土木工程中地下水的處理是一項(xiàng)很重要但又往往被人們所忽視的課題。因?yàn)樘幚聿缓糜?br>
時(shí)會(huì)給工程帶來(lái)無(wú)法估量的損失。小的影響是形成水潴、地基松軟、建筑物發(fā)生不均勻沉降，給
人們生產(chǎn)、生活造成威脅}大的影響則是造成山體滑坡、形成泥石流埋沒(méi)村莊和道路等等，給人
們生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失。
地下水位的上下變動(dòng)除了受承壓水、涌泉等工程地質(zhì)條件因素影響外，還受到來(lái)自于地表
水，如雨水或溶化后的雷水下滲，江河湖海、水庫(kù)水的滲入、補(bǔ)給的影響；人類活動(dòng)，如工業(yè)、生
活污水的排放和滲漏，工程建設(shè)施工改變地下徑流條件加大地下水補(bǔ)給或堵塞排水通道等也
都會(huì)對(duì)地下水位的變化產(chǎn)生影響。
地下水帶來(lái)的工程問(wèn)題是地下水上升，大面積土體遭到潛蝕，土地沼澤化，土體的物理力
學(xué)性質(zhì)變差，當(dāng)滲透水的水力坡降大于土顆粒的臨界水力坡降時(shí)，就會(huì)引起沖刷，細(xì)顆粒土被
水流夾帶流出，形成孔洞或通道，且孔洞或通道越?jīng)_越大，使土體結(jié)構(gòu)松動(dòng)導(dǎo)致建筑物倒塌；當(dāng)
江河湖海及水庫(kù)岸坡或斜坡被地下水浸潤(rùn)后土體被飽和軟化，一旦因工程施工受到附加外力，
或是地下水位驟降，地下水向坡外滲流，水力坡降加大，即可促使土體產(chǎn)生變形，使流沙、管涌
發(fā)生或岸坡坍塌滑移，破壞建筑物。
針對(duì)地下水的不良作用，通?？蓮娜矫娌扇」こ檀胧?1)阻止地表水或地下徑流流人
保護(hù)范圍的土層中；(2)改善土性，增強(qiáng)土體的抗?jié)B能力和降低土層滲透性；(3)改變滲透水
流的水動(dòng)力條件，減小其流速，使其水力坡降小于土顆粒的臨界坡降。
這三方面的工程措施最終就是要設(shè)置一個(gè)堵截和排滲相結(jié)合的完善的、由一系列排水管網(wǎng)、明溝和盲溝組成的排水系統(tǒng)，堵截地表和地下來(lái)水，不
使其進(jìn)人工程現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)土體內(nèi)的滲水則布置滲溝
(明溝或暗溝)等予以導(dǎo)出，見(jiàn)圖1。
傳統(tǒng)的盲溝是用天然砂石料制作而成的，以后逐步發(fā)
展到用鋼管和硬質(zhì)塑料管開(kāi)孔、用無(wú)砂混凝土管制作的盲
溝。5～6年前軟式排水盲管被引進(jìn)中國(guó)，近2～3年中國(guó)才
首次推出了Fh河海大學(xué)研制開(kāi)發(fā)的塑料盲溝。由于塑料盲
溝能較有效地克服此前所有類型盲溝的弱點(diǎn)，能保證盲溝 圖1斜坡盲溝布置
的功能得到有效發(fā)揮，因而塑料盲溝作為一種新型的排水材料在國(guó)內(nèi)得到推廣。
塑料盲溝由塑料盲溝體及外包無(wú)紡?fù)凉げ紴V膜兩大部分組成。塑料盲溝體為聚烯脛高分
子材料經(jīng)熱熔擠出塑料絲束然后經(jīng)特種成型工藝制成的三維空間結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的塑料盲溝產(chǎn)品
有四大類(斷面分別為圓形、圓形中空、矩形、矩形中空)近20種規(guī)格。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的塑料盲
溝是圓形斷面的，其最大直徑為30 cm，矩形的最大為40 em×5 cnl。表1為南京海河土工合成
材料有限公司的產(chǎn)品規(guī)格。塑料盲溝濾膜為針刺無(wú)紡?fù)凉げ?，根?jù)盲溝周圍的土質(zhì)，按照反濾
的要求選用。常用的規(guī)格為100～250 g／m2。
表1 HM系列量料盲溝性能指標(biāo)
式中0為通水量(m3／h)I H為換算標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)水頭損失。其中，H一江}i為設(shè)計(jì)水力坡降}L為標(biāo)準(zhǔn)試件長(zhǎng)度
