CN107142858B - 一种季节性浸水路基内部单向排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种季节性浸水路基内部单向排水系统，包括：组合式防渗层、管式渗沟、仰斜式单向排水管、阶梯式土工格室和砂石垫层，尤其是仰斜式单向排水包括仰斜式排水管、喇叭形出水口及单向排水阀体，仰斜式排水管顶部带孔，一端同渗沟排水管连通，另一端倾斜穿过边坡防渗层。本发明通过防渗层、渗沟、排水管的综合使用，兼顾了浸水路基防渗、排水两方面需求；通过设置新型单向排水阀体的方式，有效防止路基侧积水倒灌入路基体内；新型单向排水阀体具有密封距离长，排水效果好的优点，对季节性浸水路基可以起到很好的防排水作用。

Description

一种季节性浸水路基内部单向排水系统

技术领域

本发明涉及路基排水系统领域，尤其是，提供了一种针对季节性浸水地区路基内部单向排水系统。

背景技术

近二十年来，中国在非洲、东南亚等地区的海外公路建设业务发展迅猛。在非洲及东南亚典型热带雨林地区，地下水位高、含水率高，软土广泛分布且富含有机质。很多地区年降雨量高、雨季降雨集中，使得路基下部要么长期被水浸泡，要么季节性浸水，路基干湿状况变化幅度大。当路基排水设施设置不当，或降雨量大于其排水能力时，会导致雨水在路基两侧汇集，引起路侧水位变化。路侧水位的升降及各种极端工况引起路基内部水分迁移，对路基安全不利。因此，完备的路基路面结构内的排水系统对于保证路基工作区湿度状况，保障路基路面结构正常工作至关重要。

现有常用的路界地下排水设施主要包含：渗沟、边坡渗沟、支撑渗沟、渗井、暗沟、仰斜式排水管和隔离层等，对于常规路基在降低地下水位，汇集水流等方面可以起到不错的效果，但是对于季节性浸水情况，单一一种排水单元或其简单的组合并不能起到很好的效果。另外由于季节性浸水路基存在路基两侧积水的情况，有时积水水位很高，设置路基体内部排水管会存在倒灌问题。因此需要使用单向排水管，防止路基侧积水沿排水管进入路基。目前浮球式单向阀存在与管壁接触面积小，密封防水效果不佳的问题。对于季节性浸水地区，当有大流量排水需求时，由于浮球在排水管中的阻滞效应，会大大影响路基水的排出速度。

综上，需要针对季节性浸水典型条件，综合考虑其水分入渗迁移规律，合理设置其路基内部排水设施，开发适用于季节性浸水地区的新型单向排水系统。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于季节性浸水地区的路基内部单向排水系统，以解决季节性浸水地区路基内部快速排水，防止路侧积水倒灌问题。

本发明所提供的技术方案如下：

一种季节性浸水路基内部单向排水系统，包括：

设置于路基两侧的组合式边坡防渗层；设置于两侧路肩下路基土内部的管式渗沟；与管式渗沟下部排水管相连通的仰斜式单向排水管；仰斜式单向排水管外围的阶梯式土工格室；和设置于路基下部的砂石垫层；其中：

所述组合式边坡防渗层包括：粘性土保护层、浆砌料石防渗层及防水膜料，所述粘性土保护层位于路基边坡表面上部，所述浆砌料石防渗层位于路基边坡表面下部；所述防水膜料沿路基土边坡铺设于粘性土保护层和浆砌料石防渗层下方；

所述管式渗沟包括：渗沟封闭层、渗水体和纵向土工排水管，所述渗水体采用透水性粒料填充，填料外设置反滤层，底部设置防渗层；所述纵向土工排水管位于管式渗沟的下部；

所述仰斜式单向排水管包括：仰斜式排水管、喇叭形出水口及单向排水阀体，所述仰斜式排水管顶部带孔，外包土工布作为反滤层，一端同渗沟的排水管连通，另一端倾斜穿过边坡防渗层，并保持不小于6°的倾角；所述喇叭形出水口位于仰斜式排水管边坡端，底部设置有滤网，内部包含两套带三角孔的圆形支座，圆形支座固定在喇叭形出水口内壁；所述单向排水阀体位于喇叭形出水口内部；

