CN108884646A - 由土工合成材料制成的防侵蚀系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由土工合成材料制成的防侵蚀系统，该土工合成材料优选是聚钢原料(聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的混合物)，而不是仅为聚丙烯或聚酯或尼龙，从而导致在聚丙烯的机械性能和聚乙烯的化学性能之间的折衷，以及通过分子链稳定剂的引入实现的对环境试剂的良好耐受性。PP的比例范围应为50％至90％，并且PE的比例范围应为10％至50％。

Description

由土工合成材料制成的防侵蚀系统

技术领域

本发明涉及一种由土工合成材料制成的防侵蚀系统，其目的是提供一种适合于苛刻流体动力学条件的平稳且可持续的防侵蚀保护方法。

背景技术

侵蚀现象(特别是在海岸地区和江河流域的侵蚀现象)具有重大的经济、社会和环境影响。如今，这个问题引起了极大关注，关注程度因气候变化和极端水文现象的出现而增加。基于土工合成材料的解决方案在该领域中具有很好的潜力。

根据das Neves(2011)的观点，由于在海岸保护工程中如在设计和实施这些技术中使用了土工合成材料，因此有几个与所述材料相关的问题(例如接缝强度(seamresistance)，单个元件的位移，沉陷等)。他还指出，除了与耐久性(如抗UV辐射性)相关的要求外，看起来将渗透性和排水性能(水力学)与强度性能相结合的复合材料最适合这种类型的应用。渗透性允许水自由流过沙粒，这意味着在波浪攻击期间，力可以被沙粒而不是土工织物吸收。良好的排水性能确保水在不增加任何压力的情况下被快速释放。良好的机械性能保证了在填充/沉降期间的存续以及在构造寿命期间更好的表现，特别是在引起额外应力的差异位移的情况下，以及在故意破坏的情况下。

固沙土工系统(即具有圆柱形配置的固沙土工系统)可积极地响应对于从景观角度考虑的新的灵活、可逆且影响较小的海岸防御技术的不断增长的需求。然而，其作为永久性结构的广泛使用带来了一些重大的挑战，特别是在暴露于具有高能量特征的海浪的海岸地区。

与由岩石块或混凝土块制成的传统系统相比，加入土工织物材料的固沙系统的主要优点与其减少侵蚀的能力有关，对天然海岸过程的影响是有限且非永久性的，因为它们在必要时可被容易地除去。其他优点通常包括成本和易于建造。它们也可以用其他元件进行加固，如果其性能监测建议的话。

还应当提及的是，在本发明的上下文和背景技术知识中，沙滩或沙丘上的侵蚀峭壁可以用由土工合成材料圆柱体制成的抗性前芯保护，所述土工合成材料圆柱体能够保留填充它们的沉积材料(沙子)。另外，为了提供更好的景观整合和沙滩使用，填充有沙子的圆柱体可以在它们已经被填充之后用沙子覆盖以防它们显现，并且如果必要的话，随后在冬季结束和泳季开始时用沙子覆盖。应当指出的是，材料接缝应当受到特别关注。土工织物材料的特性应当相容于NP EN 13253：2006-“e produtos relacionados–Características requeridas para aem obras para controle da(costeira,revestimento das margens)”(“土工织物及相关产品-用于侵蚀控制工程的所需特性(海岸保护，边缘覆盖)”)。土工织物的主要功能是过滤和通过限制进行加固，并且它必须具有足够的抗UV辐射性，并经过如下测试：“àdecosturas/juntas”(“接缝/接头的抗拉强度”)(EN ISO 10321：2008)；“adanos causados durante a”(“对安装过程中引起的损害的抗性”)(EN ISO10722：2007)”；“aoestático”(“抗静态穿刺性”)(ISO12236：2006)。

