9和出口管道10,其分別具有3英尺和1英尺的直徑。當腔室組件完成時，土工複合襯墊材料在系統頂部上延伸。適當的骨料用 於將開挖的區域提升至期望的等級。可以完成平臺頂，並且如果需要，利用瀝 青或混凝土進行鋪砌。本發明的貯留/滯留腔室的優點包括易於構造、降低成本、增加腔室上 方每個單元面積的水貯留容量等。多孔周界結構通過使頂部的構造能支撐周界襯墊系統的內部(inboard)，降低頂部面積。到目前為止，本發明的最昂貴的 組件為頂部結構，並且頂部的成本隨著支撐之間的跨度增加而顯著升高。本發 明的獨特特徵在於在襯墊系統內放置結構。否則，頂部支撐將需要被放置在襯 墊系統/開挖外部，並且跨度必須彌合開挖內的長無筋斜坡。本發明允許頂部 支撐良好地放置在襯墊系統周界內部並且還能使牆/陡斜坡的構造在頂部支撐 的前面快速傾斜。在頂部支撐和襯墊系統周界之間的開挖斜坡上方的空間具有相對於頂部結構成本的受限存儲容量。因此，利用可存儲水同時支撐表面負載 並減輕孔隙水壓力的骨料回填該空間是經濟的。在襯墊系統周界和軸承墊之間 的面積接近整個頂部面積，並因此組成本發明的表面面積的較大部分。當保持水的過濾是必需或期望時，過濾裝置可設置在貯留/滯留腔室內部 或者腔室外部，使得從腔室排出的水在最終釋放之前經過過濾裝置。
權利要求
1.一種貯水/滯水腔室，其包含由穩定多孔周界裝置和頂部形成的腔室，所述頂部由所述周界裝置和腔室內的支撐裝置支撐；用於將水引導到所述腔室中的裝置以及用於將水從所述腔室排出的裝置；以及用於防止顆粒物進入所述腔室和多孔周界裝置的襯墊。
2、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，穩定的多孔周界裝置是機 械穩定土牆或加固土坡。
3、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述系統內的支撐裝置包 含機械穩定土結構。
4、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，頂部為平臺頂。
5、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，頂部為弓形頂。
6、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述襯墊裝置為土工織物、 土工膜、膨潤土複合防水墊或旋塗墊的至少一種。
7、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述周界裝置利用土工復 合材料穩定。
8、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述支撐裝置利用土工復 合材料穩定。
9、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，穩定多孔周界裝置包含具 有不多於細粉顆粒痕量的至少2mm顆粒尺寸的穩定多孔骨料。
10、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，用於水過濾的裝置在所述 腔室內構造。
11、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述周界裝置利用石籠穩定。
12、 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述支撐裝置利用石籠穩定。
13、 一種貯7jC/滯水系統，包含 周界支撐結構，其包含穩定的多孔骨料；頂部，其至少部分地由周界支撐結構進行支撐，周界支撐結構和頂部限定 在兩者之間的腔室；以及至少一個入口，其配置用於使水進入腔室中。
14、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，穩定的多孔骨料具有至 少2mm的顆粒尺寸並且包含不高於高達5%重量比的細粉。
15、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，周界支撐結構利用機械 穩定土牆或加固土坡的至少一種而穩定。
16、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，周界支撐結構通過土工 複合材料穩定。
17、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，周界支撐結構利用一個 或多個石籠穩定。
18、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，頂部包含金屬、混凝土 或瀝青的至少一種。
19、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，進一步包含 設置在腔室內的至少一個頂部支撐。
20、 根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，頂部支撐進一步包含 柱體或支柱的至少一種。
21、 根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，頂部支撐由穩定的多孔 骨料組成，該骨料具有至少2mm的顆粒尺寸並且包含不高於5%重量比的細 粉。
22、 根據權利要求21所述的系統，其特徵在於，頂部支撐進一步包含護 面系統，該護面系統配置用於防止多孔骨料進入腔室。
23、 根據權利要求19所述的腔室，其特徵在於，頂部支撐包含機械穩定 土結構或加強土坡結構的至少一種。
24、 根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，至少一個頂部支撐利用 土工複合材料穩定。
25、 根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，至少一個頂部支撐利用一個或多個石籠穩定。
26、 根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，頂部結構由金屬或混凝 土的至少一種穩定。
27、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，進一步包含 襯墊，其配置以防止顆粒物進入腔室和周界支撐結構。
28、 根據權利要求27所述的系統，其特徵在於，襯墊進一步限定水移動 進入或離開腔室和周界支撐結構。
29、 根據權利要求27所述的系統，其特徵在於，襯墊包含土工織物、土 工膜、膨潤土複合防水墊或旋塗墊的至少一種。
30、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，周界支撐結構進一步包 含護面系統，該護面系統配置用於防止回填料進入腔室。
31、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，進一步包含 軸承墊，其設置在周界支撐結構和頂部之間。
32、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，進一步包含 出口，其配置以允許水從腔室排出。
33、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，入口結構進一步包含用 於防止顆粒進入腔室的材料。
34、 根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，進一步包含 過濾系統，用於過濾被保持的水。
全文摘要
本發明提供一種改善的貯水/滯水系統，該系統包含由穩定多孔周界裝置和頂部形成的腔室、腔室內的支撐裝置，以及能有效防止顆粒進入所述腔室和多孔周界裝置的襯墊。
文檔編號E03F5/10GK101233282SQ200680027316
公開日2008年7月30日 申請日期2006年7月26日 優先權日2005年7月27日
發明者泰倫斯·G·喜來登 申請人:喬斯託拉根公司