所述阶梯式土工格室沿仰斜式单向排水管，阶梯式设置于路基体内部，格室侧壁设置用于仰斜式单向排水管穿过的孔，格室内部填充级配碎石。

优选的，所述单向排水阀体包括三个沿出水口空间分布的、互成120°的类锥形阀体，其中一个阀体固定在喇叭形出水口上端，另外两个阀体依次位于喇叭形出水口下部，依水位高低带动与之固定的三棱柱滑杆上下浮动，三棱柱滑杆顺次穿过三个固定在出水口内壁上的圆形支座的三角孔。

优选的，所述类锥形阀体内部采用硬质聚氨酯泡沫塑料填充，密度介于30kg/m³～80kg/m³之间。

优选的，所述类锥形阀体外包硅胶防水密封层，采用硅胶材质，密封层尾部与三棱柱滑杆固定，三棱柱滑杆顺次穿过三个固定在喇叭形出水口内壁上的圆形支座的三角孔中，所述三棱柱滑杆和带三角孔的圆形支座采用耐磨型尼龙材料。

优选的，所述渗沟土工排水管管径100mm，所述仰斜式单向排水管管径50mm，均采用PVC材质。

优选的，所述滤网采用小于0.075mm的不锈钢方孔滤网。

优选的，所述阶梯式土工格室采用强化的高密度聚乙烯(HDPE)材料，通过将两片HDPE材料半错开焊接成阶梯状。

有益技术效果：

本发明的核心在于带土工格室的单向排水管。土工格室一方面形成排水通道，加快入渗水排出速度；另一方面阶梯式的设计可以使其有效固定在路基体内部，不致因其本身的向下滑移对路基造成不利影响。土工格室与排水管联合使用使水分可以通过带倾角的排水管快速排出，也起到对排水管的固定作用。对于单向排水管的设计，其出水口部单向阀体在重力及出流水冲击作用下处于开放状态；路基侧水位上升时受浮力作用而关闭，阀体的硅胶外层可以起到很好的防水密封效果。喇叭形出水口底部设置的滤网可以有效过滤进入排水管的路基侧水中所含泥沙，防止泥沙进入排水阀体，保证密封效果。相较于普通的球式单向排水管，该阀体由于采用分离的椎体而具有沿管方向更长的密封距离与密封接触面积，可以有效防止密封接触面积小而造成的防水失效概率。另外，通过对三个椎体在喇叭形出水口内部空间上的合理布置(互成120°)，使其在任何一个断面上的过水断面面积均未受到明显挤占，而常规的浮球则大大减弱了排水口的出水效果。

同时，本发明通过采用组合式边坡防渗措施大幅减少路侧积水入渗；通过路基内部小型渗沟的布置有效拦截通过边坡，路面结构或接缝等其他渠道入渗的水分进一步扩散，降低浸润线；路基底部的砂垫层为路基排水提供了通道，有利于加速越过排水管的水分的渗流。

综上，本发明一方面可以有效减小季节性浸水路基边坡水的入渗，另一方面可以快速拦截并排出进入土体的水分，防止路基侧积水倒灌。

附图说明

图1是本发明的季节性浸水路基内部单向排水系统结构示意图。

图2是本发明的单根仰斜式排水管顶部孔眼布置图。

图3是本发明的喇叭形出水口透视图。

图4是本发明的单向排水阀体示意图。

图5是本发明的单向排水阀体与带三角孔的圆形支座位置关系示意图。

图6-a是本发明的路侧无积水时喇叭形单向出水口透视图。

图6-b是本发明的路侧积水高于出水口时喇叭形单向出水口透视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步说明：

如图1所示为本发明的总体结构示意图，1-13为路面结构；1-2为粘性土保护层，1-3为浆砌料石防渗层，1-4为防水膜料，1-2、1-3、1-4共同构成了组合式边坡防渗层；1-5为渗沟封闭层，1-6为透水性粒料，1-7为反滤层，1-8为纵向土工排水管，1-9为防渗层，1-5、1-6、1-7、1-8、1-9共同构成了路肩侧小型渗沟；1-10为内填级配碎石的阶梯式土工格室；1-11为顶部带孔的仰斜式排水管，1-12为土工布反滤层，1-1为喇叭形出水口，其内含单向排水阀体，单向排水阀体将结合图4、图5进一步说明，1-11、1-12、1-1共同构成了仰斜式单向排水管；1-14为砂石垫层。