发明内容

本发明允许直接接触天然或人造刚性元件(对穿刺和故意破坏行为的易损性)，并且除了对沉积产物(即沙子)的限制能力之外，它还构成了具有液压填充(水和沉积物)的海岸防护的管状结构，并且，与现有技术的发明相比，这种发明在结构上制备成能经受海浪的动态作用并且直接接触岩石元件(天然岩石或堆石块)或混凝土元件。这些动态作用引起蜂窝状结构(cellular structure)的运动和振动，并且与外部固体边界的摩擦会引起由于过度穿刺、磨损和疲劳而导致的破裂。

如果位于海岸地区，它也是一种针对故意破坏行为(用剃刀和刀子切割)或因沙滩伞杆或钓鱼竿引起的意外穿刺的更强有力的解决方案。

其他现有技术的发明没有公开在外部固体元件存在下或与故意破坏行为和意外穿刺有关的所述机械抗性能力。为了获得足够的抗性能力，有必要考虑在管状结构周围的额外的屏蔽物或层，这需要增加材料的面积以及增加工作期间放置它所需的时间和难度。

本发明的说明

本发明涉及一种由土工合成材料制成的防侵蚀系统，该土工合成材料优选聚钢(polysteel)原料(聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的混合物)，而不是仅为聚丙烯或聚酯或尼龙，从而导致在聚丙烯的机械性能和聚乙烯的化学性能之间的折衷，以及通过分子链稳定剂的引入实现的对环境试剂的良好耐受性。PP的比例范围应为50％至90％，并且PE的比例范围应为10％至50％。

为了确定聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)之间的混合物的技术效果，应注意这种混合物提供了一种高抗性材料，具有高承受机械和化学应力如恶劣天气、气候和环境因素、化学侵蚀、人类活动和疲劳的能力。

这种原料被用在作为本发明目标的系统的材料的构造(即织物的构造)中，该织物基本上是由编织纱线制成的经纱和具有封闭顶部和边缘的加捻纱线的纬纱，而不是在边缘处折叠的已知纱罗或织边。该编织纱线通过长丝交织制成。优选地，这种纱线在于交织1680旦尼尔长丝，所述长丝被分别放置在十六个线轴(十六个编织物)中，围绕着利用与上述原料相同或不同组合生产的5根1680旦尼尔长丝的芯，并且是在每厘米3.01点的构造中。该纱线的外部长丝形成网眼。以这种方式取代了已知使用的加捻纱线、或纱线带或单复丝。

为了确定技术效果，应当指出的是，编织纱线具有比常规加捻纱线更大的外表面，这归因于其交织的结构。这个外表面起到了对内部放置的芯长丝的防护物的作用。这种纱线构造与所使用的原料一起允许：

·更高的性能稳定性-由于该芯具有抵抗外部元件的外部防护物，这些性能可以保持更长的时间；

·更高的耐磨性-由于外表面较大，因此对于相同的空间来说有更多的材料可以“磨损”，这使得能够对岩石、砾石、水等的动态作用具有更大的抗性；

·改善的抗UV辐射性-除了该芯受到外部防护物的保护之外，外部长丝的交织允许长丝交叉并且围绕该芯生成多层长丝。这意味着，当长丝彼此交叉时，它们总是被沿着纱线的其他长丝隐藏，并且因此将被保护免于暴露于UV辐射(不同于加捻纱线，在加捻纱线中长丝被永久地暴露，考虑到相同类型的UV辐射)。这意味着这些长丝将具有较少的降解和更大的抗性；

·减少的由于长丝断裂导致的纱线模式和织物失效-由于纱线的交织和交叉，当长丝断裂时，抗性损失将被限制在相邻的长丝交叉点并且将被其他长丝补偿，这防止了抗性损失的蔓延(在加捻纱线的情况下，由长丝断裂引起的抗性损失会与纱线中的长丝数目成比例，即，10根长丝中一根断裂的长丝意味着减少10％的抗性；

