CN103541348A - 真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空-电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***，由分段式EKG排水电极、柔性导电接头、导电线路、直流电源、电源控制***、塑料排水板、水平排水管路和真空泵等组成。分段式EKG排水电极通过柔性导电接头连接，在软土层段使用粗排水电极，砂土层段使用细排水电极，细排水电极外套一层耐腐蚀绝缘胶管，对排水板处于砂土夹层段部分用强力防水粘合剂缠绕一圈防水材料。本发明还公开了该***的使用方法，施工前对预置排水电极和排水板位置进行静力触探，根据结果对排水板和排水电极进行处理和组装，最后联合真空预压和电渗排水加固软土地基。本发明可以在含砂土夹层软弱地基上联合真空预压和电渗排水二种地基处理方法进行加固处理。

Description

真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***和方法

技术领域

本发明属于软土地基处理技术领域，特别涉及一种真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***和方法。

背景技术

真空预压技术自八十年代以来在我国已经得到广泛应用，是一种成熟有效的软土地基处理方法，但该方法存在以下缺点和不足：（1）对于含砂土夹层的软土地基，由于砂土层排水性能好，进行真空预压处理一般效果不佳；（2）真空预压只能排出土中的自由水，而对土体中的结合水无能为力；（3）抽真空使土体达到一定的固结指标需要较长的时间，处理周期较长。

电渗排水法是一种高效的软土地基处理方法，目前工程中常用钢筋作为阳极，易开孔钢管作为阴极，阳极和阴极成对成排安装。这种形式电极安装方便，成本低廉，但是有很多不足：（1）当待处理的软土层中含有砂土夹层时，在孔隙水的连通下电渗电路容易发生短路，造成人员设备损失；（2）阳极和阴极采用不同结构的电极，无法使用电极转换技术，处理效果在平面上会不均匀；（3）在电流的作用下，电极很容易与土体中的矿物成分发生化学反应，致使电极腐蚀损坏；（4）电渗排水受雨水回灌的影响很大。

真空预压和电渗排水联合运用是近几年发展起来的软基加固新技术，由于常用的金属电极在处理后期会顶出土体刺穿真空膜造成漏气，影响真空预压的效果，并且对于含砂土夹层软土地基不能直接采用真空预压和电渗法，使得联合使用电渗排水和真空预压处理含砂土夹层软土地基很难实现。

 

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***，包括分段式EKG排水电极、柔性导电接头、导电线路、直流电源、电源控制***、塑料排水板、水平排水管路和真空泵等。分段式排水电极有粗细两种型号，在软土层段使用粗排水电极，在砂土夹层段使用细排水电极，细排水电极外套一层防腐蚀绝缘胶管使电极与土体之间绝缘，分段式排水电极根据静力触探结果通过柔性导电接头连接。排水板位于砂土夹层段的部分用强力防水粘合剂缠绕一圈防水材料使排水板与土体之间不透水。将排水电极和排水板***预置位置，电源分别与阴极和阳极连接，并接入电源管理***。将排水电极和排水板接入水平排水支管，水平排水支管汇总到水平排水主管，最后与真空泵相连。

 一种真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的方法，采用以下技术步骤实现：

（1）根据设计要求预置排水电极和塑料排水板的位置，电极间距优选采取2~3倍的排水板间距，在各预置位置进行静力触探，得到预置位置的土层分布和性质；

（2）整平场地，铺设一层30cm-50cm厚的砂垫层；

（3）在铺设砂垫层期间，依据静力触探分析结果，用柔性导电接头组装排水电极，在软土层段使用粗排水电极，在砂土夹层段使用细排水电极，细排水电极外套一层防腐蚀绝缘胶管使电极与土体之间绝缘，然后套入用滤布缝制的滤袋；在排水板处于砂土层段用强力防水粘合剂包裹一层不透水材料，使排水板与土体之间不透水。

