一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置及加固方法

1.本发明涉及一种加固装置及加固方法，尤其涉及一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置及加固方法。


背景技术：

2.在施工过程中，尤其是在岛礁建设方面，易遇到饱和砂土上覆软黏土的典型地基问题，有效的地基处理方法对工程实际是有着非常重要意义。
3.淤泥与淤泥质黏土等是工程中常见的软黏土，具有孔隙比大、含水量高、承载力低等特点，一般需经过地基处理才能满足工程应用。一般情况下，土体为三相体，在两端通电后，土体内的水化阳离子在电场力的作用下向阴极移动，同时土体中的水也跟着水化阳离子向阴极运动，称为电渗。在电场力的作用下，电力梯度和水力梯度相互耦合，土体内的水在水化阳离子的牵引下不断向阴极汇聚，并从阴极排出，土体会逐步固结。电解法是将电极插入土体中，在直流电场作用下通过电解水产生稳定环保的h2和o2，从而有效减小砂土饱和度。将电解法和电渗法联合起来可以取长补短，最大化利用电势能，将被动排水转化为主动排水，极大缩短地基处理时间，再附加电化学加固及离子沉积等作用，可大大强化加固效果。
4.目前学者针对软黏土的电渗做了很多试验研究，并将电渗处理方法在港口、道路、铁路等工程领域进行了尝试。同时，针对电解法加固砂土地基的研究中，陈育民、何森凯等试验研究及具体工程应用均表明：电解法产生的气泡可稳定存在于砂土地基中，对土体的抗液化能力有显著的提升作用。在电渗法的研究中，塑料排水板与金属电极共同作用能够有效实现软土中水的汇集与排出，促进土体固结、降低含水率、减小孔隙比，加固效果显著。但现有技术并没有将电渗与电解联合使用来加固土体地基的装置。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明目的是提供一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置及加固方法，采用电渗与电解联合处理，能够高效利用电能，有效降低地基处理时间，提高加固效果，同时能够持续排水。
6.技术方案：本发明包括贯穿插入地基中的若干电解装置，所述电解装置包括排水管和桩，相邻电解装置中的排水管和桩交错分布，所述排水管连接阴极，该排水管与排水通道连通，所述桩连接阳极，当通入低电势时，由电解装置对地基进行电解减饱和，之后增大电势，对地基进行电渗，以此重复交替进行电解和电渗。
7.所述地基顶部间隔布设有若干排水波纹管，所述排水波纹管的两端分别与排水通道连通，所述排水通道与抽水泵连接，从而将地基中的水及时排出。
8.所述排水管通过排水波纹管与排水通道连通。
9.所述桩采用钢管桩，钢管桩连接阳极。
10.所述排水管和钢管桩分别通过导线连接集线箱，集线箱与电源连接。
11.所述地基包括软土和砂土，砂土上部覆盖有软土。
12.所述软土顶部依次铺设有土工布和密封膜。
13.一种采用上述电渗与电解联合处理双层地基的加固装置的加固方法，包括以下步骤：
14.步骤一、在预定位置分别打入桩和排水管，将排水管与排水通道连接；将排水管和桩分别连接负极和正极；
15.步骤二、检查排水系统的连通性；
16.步骤三、通入低电势，此时由电解装置对地基进行电解减饱和，之后增大电势，对地基进行电渗，以此重复交替进行电解和电渗。
17.所述电解装置对地基进行电解减饱和时，电解发生在砂土地基中，此时，软土地基中的电渗仍然发生，有助于持续排水。
18.所述电解装置对地基进行电渗时，电渗发生在软土地基中，此时，砂土地基中的电解仍然发生，通过重复电解，提高砂土内留存的稳定气泡数量，从而使电解减饱和方法的效果显著提升。
19.有益效果：本发明具有以下优点：
20.(1)本发明采用电渗与电解联合加固地基，能够高效利用电能，节约成本，有效降低地基处理时间，提高加固效果，当软土地层中电渗起主导作用时，砂土地层中的电解作用仍然持续发生；当砂土地层中的电解作用主导时，软土地基中的电渗作用仍然发生，有助于持续排水；
21.(2)采用电渗电解联合处理方法，充分利用场地环境优势，有效阻止了下层砂土电解产生的气泡逃逸问题，由于气泡存在向上迁移的问题，在电解的间隙让一部分气泡自然逃逸，通过重复电解，提高砂土内留存的稳定气泡数量，从而使电解减饱和方法的效果显著提升；
