一种抗淤堵复合排渗管、其制备方法及使用方法

1.本发明涉及一种工程排渗装置、其制备方法及使用方法，尤其涉及一种抗淤堵复合排渗管、其制备方法及使用方法。


背景技术：

2.尾矿坝，挡土墙，堤防，路基，隧道等工程中都涉及工程排水。使用排水设施可以排出工程中多余的水而降低工程中的水压力，以保证工程的稳定安全运行。一旦排水设施失效，会使工程中的水压力上升，影响工程的稳定性，严重时会导致工程破坏，造成人民的生命和财产损失。工程排水需要反滤层，粒状滤料(如砂砾石、再生混凝土骨料等)作为传统的反滤层，在工程排水中有着优良的性能。但是由于粒状滤料在使用时对颗粒和级配要求严格，施工复杂，在很多工程中砂砾石反滤料逐渐被土工织物代替。土工织物在排水方面有许多优点：土工织物工厂化生产，质量可靠，使用安装方便快捷，对环境有一定的保护作用。近年来土工布越来越广泛的被使用在工程排水中，如在尾矿坝中使用的外包土工织物排水管。
3.外包土工织物排渗管被大量地应用在工程排水中。使用过程中发现，在某些工况下土工织物存在被细颗粒土料堵住的风险，进而导致土工织物渗透系数下降，排渗管失效。土工织物的淤堵问题是工程界一个棘手的问题，严重困扰着许多工程师，也制约了土工织物在工程领域的推广应用。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种抗淤堵能力强和排渗能力高的抗淤堵复合排渗管；
5.本发明的第二个目的是提供上述的抗淤堵复合排渗管的制备方法；
6.本发明的第三个目的是提供上述的抗淤堵复合排渗管的使用方法。
7.技术方案：本发明所述的抗淤堵复合排渗管，沿径向由内向外依次包括内层花管、架空层、织物过滤层和粒状滤料层；所述内层花管的四周分布有若干渗水孔，所述内层花管的外部包裹有架空层，所述架空层的外部包裹有织物过滤层，所述织物过滤层的外部包裹有粒状滤料层。
8.其中，所述复合排渗管分段制作，两段复合排渗管通过端部的螺纹结构进行拼接。
9.其中，所述内层花管为高强度塑料管材，所述内层花管的直径为63～90mm，开孔率为10％～16％。
10.其中，所述粒状滤料层的厚度为10～15mm；所述粒状滤料层通过水溶性胶粘结成型，所述水溶性胶遇水溶解。
11.其中，所述架空层由格构肋组成，不同方向的格构肋高度相同，格构肋围成的空间为格构框格，每个格构框格对应的内层花管上至少开设一个渗水孔；格构框格的形状可以为圆形、正多边形或其他形状。
12.其中，所述织物过滤层的材料为无纺土工织物、有纺土工织物、白钢网或尼龙网中的至少一种；所述织物过滤层的包裹层数为1～2层；所述粒状滤料层的材料为石英砂滤料、再生混凝土骨料、陶粒或泡沫珠中的至少一种。
13.上述的新型高效复合排渗管的制备方法，包括以下步骤：
14.(a)根据工程中岩土体的特性，参考规范或开展试验确定织物过滤层的等效孔径和粒状滤料层的颗粒级配；
15.(b)将架空层包裹在内层花管上，将织物过滤层包裹在架空层上并固定；
16.(c)在施工套管ⅰ的内表面涂抹润滑油，将包裹有架空层和织物过滤层的管件放入施工套管ⅰ的中心位置，向施工套管ⅰ和织物过滤层的间隙中填筑合适粒径的粒状滤料；
17.(d)填筑完成后向粒状滤料中加入水溶性胶，将粒状滤料和织物过滤层固结在一起，待固结完成后打开施工套管ⅰ，取出其中的复合排渗管，完成制作。
18.其中，所述施工套管的直径ⅰ比包裹有织物过滤层的管件直径大20～30mm；所述施工套管ⅰ为光滑不开孔的塑料或不锈钢管材；所述施工套管ⅰ由两块半套管组成，两块半套管的一侧通过转轴连接，另一侧通过螺栓连接。