（4）利用打板机打设塑料排水板，在预置电极的位置不打排水板而只用打板机打孔，成孔后立即***组装好的EKG排水电极，排水电极露出地面5~10cm，用于与水平排水支管和导电线路的连接；

（5）在场地上布置导电线路和水平排水管，水平排水支管与塑料排水板间距一致，水平排水主管间距10m-15m；

（6）将同一排的排水板和排水电极连接到同一根水平排水支管上，排水板与水平排水支管采用缭绕法连接，排水电极与水平排水支管采用三通连接，最后将排水支管与主管相连，主管连接至真空泵，每1000m²-1500m²布置一台真空泵；

（7）将排水电极一排作为阴极，相邻一排作为阳极，分别通过支导线串联。支导线通过穿刺型绝缘线夹连接主导线，最后将主导线连接至直流电源和电源控制***；

（8）在水平排水管和导电线路上铺设一层土工布，在土工布上铺设2~3层真空膜，将电渗排水***覆盖在膜下，将真空膜压入密封沟然后回填粘土并压实；

（9）开动真空泵开始抽真空，同时接通直流电源开始电渗排水。真空负压通过排水管传递到排水电极和塑料排水板的空腔中，向地基中扩散。导电线路、排水电极和电极间土体形成电流回路，阳极和阴极之间产生电势差。一方面，软基中的自由水在真空负压的作用下向塑料排水板和排水电极中汇集，最终通过排水管排出；另一方面，水分子有极性，在电势差的作用下由阳极向阴极汇集，同时电渗作用增大了水分子的活性，加快了渗透速度。此外，电渗作用还可以促使土体中的结合水脱离土颗粒的束缚而排出，进一步降低土体的含水率。在真空负压和电渗的联合作用下，土体迅速排水固结产生沉降；

（10）在电渗过程中，利用电源控制***控制电源的工作时间，进行间歇通电，提高电渗的效率。另外，每隔3~5天应手动改变电渗***的正负极接线，进行极性转换，电渗流的方向也产生相应的改变，这样能够提高加固地基的均匀性；

（11）期间做好现场各项监测，绘制沉降-时间关系曲线，直到沉降稳定符合卸载条件后，停止电渗和真空预压。

本发明的优点和效果在于：

（1）粗细两种电极可以根据现场土层情况灵活组装，对于任何较复杂的含砂土夹层软土地基，均可利用联合真空预压-电渗法进行有效的加固处理；

（2）采用EKG排水电极，使真空预压和电渗排水有效的结合，优势互补，电渗增大软基中水的渗透能力，加快真空预压的固结速度并能进一步降低土壤含水率，真空预压为电渗排水提供真空压力使土体压密固结，并为电渗提供上覆膜防止雨水回灌的影响；

（3）排水电极是通过柔性导电接头由0.5m、1m等固定长度的分段式电极组装而成，可以承受一定程度的弯曲，不会随地基沉降而刺穿真空膜，保证了真空预压和电渗排水的有效结合。

（4）排水电极和柔性导电接头均采用耐腐蚀材料制成，在土体中不易破坏，可在膜下长期工作；

（5）电渗***全部位于真空膜以下，后期可以在真空膜上进行堆载处理加快土体的固结速度；

（6）对于软土地基中的砂土夹层不需进行加固处理，本方法可以有效节省电力，降低成本，且避免施工机具和人员的损伤。

（7）分段式EKG排水电极在地基沉降过程中会弯曲变形，且各段电极采用柔性导电接头连接，因此排水电极不会由于地基沉降而上顶刺破真空膜，避免漏气发生；

本发明经济有效、节约工期、可适用于不同性质的土层，加固效果显著，是一种处理含砂土夹层软土地基的经济高效的加固方法。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