22.(3)采用预制钢管桩作为阳极电极，在节约成本，提升效率的同时，充分利用电化学方法，电渗过程中阳极的铁电极在电极周围形成的fe(oh)3胶体对附近土体孔隙起到较好的填充加固作用，形成胶结桩，并随电渗过程的进行往阴极方向扩散，使软土地基的承载力大幅度提升。
附图说明
23.图1为本发明的整体结构示意图；
24.图2为本发明加固装置的主视图；
25.图3为图1的俯视图；
26.图4为本发明的排水通道与排水波纹管之间的连接示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步说明。
28.如图1至图4所示，本发明的地基包括软土5和砂土13，砂土13的上部覆盖有软土5，该地基内间隔排列有若干电解装置，电解装置贯穿插入软土5与砂土13中，电解装置包括排水管7和钢管桩6，相邻电解装置中的排水管7与钢管桩6交错分布，排水管7和钢管桩6分别
通过导线连接集线箱2，其中，排水管7连接阴极，钢管桩6连接阳极，钢管桩6桩径200～500mm，壁厚20mm，集线箱2通过主导线3与电源1连接，电源1采用大功率恒流稳压可调电源，如图2所示。
29.如图1所示，地基顶部间隔布设有若干排水波纹管9，排水波纹管9的两端分别与排水通道12连通，排水通道12与铺设在软土5顶部的抽水泵15相连，排水波纹管9与排水管7连通，以便将土体中的水及时排除。
30.本发明的加固装置可以同时对砂土和软土双层地基中的土体进行加固，采用钢管桩电渗处理法和电解减饱和技术构成地基排水加固复合体，通过控制电流大小和通电时间，利用电渗排水联合电解的方法，对砂土地层上覆盖软土的双层地基进行快速固结加固处理。开始使用时，控制电势梯度为1.5v/dm～5.5v/dm，此时，由排水管7和钢管桩6组成的电解装置对砂土13进行电解减饱和，形成气泡，此时，软土地基中的电渗作用也在发生；当电解2～4小时后，将电势梯度调整到8.5v/dm～20v/dm，此时，由排水管7和钢管桩6对软土5地基进行电渗，电渗过程中阳极的铁电极在电极周围形成的fe(oh)3胶体对附近土体孔隙起到较好的填充加固作用，形成胶结桩，并随电渗过程的进行往阴极方向扩散，同时土体中的水也跟着水化阳离子向阴极运动，最终从排水管7排出，此时，砂土地层中的电解作用仍然持续发生。之后再如此重复进行电解与电渗，由于电解产生的气泡存在向上迁移的问题，在电解的间隙让一部分气泡自然逃逸，通过重复电解，提高砂土内留存的稳定气泡数量，从而使电解减饱和方法的效果显著提升。本发明兼具电渗法和电解减饱和法的优点，避免双层地基加固时间长、处理复杂的问题，能够有效加快软土-砂土双层地基排水固结速率，显著提高深层砂土加固效果。
31.将钢管桩6打入规划的预定位置，与排水波纹管9相错布置，利用插板机在预定位置打入排水管7，通过接头将排水管7的顶端与排水波纹管9相连；将排水管7和钢管桩6分别连接至直流电源的负极和正极。将排水通道12与抽水泵15相连，在软土5的顶部铺设一层编织土工布，再铺设密封膜，开通抽水泵15进行试抽，检查排水系统的联通性。首次电解时，控制电势梯度为1.5v/dm～5.5v/dm，电解2～4小时，此时砂土13中的电解起主导作用，在砂土地基内形成大量的气泡填充细小孔隙，多余水分沿排水管7排出；接着调整电势梯度大小为8.5v/dm～20v/dm，此时主要在软土5中发生电渗作用，持续通电8～12小时，使上层软土充分电渗，电渗过程中阳极的铁电极在钢管桩6周围形成的fe(oh)3胶体对附近土体孔隙起到较好的填充加固作用，形成胶结桩，并随电渗过程的进行往阴极方向扩散，使软土地基的承载力大幅度提升。
32.本发明的加固方法包括以下步骤：
33.步骤1：在已确定的吹填范围内划分区域网格，分区域形成吹填场地；在网格内将预埋设的排水通道与排水波纹管端部相连；
34.步骤2：在预定位置分别打入钢管桩和排水管，通过接头将排水管的顶端与排水波纹管相连接；将排水管和钢管桩分别连接至直流电源的负极和正极；
35.步骤3：排水通道与抽水泵相连接，在软土的顶部铺设一层编织土工布，再铺设密封膜，开通抽水泵进行试抽，检查排水系统的联通性，如有遗漏需及时补救；
36.步骤4：接通电源，首次电解时，控制电势梯度为1.5v/dm～5.5v/dm，电解2～4小时，此时电解起主导作用，在砂土地基内形成大量的气泡填充细小孔隙，多余水分沿排水管
排出；接着调整电势梯度大小为8.5v/dm～20v/dm，此时主要发生电渗作用，持续通电8～12小时，使上层软土充分电渗，同时钢管桩电极发生化学固结作用；
37.步骤5：重复实施步骤4直至吹填土的固结度达到设计要求。

