一種新型PVC防排水材料在路基工程中的應用

肖 國 平

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司道路院，湖北 武漢 430063)

一種新型PVC防排水材料在路基工程中的應用

肖 國 平

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司道路院，湖北 武漢 430063)

介紹了PVC防排水材料的作用原理、規格尺寸及性能指標，歸納了PVC防排水材料在路基工程中的應用情況，提出了針對路基本體的防排水和擋墻墻背的排水措施，并經實踐證明采用該措施取得了良好的防排水效果，具有較好的推廣價值。

路基工程，PVC防排水材料，原理

1 概述

目前，國內外土建工程中所采用的排水透水構件，其基本結構為圓管上半部至少1/2以上開設許多細小縫孔如網眼狀，用以聚集土中的滲流水，再沿管縱向方向流出。盡管采取了許多措施，管狀類構件始終存在堵塞、抗壓能力弱等缺點。近年有專家提出了一種新型的排水構件，該排水構件的基本原理是利用埋設在覆土中薄帶狀排水構件表面上密設沿縱向延伸的排水槽孔，其細縫狀槽口所產生的毛細作用將覆土中所含自由水吸入槽孔內，并借助于槽孔的兩端或任一段的水位落差段所生虹吸力以促進吸水并予以匯集而自槽孔的一端排出。這一材料已在水庫土壩反濾排水、隧道襯砌防排水、水庫壩體滲漏治理中進行了應用[1-4]，但是在路基工程中的應用才剛剛開始，尚處于試用階段，鮮有報道。路基工程現有的排水措施以塑料排水板或塑料排水帶居多，但是這種排水材料的抗壓強度不高，排水形式為被動排水，容易被淤堵。對PVC防排水材料在路基工程中的應用情況進行了總結，給出了不同工況下的應用建議，可以供后續的應用設計參考。

2 作用原理

PVC防排水材料應用了毛細作用、表面張力、虹吸作用與加筋作用，如圖1所示。自然界廣泛存在毛細現象，把一根確定內徑的塑料管插入水中，由于表面張力的作用，管內水面高于管外水面，上升高度可用式(1)表示。

(1)

式中：H——上升高度，m； λ——表面張力系數，N/m； θ——接觸角，(°)； ρ——液體密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2； r——管徑或縫寬，m。

PVC材料的表面張力系數約為0.07N/m，材料開槽寬度為0.03mm，由式(1)可知，對應的上升高度約為46mm，因此，當土中飽水液面接觸到開槽面時，水會進入孔道。當水進入孔道后，由于表面張力的作用，水并不會從開槽中漏出，當防排水板按一定坡度鋪設時，孔道中的水會沿孔道順著坡度在重力作用下流動，直到從末端流出，這利用了毛細作用。若孔道中間有彎曲起伏，只要出口處的高程低于入口處即存在水頭差則孔道中的水會順利排出，而不會在其中滯留，這就是虹吸作用。當開槽面朝下鋪設時，由于重力的作用，且土顆粒的密度比水要大，由土顆粒不會進入孔道中，而是沉積下來，這是重力因素起的作用。當排水板鋪于路堤基底時，由于材料本身抗接強度較大，可起到加筋作用，均化基底應力，減小路基沉降。

3 材料參數

PVC防排水材料的具體規格可有多種，目前在路基工程中應用較多的是防排水板與排水帶，其規格尺寸、排水性能及力學性能如下。

3.1 規格尺寸

防排水板的結構如圖2所示。排水帶則不需要兩邊的未開槽部分，根據需要取一定寬度的全開槽部分，如20cm，30cm，40cm等，如圖3所示。

3.2 性能指標

采用排水板通水儀進行了PVC防排水板的測試，試驗表明，水力梯度為0.1時，通水量不小于100cm3/(m·s)。進行了室內物理力學性能試驗，數據表明：其縱向拉伸強度不小于12MPa，斷裂伸長率不小于150%，撕裂強度不小于50kN/m，刺破強度不小于200N，壓縮變形5%的抗壓強度不少于300kPa，透水試驗表明無滲漏。由測試數據可知，PVC防排水板的強度指標要比路基工程中使用的大多數防排水材料要好。

