关于水温对排水板通水量的影响研究

黄文涛，徐伟利，曹 敏

(浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院)，杭州 310020)

0 引 言

塑料排水板别名塑料排水带，有波浪型、口琴型等多种形状。中间是挤出成型的塑料芯板，是排水带的骨架和通道，其断面呈并联十字，两面以非织造土工织物包裹作滤层，芯板起支撑作用并将滤层渗进来的水向上排出，是淤泥、淤质土、冲填土等饱和黏性及杂填土运用排水固结法进行软基处理的良好垂直通道，在沿海围垦项目的软基处理中应用非常广泛。随着近几年各地大力推进美丽河湖整治工程，排水板的竖向排水能力在淤泥固化方面发挥重要作用，可大大缩短淤泥固化的时间。

影响塑料排水板性能好坏的最主要指标即为通水量，排水板通水量指在稳定的侧压力下、特定水力梯度下单位时间内通过排水板横断面的水流量，直接决定了排水板的排水能力和软基处理的效率。

现有的研究表明，影响排水板通水量检测结果准确性的因素主要包括乳胶膜的厚度和水温。当乳胶膜较厚时，通过乳胶膜传递至芯板和滤膜上的侧压力将会大大降低，影响通水量的检测结果；为此，规程中要求乳胶膜厚度需<0.3mm以尽量消除影响。水温对排水板通水量检测结果的影响主要包括两个方面，一方面是水的黏滞性，另一方面是水温对塑料芯板刚度的影响。

目前，检测规范《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS206-1-2009)中仅考虑水体流动随温度变化的黏滞系数的校正，而水温对芯板刚度的影响未做修正。造成实验室检测排水板通水量结果在冬季偏大、而夏季偏小，存在较大差异。

1 试验资料统计

对试验资料进行统计同样可以发现：在水温黏滞性修正后，冬季排水板实测通水量偏大，而夏季偏小，是因为仅考虑水体流动随水温变化的黏滞系数的修正而未考虑水温对芯板刚度的影响而导致的。当水温较高时，水的流动性好，黏滞系数变小，实测通水量偏大，故计算公式中乘以<1的水动力黏滞系数进行修正；但水温高同时导致塑料芯板分子运动加剧，分子间的范得华力减少，抗变形能力降低，塑料排水板在相同侧压力时，芯板齿槽抗压屈能力降低，相对容易变形，使排水板沟槽的有效过水面积变小，实测通水量偏小[1]。

其中，水温对通水量的影响从芯板材质差的排水板上体现更为明显：对1261个排水板通水量检测结果进行统计，纵向通水量≤25 cm3/s的有97个，其中检测水温在10℃下只有1个，检测水温在30℃以上达到41个。水温高时排水板的芯板肋板发生了较大的变形，槽齿倒伏，最小的纵向通水量仅为4cm3/s，实测通水量受到较大影响。

芯板的刚度是影响排水板纵向通水量的主要因素，除材质对芯板刚度的影响外，水温对芯板刚度的影响不容忽略，因此有必要分析水温对排水板通水量的影响。

1.1 芯板的影响因素

芯板影响因素有芯板的材质和结构尺寸。芯板的材质主要为PE聚乙烯、PP聚丙烯、高密度聚氯乙烯PVC等3种；芯板的结构尺寸决定了排水板的过水面积和刚度。芯板芯肋的刚度和槽齿刚度是影响通水量的关键因素[2]。排水板的纵向拉伸强度主要测试排水板能承受的最大拉力及破坏时延伸率，可从侧面反映排水板芯样的压屈强度和刚度。

试验选取的为目前国内常用的常规分离式排水板，芯板均为沟槽型的十字纹，为并联十字型的工作面形式[3]。排水板芯板的物理性能如下：

排水板芯板共有32个竖齿、62个通道，排水板芯板的尺寸较为接近，厚度为4.1-4.6mm，宽度为99-101mm。

1.2 滤膜的影响因素

滤膜的横向抗拉强度是排水板纵向通水量的另一较为重要的影响因素。滤膜的横向湿态抗拉强26-30N/cm，结果比较接近。

1.3 试验资料筛选

根据上述影响因素，我们分别选取同一生产厂家的不同材质的排水板，主要依据排水板的纵向拉伸强度和横向滤膜湿态抗拉强度数据较为相近的原则。6个厂家排水板芯板的材质主要为PE聚乙烯、高密度聚氯乙烯PVC、PP聚丙烯。选择夏季6-8月份(水温30±3℃)和冬季12-2月份(水温10±3℃)及春秋季4月份及10月份(水温20±3℃)排水板通水量的检测结果，进行统计分析水温影响系数。

排水板芯板材质及物理性能详见表1。

表1 排水板芯板材质及物理性能表

1.4 成果资料

由于滤膜对纵向通水量的影响比芯板刚度小很多，滤膜的横向湿态抗拉强26-30N/cm，数值比较接近，本次不予考虑[4]。

选取的6个厂家的排水板，在不同水温下复合体抗拉强度和通水量的平均值统计结果见表2。

表2 不同水温下的排水板纵向通水量结果对比表

1.5 试验成果分析

1)水温和通水量的关系：

水温高时实测通水量明显比水温低时小，主要原因是水温对芯板强度及抗弯能力的影响间接地改变了排水板的有效过水面积而导致的，如图1所示。

图1 不同水温下相同排水板通水量检测结果对比图

2)温度变形修正系数：

分别计算以上6个厂家的同规格的排水板在不同水温下实测通水量的比值作为温度变形修正系数，并以水温20℃时温度变形修正系数为1，可得10℃和30℃对应的温度变形修正系数见表2。

表2 排水板通水量检测温度变形修正系数

2 结 论

由试验资料进行统计分析，可得以下结论：

1)水温对排水板纵向通水量检测结果的影响包括水的黏滞性和水温对塑料芯板刚度的影响两个方面，且水温对塑料芯板刚度的影响导致的通水量检测结果的差异不可忽略。

2)统计资料分析得到水温10℃时温度变形修正系数为0.67-0.84，水温30℃时温度变形修正系数1.20-1.47；与水动力黏滞系数成负相关。

3)温度变形修正系数的具体取值受芯板材质、水温等多重影响，需通过进一步的比对试验进行细化研究。