19.其中，步骤(a)中，所述织物过滤层的孔径由以下公式(1)确定：
20.o95＝k1*d85
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式(1)
21.其中，o95为织物过滤层的等效孔径，95％表示织物中95％的孔径低于该值；d85为保护土体的特征粒径，即d85小于该粒径的保护土体的质量占总保护土体质量的50％；k1为经验系数，针对不同的保护土由实验确定，对无纺土工织物k1建议取值为2～3，对有纺土工织物k1建议取值为1～2。
22.其中，步骤(a)中，所述粒状滤料的粒径由以下公式(2)确定：
23.d50＝k2*d50
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式(2)
24.其中，d50为砂砾石滤料的特征粒径，即小于该粒径的砂砾石滤料的质量占总砂砾石滤料质量的50％；d50为保护土体的特征粒径，即d50小于该粒径的保护土体的质量占总保护土体质量的50％；k2为经验系数，针对不同的保护土由实验确定，建议取值为8～12。
25.其中，步骤(b)中，选择合适直径和开孔率的内层花管，将合适孔径的织物过滤层包裹在架空层上，并通过细线或细铁丝绑扎固定。
26.其中，步骤(c)中，在施工套管ⅰ的内表面涂抹润滑油，将包裹有架空层和织物过滤层的管件放入施工套管ⅰ的中心位置，向施工套管ⅰ和织物过滤层的间隙中填筑合适粒径的粒状滤料。
27.步骤(d)中，待固结完成后通过螺栓打开施工套管ⅰ。
28.上述的新型高效复合排渗管的使用方法，包括如下步骤：
29.在工程预设的位置处向岩土体中钻入施工套管ⅱ，然后将复合排渗管分段压入施工套管ⅱ的内部，不同段之间通过端部的螺纹连接，最后拔出施工套管ⅱ，施工完成，水溶性胶遇水溶解，复合排渗管开始工作。
30.其中，所述施工套管ⅱ的内径比复合排渗管的外径大0.5～2mm；所述施工套管ⅱ为光滑不开孔的塑料或不锈钢管材；施工套管ⅱ仅在复合排渗管现场施工期使用。
31.有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)本发明将粒状滤料与织物滤层有机结合在一起，将高渗透性和强抗淤堵性能的粒状滤料置于织物过滤层外围，
直接与保护土接触，能够有效减轻织物过滤层的物理淤堵，从而可以增强排渗管的整体抗淤堵能力，增大排渗管的排水能力，延长排渗管使用寿命；(2)本发明不仅利用粒状滤料的大孔隙率、强抗淤堵性能，同时利用织物滤层施工方便、价格低、质量可靠、保土能力强等优点，二者优势互补。(3)本发明通过在内层花管和织物过滤层之间设置架空层，减少了过滤层与排渗花管的接触面积，增加了排渗花管与过滤层之间的空间，提高了排渗管的排水能力。(4)本发明通过水溶性胶消除了排渗管服役后胶结物质对其排渗性能产生的不良影响，通过施工套管解决了粒状滤料难以钻孔安装的工程难题，本发明具有施工方便，排渗性能优良的优点。
附图说明
32.图1为本发明的横截面图；
33.图2为本发明的结构示意图；
34.图3为本发明架空层的结构示意图；
35.图4为本发明工厂生产时的横截面图；
36.图5为本发明现场安装时的横截面图。
具体实施方式
37.下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