(m)，除了HMFl550型其L為0．4m外，其余型號(hào)上均為0．5m。
2塑料盲溝在工程中的應(yīng)用
塑料盲溝在國(guó)內(nèi)已得到初步推廣，并取得較好的應(yīng)用效果，目前已在以下幾類工程中得到
應(yīng)用。
2．1大面積場(chǎng)地
2．1．1港口工程吹填場(chǎng)地施工期排水
該港區(qū)碼頭后方場(chǎng)地系在江灘上吹填粉質(zhì)土造
陸形成，為加速場(chǎng)地吹填土排水以便爭(zhēng)取時(shí)間盡早
進(jìn)行軟土地基處理，并保證施工期的場(chǎng)地排水，故在
場(chǎng)地上布置了塑料盲溝和明溝排水系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)。
2．1．2 運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地塑料盲溝排水 圖2港區(qū)場(chǎng)地塑料盲溝和明溝排水系統(tǒng)
該運(yùn)動(dòng)場(chǎng)為標(biāo)準(zhǔn)田徑場(chǎng)和足球場(chǎng)，在跑道內(nèi)圈和場(chǎng)地邊布置了2條環(huán)形排水明溝，在跑道
內(nèi)的足球場(chǎng)和田徑場(chǎng)則布置了塑料盲溝(見(jiàn)圖3)。
2．2公路與高速公路
當(dāng)在多雨和地下永較豐富的地帶建高速公路時(shí)，
設(shè)置完善的排水系統(tǒng)以保護(hù)路基和路面不受雨水和
地下水的侵蝕，使公路和高速公路始終處于良好的
工作狀態(tài)，延長(zhǎng)其壽命，是非常關(guān)鍵的。塑料盲溝可
應(yīng)用于以下部位；
(1)中央隔離帶。為防止雨水通過(guò)中央隔離帶表
面下滲到路基填料及路面結(jié)構(gòu)中，使其軟化破壞，常
在中央隔離帶下設(shè)肓溝排水(見(jiàn)圖4)。
(2)高填方(填高≥i．5 m)路基及路面基層。對(duì)
高填方路基，從路基地基處理開(kāi)始到路面施工，需要
較長(zhǎng)的時(shí)間，特別是軟基地帶，往往需要經(jīng)歷1～2
強(qiáng) ／＼ 碳
匕§倩 盤越 ‰Ⅱ
[” 弋 ∥“】 ：底tg虐塾堡絲 1_Jl剛． #g 、
f鼉趟 【Ⅻg強(qiáng)蛐 愁 ，^■∞t+■∞_+-，-土I一
年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，因此必須分別考慮路基填料
和路面基層二套排水系統(tǒng)。圖5為某市外環(huán)高速
公路剖面示意圖。
(3)低填方(填高<1．5 m)路基及路面基層。 低填方道路(包括具有較寬綠化地帶的城市景觀 路)的施工期較短，填高小，路基及路面基層可合 用一個(gè)塑料盲溝排水系統(tǒng)。圖6為某市景觀路塑 料盲溝布置圖。 2．3地鐵、公路隧道和地下通道 自■N崩镕i阱Ⅲm刪 當(dāng)公路或地下鐵道隧道穿過(guò)含地下水較豐的 圖5高填方塑料盲溝排水布置圖 土層和節(jié)理發(fā)育有滲水的巖層時(shí)，為防止和減小透過(guò)隧道襯砌的滲水，保持隧道干燥，設(shè)計(jì)時(shí) 往往在隧道村砌防水層后(向巖面)和隧道底部間隔設(shè)置若干橫向環(huán)形塑料盲溝，并通過(guò)沿隧 道縱向布置的塑料盲溝形成塑料盲溝排水網(wǎng)，流人隧道底部的排水溝排走。圖7為某公路隧道 塑料盲溝布置。 2．4邊坡及岸坡 為防止邊坡、岸坡坍塌及滑坡，必須采取截流(滲)、排滲和護(hù)坡的綜合治理的工程措施。對(duì) 于自然邊坡采取的綜合工程措施可參見(jiàn)圖1。截滲淘可采用明溝，也可采取盲溝，依溝的深度 而定，當(dāng)溝的深度大于2 m時(shí)采用盲溝，塑料盲溝應(yīng)是最新的首選的盲溝材料；當(dāng)溝的深度小 于2 m時(shí)，宜采用明溝。排滲溝采用塑料盲溝時(shí)的布置如圖1所示。 對(duì)于填方邊坡采取的綜合工程措施如圖8所示。 2．5擋土墻 擋土墻是土木工程中最常見(jiàn)的建筑物，為減小墻背填土中作用于擋土墻背的滲水壓力，常 在擋士墻身適當(dāng)位置設(shè)置若干排水孔排除滲水。為防止墻后土料隨滲水從排水孔流出，在墻背 排水孔處設(shè)置砂石反濾墊。