图1为本发明真空-电渗联合加固含砂土夹层软土地基的平面布置图；

图2为本发明真空-电渗联合加固含砂土夹层软土地基的剖面示意图；

图3为本发明中柔性导电接头三种形式的示意图。

图中，1为EKG粗排水电极，2为EKG细排水电极，3为柔性导电接头，4为组装后排水电极，5为塑料排水板，6为电渗支导线，7为电渗主导线，8为水平排水支管，9为水平排水主管，10为直流电源，11为真空泵，12为砂垫层，13为水平排水管路，14为导电线路，15为土工布，16为真空膜，17为防腐蚀绝缘胶管，18为防水材料。

具体实施方式

如图1和2所示，一种真空-电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***，包括分段式EKG排水电极、柔性导电接头3、导电线路14、直流电源10、电源控制***、塑料排水板5、水平排水管路13和真空泵11等。分段式排水电极有粗细两种型号，在软土层段使用粗排水电极1，在砂土夹层段使用细排水电极2，细排水电极2外套一层防腐蚀绝缘胶管17使电极与土体之间绝缘，分段式排水电极根据静力触探结果通过柔性导电接头3连接。排水板5位于砂土夹层段的部分用强力防水粘合剂缠绕一圈防水材料使排水板5与土体之间不透水。将排水电极4和排水板5***预置位置，电源分别与阴极和阳极连接，并接入电源管理***。将排水电极4和排水板5接入水平排水支管8，水平排水支管8汇总到水平排水主管9，最后与真空泵11相连。

 一种真空-电渗联合加固含砂土夹层软土地基的方法，可采用以下技术步骤实现：

1.如图1所示，按照1m×1m的间距布置塑料排水板（5）的位置，按照2m×2m的间距布置插设排水电极（4）的位置，在各预置位置进行静力触探，从而得到各位置的土层分布和性质；

2.整平场地，铺设一层30cm-50cm厚的砂垫层（12）；

3.在铺设砂垫层（12）期间组装和处理排水电极（4）和排水板（5），依据各位置静力触探分析结果，用柔性导电接头（3）组装粗排水电极（1）和细排水电极（2）使组装后的排水电极（4）在砂土层中与土体绝缘接触,，然后套入用滤布缝制的滤袋；在排水板（5）处于砂土层段部分用强力防水粘合剂包裹一层防水材料（18），使排水板与土体之间不透水；

4.利用打板机打设塑料排水板（5），在预置电极的位置不打排水板而只利用打板机打孔，成孔后立即***组装好的EKG排水电极（4），排水电极露出地面5~10cm，用于与水平排水管路（13）和导电线路（14）的连接；

5.在砂垫层（12）上布置水平排水管路（13），水平排水管路（13）由水平排水支管（8）和水平排水主管（9）构成，水平排水支管的间距（8）与塑料排水板（5）间距一致，水平排水主管（9）间距10m-15m；

6.将塑料排水板（5）的预留段缭绕在水平排水支管（8）的上，用钢丝绑紧；将同一排的EKG排水电极（4）通过三通与水平排水支管（8）连接。水平排水支管（8）通过三通与水平排水主管（9）连接形成水平排水管路（13），并将水平排水管路（13）埋入砂垫层（12）；

7.在砂垫层（12）上布置导电线路（14），导电线路（14）由电渗支导线（6）和电渗主导线（7）组成。如图1所示电渗支导线（6）间距和排水电极（4）间距一致，并在加固区外侧布置电渗主导线（7），电渗支导线（6）和电渗主导线（7）均可采用铜芯橡皮线；

8.将排水电极（4）与电渗支导线（6）用穿刺型绝缘线夹连接，结构密封良好，防腐蚀，防水。如图1所示将一排电极作为阳极，相邻一排电极作为阴极，分别将阳极和阴极的支导线（6）通过穿刺型绝缘夹连接主导线（7）构成导电线路（14），并将导电线路（14）埋入砂垫层（12）中；

