特斯拉阀式排水板及其制作方法与应用与流程

本发明涉及土木工程技术领域，特别涉及一种一种特斯拉阀式排水板及其制作方法与应用。

背景技术：

软地基固结处理用的排水板，已广泛用于软土地基处理和围垦造地等工程。但在施工过程中有时会因插板机施工插入操作而造成滤膜和排水板部分分离，软土易从分离区进入排水板芯，从而淤堵板芯。其次，滤膜仅是简单包复在排水扳芯表面，滤膜绷紧力差，因而滤膜抗侧压能力弱，容易在各排水槽处产生凹陷，滤膜凹陷会造成排水板通水量降低，影响淤泥固结速度和效果。最后，软土颗粒极细，且粘性很高，小颗粒很容易随着孔隙水的渗流在竖向排水板附近聚集并在表面形成较硬的淤泥层，导致排水板淤堵严重，造成后期处理效率低、处理效果不明显等问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、安全可靠的特斯拉阀式排水板，并提供其制作方法和在加固软弱地基方面的应用。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种特斯拉阀式排水板，包括气源装置、特斯拉阀、支管、排水板芯、滤膜，所述气源装置经气源输气管连接多个分流器的入口，每个分流器的出口连接一个排水板芯，排水板芯外部设有滤膜，排水板芯与滤膜组成复合体，排水板芯两侧外壁表面设置若干隔板从而形成多条排水槽，排水板芯内部对应每条排水槽竖直布置一个特斯拉阀，排水板芯两侧的每条排水槽槽底不对称开孔，特斯拉阀顶部设有进气口，特斯拉阀内部为导气通道，导气通道外壁上开设风孔，风孔与带倒膜的支管一端连接，支管另一端采用热熔胶与排水槽槽底的孔粘接；气源装置经气源输气管、分流器向特斯拉阀间歇输气，气流从特斯拉阀进气口进入，沿导气路径从支管喷出。

上述特斯拉阀式排水板，所述特斯拉阀内部的导气通道包括直通道和斜通道，直通道顶部连通进气口，直通道两侧从上到下交错设置有单翼，通过单翼形成斜通道，直通道和斜通道呈30°分流角。

上述特斯拉阀式排水板，所述排水板芯板采用聚丙烯和聚乙烯混合掺配制，滤膜采用长纤热扎无纺布，特斯拉阀和支管采用共聚丙烯制作。

上述特斯拉阀式排水板，所述直通道和斜通道直径为0.3cm，特斯拉阀进气口直径为0.3cm，单翼宽度为0.5cm，支管长度为0.7cm，排水板芯外壁孔的直径为0.3cm。

上述特斯拉阀式排水板，所述特斯拉阀每个单翼底部往下延伸5-10cm处开设一个风孔，且风孔倾斜向上45°设置，风孔直径为0.3cm。

上述特斯拉阀式排水板，所述气源输气管上设有止控阀。

一种特斯拉阀式排水板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）特斯拉阀成型：

将共聚丙烯原料加入热熔机融化，融化温度为150～176℃，融化时间为8-10分钟，融化后的共聚丙烯经过换网过滤器过滤，所述换网过滤器的流量不小于熔体计量增压泵的流量；

特斯拉阀模型模具事先铺设隔离膜，特斯拉阀模型中直通道和斜通道的分流角为30°，直通道和斜通道直径为0.3cm，壁厚均为1mm，单翼宽0.5cm，每个单翼往下延伸5-10cm，延伸段外侧设向上45°开0.3cm的风孔，连接长度为0.7cm的支管；将液态状的共聚丙烯经熔体计量增压泵送至模具中成型，成型的特斯拉阀置于室温中冷却；

（2）排水板芯成型：

将聚丙烯和聚乙烯按6:4混合掺配制，加入热熔机融化，融化温度为132-135℃，融化时间为8-10分钟，融化后的混合体经过自动换网过滤器过滤，然后经熔体计量增压泵送至挤出机，挤出机挤出的混合体经过衣架式模头成片，再经排水板滚吸机真空吸附成型，成型的排水板芯放置于常温水中冷却；

（3）制作成品：

排水板芯两侧的每条排水槽上不对称开孔，每条排水槽对应位置竖直布置一个特斯拉阀，将特斯拉阀的风孔与带倒膜的支管一端连接，带倒膜的支管和孔采用热融粘结，待排水板芯和特斯拉阀骨架成型后，用液态共聚丙烯封堵成型骨架上下端，上端留有特斯拉阀进气口。

