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土工合成材料在排水工程中的应用

更新时间:2025-01-10 工作计划 版权反馈
【摘要】:表4.11常用的几种排水材料4.7.3.1无纺织物织物的排水特性。土工网可用于大面积排水。

排水使用的土工合成材料最早的是无纺织物和塑料排水管,以后的种类和形式越来越多,目前所用的排水大部分都是土工复合材料。复合排水材料的基本形式,是在高排水能力的塑料芯材外,包裹能起反滤作用的无纺织物滤膜,使土体中多余水分通过滤膜进入芯材而排走。

用作排水的土工材料主要有:无纺织物、塑料排水管、塑料排水带、土工网、软式排水管、复合排水材料、毛细虹吸排水带(Capillary Siphonic Drain Belt)以及速排龙等,分列于表4.11中,并将其中主要排水材料简介如下。

表4.11 常用的几种排水材料

4.7.3.1 无纺织物

(1)织物的排水特性。无纺织物一般具有一定的厚度,故水流可以垂直地穿过织物,也可以沿织物平面流动。同时,由于无纺织物的孔隙率较大,在不同压力下,织物会发生压缩而改变孔隙率,因而也改了渗透性。据研究,受压与未受压情况下,织物的渗透性会有很大变化,在不大的压力下,K值可比无压时的K值减少50%左右,而当压力达到300kPa时仅为无压时的。这样,表达织物排水特性的指标就与织物的厚度、孔径分布、织物材料的性能(密度、刚度等)、织物所受的压力等因素有关,如图4.20、图4.21所示(陆士强等,1994)。

图4.20 孔隙尺寸随压力的变化情况

(2)织物的选用。选用无纺织物时,先求出土工织物导水率

式中:Kp为织物平面渗透系数;t为织物厚度,以m计。所选的织物导水率θa应满足:

式中:FS为安全系数,可取2~3。

对于透过织物的透水能力,则用透水率ψ计算,已如4.1.3.4节所述。

图4.21 透水性与压力的关系(A、B为织物种类)

(a)透水率与压力的关系;(b)导水率与压力的关系

按此,织物的渗透流量公式可列如下。

平行于织物平面的流量:

垂直于织物平面的流量:

式中:Δhgp为沿织物平面上、下游计算点的水头差;Δhgn为垂直于土工织物平面上、下游的水头差;Lg为沿织物表面上、下游计算点的距离;A、B分别为垂直于和平行于土工织物的渗水面积,m2

式(4.25)和式(4.26)的计算中避开了随压力而变的厚度参数t,应用比较方便。《水利规范》中的4.3.2条和4.3.3条中的公式,即按此表达。

(3)织物渗透性的折减问题。上面讨论的渗透性都是对起始状态而言的,在织物反滤运用过程中,由于淤堵及其他一些因素影响使织物透水能力下降。因此,织物的渗透性应乘一个折减系数[见4.7.4.2节中式(4.30)];但另一方面,由于与织物相邻的土体中有部分细颗粒流失,其渗透性反而会增大。这点表明,应当把土工织物和相邻土体构成的反滤系统作为一个整体看待。无疑,对该系统的性能进行理论分析或定量计算是很困难的。实用的方法是将织物与相邻土体在符合工程实际条件下进行试验,作为设计的依据,而不是简单地仅用织物本身的渗滤试验成果进行设计。

4.7.3.2 塑料排水管(www.xing528.com)

塑料排水管可采用薄壁PVC管,管径有75~250mm等不同的规格,管周有圆孔或条孔,外包薄无纺织物,以起进水滤土作用。多孔管并非完全透水面,若将其转化为表面完全透水管,其等效直径def

式中:d为多孔管管径;x为进水阻抗因数,见表4.12。

表4.12 进水阻抗因数a

由此,塑料透水管的流量δj

式中:L为排水管长度。

若要求排走流量为δr,则δj应满足:

4.7.3.3 塑料排水带

塑料排水带是由不同截面的芯材外包无纺织物而成,带宽一般约为100mm,厚度为4~5mm,长可达数百m,有关它的应用和设计将在4.9节中详细介绍。

4.7.3.4 土工网

土工网由两组聚乙烯平行肋条组成,一组位于另一组之上,连接成一整体,构成排片,外包无纺织物,供排水排气之用。

若要求排走的流量为q,排水宽度为B,水流速度为v,则要求的土工网导水率θr为式中:kp为土工网平面渗透系数;FS为安全系数,可取1.5~2.0。

土工网可用于大面积排水。在国外也用于填埋场的排水和排气,以代替砂砾料。当用于陡坡上时,应注意固定,防止滑落。

4.7.3.5 排水软管

排水软管也称软式透水管,它是以经防腐处理,并外覆聚氯乙烯(PVC)等作保护层的弹簧钢丝圈作为骨架,以透水土工织物为管壁色裹材料的一种复合土工合成管材。其特点是,柔性很好,适应性强,透水性很大,因为它可以全管壁透水,导水性能与塑料排水管相似。主要用于软土路堤基底横向排水,滑坡整治、支挡结构物排水,以及隧洞、机场、运动场等建筑物的地下排水管(图4.22)。

图4.22 运动场埋设的地下排水管

(a)软式排水管;(b)运动场盲沟排水

4.7.3.6 塑料盲沟

它由盲沟体和外色无纺土工布滤膜两大部分组成。盲沟体是一种由高分子材料制成的三维空间结构。可分为矩形盲沟、矩形中空盲沟、圆形孔盲沟等。它具有集水性能强、排水性好、耐压、柔性、重量轻、易于施工等优点,故可用于交通、隧道、边坡、挡墙、堤坝工程和大面积公用场地等场合。

4.7.3.7 复合排水材料

复合排水材料是由两种或两种以上的土工材料复合而成,如在芯板一侧包以滤布,另一侧包以土工膜,构成板状、管状、纤维网块等,如图4.23所示。

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