土木工程中地下水的處理是一項很重要但又往往被人們所忽視的課題。因為處理不好有
時會給工程帶來無法估量的損失。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、形成泥石流埋沒村莊和道路等等，給人
們生命財產(chǎn)帶來損失。
地下水位的上下變動除了受承壓水、涌泉等工程地質(zhì)條件因素影響外，還受到來自于地表
水，如雨水或溶化后的雷水下滲，江河湖海、水庫水的滲入、補給的影響；人類活動，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給或堵塞排水通道等也
都會對地下水位的變化產(chǎn)生影響。
地下水帶來的工程問題是地下水上升，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，就會引起沖刷，細顆粒土被
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)松動導(dǎo)致建筑物倒塌；當(dāng)
江河湖海及水庫岸坡或斜坡被地下水浸潤后土體被飽和軟化，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。
針對地下水的不良作用，通常可從三方面采取工程措施：(1)阻止地表水或地下徑流流人
保護范圍的土層中；(2)改善土性，增強土體的抗?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)，堵截地表和地下來水，不
使其進人工程現(xiàn)場，對工程現(xiàn)場土體內(nèi)的滲水則布置滲溝
(明溝或暗溝)等予以導(dǎo)出，見圖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)塑料管開孔、用無砂混凝土管制作的盲
溝。5～6年前軟式排水盲管被引進中國，近2～3年中國才
首次推出了Fh河海大學(xué)研制開發(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，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內(nèi)得到推廣。
塑料盲溝由塑料盲溝體及外包無紡?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)。現(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紡?fù)凉げ迹鶕?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
式中0為通水量(m3／h)I H為換算標準試驗水頭損失。其中，H一江}i為設(shè)計水力坡降}L為標準試件長度
(m)，除了HMFl550型其L為0．4m外，其余型號上均為0．5m。
2塑料盲溝在工程中的應(yīng)用
塑料盲溝在國內(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大面積場地
2．1．1港口工程吹填場地施工期排水
該港區(qū)碼頭后方場地系在江灘上吹填粉質(zhì)土造
陸形成，為加速場地吹填土排水以便爭取時間盡早
進行軟土地基處理，并保證施工期的場地排水，故在
場地上布置了塑料盲溝和明溝排水系統(tǒng)(見圖2)。
2．1．2 運動場地塑料盲溝排水 圖2港區(qū)場地塑料盲溝和明溝排水系統(tǒng)
該運動場為標準田徑場和足球場，在跑道內(nèi)圈和場地邊布置了2條環(huán)形排水明溝，在跑道
內(nèi)的足球場和田徑場則布置了塑料盲溝(見圖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，
設(shè)置完善的排水系統(tǒng)以保護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(見圖4)。
(2)高填方(填高≥i．5 m)路基及路面基層。對
高填方路基，從路基地基處理開始到路面施工，需要
較長的時間，特別是軟基地帶，往往需要經(jīng)歷1～2
強 ／＼ 碳
匕§倩 盤越 ‰Ⅱ
[” 弋 ∥“】 ：底tg虐塾堡絲 1_Jl剛． #g 、
f鼉趟 【Ⅻg強蛐 愁 ，^■∞t+■∞_+-，-土I一
年甚至更長的時間，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，為防止和減小透過隧道襯砌的滲水，保持隧道干燥，設(shè)計時 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)、排滲和護坡的綜合治理的工程措施。對 于自然邊坡采取的綜合工程措施可參見圖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，宜采用明溝。排滲溝采用塑料盲溝時的布置如圖1所示。 對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，而且隨著時間的增加會逐步淤 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，串通各個豎 向布置的塑料盲溝，使地下滲水通過橫向布置的盲溝或沿橫向盲溝設(shè)置的排水孔排走(見圖 9)。 2．6堤壩工程中塑料盲溝的應(yīng)用 我國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(見圖10)。塑料 盲溝型號為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 種護坡壓塊。 3．3水力計算 塑料盲溝排除地下滲水，屬于滲流問題。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。 滲流的水力計算主要是確定滲流量、滲流速度和浸潤線位置。其滲流量的水力計算適用達 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為斷面上的點滲流速。 實際上，地下滲透水的排除需要經(jīng)過以下幾個過程：(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)滲透水通過塑料盲溝外包的濾膜進入塑料盲溝，(3)通過塑料盲溝 體的軸向輸送{(4)從盲溝口排出。 從上述過程可以看出，它不單是地下滲流問題，而是包括管流或渠流在內(nèi)的綜合性的系統(tǒng) 問題，必須進行綜合性的水力計算。當(dāng)滲流一進入塑料盲溝，則視盲溝滿流情況按管流或渠流 的能量方程進行水力計算。 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，對于塑料盲溝而言是它的來水量，需要按塑料盲溝設(shè)計的 工作狀態(tài)選用相應(yīng)的計算方法。 