上述特斯拉阀式排水板的制作方法，所述步骤（2）中，挤出机采用单螺杆挤出机，单螺杆的加料段、熔融段、计量段温度为135±3℃。

一种特斯拉阀式排水板在加固软弱地基方面的应用，应用具体包括以下步骤：

（一）场地清表与整平：对施工区域内的植被、垃圾、及障碍物进行清理；

（二）铺设砂垫层：软基处理砂垫层兼作工作垫层和水平排水垫层，要求采用中粗砂，粒径0.25~2.0mm，渗透系数不小于5×10^-3cm/s，含泥量≤5%，铺设厚度为200mm以上，采用人工或机械操作铺设；

（三）浇筑混凝土垫台：浇筑混凝土垫台，混凝土垫台厚度10cm，以便承载气源装置；

（四）设置气源装置：将气源装置安放在混凝土垫台上；

（五）打设特斯拉阀式排水板：采用插板机将特斯拉阀式排水板插入软土地基，插入间隔间距1m呈梅花形布置，板端打设至淤泥层底面，排水板上端露出砂垫层10-15cm，露出部分弯折向下布置，打设特斯拉阀式排水板过程中，回带数量不超过总打设数量的5％；

（六）排水沟施工：排水沟尺寸根据施工面积确定；

（七）连接气源装置和排水板：将气源装置和分流器用气源输气管连接，通过止控阀调控；分流器将气体分流输入特斯拉阀进气口；

（八）间歇输气：气源装置经气源输气管、分流器向特斯拉阀间歇输气，气流从特斯拉阀进气口进入，沿导气路径从支管喷出，间歇输气时气流压强维持在0.4mpa。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的特斯拉阀式排水板利用特斯拉阀正向可加速气流，逆向限制回流的特性：气流从特斯拉阀正向进入，经过特斯拉阀加速，从带倒膜的共聚丙烯支管口喷出；加速喷出的气流经排水板上不对称小孔作用到堵塞排水槽的土颗粒和滤膜上。本发明针对因软粘土颗粒小容易淤堵排水板的状况设计。从共聚丙烯支管喷出的加速气流起到两个作用：一是对排水板上的软粘土颗粒有推动作用；二是解决因滤膜抗侧压能力弱，容易在各排水槽处产生凹陷的状况。共聚丙烯支管上的倒膜，可以起到人体静脉瓣的作用，可以保障气流的单向输送、防止土中水的倒流以及土颗粒堵塞共聚丙烯支管和特斯拉阀。适用与软土地基工程。

2、本发明采用特斯拉阀式排水板应用于加固软弱地基，可以减缓排水板后期因软黏土颗粒小，容易堵塞排水板通道的问题。适用于软土地基工程。

附图说明

图1为本发明特斯拉阀式排水板的施工布置图。

图2为本发明特斯拉阀式排水板的立体示意图。

图3为本发明特斯拉阀式排水板的剖面示意图。

图4为本发明加固软弱地基流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1-图3所示，一种特斯拉阀式排水板，包括气源装置1、特斯拉阀、支管13、排水板芯8、滤膜9，所述气源装置1放置在混凝土垫台2上，气源装置1经气源输气管4连接多个分流器7的入口，气源输气管4上设有止控阀3，每个分流器7的出口连接一个排水板芯8，如图1所示，分流器7与排水板芯8用热融胶粘接，呈下端大上端下的阶梯状；排水板芯8外部设有滤膜9，排水板芯8与滤膜9组成复合体，排水板芯8两侧外壁表面设置若干隔板从而形成多条排水槽，排水板芯8内部对应每条排水槽竖直布置一个特斯拉阀，排水板芯两侧的每条排水槽槽底不对称开孔10，特斯拉阀顶部设有进气口11，特斯拉阀内部为导气通道，导气通道外壁上开设风孔，风孔与带倒膜14的支管13一端连接，支管13另一端采用热熔胶与排水槽槽底的孔10粘接；气源装置1经气源输气管4、分流器7向特斯拉阀间歇输气，气流从特斯拉阀进气口11进入，沿导气路径从支管13喷出。倒膜14可以保障气流的单向输送、防止土中水倒流以及土颗粒堵塞支管13。

所述特斯拉阀内部的导气通道包括直通道和斜通道，直通道顶部连通进气口11，直通道两侧从上到下交错设置有单翼12，通过单翼12形成斜通道，直通道和斜通道呈30°分流角。