38.如图1至图5所示，本发明提供了一种抗淤堵复合排渗管5，由内层花管1、架空层2、织物过滤层3、粒状滤料层4组成，内层花管1的四周均匀分布有若干渗水孔101，内层花管1的外部包裹有架空层2，架空层2包裹一层；架空层2的外部包裹有织物过滤层3，织物过滤层3的外部包裹有粒状滤料层4；复合排渗管5分段制作，两段复合排渗管5通过端部的螺纹结构进行拼接。
39.本实施例的内层花管1为高强度塑料管材，内层花管1的直径为63～90mm，开孔率为10％～16％；架空层2为由格构肋201组成，架空层2厚2～5mm，不同方向的格构肋201高度相同，格构肋201围成的空间称为格构框格202，每个格构框格202对应的内层花管1上至少开设一个渗水孔101，格构框格202的形状可以为圆形也可以为正多边形，架空层2可减少织物过滤层3与内层花管1的接触面积，增加内层花管1与织物过滤层3之间的空间，能够提高排渗管的排水能力。织物过滤层3的材料可为合适孔径的无纺土工织物、有纺土工织物、白钢网、尼龙网等材料，织物过滤层3的包裹层数为1～2层。
40.粒状滤料层4的材料可为合适粒径的石英砂滤料、再生混凝土骨料、陶粒、泡沫珠等粒状滤料，粒状滤料层4通过水溶性胶粘结成型，水溶性胶遇水溶解，粒状滤料层4的厚度可为10～15mm。粒状滤料允许一定的细颗粒保护土透过，而被织物过滤层3拦截。排渗水经过粒状滤料层4、织物过滤层3和架空层2进入内层花管1，粒状滤料的存在可以阻止织物过滤层3表面致密土壳的生成，同时粒状滤料有较大的孔隙率，能够大幅减轻织物过滤层3的物理淤堵。
41.上述的新型高效复合排渗管5的制备方法，包括以下步骤：
42.(1)根据工程中岩土体的特性，参考规范或开展试验确定织物过滤层3的等效孔径和粒状滤料层4的颗粒级配；
43.(2)选择合适直径和开孔率的内层花管1，将架空层2包裹在内层花管1上，将合适孔径的织物过滤层3包裹在架空层2上，并通过细线或细铁丝绑扎固定；
44.(3)在施工套管ⅰ6的内表面涂抹润滑油，将包裹有架空层2和织物过滤层3的管件放入施工套管ⅰ6的中心位置，向施工套管ⅰ6和织物过滤层3的间隙中填筑合适粒径的粒状滤料。
45.(4)填筑完成后向粒状滤料中加入水溶性胶，将粒状滤料和织物过滤层3固结在一起，待固结完成后，通过螺栓603打开施工套管ⅰ6，取出其中的复合排渗管5，复合排渗管5制作完成。
46.其中，施工套管ⅰ6为光滑不开孔的塑料或不锈钢管材，施工套管ⅰ6的直径比包裹有织物过滤层3的管件直径大20-30mm，施工套管ⅰ6由两块半套管601组成，两块半套管601的一侧通过转轴602连接，另一侧通过螺栓603连接。施工套管ⅰ6用作复合排渗管5工厂生产时的模具。
47.步骤(1)中，织物过滤层3的孔径由前文中的公式(1)确定；粒状滤料的粒径由前文中的公式(2)确定。
48.上述的新型高效复合排渗管5的使用方法，包括如下步骤：
49.在工程预设的位置处向岩土体中钻入施工套管ⅱ7，然后将复合排渗管5分段压入施工套管ⅱ7的内部，不同段之间通过端部的螺纹连接，最后拔出施工套管ⅱ7，施工完成，水溶性胶遇水溶解，复合排渗管5开始工作。
50.其中，施工套管ⅱ7为光滑不开孔的塑料或不锈钢管材，施工套管ⅱ7内径比复合排渗管5的外径大0.5～2mm，施工套管ⅱ7仅在复合排渗管5现场施工期使用，用于保护粒状滤料层4在施工过程中不致破损，施工结束后拔出施工套管ⅱ7。

技术特征：