9.在砂垫层上（12）铺设一层土工布（15），在土工布（15）上铺设2~3层真空膜（16），真空膜（16）为聚乙烯薄膜；

10.将电渗排水***覆盖在真空膜（16）下，将真空膜压入密封沟然后回填粘土并压实；

11.将水平排水主管（9）穿过真空膜（16）与真空泵（11）连接，并在出膜处密封保证真空膜不漏气；

12.将阳极和阴极的主导线（7）与直流电源（10）的正极和负极连接，开动真空泵（11）开始抽真空，同时检查是否漏气，要求膜下真空度大于或等于80kPa，当达不到真空度要求时，须采取加泵措施并检查密封情况；

13.在抽真空的同时进行启动直流电源（10）进行电渗排水。电源电压宜尽量大但不超过72V安全电压。电渗过程一方面采用间歇通电的方法，如每工作2~3个小时停电1个小时。可以采用电源控制***设定工作时间；另外一方面采用极性转换的方法，每3~5天进行一次阴极和阳极的转换；

14.做好现场各项监测，绘制沉降-时间关系曲线，待沉降稳定符合卸载条件后，停止电渗和真空预压。

Claims (2)

1.一种真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***，包括分段式EKG排水电极、柔性导电接头、导电线路、直流电源、电源控制***、塑料排水板、水平排水管路和真空泵，其特征在于：分段式排水电极有粗细两种型号，在软土层段使用粗排水电极，在砂土夹层段使用细排水电极，细排水电极外套一层防腐蚀绝缘胶管使电极与土体之间绝缘，分段式排水电极根据静力触探结果通过柔性导电接头连接，排水板位于砂土夹层段的部分用强力防水粘合剂缠绕一圈防水材料使排水板与土体之间不透水，将排水电极和排水板***预置位置，电源分别与阴极和阳极连接，并接入电源管理***，将排水电极和排水板接入水平排水支管，水平排水支管汇总到水平排水主管，最后与真空泵相连。

2. 基于权利要求1所述的一种真空电渗联合加固含砂土夹层软土地基的***的使用方法，包含以下技术步骤：

（1）根据设计要求预置排水电极和塑料排水板的位置，电极间距优选采取2~3倍的排水板间距，在各预置位置进行静力触探，得到预置位置的土层分布和性质；

（2）整平场地，铺设一层30cm-50cm厚的砂垫层；

（3）在铺设砂垫层期间，依据静力触探分析结果，用柔性导电接头组装排水电极，在软土层段使用粗排水电极，在砂土夹层段使用细排水电极，细排水电极外套一层防腐蚀绝缘胶管使电极与土体之间绝缘，然后套入用滤布缝制的滤袋；在排水板处于砂土层段用强力防水粘合剂包裹一层不透水材料，使排水板与土体之间不透水；

（4）利用打板机打设塑料排水板，在预置电极的位置不打排水板而只用打板机打孔，成孔后立即***组装好的EKG排水电极，排水电极露出地面5~10cm，用于与水平排水支管和导电线路的连接；

（5）在场地上布置导电线路和水平排水管，水平排水支管与塑料排水板间距一致，水平排水主管间距10m-15m；

（6）将同一排的排水板和排水电极连接到同一根水平排水支管上，排水板与水平排水支管采用缭绕法连接，排水电极与水平排水支管采用三通连接，最后将排水支管与主管相连，主管连接至真空泵，每1000m²-1500m²布置一台真空泵；

（7）将排水电极一排作为阴极，相邻一排作为阳极，分别通过支导线串联，支导线通过穿刺型绝缘线夹连接主导线，最后将主导线连接至直流电源和电源控制***；

（8）在水平排水管和导电线路上铺设一层土工布，在土工布上铺设2~3层真空膜，将电渗排水***覆盖在膜下，将真空膜压入密封沟然后回填粘土并压实；

（9）开动真空泵开始抽真空，同时接通直流电源开始电渗排水；

（10）在电渗过程中，利用电源控制***控制电源的工作时间，进行间歇通电，提高电渗的效率，另外，每隔3~5天改变电渗***的正负极接线，进行极性转换；

（11）期间做好现场各项监测，绘制沉降-时间关系曲线，直到沉降稳定符合卸载条件后，停止电渗和真空预压。

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