塑料排水帶縱向通水量穩(wěn)定條件的研究

(上海繼開工程檢測科技有限公司，上海 200434)

1 概 述

塑料排水帶由可濾水的薄型土工織物與形狀為“++++++”的若干排水槽芯板組成，其斷面呈并聯(lián)十字形(見圖1、圖2)，適用于軟黏土地基的加固，自20世紀80年代塑料排水帶應用以來，塑料排水帶現(xiàn)已成為軟黏土排水加固的首選材料，在水利堤壩、臨海工程的地基加固中應用廣泛。其工作原理是將塑料排水帶用插板機打入軟土地基中，在上部預荷載作用下，軟土地基中的部分孔隙水通過塑料排水帶排到上部鋪墊的砂層或水平塑料排水管中，由其他地方排出，加速軟土地基固結。只有排水帶有足夠的通水能力，土中水才能順暢地排出并加快固結。因此，塑料排水帶的縱向通水量是其性能的主要控制指標之一，其結果的準確性關系到是否能正確反映排水帶的實際通水性能，所以準確測量排水帶的通水特性至關重要。

圖1 包裹型塑料排水帶

圖2 熱熔黏合整體型塑料排水帶

2 現(xiàn)有標準及技術方法

排水帶縱向通水量是指在規(guī)定的側(cè)向壓力和單位水力梯度下，排水帶單位時間內(nèi)的流量?，F(xiàn)行國內(nèi)檢測標準中關于縱向通水量測試的標準規(guī)范基本原理一致，都是將排水帶外包裹乳膠膜，流體的側(cè)向壓力通過乳膠膜傳遞到排水帶上，檢測在一定水頭下排水帶的縱向通水能力?，F(xiàn)行國內(nèi)檢測標準主要有《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)、《水運工程塑料排水帶應用技術規(guī)程》(JTS 206-1—2009)、《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》(JT/T 521—2004)。上述測試標準比較情況見表1。

表1 縱向通水量測試標準比較

在長期工作實踐中發(fā)現(xiàn)，同一個規(guī)格型號的塑料排水帶在不同測試標準的測量間隔和穩(wěn)定條件下，縱向通水量測定的時長和測定結果都相差較大?？紤]匯總國內(nèi)這幾個常用的塑料排水帶縱向通水量測試標準，用同一組樣品，在不同的測量間隔和穩(wěn)定條件下，進行比較和驗證，并提出修正建議。

3 驗證性試驗

3.1 儀器設備

試驗采用上海某公司自主研發(fā)的YG070型排水帶水平通水量測試儀進行(見圖3)。

圖3 YG070型排水帶水平通水量測試儀

儀器符合《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)、《水運工程塑料排水帶應用技術規(guī)程》(JTS 206-1—2009)、《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》(JT/T 521—2004)試驗規(guī)程的參數(shù)要求。

3.2 試驗樣品

試驗選用常用的3種塑料排水帶進行測試(見表2)。

表2 常用塑料排水帶型號

包封塑料排水帶采用小于0.3mm的乳膠膜套(見圖4、圖5)。

圖4 乳膠膜套

圖5 包有乳膠膜的排水帶

3.3 穩(wěn)定條件修訂

此次試驗，依據(jù)國內(nèi)已有標準測讀流量，計算縱向通水量，并再用二次穩(wěn)定的計算方法計算縱向通水量，即在恒壓及恒定水力梯度下滲流0.5h后測量滲水量，并且記錄測量時間，之后每隔1h測量一次，直至相鄰的三次通水量測量值中，前后兩次通水量的差值均小于前一次通水量的5%為止。以最后一次測量的通水量值作為該試樣的通水量。即需要同時滿足以下兩個試驗終止條件：

式中Q——通水量。

3.4 測量結果

a. A型排水帶測量結果見表3、圖6。

表3 A型排水帶測量記錄

續(xù)表

圖6 A型排水帶通水量隨測量時間變化曲線

依據(jù)各標準穩(wěn)定條件計算的結果見表4。

表4 計算所得通水量及測量時間

b. B型排水帶測量結果見表5、圖7。

表5 B型排水帶測量記錄

圖7 B型排水帶通水量隨測量時間變化曲線

依據(jù)各標準穩(wěn)定條件計算的結果見表6。

表6 計算所得通水量及測量時間

c. C型排水帶測量結果見表7、圖8。

表7 C型排水帶測量記錄

圖8 C型排水帶通水量隨測量時間變化曲線

依據(jù)各標準穩(wěn)定條件計算的結果見表8。

表8 計算所得通水量及測量時間

4 試驗結果分析及測試標準修訂建議

4.1 《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)修訂建議

《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)是4個測試標準里穩(wěn)定條件最為嚴格的，在采用《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)進行測讀的過程中發(fā)現(xiàn)，對于A、B型排水帶，因本身板芯的壓屈強度值較低，在縱向通水量趨于穩(wěn)定時，每次測讀的流量很小，導致測讀誤差的影響較大，要真正達到前后兩次的差值小于前次的2%比較困難，且一個試樣的測試時長往往達到20h以上。

4.2 《水運工程塑料排水帶應用技術規(guī)程》(JTS 206-1—2009)修訂建議

《水運工程塑料排水帶應用技術規(guī)程》(JTS 206-1—2009)是4個測試標準里穩(wěn)定條件最為寬松的，也是最快達到穩(wěn)定的。在測讀過程中發(fā)現(xiàn)，排水帶在側(cè)壓力的作用下，由于板芯本身的變形并不線性，在1h的測讀間隔里，容易出現(xiàn)前1h測得的兩次差值小于前次的5%，而后1h測得的兩次差值又大于前次的5%的“假”穩(wěn)定現(xiàn)象。

4.3 《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》(JT/T 521—2004)修訂建議

《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》(JT/T 521—2004)的檢測方法基本是相同的，所測得的結果也一致，穩(wěn)定條件相較于《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)的2h內(nèi)前后兩次的差值小于前次的2%放寬到了5%，同時也受測讀誤差的影響較小。

4.4 二次穩(wěn)定條件的縱向通水量測量結果與現(xiàn)行規(guī)范測試結果比較分析

二次穩(wěn)定條件的縱向通水量測量結果與《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)、《水運工程塑料排水帶應用技術規(guī)程》(JTS 206-1—2009)、《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》(JT/T 521—2004)測試結果的比較見表9。

表9 二次穩(wěn)定條件下的縱向通水量結果的比較

由表9可見，采用二次穩(wěn)定條件測得的縱向通水量，與《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235—2012)、《水運工程塑料排水帶應用技術規(guī)程》(JTS 206-1—2009)的結果相差較大，與《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》(JT/T 521—2004)的結果接近。相較于《公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》(JTG E50—2006)、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》(JT/T 521—2004)兩個標準，測讀間隔由2h縮短為了1h，增高了測讀頻率，提升了檢測效率，且二次穩(wěn)定即相鄰三次通水量值中，前后兩次通水量的差值均小于前一次通水量的5%，以最后一次測讀的通水量作為該試樣的通水量，可有效避免板芯變形的非線性和不均勻性以及流量的測讀誤差所產(chǎn)生的影響。