CN110004949B - 用于岩土体内部的高效吸排水管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于岩土体内部的高效吸排水管，由外至内依次包括保护层、吸水层及排水层；排水层包括圆柱形的基体，基体的一端向外延伸形成喇叭形的蒸发端面，基体、蒸发端面内沿圆周方向均匀设有多个轴向的毛细通道，每个毛细通道通过径向设置的毛细沟槽与外部连通；埋设时蒸发端面置于边坡岩土体的外部；吸水层包括吸湿‑放湿性纤维层，吸湿‑放湿性纤维层包裹于基体的外壁，紧贴毛细沟槽，且吸湿‑放湿性纤维层不包裹蒸发端面；保护层包括透水土工滤布，透水土工滤布包裹于吸湿‑放湿性纤维层的外部，透水土工滤布的外部设有多个固定环。本发明能主动吸收周围大范围土体中的水分并快速排出，吸排水能力强、效率高，吸水范围广。

Description

用于岩土体内部的高效吸排水管

技术领域

本发明属于排水工程技术领域，涉及一种用于岩土体内部的高效吸排水管。

背景技术

目前，降雨入渗导致边坡变形已经成为公路工程领域不可忽视的问题。降雨入渗导致岩土体膨胀软化，强度降低，严重削弱了边坡稳定性。因此，及时排出边坡内部雨水，对于提高边坡稳定性有重要意义。

现有的边坡排水管结构大都采用在带孔PVC排水管外包裹透水土工滤布的排水结构，通过重力渗水，自流自溢的方式排水，排水效率低且只能排出排水管上方小范围土体中的水分。因此亟需一种能够向排水管四周较大范围区域主动吸收水分、排水效率高的吸排水管。

目前广泛应用的主动吸水材料以吸水纤维和吸水树脂为主。吸水树脂呈粉末状，应用时需均匀分散在基材上制成产品，而粉末不固定，易移动，造成铺展不均匀，影响吸水后的强度和完整性。吸水纤维是在吸水树脂的基础上发展起来的一种功能性纤维，克服了吸水树脂的缺点；高吸水纤维（SAF）吸水性强，可吸收自身重量 30～50倍的生理盐水或150倍以上的无离子水，但它同时具备优良的保水性能，导致其吸收的水分难以析出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于岩土体内部的高效吸排水管，能主动吸收周围大范围土体中的水分并快速排出，吸排水能力强、效率高，吸水范围广，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于岩土体内部的高效吸排水管，由外至内依次包括保护层、吸水层及排水层；

所述排水层包括圆柱形的基体，基体的一端向外延伸形成喇叭形的蒸发端面，基体、蒸发端面内沿圆周方向均匀设有多个轴向的毛细通道，每个毛细通道通过径向设置的毛细沟槽与外部连通，毛细沟槽的宽度小于毛细通道；埋设时蒸发端面置于边坡岩土体的外部；