但這種處理方式排水效果并不理想，而且隨著時(shí)間的增加會(huì)逐步淤 堵失效。改用塑料盲溝在墻后豎向間隔布置，根據(jù)墻高橫向布置1～2條塑料盲溝，串通各個(gè)豎 向布置的塑料盲溝，使地下滲水通過(guò)橫向布置的盲溝或沿橫向盲溝設(shè)置的排水孔排走(見(jiàn)圖 9)。 2．6堤壩工程中塑料盲溝的應(yīng)用 我國(guó)在水利工程中已有多處應(yīng)用塑料盲溝和軟式透水管盲溝的例子，應(yīng)用的部位主要有 以下幾類： 2．6．1城市防洪墻后截滲盲溝 某市防洪墻為輕型鋼笳混凝土結(jié)構(gòu)，墻后回填砂石料底部鋪設(shè)塑料盲溝(見(jiàn)圖10)。塑料 盲溝型號(hào)為HMY200。試用后應(yīng)用效果良好，已在該市防洪墻工程中正式使用。 2．6．2堤壩背水面坡腳排滲體 為提高排滲體排滲減壓效果，以及讓排滲體中的水按規(guī)定的位置排出，故布置了盲溝排水 2置擐料盲溝。 3．2．3盲溝的埋設(shè) 塑料盲溝一般埋設(shè)于地面下50～100 cm的淘槽中，在盲溝體四周最好包以中粗砂或碎礫 石。對(duì)于邊坡上的排滲塑料盲溝，塑料盲溝埋設(shè)好以后，回填以粗填料，找平后，在上面鋪以各 種護(hù)坡壓塊。 3．3水力計(jì)算 塑料盲溝排除地下滲水，屬于滲流問(wèn)題。滲流的基本微分方程組為 墊+絲+絲：n 缸。劫’娩 。 ．a(chǎn)H ，拊 ，aH “：一一。面，“，5一。面，“=一一o i 滲流的連續(xù)方程為 耄+霧+耄=o 缸2’卻2。如2。 滲流的水力計(jì)算主要是確定滲流量、滲流速度和浸潤(rùn)線位置。其滲流量的水力計(jì)算適用達(dá) 西定律。即 V—塒一一^髻；Q…kAJ=kA可dH}(，一一＆t，—一^等 式中，y為滲流平均流速；^為土的滲透系數(shù)；，為滲流水力坡降；u為斷面上的點(diǎn)滲流速。 實(shí)際上，地下滲透水的排除需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程：(1)在重力或孔隙水壓力作用下形成 滲流，并流向塑料盲溝；(2)滲透水通過(guò)塑料盲溝外包的濾膜進(jìn)入塑料盲溝，(3)通過(guò)塑料盲溝 體的軸向輸送{(4)從盲溝口排出。 從上述過(guò)程可以看出，它不單是地下滲流問(wèn)題，而是包括管流或渠流在內(nèi)的綜合性的系統(tǒng) 問(wèn)題，必須進(jìn)行綜合性的水力計(jì)算。當(dāng)滲流一進(jìn)入塑料盲溝，則視盲溝滿流情況按管流或渠流 的能量方程進(jìn)行水力計(jì)算。 3．3．1地下水流向塑料盲溝的滲流量 地下水流向塑料盲溝的滲流量，對(duì)于塑料盲溝而言是它的來(lái)水量，需要按塑料盲溝設(shè)計(jì)的 工作狀態(tài)選用相應(yīng)的計(jì)算方法。 3．3．1．1 在具有穩(wěn)定地下水位狀態(tài)下的工作情況 單排塑料盲溝在具有穩(wěn)定地下水位狀態(tài)下的工作 情況(見(jiàn)圖13)，可作為平面對(duì)稱問(wèn)題按溝槽公式計(jì)算 單位長(zhǎng)度雙側(cè)集水塑料盲溝可排走的滲水流量。璣，Q。 為整根塑料盲溝可排除的滲流量，據(jù)此也可計(jì)算出滲流 穩(wěn)定時(shí)的浸潤(rùn)線。完整型雙側(cè)集水公式如下： 一華 Q。一脅z 多排塑料盲溝在具有穩(wěn)定地下水位狀態(tài)下的工作 情況見(jiàn)圖14。當(dāng)鋪盲溝場(chǎng)地面積長(zhǎng)寬比大于5時(shí)，亦可 圖13單排塑料盲溝的工作情況 丁≮==刁 卜-『—_1—十丁斗刊苜b十—叫 圖14多排塑料盲溝的工作情況 31 作為平面問(wèn)題按溝槽公式計(jì)算，可從有關(guān)專業(yè)書(shū)中查出。 3．3．1．2 當(dāng)有降水人滲補(bǔ)給狀態(tài)下的工作情況 在這種情況下，塑料盲溝排除的是降水的滲透水，其排水量與設(shè)計(jì)采用的排水標(biāo)準(zhǔn)有很大 關(guān)系，也與土質(zhì)的滲透性有關(guān)。塑料盲溝排水量的計(jì)算式如下： Q一警 式中，Q為平均排水量(m3／h)；R為降水量(mm／min)；F為降水人滲系數(shù)(地下滲透率)。