一种复合管径的边坡虹吸排水装置的制作方法

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种适用于边坡变形破坏受地下水作用影响的排水处置装置。

背景技术：

边坡的变形破坏往往与地表和地下水的活动有关，其中不少边坡失稳是由地下水的升高直接引发的。边坡排水可以提高滑带土的抗剪强度，减小滑坡推力，从而提高边坡的稳定性。

当前边坡的主要排水措施有：地下排水洞、水平排水孔、集水井抽水、地表排水沟和排水盲沟等，其中地下排水洞费用高、施工工艺复杂，水平排水孔易堵塞、排水效果差，集水井抽水需要动力和经常性管理，地表排水沟和排水盲沟只能排浅表部水、对提高边坡稳定性效果差。

虹吸是一种利用液面高度差的作用力推动液体流动的物理现象，虹吸流动过程和流速由液面变化自动控制，非常适合坡体排水的需要，已经在边坡排水中得到推广应用。在虹吸排水系统中，为增强系统长期免维护的稳定性，避免使用因气泡累积而很难长期维持稳定的大管径排水管，一般采用小管径(≤5mm)虹吸排水系统。小管径排水管的一大弊端是排水效率较低，因此边坡排水的应用过程中，需铺设的虹吸管数量较多，常常有数百根甚至有数千根，以至于完成一个边坡虹吸排水工程全部虹吸管的铺设需要大量时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的单一管径虹吸排水系统施工工序繁琐与排水效率较低的缺陷，发明一种复合管径的边坡虹吸排水装置，该装置一方面可以增加过水断面面积，提高虹吸管的排水效率；同时还能减少虹吸排水管的安装次数。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

提供一种复合管径的边坡虹吸排水装置，包括排水管和注水设备；

排水管为套管结构，包括外部的排水外管，排水外管内设有多根排水内管；排水管出水口与注水设备相连。

作为一种改进，所述排水外管为壁厚3mm、内径17mm的排水管。

作为一种改进，所述排水内管为壁厚1.5mm、内径5mm的排水管。

作为一种改进，所述排水外管内设有三根排水内管。

水力半径r是衡量管道输水能力的重要指标，其具体表达公式如下：

r＝a/χ

式中，a为过流断面面积；χ为过流断面上流体与固体壁面接触的周界，称为湿周。

对于复合管径的排水管而言，其过水断面由独立的七部分断面构成，即分为三类断面形式，其水力半径应由各断面叠加计算而成，称为综合水力半径，具体求解如下式所示：

对于单一的内径为5mm的排水管，水力半径为1.25，而复合管径的水力半径约单一管径的4.7倍。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

应用本发明的复合管径的边坡虹吸排水系统，与传统的单一内径为5mm的排水管相比，复合排水管的综合水力半径约是其水力半径的4.7倍，一是增大了水力半径，提升了排水效率；二是在保证同样水力半径的情况下，使用复合管径可减少4.7倍的安装次数，较大幅度减轻了安装工作量。另一方面，与壁厚为1.5mm、内径5mm的排水管相比，3mm壁厚的大管径更能有效阻止空气的渗入，从而会减弱空气积累对流速造成的影响；而如若采用单一的同等壁厚为3mm、内径5mm的排水管，在保证同样过水断面面积的情况下，采用复合管径更加节省材料。

附图说明

图1为本发明的复合管径排水管的剖面示意图；

图2为本发明的复合管径排水管综合水力半径求解示意图；

图3为本发明复合管径虹吸排水装置的实施工作简易示意图。

图中：1-钻孔，2-坡面，3-外管，4-内管，5-集水池。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的详细说明，以下的具体实施步骤可以使本专业领域的技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。

如图1所示，一种复合管径的虹吸排水装置排水管的剖面示意图，包括排水管和注水设备；排水管为套管结构，包括外部的排水外管3，排水外管3内设有三根排水内管4；所述排水管出水口与注水设备相连。外管3为壁厚3mm、内径17mm的排水管，内套的内管4壁厚为1.5mm、内径为5mm。在排出坡体内地下水的过程中，地下水位下降，当扬程超过当地大气压对应的水柱高度时，虹吸暂时停止，降雨再次发生时，坡体内地下水位升高，虹吸作用再次启动，上述过程循环发生。

如图2所示，复合管径排水管的过水断面由七个相互独立的断面组成，可分为三类，即为类型ⅰ，类型ⅱ，类型ⅲ，复合管径的综合水力半径由各断面叠加而成，具体求解如下：

对于类型ⅰ断面，

对于类型ⅱ断面，

对于类型ⅲ断面，r3＝3×1.25＝3.75

故复合管径的综合水力半径σr＝r1+r2+r3＝5.86。

单一的内径为5mm的排水管，也即为复合管径排水管中的类型ⅱ断面，水力半径为1.25，复合管径的综合水力半径约为单一管径的4.7倍。

本发明复合管径的边坡虹吸排水装置，结合附图3，具体实施包括以下步骤：

(1)获取边坡的工程地质条件。掌握边坡的岩土体性质及岩层组合特征，着重研究地下水与边坡稳定性的关系，分析地下水位的变化对边坡稳定性的影响。

(2)钻孔的设计与布置。根据滑坡的形态和规模，在需要排水的坡面2上确定下倾钻孔1的位置和数目，根据坡体地下水位控制要求确定钻孔1的倾角和孔深。利用钻机钻探形成钻孔1，钻孔1的直径不小于75mm。

(3)虹吸管管径的铺设。在每个钻孔1中放入本发明的复合管径虹吸管，由排水管外管3和内管4组成且已加工成型，并保证虹吸管的进水口处于钻孔1的底部。

(4)初始启动虹吸。在虹吸管的出水口连接高压注水设备，通过人力或电力等产生高压，迫使外界水流进入虹吸管，通过虹吸管反向流入坡体，使虹吸管充满水，停止注水并将虹吸管的出水口置于集水池5的水面下，形成初始虹吸；

(5)边坡地下水位控制。虹吸启动后，坡体内地下水位不断被排出，当钻孔1内水位与虹吸管顶点的高差大于当地大气压力对应水柱高度时虹吸过程中断，其后降雨入渗过程引起钻孔1水位上升，达到钻孔1内虹吸管控制水位的高程以上时，虹吸排水过程自动恢复，以控制坡体内水位位于安全线以下。

注意：本发明的实际范围不仅包括上述所公开的具体实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本发明的所有等效方案。