所述浆砌料石厚度采用15cm～25cm，其高度根据当地路基浸水高度确定。所述防水膜料采用防水复合土工膜，其和粘性土保护层、浆砌料石防渗层共同使用可有效减少路侧积水入渗；

所述路肩侧小型渗沟、仰斜式排水管以及内填级配碎石的阶梯式土工格室共同构成了入渗水分的拦截排除通道。进入路基体的水分一部分进入带级配碎石的阶梯式土工格室1-10提供的排水通道，通过顶部孔进入仰斜式单向排水管1-11。另一部分水分进入渗沟，并向下渗流进入纵向土工排水管1-8，通过相连的仰斜式单向排水管1-11排出路基体外。仰斜式单向排水管1-11边坡端的喇叭形出水口1-1内含单向排水阀体，可以有效保证无路侧积水情况下路基水自由排除，路基侧积水情况下自动关闭，防止倒灌。带级配碎石的阶梯式土工格室1-10一方面可以提供排水通道，使水分进入仰斜式排水管1-11，另一方面其阶梯式的构造可以增强稳定性。

所述路基底部砂石垫层1-14为路基排水提供了通道，有利于加速越过排水管的水分渗流。

如图2为仰斜式排水管顶部孔眼布置图，供阶梯式土工格室中的水分进入。

如图3所示为喇叭形出水口透视图。1-1为喇叭形出水口主体结构。2-1，2-2为喇叭形出水口内部的两组带三角孔的圆形支座，固定在出水口内壁上。带三角孔的圆形支座每组三个，按如图所示方式沿平截面圆锥体的母线排列。2-3为不锈钢方孔滤网。

如图4所示为单向排水阀体示意图。4-2为单向排水阀体，硬质聚氨酯泡沫塑料材质，阀体外裹覆硅胶防水材料。5-1为三棱柱滑杆，滑杆按如图所示位置固定在阀体底部，与阀体形成一个整体结构。

如图5所示为单向排水阀体与喇叭形出水口内部带三角孔的圆形支座位置关系图。4-2为单向排水阀体，5-1为固定在单向排水阀体底部的三棱柱滑杆。4-2、5-1作为一个整体通过滑杆5-1穿过圆形支座2-1的三角孔，圆形支座2-1固定在喇叭形出水口内壁。支座的三角孔及滑杆三棱柱的设计用来防止与滑杆连同为一体的单向排水阀体的自由转动。三角形孔与滑杆之间留有适当空隙，以供滑杆自由上升及下降。每组支座采取三个带三角孔的圆形支座的设计用来防止单一支点情况下滑杆的摆动。

如图6所示为喇叭形出水口及其内部单向排水阀体透视图，6-a，6-b分别为路侧无积水及积水位高于出水口时排水阀体的状态。如图6-a所示，1-1为喇叭形出水口主体结构，2-1，2-2为固定在喇叭形出水口内壁的两组六个带三角孔的圆形支座，2-3为喇叭形出水口底部的不锈钢方孔滤网。1-1、2-1、2-2、2-3作为一个整体构成了喇叭形出水口。4-1为固定在喇叭形出水口内壁的单向排水阀体。三棱柱滑杆5-1固定在阀体4-2底部，三棱柱滑杆5-2固定在阀体4-3底部，4-2、4-3构成了两个活动阀体。两个活动阀体底部滑杆分别穿过两组固定于喇叭形出水口内壁的支座2-1、2-2的三角孔中，更加清晰的关于阀体与带三角孔的圆形支座位置关系可参见图5及相关说明。图6-b标号与图6-a标号含义相同，其所示为喇叭形出水口浸水后(路侧积水高于出水口时)，活动阀体4-2、4-3上升，三阀体合为一个平截面圆锥体而关闭排水管的状态。