所述吸水层包括吸湿-放湿性纤维层，吸湿-放湿性纤维层包裹于基体的外壁，紧贴毛细沟槽，且吸湿-放湿性纤维层不包裹蒸发端面；

所述保护层包括透水土工滤布，透水土工滤布包裹于吸湿-放湿性纤维层的外部，透水土工滤布的外部设有多个固定环。

进一步的，所述蒸发端面为圆台状，圆台靠近基体一端直径与圆台另一端直径的比值为1：10，圆台侧壁与圆台轴线的夹角为70°-80°。

进一步的，所述毛细沟槽的宽度为0.3-0.4mm，深度为0.5-0.7mm。

进一步的，所述毛细通道的直径为1mm。

进一步的，所述固定环由两块带孔的半圆环通过螺母固定成环状，固定环的内径与透水土工滤布的外径相匹配。

进一步的，所述固定环沿基体的轴向均匀设置多个，固定环的间距为1-2m，固定环的厚度为4-7mm。

进一步的，所述基体采用高密度聚乙烯HDPE材料。

进一步的，所述基体的开孔率大于20%。

进一步的，所述基体的中心为空心结构。

进一步的，所述基体的外径为60-80mm，吸湿-放湿性纤维层的厚度为25-40mm，透水土工滤布的厚度为2-5mm。

本发明的有益效果是，与现有技术相比，具有以下优势：

1、本发明吸排水管具有排水性能强、可主动吸水且吸水范围广的特点，利用吸湿-放湿性纤维层吸收管体周边较大范围边坡岩土体中的水体，并利用毛细原理及蒸发作用将管内的水体排出。本发明的吸湿-放湿性纤维层不具备超强保水性能，吸湿-放湿能力优异，水分在吸湿-放湿性纤维层中更易流动，能快速吸收周围水分并将之释放；利用毛细沟槽、毛细通道本身所具有的毛细吸力作用，促进吸湿-放湿性纤维层对管体周围水分的主动吸收，主动将土壤中水分吸进毛细通道内；蒸发端面置于边坡岩土体外部，增大蒸发面积，加快了蒸发端面上的毛细沟槽、毛细通道内水分的蒸发作用；毛细通道中的水分不断蒸发流失，导致吸排水管内外水体出现水头差，从而产生负压，内部水体加速向外流出，增加吸排水效率。

2、利用表面张力原理使水流在毛细沟槽上自动形成封闭水膜，允许水分沿毛细沟槽流向对应的毛细通道，同时阻止水流在毛细沟槽外部漏流，提高吸排水能力；基体为圆柱状，圆柱状受力均匀，稳定性强，也更利于毛细通道和毛细通道的均衡分布，促进吸排水管能均匀地向四周吸收水分并将其排出，增大有效吸水面积，吸水范围广，促进吸湿-放湿性纤维层的吸水能力，同时促进蒸发端面的蒸发作用，从而提高本发明吸排水管的吸排水能力和效率，实现了边坡岩土体内部雨水的高效排出。

3、透水土工滤布能保证边坡内部的细土颗粒无法进入吸排水管，保证吸排水管的内部通畅；毛细通道未直接与土体接触，水分中的土颗粒无法在毛细通道内沉积，不会造成堵塞而导致排水性能降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例高效吸排水管的结构示意图。

图2是图1的A-A向剖面图。

图3是图2的B-B向剖面图。

图4是本发明吸排水管的埋置示意图。

图5是本发明吸排水管的内部结构示意图。

图6a-6b是本发明吸排水管的吸水过程示意图。

图6c是本发明吸排水管的排水过程示意图。

图中，1.边坡岩土体，2.基体，3.透水土工滤布，4.固定环，5.蒸发端面，6.毛细通道，7.吸湿-放湿性纤维层，8.毛细沟槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前毛细排水技术已经成熟，毛细排水利用自然现象“毛细力、表面张力”自然形成吸水、封闭、排水的功能。

本发明岩土体内部高效吸排水管，如图1-5所示，由外至内依次包括保护层、吸水层及排水层。

排水层包括圆柱形的基体2，基体2的一端向外延伸形成喇叭形的蒸发端面5，基体2、蒸发端面5内沿圆周方向均匀设有多个轴向的毛细通道6，每个毛细通道6通过径向设置的毛细沟槽8与外部连通，毛细沟槽8的宽度小于毛细通道6；毛细沟槽8触发毛细现象，使得吸水层中的水分进入毛细通道6，水的表面张力、内聚力和附着力的共同作用使水分能在毛细沟槽8中上升，随即进入毛细通道6中，水流形成于毛细通道6后，表面张力现象使水流在毛细沟槽8上自动形成封闭水膜，阻止水流在毛细沟槽8外漏。排水层富含毛细通道6，能够吸收吸水层的水分，埋设时蒸发端面5置于边坡岩土体1的外部，通过蒸发作用排出水分。