所述排水板芯8采用聚丙烯和聚乙烯混合掺配制，滤膜9采用长纤热扎无纺布，特斯拉阀和支管13采用共聚丙烯制作。

所述直通道和斜通道直径为0.3cm，特斯拉阀进气口11直径为0.3cm，单翼12宽度为0.5cm，支管13长度为0.7cm，排水板芯8外壁孔10的直径为0.3cm。

所述特斯拉阀每个单翼12底部往下延伸5-10cm处开设一个风孔，且风孔倾斜向上45°设置，风孔直径为0.3cm。

如图3所示，排水板芯8的排水槽两侧开直径为0.3cm的小孔10，间隔5-10cm一个，一侧小孔对应特斯拉阀左边的支管，另一侧小孔对应特斯拉阀右侧的支管。

一种特斯拉阀式排水板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）特斯拉阀成型：

将共聚丙烯原料加入热熔机融化，融化温度为150～176℃，融化时间为8-10分钟，融化后的共聚丙烯经过换网过滤器过滤，所述换网过滤器的流量不小于熔体计量增压泵的流量；

特斯拉阀模型模具事先铺设隔离膜，特斯拉阀模型中直通道和斜通道的分流角为30°，直通道和斜通道直径为0.3cm，壁厚均为1mm，单翼12宽0.5cm，每个单翼12往下延伸5-10cm，延伸段外侧设向上45°开0.3cm的风孔，连接长度为0.7cm的支管13；将液态状的共聚丙烯经熔体计量增压泵送至模具中成型，成型的特斯拉阀置于室温中冷却；

（2）排水板芯8成型：

将聚丙烯和聚乙烯按6:4混合掺配制，加入热熔机融化，融化温度为132-135℃，融化时间为8-10分钟，融化后的混合体经过自动换网过滤器过滤，然后经熔体计量增压泵送至挤出机，挤出机采用单螺杆挤出机，单螺杆的加料段、熔融段、计量段温度为135±3℃。挤出机挤出的混合体经过衣架式模头成片，再经排水板滚吸机真空吸附成型，成型的排水板芯8放置于常温水中冷却；

（3）制作成品：

在排水板芯8两侧板不对称开孔10，在排水板芯8每个排水槽中放置一个特斯拉阀，将特斯拉阀的风孔与带倒膜14的支管13一端连接，带倒膜14的支管13和孔10采用热融粘结，待排水板芯8和特斯拉阀骨架成型后，用液态共聚丙烯封堵成型骨架上下端，上端留有特斯拉阀进气口11。

如图4所示，设置砂垫层水平和特斯拉阀式排水板竖向排水系统，底层淤泥中的水通过孔隙慢慢进入砂垫层，横向排出，再通过特斯拉阀式排水板竖向排水，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。一种特斯拉阀式排水板在加固软弱地基方面的应用，应用具体包括以下步骤：

（一）场地清表与整平：对施工区域内的植被、垃圾、及障碍物进行清理；

（二）铺设砂垫层5：软基处理砂垫层5兼作工作垫层和水平排水垫层，要求采用中粗砂，粒径0.25~2.0mm，渗透系数不小于5×10^-3cm/s，含泥量≤5%，铺设厚度为200mm以上，根据施工面积大小采用人工或机械操作铺设；

（三）浇筑混凝土垫台2：根据气源装置1底面积大小浇筑混凝土垫台2，混凝土垫台2厚度10cm，以便承载气源装置1；

（四）设置气源装置1：将气源装置1安放在混凝土垫台2上；

（五）打设特斯拉阀式排水板：采用插板机将特斯拉阀式排水板插入软土地基，插入间隔间距1m呈梅花形布置，板端打设至淤泥层底面，排水板上端露出砂垫层510-15cm，露出部分弯折向下布置，打设特斯拉阀式排水板过程中，回带数量不超过总打设数量的5％；

（六）排水沟6施工：排水沟6尺寸根据施工面积确定；

（七）连接气源装置1和排水板：将气源装置1和分流器7用气源输气管4连接，通过止控阀3调控；分流器7将气体分流输入特斯拉阀进气口11；

（八）间歇输气：气源装置1经气源输气管4、分流器7向特斯拉阀间歇输气，气流从特斯拉阀进气口11进入，沿导气路径从支管13喷出，间歇输气时气流压强维持在0.4mpa。

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