1.一种抗淤堵复合排渗管，其特征在于，沿径向由内向外依次包括内层花管(1)、架空层(2)、织物过滤层(3)和粒状滤料层(4)；所述内层花管(1)的四周分布有若干渗水孔(101)，所述内层花管(1)的外部包裹有架空层(2)，所述架空层(2)的外部包裹有织物过滤层(3)，所述织物过滤层(3)的外部包裹有粒状滤料层(4)。2.根据权利要求1所述的抗淤堵复合排渗管，其特征在于，所述复合排渗管(5)分段制作，两段复合排渗管通过端部的螺纹结构进行拼接。3.根据权利要求1所述的抗淤堵复合排渗管，其特征在于，所述内层花管(1)的直径为63～90mm，开孔率为10％～16％。4.根据权利要求1所述的抗淤堵复合排渗管，其特征在于，所述粒状滤料层(4)的厚度为10～15mm。5.根据权利要求1所述的抗淤堵复合排渗管，其特征在于，所述架空层(2)由格构肋(201)组成，不同方向的格构肋(201)高度相同，格构肋(201)围成的空间为格构框格(202)，每个格构框格(202)对应的内层花管(1)上至少开设一个渗水孔(101)。6.根据权利要求1所述的抗淤堵复合排渗管，其特征在于，所述织物过滤层(3)的材料为无纺土工织物、有纺土工织物、白钢网或尼龙网中的至少一种；所述粒状滤料层(4)的材料为石英砂滤料、再生混凝土骨料、陶粒或泡沫珠中的至少一种。7.一种权利要求1所述的抗淤堵复合排渗管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)根据工程中岩土体的特性，参考规范或开展试验确定织物过滤层(3)的等效孔径和粒状滤料层(4)的颗粒级配；(b)将架空层(2)包裹在内层花管(1)上，将织物过滤层(3)包裹在架空层(2)上并固定；(c)将包裹有架空层(2)和织物过滤层(3)的管件放入施工套管ⅰ(6)内，向施工套管ⅰ(6)和织物过滤层(3)的间隙中填筑粒状滤料；(d)填筑完成后向粒状滤料中加入水溶性胶，将粒状滤料和织物过滤层(3)固结在一起，待固结完成后打开施工套管ⅰ(6)，取出其中的复合排渗管，完成制作。8.根据权利要求7所述的抗淤堵复合排渗管的制备方法，其特征在于，所述施工套管的直径ⅰ(6)比包裹有织物过滤层(3)的管件直径大20～30mm。9.一种权利要求1所述的抗淤堵复合排渗管的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：在工程预设的位置处向岩土体中钻入施工套管ⅱ(7)，然后将权利要求1的复合排渗管分段压入施工套管ⅱ(7)的内部，不同段之间通过端部连接，最后拔出施工套管ⅱ，施工完成，水溶性胶遇水溶解，复合排渗管开始工作。10.根据权利要求9所述的抗淤堵复合排渗管的使用方法，其特征在于，所述施工套管ⅱ(7)的内径比复合排渗管的外径大0.5～2mm。

技术总结
本发明公开了一种抗淤堵复合排渗管、其制备方法及使用方法，该排渗管沿径向由内向外依次包括内层花管、架空层、织物过滤层和粒状滤料层。制备时，将包裹架空层和织物过滤层的管件放入施工套管Ⅰ内，向施工套管Ⅰ和织物过滤层的间隙中填筑粒状滤料；然后向粒状滤料中加入水溶性胶将其和织物过滤层固结在一起，固结完成后打开施工套管Ⅰ，取出制作好的复合排渗管。在使用时，向岩土体中钻入施工套管Ⅱ，将复合排渗管分段压入施工套管Ⅱ内部，不同段之间通过端部连接，最后拔出施工套管Ⅱ，施工完成，水溶性胶遇水溶解，复合排渗管开始工作。本发明通过将土工织物过滤层和粒状滤料有机结合在一起，可增强排渗管的抗淤堵能力，延长排渗管的使用寿命。的使用寿命。的使用寿命。


技术研发人员：王媛 刘胜 冯迪
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15