塑料排水带纵向通水量稳定条件的研究

(上海继开工程检测科技有限公司，上海 200434)

1 概 述

塑料排水带由可滤水的薄型土工织物与形状为“++++++”的若干排水槽芯板组成，其断面呈并联十字形(见图1、图2)，适用于软黏土地基的加固，自20世纪80年代塑料排水带应用以来，塑料排水带现已成为软黏土排水加固的首选材料，在水利堤坝、临海工程的地基加固中应用广泛。其工作原理是将塑料排水带用插板机打入软土地基中，在上部预荷载作用下，软土地基中的部分孔隙水通过塑料排水带排到上部铺垫的砂层或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速软土地基固结。只有排水带有足够的通水能力，土中水才能顺畅地排出并加快固结。因此，塑料排水带的纵向通水量是其性能的主要控制指标之一，其结果的准确性关系到是否能正确反映排水带的实际通水性能，所以准确测量排水带的通水特性至关重要。

图1 包裹型塑料排水带

图2 热熔黏合整体型塑料排水带

2 现有标准及技术方法

排水带纵向通水量是指在规定的侧向压力和单位水力梯度下，排水带单位时间内的流量。现行国内检测标准中关于纵向通水量测试的标准规范基本原理一致，都是将排水带外包裹乳胶膜，流体的侧向压力通过乳胶膜传递到排水带上，检测在一定水头下排水带的纵向通水能力。现行国内检测标准主要有《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)、《水运工程塑料排水带应用技术规程》(JTS 206-1—2009)、《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》(JT/T 521—2004)。上述测试标准比较情况见表1。

表1 纵向通水量测试标准比较

在长期工作实践中发现，同一个规格型号的塑料排水带在不同测试标准的测量间隔和稳定条件下，纵向通水量测定的时长和测定结果都相差较大。考虑汇总国内这几个常用的塑料排水带纵向通水量测试标准，用同一组样品，在不同的测量间隔和稳定条件下，进行比较和验证，并提出修正建议。

3 验证性试验

3.1 仪器设备

试验采用上海某公司自主研发的YG070型排水带水平通水量测试仪进行(见图3)。

图3 YG070型排水带水平通水量测试仪

仪器符合《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)、《水运工程塑料排水带应用技术规程》(JTS 206-1—2009)、《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》(JT/T 521—2004)试验规程的参数要求。

3.2 试验样品

试验选用常用的3种塑料排水带进行测试(见表2)。

表2 常用塑料排水带型号

包封塑料排水带采用小于0.3mm的乳胶膜套(见图4、图5)。

图4 乳胶膜套

图5 包有乳胶膜的排水带

3.3 稳定条件修订

此次试验，依据国内已有标准测读流量，计算纵向通水量，并再用二次稳定的计算方法计算纵向通水量，即在恒压及恒定水力梯度下渗流0.5h后测量渗水量，并且记录测量时间，之后每隔1h测量一次，直至相邻的三次通水量测量值中，前后两次通水量的差值均小于前一次通水量的5%为止。以最后一次测量的通水量值作为该试样的通水量。即需要同时满足以下两个试验终止条件：

式中Q——通水量。

3.4 测量结果

a. A型排水带测量结果见表3、图6。

表3 A型排水带测量记录

续表

图6 A型排水带通水量随测量时间变化曲线

依据各标准稳定条件计算的结果见表4。

表4 计算所得通水量及测量时间

b. B型排水带测量结果见表5、图7。

表5 B型排水带测量记录

图7 B型排水带通水量随测量时间变化曲线

依据各标准稳定条件计算的结果见表6。

表6 计算所得通水量及测量时间

c. C型排水带测量结果见表7、图8。

表7 C型排水带测量记录

图8 C型排水带通水量随测量时间变化曲线

依据各标准稳定条件计算的结果见表8。

表8 计算所得通水量及测量时间

4 试验结果分析及测试标准修订建议

4.1 《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)修订建议

《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)是4个测试标准里稳定条件最为严格的，在采用《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)进行测读的过程中发现，对于A、B型排水带，因本身板芯的压屈强度值较低，在纵向通水量趋于稳定时，每次测读的流量很小，导致测读误差的影响较大，要真正达到前后两次的差值小于前次的2%比较困难，且一个试样的测试时长往往达到20h以上。

4.2 《水运工程塑料排水带应用技术规程》(JTS 206-1—2009)修订建议

《水运工程塑料排水带应用技术规程》(JTS 206-1—2009)是4个测试标准里稳定条件最为宽松的，也是最快达到稳定的。在测读过程中发现，排水带在侧压力的作用下，由于板芯本身的变形并不线性，在1h的测读间隔里，容易出现前1h测得的两次差值小于前次的5%，而后1h测得的两次差值又大于前次的5%的“假”稳定现象。

4.3 《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》(JT/T 521—2004)修订建议

《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》(JT/T 521—2004)的检测方法基本是相同的，所测得的结果也一致，稳定条件相较于《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)的2h内前后两次的差值小于前次的2%放宽到了5%，同时也受测读误差的影响较小。

4.4 二次稳定条件的纵向通水量测量结果与现行规范测试结果比较分析

二次稳定条件的纵向通水量测量结果与《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)、《水运工程塑料排水带应用技术规程》(JTS 206-1—2009)、《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》(JT/T 521—2004)测试结果的比较见表9。

表9 二次稳定条件下的纵向通水量结果的比较

由表9可见，采用二次稳定条件测得的纵向通水量，与《土工合成材料测试规程》(SL 235—2012)、《水运工程塑料排水带应用技术规程》(JTS 206-1—2009)的结果相差较大，与《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》(JT/T 521—2004)的结果接近。相较于《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(带)》(JT/T 521—2004)两个标准，测读间隔由2h缩短为了1h，增高了测读频率，提升了检测效率，且二次稳定即相邻三次通水量值中，前后两次通水量的差值均小于前一次通水量的5%，以最后一次测读的通水量作为该试样的通水量，可有效避免板芯变形的非线性和不均匀性以及流量的测读误差所产生的影响。