吸水层包括吸湿-放湿性纤维层7，吸湿-放湿性纤维层7包裹于基体2的外壁，紧贴毛细沟槽8，且吸湿-放湿性纤维层7不包裹蒸发端面5的外壁；吸湿-放湿性纤维层7采用Unitika公司开发的皮芯结构高吸湿、高放湿性纤维（HYGRA），在有特殊网络构造的吸水聚合物上包覆锦纶的芯鞘型复合纤维，兼有吸水性和放水性，在本发明中用于主动吸收管体周围的边坡岩土体1中水分。现有排水管道通过重力渗水，自流自溢的方式排水，本发明的吸湿-放湿性纤维层7具有主动吸水性能，能主动吸收吸排水管四周水分，相比较而言，本发明吸水范围广，吸排水能力强。

保护层包括透水土工滤布3，透水土工滤布3包裹于吸湿-放湿性纤维层7的外部，透水土工滤布3的外部设有多个固定环4；透水土工滤布3用于过滤细土颗粒，固定环4用于固定透水土工滤布3。

蒸发端面5为圆台状，圆台靠近基体2一端直径与圆台另一端直径的比值为1：10，圆台侧壁与圆台轴线的夹角为70°-80°，增大蒸发面积，加快了毛细通道6内水分的蒸发作用，毛细通道6中的水分不断蒸发流失，导致吸排水管内外水体出现水头差，从而产生负压，内部水体加速向外流出，增强吸排水效率；本实施例中，圆台靠近基体2一端直径为67mm，圆台另一端的直径为600mm，圆台高度为60mm，圆台侧壁与圆台轴线的夹角为77°。

毛细沟槽8的宽度为0.3-0.4mm，深度为0.5-0.7mm，毛细通道6的直径为1mm，表面张力即水体表面相邻部分之间的互相吸引力，这种张力使水体表面像一张弹性薄膜，该薄膜所能承受的最大强度大于毛细沟槽8中的水体重力；该尺寸选择促进吸水层中的水分通过毛细沟槽8进入毛细通道6内，提高吸排水效率，同时能够促进毛细沟槽8表面封闭水膜的形成。

基体2采用高密度聚乙烯HDPE，对水具有浸润作用，兼顾强度与韧性，延长了基体2的使用寿命，不含对大气层有害的氯氟化物，在安装及应用中不会产生任何对人体有害的污染物；高密度聚乙烯HDPE，密度在0.940-0.976g/cm³范围内，是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高韧性，机械强度好。属环保材质，加热达到熔点，即可回收再利用。

基体2为圆柱状，圆柱状受力均匀，稳定性强，也更利于毛细通道6和毛细沟槽8的均衡分布，促进吸排水管能均匀地向四周吸收水分并将其排出，在基体2的承载范围内，基体2的开孔率大于20%，有利于提高吸排水效率。开孔率规定为表平面总面积与开孔区面积的比值，即表平面总面积与毛细沟槽8在表面的区面积的比值。开孔率过大，毛细沟槽8数量增多，同时毛细通道6数量增多，而毛细通道6宽度大于毛细沟槽8，导致每个毛细通道6之间间隔太小，影响基体2的强度及耐久性，需要在保证体2的承载能力下适当扩大开孔率。可以将设有毛细通道6和毛细沟槽8的平面形的基体2开口向外卷曲成圆柱状。

由于在毛细排水带的外部裹有吸湿-放湿性纤维层7和固定环4，吸排水管强度已满足要求，基体2的中心可以设为空心结构，节省材料，减轻重量；在基体2所用材料重量相同的情况下，使排水层表面积扩大，增加了毛细通道6和毛细沟槽8的数量，加强了吸排水性能。

基体2的外径为60-80mm，吸湿-放湿性纤维层7的厚度为25-40mm，透水土工滤布3的厚度为2-5mm，本实施例中，基体2的外径为67mm，吸湿-放湿性纤维层7的厚度为30mm，透水土工滤布3的厚度为3mm。尺寸设置不合理会出现问题，如吸湿-放湿性纤维层7厚度太小可能导致吸水能力不足，降低吸排水效率。