4 工程應用

目前，PVC防排水板與排水帶在路基工程中的應用主要集中于路基本體的防排水、擋墻墻背的排水。

4.1 路基本體的防排水

已有的研究表明，當土體含水量增加時，其抗剪強度將減??；若土體長期飽水，其長期強度會急劇衰減，不利于路基穩定，易產生路基病害，如翻漿冒泥，路堤下沉，邊坡失穩坍塌等。因此，當路堤填料為細粒土時，應采取措施防止水的浸入。具體應用時，可根據具體工況，將PVC防排水板應用于路基基床表層底部、基床底層底部、路堤基底。

1)應用于基床表層底部。

當基床底層為細粒土(含改良土)時，宜在基床表層底部鋪設PVC防排水板，開槽面朝上，并設置4%左右的坡度，往路基邊坡傾斜，如圖4所示。用于防止大氣降水下滲浸入基床底層，并當水分在基床表層內聚積時加快排水。應當指出的是由于開槽面朝上，其重力防淤堵的功能無法發揮，同時考慮到要為其提供平整的鋪設工作面，應在排水板上方設置10cm厚的中粗砂，下方設置5cm厚的中粗砂，如圖4所示。

2)應用于基床底層底部。

當基床以下路堤為細粒土(含改良土、鹽漬土等特殊土)時，宜在基床底層底部鋪設PVC防排水板，開槽面朝上，并設置4%左右的坡度，往路基邊坡傾斜，如圖5所示。用于防止大氣降水下滲浸入基床以下路堤，并當水分在基床底層內聚積時加快排水。中粗砂的設置方式與圖4相同。

3)應用于路堤基底底部。

當地下水位過高，基床以下路堤為細粒土(含改良土、鹽漬土等特殊土)時，可用于路堤基底底部，開槽面朝下，與邊溝配合使用防止地下水位過高時，由于毛細作用地下水進入路基本體，同時加快路堤基底的地下水排出。中粗砂的設置方式如圖6所示。

可以用于擋墻墻背，間隔布置，加快墻后填土來水排出擋墻外部。

4.2 擋墻墻背的排水

在大氣降水豐富或地下水位較高的地方，擋墻背后土體中易被水浸泡，這時需盡快將土體中的水排出，否則由于土體強度指標衰減，墻背靜水壓過大，易導致擋墻失穩。傳統的做法是在墻背設置30cm～50cm厚的反濾砂墊層，墻體中設置排水管。這類措施也還是屬于被動排水，且砂墊層的施工不便，不易壓實。應用PVC排水帶可減薄砂墊層，且由于毛細作用有主動吸水的功能，能加快排水，在部分擋墻工點進行了應用，效果較好。其具體做法為：將寬20cm～40cm的排水帶順墻背以1m間距貼于墻背上，開槽面朝向墻后土體，排水帶頂端低于墻頂且應密封，防止土顆粒進入導流孔，末端伸入開好縫的PVC排水管，排水管由墻背后的凸臺擋住。具體布置方法及結構如圖7所示。

5 結語

PVC防排水材料兼具毛細作用、表面張力、虹吸作用與加筋作用等優點，其防排水效果良好，可廣泛應用于路基工程，現有的應用領域有路基本體的防排水及擋墻墻背的排水，應用效果良好，有較好的推廣價值，可進一步應用滑坡坡體的排水、橋臺臺背的排水及既有路基基床病害的整治。

[1] 徐滿杰,胡與民.毛細透排水帶在群英水庫大壩排水體改建工程中的應用[J].湖南水利水電,2002(1):36-37.

[2] 徐滿杰,胡與民.毛細虹吸高效排水帶治理土壩滲漏的應用與研究[J].湖南水利水電,2005(1):19-21.

[3] 高虎軍，戴桂華.毛細透排水帶在張花高速公路青坪隧道襯砌防排水中應用[J].湖南交通科技,2012,38(3):115-119.

The application of a new type of PVC waterproof material in sub-grade engineering

XIAO Guo-ping

(Road Institute, China Railway Fourth Survey and Design Group Limited Company, Wuhan 430063, China)

This paper introduced the principle, index size and performance specifications of PVC waterproof material, summarized the application situation of PVC waterproof material in sub-grade engineering, put forward waterproof and retaining wall drainage measures according to sub-grade basic body, through the practice proved that using this measure achieved good waterproof effect, had good promotion value.

sub-grade engineering, PVC waterproof material, principle

1009-6825(2014)18-0152-03

2014-04-18

肖國平(1966- )，男，高級工程師

U416.1

A