排水阀体不浸水时(路侧无积水时)，处于6-a所示状态，阀体通过尾部滑杆卡在带三角孔的圆形支座处。三阀体沿环向均匀分布(互成120°)，在轴向分布上，如图6-a所示，阀体4-2位于阀体4-1的下方，阀体4-3位于阀体4-2的下方。此种布置方式相较于单球式阀门，在不浸水状态下，喇叭形出水口的每一个断面都不会受到阀体的过大挤占，有效保证水流量较大时的出水效果。阀体均由硬质聚氨酯泡沫塑料制成，硬质聚氨酯泡沫塑料具有密度低，比强度大，稳定性好等优点，其密度介于30kg/m³～80kg/m³之间，可保证浸水时产生较大浮力。喇叭形出水口浸水后(路侧积水高于出水口时)，活动阀体4-2、4-3快速上升，其底部滑杆在带三角孔的圆形支座中滑动，支座固定在出水口内壁，不随阀体移动。阀体上升后呈图6-b所示状态，三阀体合为一平截面圆锥体。由于阀体由硅胶防水材料包围，在静水压力及动水压力冲击下，阀体与侧壁可保持良好密闭效果。并且由于各阀体之间较大的接触面积，可以大为减小因密封面积小，密封距离短导致失效的概率。当水位下降时，阀体在出流水冲击及自重作用下下降，滑杆在带三角孔的圆形支座中滑动至阀体与支座接触，路基内部水得以排出。喇叭形出水口底部的不锈钢滤网用以过滤进入单向排水管的路侧积水所携带的泥沙，防止泥沙进入阀体间隙影响密封防水效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种季节性浸水路基内部单向排水系统，包括：设置于路基两侧的组合式边坡防渗层；设置于两侧路肩下路基土内部的管式渗沟；与管式渗沟下部排水管相连通的仰斜式单向排水管；仰斜式单向排水管外围的阶梯式土工格室；和设置于路基下部的砂石垫层；其特征在于，

所述组合式边坡防渗层包括：粘性土保护层、浆砌料石防渗层及防水膜料，所述粘性土保护层位于路基边坡表面上部，所述浆砌料石防渗层位于路基边坡表面下部；所述防水膜料沿路基土边坡铺设于粘性土保护层和浆砌料石防渗层下方；

所述管式渗沟包括：渗沟封闭层、渗水体和纵向土工排水管，所述渗水体采用透水性粒料填充，透水性粒料外设置反滤层，底部设置防渗层；所述纵向土工排水管位于管式渗沟的下部；

所述仰斜式单向排水管包括：仰斜式排水管、喇叭形出水口及单向排水阀体，所述仰斜式排水管顶部带孔，外包土工布作为反滤层，一端同渗沟的排水管连通，另一端倾斜穿过边坡防渗层，并保持不小于6°的倾角；所述喇叭形出水口位于仰斜式排水管边坡端，底部设置有滤网，内部包含两套带三角孔的圆形支座，圆形支座固定在喇叭形出水口内壁；所述单向排水阀体位于喇叭形出水口内部；

所述阶梯式土工格室沿仰斜式单向排水管，阶梯式设置于路基体内部，格室侧壁设置用于仰斜式单向排水管穿过的孔，格室内部填充级配碎石。

2.根据权利要求1所述的季节性浸水路基内部单向排水系统，其特征在于，所述单向排水阀体包括三个沿出水口空间分布的、互成120º的类锥形阀体，其中一个阀体固定在喇叭形出水口上端，另外两个阀体依次位于喇叭形出水口下部，依水位高低带动与之固定的三棱柱滑杆上下浮动，三棱柱滑杆顺次穿过三个固定在出水口内壁上的圆形支座的三角孔。

3.根据权利要求2所述的季节性浸水路基内部单向排水系统，其特征在于，所述类锥形阀体内部采用硬质聚氨酯泡沫塑料填充，密度介于30kg/m³~80kg/m³之间。

4.根据权利要求3所述的季节性浸水路基内部单向排水系统，其特征在于，所述类锥形阀体外包硅胶防水密封层，采用硅胶材质，密封层尾部与三棱柱滑杆固定，三棱柱滑杆顺次穿过三个固定在喇叭形出水口内壁上的圆形支座的三角孔中，所述三棱柱滑杆和带三角孔的圆形支座采用耐磨型尼龙材料。

5.根据权利要求1或4所述的季节性浸水路基内部单向排水系统，其特征在于，所述渗沟土工排水管管径100mm，所述仰斜式单向排水管管径50mm，均采用PVC材质。

6.根据权利要求5所述的季节性浸水路基内部单向排水系统，其特征在于，所述滤网采用小于0.075mm的不锈钢方孔滤网。

7.根据权利要求1或4所述的季节性浸水路基内部单向排水系统，其特征在于，所述阶梯式土工格室采用强化的高密度聚乙烯材料，通过将两片高密度聚乙烯材料半错开焊接成阶梯状。