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(見圖13)，可作為平面對稱問題按溝槽公式計算 單位長度雙側(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)此也可計算出滲流 穩(wěn)定時的浸潤線。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 情況見圖14。當(dāng)鋪盲溝場地面積長寬比大于5時，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 作為平面問題按溝槽公式計算，可從有關(guān)專業(yè)書中查出。 3．3．1．2 當(dāng)有降水人滲補給狀態(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)計采用的排水標準有很大 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，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為該滲透水排除時間(h)。 在該計算式中，R是最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，并受所采用設(shè)計標準控制。對降水較大、不能及時排 出、會有較短時間的積水，這種積水不影響建筑物的使用。在這種情況下，排水的設(shè)計標準一般 采用較低的設(shè)計標準。可考慮采用“多年平均最大月平均日降水量進行計算，以一日降雨，一日 排除”作為控樹標準；對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)計選定的降 水重現(xiàn)期(如l a，5 a等)計算得出的降水歷時，按當(dāng)?shù)氐谋┯陱姸裙接嬎愠鼋邓畯姸茸鳛?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算出的滲流量(平均排水量)能順暢地全部進入塑 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分別為單位長度塑料盲溝土工布濾膜的集水量和塑料盲溝長度范圍內(nèi)土工布的總
集水量；r為塑料盲溝外徑，z為塑料盲溝長度；^。為土工濾膜的滲透系數(shù)。
與此同時，在選擇土工布濾膜時，還必須滿足滲透、反濾和防淤堵3個準則，即：
滲透準則 t。≥lOOk。}
反濾準則 O。。≤nd。；；
防淤堵準則 0。。≥3d。。
當(dāng)k。不小于10～5 cm／s時需要控制，使GR≤3；當(dāng)^。小于10～5 cm／s時，則以現(xiàn)場土料
進行長期淤堵實驗結(jié)果為依據(jù)。
在滲透準則中，^。為土的滲透系數(shù)。這個準則的物理意義是指塑料盲溝濾膜的滲透性要
遠遠大于土的滲透性，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
入塑料盲溝，不影響土的滲透流量。
在反濾準則中，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、級配、士工布種類等有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，界于1～10之間。這個準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，并自然形成過濾層，
不會發(fā)生流士現(xiàn)象，即所謂的保土性。
在防淤堵準則中，du指土中小于該粒徑的土質(zhì)量占總土質(zhì)量的15％。該準則意味著只有
32
小于該條件的細微顆粒土能隨滲透水通過土工布的等效孔徑，而不會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，需通過實驗得出。
3．3．3塑料盲溝的軸向通水能力
進入塑料盲溝的滲透水需要通過塑料盲溝排除出去，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
和達西定律，但塑料盲溝內(nèi)水流阻力是個變數(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，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為以試件長度f(m)進行標準水力試驗時的通水量(m3／h)；^為標準水力試驗時的水頭
損失(m)}K及m為根據(jù)不同水頭差的水力試驗結(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結(jié)果可以按比例放大用
于實際工程。在實際應(yīng)用時將上式變換為
Q—KHLⅫ“
式中，Q為塑料盲溝的計算通水量(m3／h)}H為換算試驗時的水頭損失(m)，K及m為試驗得
出的系數(shù)；工為試驗時標準試件長度(m)。H的換算式為
h／l—HfL—i
日一iL
式中，h為設(shè)計盲溝兩端水頭差(m)；z為設(shè)計盲溝長度(m)。在設(shè)計時要求
Q≥Q。
很明顯，上述試驗是在一定水頭、塑料盲溝滿流、軸向進水及軸向出水條件下進行的，所以
測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。但在設(shè)計時為安全計，考慮給
出一定的余量還是必要的。因此作者建議在設(shè)計時要求
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，滲流水在塑料盲溝中的流動情況類似于圓形斷面
明渠水流的情況。明渠水力學(xué)計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)。對于人工明渠而言，
C一一R’
對不同材料的明渠，不同的運用情況其糙率”不同。”的大小對計算的結(jié)果影響極大，目前還
沒有類似塑料盲溝的情況的”值資料，有賴于借鑒設(shè)計者的經(jīng)驗；R為水力半徑；y為指數(shù)。有
關(guān)的問題還有待研究。
33
4結(jié) 語
塑料盲溝在我國的應(yīng)用目前尚處于開發(fā)、推廣和迸一步完善的階段。從近年應(yīng)用的情況來
看，雖已初步顯示出其效果，但無論是在塑料盲溝材料品種和質(zhì)量方面。性能指標及測試方面，
還是在設(shè)計理論和設(shè)計方法方面都亟待開發(fā)和提高，而且其應(yīng)用范圍也有待進一步擴展。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)計和應(yīng)用，促進塑料盲溝在我國的應(yīng)
用與發(fā)展。