·高抗静态和动态穿刺性-由于该纱线构造，因此可以将其安装在岩石地带而不会有撕裂的危险。它还对由钓鱼竿、沙滩伞、刀具、故意破坏等造成的意外撕裂具有高抗性。

织物构造可以在使用梭子、镊钳、片梭或者喷气作为用于构造纬纱的措施的具有或不具有提花机的圆形多层3D织机或平织机上实现。

用于缝制圆柱体顶部和边缘的缝纫线是具有超高分子量的聚乙烯，并且是交织的以增加强度。

所有这些特征提供了相对于现有技术的如下优势：

a)高抗拉强度(根据NP EN ISO 10319-2005测试)，其是Tencate的抗拉强度的大约两倍，这最大限度地降低了塌陷和撕裂的风险；

b)由于所使用的原料和编织纱线导致的高耐磨性，如果需要这种特性的话，则该高耐磨性使得不必如Tencate的情况那样使用覆盖土工管的磨损护裙；

c)高抗静态(EN ISO 12236)和动态(EN ISO 13433)穿刺性(根据可用标准无法对此进行测试，因为产品超出了该标准和测试设备的极限)，以及改善的针对故意破坏行为和织物中外来物体影响的安全性。这是通过使用单层管来实现的；

d)高抗UV辐射性(根据EN 12226(2012)&EN 12224(2007)测试)，并且机械性能在预期寿命周期(25年)结束时基本保持(在网眼和横向方向上超过80％的起始抗拉强度)，并且甚至高于其他竞争产品，例如初始状态下的Tencate；

e)高接缝强度(根据EN ISO 10321(2008)测试))，其通过封闭的边缘而得到改善，并且没有竞争对手具有该性能。

本发明可以优选地以圆柱体或管的形式实施，其以永久显现或浸没的顶部高程位于水面中，或者位于其中该结构可交替显现或浸没的潮水位之间的区域中。在这种情况下，它们可以作为人工礁石或作为独立的防浪堤，能够实施海岸防护、生物定殖或改善的冲浪活动条件的功能或多功能。

取决于要实现的目标和当地环境条件(潮汐、波浪、水流、沉积物)，几种替代方案可以被考虑，即与以下因素有关的替代方案：地基水平、顶部高程、平面图中的标准线、平面图中的扩展、海滩剖面、直径、若干圆柱体的使用(圆柱体行，交叉或不交叉)、景观整合、成本。

部分填充有沙子的圆柱体应沿着一行或多行定位，具有处于预定水平的底面，以及也是预先确定的几何特性(基于数值研究、实验室测试和获得的经验)。可预计，部分填充有沙子的初始圆柱形管的“椭圆形”宽度大于公称直径，其比率取决于制造商和填充技术。

配置给定干预扩展的圆柱形单元的数目应当根据安装能力(例如其填充所需的时间周期)进行优化。顶部在各个管之间的接触区域中将是平的。没有延续的末端将是圆锥类型的。该标准线是多边形的，但是“平滑”的，以便在干预时更好地调整对海滩和沙丘上现有配置的干预。在构造阶段，“平滑的”多边形标准线可进行略微调整，这取决于技术调整和当地地形条件的变化(例如由于构成该结构的整个长度的圆柱形单元的长度)。

圆柱体的地基床应通过如下方式预先制备：移动沙子以形成类似于填充后得到的圆柱体的配置。

由于封装沙土工织物系统积极响应灵活性要求(因为它们能够以对天然海岸和河岸地区产生有限和非永久性影响的方式减慢侵蚀)，本发明可优选地是由在本发明中定义的材料制成的封装沙防侵蚀系统及其优选形式，其注入了来自其安装所在区域的沙子。以不同配置包装的各种“胶囊”的组产生防止侵蚀并改善沉积物保留的坚固结构。