該系 數(shù)與土質(zhì)和地貌有關(guān)，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，亞粘士d為0．01～O．02，亞砂土為0．02～o·05，中砂為0．12～ 0．18，砂卵石為0．3～o．35。D為該滲透水排除時(shí)間(h)。 在該計(jì)算式中，R是最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，并受所采用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)控制。對(duì)降水較大、不能及時(shí)排 出、會(huì)有較短時(shí)間的積水，這種積水不影響建筑物的使用。在這種情況下，排水的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般 采用較低的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?？煽紤]采用“多年平均最大月平均日降水量進(jìn)行計(jì)算，以一日降雨，一日 排除”作為控樹(shù)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于一些較為重要的工程或建筑物，則根據(jù)其重要程度，以設(shè)計(jì)選定的降 水重現(xiàn)期(如l a，5 a等)計(jì)算得出的降水歷時(shí)，按當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度公式計(jì)算出降水強(qiáng)度作為 R。 3．3．2塑料盲溝的集水能力 塑料盲溝需要有足夠的集水能力以使計(jì)算出的滲流量(平均排水量)能順暢地全部進(jìn)入塑 料盲溝內(nèi)。 塑料盲溝的集水能力由覆蓋在盲溝體外的無(wú)紡?fù)凉げ紴V膜的垂直滲透性所決定，通常用 土工布的滲透系數(shù)表示。要求土工布濾膜的滲透能力滿足排滲流量的要求： ql>m或Q≥Q；；
qL一2，rrkg；
Qf=qd
式中，o、Q分別為單位長(zhǎng)度塑料盲溝土工布濾膜的集水量和塑料盲溝長(zhǎng)度范圍內(nèi)土工布的總
集水量；r為塑料盲溝外徑，z為塑料盲溝長(zhǎng)度；^。為土工濾膜的滲透系數(shù)。
與此同時(shí)，在選擇土工布濾膜時(shí)，還必須滿足滲透、反濾和防淤堵3個(gè)準(zhǔn)則，即：
滲透準(zhǔn)則 t?！輑OOk。}
反濾準(zhǔn)則 O。。≤nd。；；
防淤堵準(zhǔn)則 0。?！?d。。
當(dāng)k。不小于10～5 cm／s時(shí)需要控制，使GR≤3；當(dāng)^。小于10～5 cm／s時(shí)，則以現(xiàn)場(chǎng)土料
進(jìn)行長(zhǎng)期淤堵實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)。
在滲透準(zhǔn)則中，^。為土的滲透系數(shù)。這個(gè)準(zhǔn)則的物理意義是指塑料盲溝濾膜的滲透性要
遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于土的滲透性，以使?jié)B透水能以最小的能量、最小的水頭損失，而且?guī)缀醪皇芟拗频剡M(jìn)
入塑料盲溝，不影響土的滲透流量。
在反濾準(zhǔn)則中，Ob為等效孔徑，也；指土中小于該粒徑的土質(zhì)量占總質(zhì)量的85％，”為與土
的類型、級(jí)配、士工布種類等有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，界于1～10之間。這個(gè)準(zhǔn)則的意義是反映土工布
等效孔徑與土粒徑之間的關(guān)系，以保證土中大部分土顆粒留在土工布外，并自然形成過(guò)濾層，
不會(huì)發(fā)生流士現(xiàn)象，即所謂的保土性。
在防淤堵準(zhǔn)則中，du指土中小于該粒徑的土質(zhì)量占總土質(zhì)量的15％。該準(zhǔn)則意味著只有
32
小于該條件的細(xì)微顆粒土能隨滲透水通過(guò)土工布的等效孔徑，而不會(huì)滯留在土工布空隙中，形
成所謂的淤堵現(xiàn)象。GR為土工布二側(cè)滲透水水力坡降之比，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出。