固定环4由两块带孔的半圆环通过螺母固定成环状，固定环4可以为半圆铁环，固定环4的内径与透水土工滤布3的外径相匹配；固定环4沿基体2的轴向均匀设置多个，固定环4的间距为1-2m，固定环4的厚度为4-7mm；本实施例中，固定环4的间距为1.5m，固定环4的内径为127mm，外径132mm、厚度为5mm；提高对透水土工滤布3的固定效果。

本发明吸排水管的吸水排水过程：如图6a-6c所示，箭头所指为水体流动方向，如图6a所示，埋设完成后，边坡岩土体1内部水分透过透水土工滤布3，被吸湿-放湿性纤维层7快速吸收；随后如图6b所示，毛细通道6通过毛细沟槽8的毛细作用力将水吸入毛细通道6内，此时毛细现象会对土壤中水分产生抽吸效果，直到毛细通道6灌满；最后如图6c所示，当水体扩散到蒸发端面5，因蒸发作用流失，导致吸排水管内外水体出现水头差，进一步使边坡岩土体1内部产生负压，大幅增加吸排水效率。

埋置吸排水管时，蒸发端面5置于边坡岩土体1外部，每根吸排水管的间距为2~3m，《毛细透排水管排水渗流模型及设置间距研究》中依据降雨过程中地下水水位上升的非稳定渗流模型或地下水稳定渗流模型，计算得毛细排水管最优设置间距为1.89m，本发明中吸排水管能主动吸收周围大范围土体中的水分并快速排出，吸排水能力强，每根吸排水管的间距取2~3m，大于标准值1.89m。由于毛细吸力、表面张力、虹吸力的作用，吸排水管的埋设角度可依据实际情况任意设置，水体最终会充满整个毛细通道6并经蒸发端面5蒸发排出。

本发明采用多种材料组合，利用各种材料的不用性能，使其相互配合，得到能主动吸水排水的高效吸排水管。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，由外至内依次包括保护层、吸水层及排水层；

所述排水层包括圆柱形的基体(2)，基体(2)的一端向外延伸形成喇叭形的蒸发端面(5)，基体(2)、蒸发端面(5)内沿圆周方向均匀设有多个轴向的毛细通道(6)，每个毛细通道(6)通过径向设置的毛细沟槽(8)与外部连通，毛细沟槽(8)的宽度小于毛细通道(6)；埋设时蒸发端面(5)置于边坡岩土体(1)的外部；

所述吸水层包括吸湿-放湿性纤维层(7)，吸湿-放湿性纤维层(7)包裹于基体(2)的外壁，紧贴毛细沟槽(8)，且吸湿-放湿性纤维层(7)不包裹蒸发端面(5)；

所述保护层包括透水土工滤布(3)，透水土工滤布(3)包裹于吸湿-放湿性纤维层(7)的外部，透水土工滤布(3)的外部设有多个固定环(4)；

所述蒸发端面(5)为圆台状，圆台靠近基体(2)一端直径与圆台另一端直径的比值为1：10，圆台侧壁与圆台轴线的夹角为70°-80°；

所述基体(2)采用高密度聚乙烯HDPE材料。

2.根据权利要求1所述的一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，所述毛细沟槽(8)的宽度为0.3-0.4mm，深度为0.5-0.7mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，所述毛细通道(6)的直径为1mm。

4.根据权利要求1所述的一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，所述固定环(4)由两块带孔的半圆环通过螺母固定成环状，固定环(4)的内径与透水土工滤布(3)的外径相匹配。

5.根据权利要求4所述的一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，所述固定环(4)沿基体(2)的轴向均匀设置多个，固定环(4)的间距为1-2m，固定环(4)的厚度为4-7mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，所述基体(2)的开孔率大于20％。

7.根据权利要求1所述的一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，所述基体(2)的中心为空心结构。

8.根据权利要求1所述的一种用于岩土体内部的高效吸排水管，其特征在于，所述基体(2)的外径为60-80mm，吸湿-放湿性纤维层(7)的厚度为25-40mm，透水土工滤布(3)的厚度为2-5mm。

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