土工合成圆柱体是预制的，并通过液压泵送原位填充，并且可以预测每米长度的容器结构使用给定体积的沙子，这取决于公称直径。利用沉积物(比率可以是三或四份水对一份沉积物的沉积物和水)的液压填充通过位于圆柱体顶部中并且不是非常隔开的“开口”的泵送来进行。

当所述圆柱体位于淹没区域中时，它们可以在另一个位置利用沉积物填充，通过驳船运输并“下沉”。出于与机械强度有关的耐久性原因，在土工合成圆柱体与天然岩层或最终堆石块、混凝土元件、木桩或者在置入位置处存在的其他刚性元件之间不应有直接接触。

封装沙系统的战略重要性与下述因素有关：

1)自20世纪以来不断增加的海岸使用趋势；

2)世界各地大部分的海岸正在遭受持续侵蚀的事实；

3)海岸防护工程对海岸过程的影响。

本发明可以呈现圆形织物，从而允许制造单管(单个无缝圆形元件)的可能性，所述单管在管顶部中具有接缝或者没有任何顶部接缝(无缝)。

本发明也可以基于肺泡形织物(alveolar fabric)，因此允许生成具有蜂窝结构的管。这允许在管中生成分开的隔室，其允许管的分段填充，以及在隔室失效的情况下保持结构完整性。

所述管可以在内部具有由混凝土(或其他材料)制成并具有确定的孔隙率的中空或非中空的刚性块，由此可以在不能得到沉积物的区域或者在只允许缩短的工作时间周期的海洋动态条件下减少填充沉积物的体积。

这种类型的织物(圆形和肺泡形)的构造也可以通过织机(圆形，提花机等)来实现，或通过使用在管内以某种方式缝制的织物构造管来实现。

工业应用

本发明的主要应用在于保护海岸和湖泊边界，并且防止侵蚀，即沙丘的巩固。本发明可以放置在水下(产生人工礁，冲浪场所，减少潮汐能量，沉积物保留等)，例如防波堤。它在岩石地带中具有潜在用途，这归因于所使用的纱线和织物制造的类型，并且由于所使用的纱线和织物构造的类型而没有撕裂的风险。

常见的目的之一可以是在下述情况下快速保护建筑物和基础设施(分水坝)：当泛滥的江河超过它们的堤岸时或者在雨水突然积聚之后发生洪水的情况下，通过修建堤坝、对齐和堆放小型至中型预填充的土工管/土工容器来保护高地。该产品还可被用于排水应用。

另一个潜在的应用是(江河和城市中的)防洪，排水应用，码头港口保护(用于稳定码头的船坞墙基础的混凝土床)，用于防止污染的屏障和浮动屏障(当填充有浮动材料时)，海底结构保护(如油/气管道)，道路和其他场所中的岩石和土壤的围护结构，使得能够进行替代且更加有效的四脚体设计的四脚体结构基体(matrices)，水坝，岛屿建设，高速公路分隔物和减震器，通过在不存在土壤或应保持特定土壤特性的区域中容纳这种土壤来生成耕作场所，建造游船码头、湖泊和水上公园。

Claims (6)

1.由土工合成材料制成的防侵蚀系统，其特征在于，它由以下部分构成：

a)由具有50％-90％比例的聚丙烯和10％-50％比例的聚乙烯的聚丙烯和聚乙烯混合物制成的纱线纬纱，其是围绕着由具有相同比例的聚丙烯和聚乙烯混合物制造的长丝芯而分别编织放置的长丝的编织物；

b)利用超高分子量的聚乙烯编织线缝制的顶部和边缘。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纱线在于交织1680旦尼尔长丝，其被分别放置在围绕5根1680旦尼尔长丝的芯的十六个编织物中，并且是在每厘米3.01点的构造中。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统是圆柱形的，或管状的或肺泡形的。

4.根据前个权利要求所述的系统，其特征在于，所述系统部分地填充有沙子。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述纬线形成没有接缝的单个圆形元件。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统在内部具有中空或非中空的刚性块。