3．3．3塑料盲溝的軸向通水能力
進(jìn)入塑料盲溝的滲透水需要通過(guò)塑料盲溝排除出去，因此塑料盲溝的排水(通水)能力要
大于塑料盲溝的進(jìn)水能力，即
Q。≤Qz≤Q：
3．3．3．1塑料盲溝滿流的情況
前面已提到，進(jìn)入塑料盲溝內(nèi)的水流處于管流和滲流之間的水流狀態(tài)，適用于伯努利定律
和達(dá)西定律，但塑料盲溝內(nèi)水流阻力是個(gè)變數(shù)，通水量與水頭損失之間屬非線形變化關(guān)系。根
據(jù)水力學(xué)試驗(yàn)，在上下水頭差一定的情況下，塑料盲溝通水量q與水頭損失h之間的關(guān)系式如
下：
q—Kh”
式中，g為以試件長(zhǎng)度f(wàn)(m)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)水力試驗(yàn)時(shí)的通水量(m3／h)；^為標(biāo)準(zhǔn)水力試驗(yàn)時(shí)的水頭
損失(m)}K及m為根據(jù)不同水頭差的水力試驗(yàn)結(jié)果得出的擬合系數(shù)。
由于水壓力符合模型率，具有幾何相似性，因而小比尺的水力試驗(yàn)結(jié)果可以按比例放大用
于實(shí)際工程。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)將上式變換為
Q—KHLⅫ“
式中，Q為塑料盲溝的計(jì)算通水量(m3／h)}H為換算試驗(yàn)時(shí)的水頭損失(m)，K及m為試驗(yàn)得
出的系數(shù)；工為試驗(yàn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)試件長(zhǎng)度(m)。H的換算式為
h／l—HfL—i
日一iL
式中，h為設(shè)計(jì)盲溝兩端水頭差(m)；z為設(shè)計(jì)盲溝長(zhǎng)度(m)。在設(shè)計(jì)時(shí)要求
Q≥Q。
很明顯，上述試驗(yàn)是在一定水頭、塑料盲溝滿流、軸向進(jìn)水及軸向出水條件下進(jìn)行的，所以
測(cè)出的水頭損失是塑料盲溝的沿程水頭損失，未包括塑料盲溝從側(cè)向(垂直于盲溝濾膜)沿程
進(jìn)水及出口等所有局部水頭損失在內(nèi)，不是塑料盲溝排水的總的水頭損失。但是，與一些管流
的水力特性一樣，局部水頭損失與沿程損失相比，可以忽略不計(jì)。但在設(shè)計(jì)時(shí)為安全計(jì)，考慮給
出一定的余量還是必要的。因此作者建議在設(shè)計(jì)時(shí)要求
Q≥1．2Q。
3．3．3．2滲流水不能布滿塑料盲溝全斷面的情況
當(dāng)滲流水不能布滿塑料盲溝全斷面時(shí)，滲流水在塑料盲溝中的流動(dòng)情況類似于圓形斷面
明渠水流的情況。明渠水力學(xué)計(jì)算的基本公式是謝才公式，即
v=C瓶7：Q=vA
式中，C為謝才系數(shù)。對(duì)于人工明渠而言，
C一一R’
對(duì)不同材料的明渠，不同的運(yùn)用情況其糙率”不同?！钡拇笮?duì)計(jì)算的結(jié)果影響極大，目前還
沒(méi)有類似塑料盲溝的情況的”值資料，有賴于借鑒設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)；R為水力半徑；y為指數(shù)。有
關(guān)的問(wèn)題還有待研究。
33
4結(jié) 語(yǔ)
塑料盲溝在我國(guó)的應(yīng)用目前尚處于開(kāi)發(fā)、推廣和迸一步完善的階段。從近年應(yīng)用的情況來(lái)
看，雖已初步顯示出其效果，但無(wú)論是在塑料盲溝材料品種和質(zhì)量方面。性能指標(biāo)及測(cè)試方面，
還是在設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法方面都亟待開(kāi)發(fā)和提高，而且其應(yīng)用范圍也有待進(jìn)一步擴(kuò)展。最為
急需的是制定一部規(guī)范以指導(dǎo)和規(guī)范塑料盲溝的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用，促進(jìn)塑料盲溝在我國(guó)的應(yīng)
用與發(fā)展。
