ระบบระบายน้ำแบบคอมโพสิตสามมิติสามารถป้องกันการสะสมของตะกอนและการอุดตันได้หรือไม่?

ในงานวิศวกรรม ปัญหาการตกตะกอนเป็นปัญหาสำคัญมาโดยตลอด ระบบระบายน้ำแบบสามมิติที่ทำจากวัสดุผสม เป็นวัสดุระบายน้ำที่นิยมใช้กันในโครงการขนาดใหญ่ ดังนั้น ระบบนี้สามารถป้องกันการตกตะกอนและการอุดตันได้หรือไม่?

1. นวัตกรรมเชิงโครงสร้าง

โครงสร้างระบายน้ำแบบคอมโพสิตสามมิติ ประกอบด้วยแผ่นใยสังเคราะห์สองด้านและแกนใยสังเคราะห์สามมิติ แกนตาข่ายทำจากโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) กระบวนการขึ้นรูปสามมิติทำให้เกิดโครงข่ายซี่ไขว้กัน และเอกลักษณ์ของมันสะท้อนให้เห็นในสองด้านต่อไปนี้:

1. ระบบรูพรุนแบบไล่ระดับ: ระยะห่างของซี่แนวตั้งของแกนตาข่ายอยู่ที่ 10-20 มม. ซี่ด้านบนที่เอียงและซี่ด้านล่างก่อให้เกิดช่องทางเบี่ยงเบนสามมิติ ซึ่งสอดคล้องกับการออกแบบการไล่ระดับขนาดรูพรุนของแผ่นใยสังเคราะห์ (ชั้นบน 200 μm ชั้นล่าง 150 μm) สามารถดักจับอนุภาคที่มีขนาดมากกว่า 0.3 มม. ได้ เป็นการกรองแบบไล่ระดับ "การกรองหยาบ-การกรองละเอียด" อย่างแท้จริง

2. การออกแบบป้องกันการฝังตัว: ความหนาของแกนตาข่ายสูงถึง 4-8 มม. ภายใต้แรงดัน 2000 kPa ความหนาเดิมมากกว่า 90% ยังคงรักษาไว้ได้ เพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นใยสังเคราะห์ฝังตัวอยู่ในตาข่ายเนื่องจากการอัดตัวเฉพาะจุด จากข้อมูลทางวิศวกรรมของสถานที่ฝังกลบขยะแห่งหนึ่ง พบว่าหลังจากใช้งานไป 5 ปี ชั้นระบายน้ำที่ใช้วัสดุนี้จะมีอัตราการลดทอนการระบายน้ำเพียง 8% ซึ่งต่ำกว่าชั้นกรวดแบบดั้งเดิมที่มีอัตราการลดทอนถึง 35% มาก

2. คุณสมบัติของวัสดุ

1. ความเสถียรทางเคมี: แกนตาข่าย HDPE ทนต่อการกัดกร่อนของกรดและด่าง ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดอ่อนและด่างอ่อนที่มีค่า pH 4-10 อัตราการคงความเสถียรของโครงสร้างโมเลกุลสูงกว่า 95% นอกจากนี้ การเคลือบสารป้องกันรังสียูวีของใยโพลีเอสเตอร์ยังสามารถต้านทานการเสื่อมสภาพของวัสดุที่เกิดจากรังสียูวีได้

2. กลไกการทำความสะอาดตัวเอง: ค่าความหยาบผิวของแกนตาข่าย (Ra) ถูกควบคุมให้อยู่ในช่วง 3.2-6.3 ไมโครเมตร ซึ่งไม่เพียงแต่จะช่วยให้การระบายน้ำมีประสิทธิภาพ แต่ยังช่วยป้องกันการเกาะติดของไบโอฟิล์มที่เกิดจากความเรียบมากเกินไปอีกด้วย

3. การปฏิบัติทางวิศวกรรม

1. การใช้งานในบ่อฝังกลบ: ในบ่อฝังกลบที่มีกำลังการประมวลผลรายวัน 2,000 ตัน ระบบระบายน้ำแบบคอมโพสิตสามมิติและแผ่นเมมเบรน HDPE ประกอบกันเป็นระบบป้องกันการซึมแบบคอมโพสิต แกนตาข่ายสามมิติสามารถรับแรงกระแทกจากน้ำชะได้ 1,500 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน เมื่อรวมกับฟังก์ชันการกั้นย้อนกลับของแผ่นใยสังเคราะห์ สามารถทำให้ของเหลวซึมผ่านและระบายออกไปในทิศทางเดียว ซึ่งสามารถป้องกันการไหลย้อนกลับของตะกอนได้ หลังจากใช้งานมา 3 ปี ค่าความดันตกคร่อมของแผ่นระบายน้ำมีเพียง 0.05 MPa ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัดการออกแบบที่ 0.2 MPa มาก

2. การประยุกต์ใช้ในงานวิศวกรรมถนน: ในทางหลวงบนพื้นที่ดินเยือกแข็งทางตอนเหนือของจีน สามารถใช้เป็นชั้นระบายน้ำใต้ฐานราก ซึ่งสามารถลดระดับน้ำใต้ดินได้ 1.2% โดยการปิดกั้นการไหลของน้ำซึมขึ้นสู่ผิวดิน ความแข็งแรงด้านข้างของแกนตาข่ายอยู่ที่ 120 kN/m สามารถจำกัดการเคลื่อนตัวของชั้นฐานหินกรวดและลดการเกิดรอยแตกสะท้อน การตรวจสอบแสดงให้เห็นว่าการเกิดโรคในส่วนถนนที่ใช้เทคโนโลยีนี้ลดลง 67% เมื่อเทียบกับปัญหาใต้ฐานรากแบบดั้งเดิม และอายุการใช้งานยาวนานกว่า 20 ปี

3. การประยุกต์ใช้ในงานวิศวกรรมอุโมงค์: ในอุโมงค์รถไฟที่ผ่านชั้นหินอุ้มน้ำ ระบบระบายน้ำแบบสามมิติและม่านอัดฉีดปูนถูกนำมาใช้ร่วมกันเพื่อสร้างระบบกันน้ำแบบ “ผสมผสานการระบายน้ำและการปิดกั้น” โดยแกนกลางมีค่าการนำไฟฟ้าของน้ำ 2.5 × 10⁻³ เมตร/วินาที ซึ่งดีกว่าแผ่นระบายน้ำแบบดั้งเดิมถึง 3 เท่า เมื่อทำงานร่วมกับผ้าทางธรณีเทคนิคที่มีฟังก์ชันการกรอง จะช่วยลดความเสี่ยงของการอุดตันของระบบระบายน้ำในอุโมงค์ได้ถึง 90%

4. กลยุทธ์การบำรุงรักษา

1. การตรวจสอบด้วยอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT): เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงถูกฝังอยู่ในระบบระบายน้ำเพื่อตรวจสอบพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ค่าการนำไฟฟ้าของน้ำ ความเครียด และความเค้นแบบเรียลไทม์

2. การบำบัดด้วยน้ำแรงดันสูง: สำหรับบริเวณที่อุดตันเฉพาะจุด ให้ใช้น้ำแรงดันสูง 20-30 MPa ในการขุดลอกแบบกำหนดทิศทาง โครงสร้างซี่ของแกนตาข่ายสามารถรับแรงดันได้โดยไม่เสียรูป และอัตราการฟื้นตัวของค่าการนำไฟฟ้าของน้ำหลังการบำบัดสูงกว่า 95%