技术特征：
1.一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置，其特征在于，包括贯穿插入地基中的若干电解装置，所述电解装置包括排水管和桩，相邻电解装置中的排水管和桩交错分布，所述排水管连接阴极，该排水管与排水通道连通，所述桩连接阳极，当通入低电势时，由电解装置对地基进行电解减饱和，之后增大电势，对地基进行电渗，以此重复交替进行电解和电渗。2.根据权利要求1所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置，其特征在于，所述地基顶部间隔布设有若干排水波纹管，所述排水波纹管的两端分别与排水通道连通，所述排水通道与抽水泵连接。3.根据权利要求2所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置，其特征在于，所述排水管通过排水波纹管与排水通道连通。4.根据权利要求1所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置，其特征在于，所述桩采用钢管桩。5.根据权利要求4所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置，其特征在于，所述排水管和钢管桩分别通过导线连接集线箱，集线箱与电源连接。6.根据权利要求1所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置，其特征在于，所述地基包括软土和砂土，砂土上部覆盖有软土。7.根据权利要求6所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置，其特征在于，所述软土顶部依次铺设有土工布和密封膜。8.采用权利要求1～7任一项所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在预定位置分别打入桩和排水管，将排水管与排水通道连接；将排水管和桩分别连接负极和正极；步骤二、检查排水系统的连通性；步骤三、通入低电势，此时由电解装置对地基进行电解减饱和，之后增大电势，对地基进行电渗，以此重复交替进行电解和电渗。9.根据权利要求8所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置的加固方法，其特征在于，所述电解装置对地基进行电解减饱和时，电解发生在砂土地基中，此时，软土地基中的电渗仍然发生。10.根据权利要求8所述的一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置的加固方法，其特征在于，所述电解装置对地基进行电渗时，电渗发生在软土地基中，此时，砂土地基中的电解仍然发生。

技术总结
本发明公开了一种电渗与电解联合处理双层地基的加固装置及加固方法，包括贯穿插入地基中的若干电解装置，所述电解装置包括排水管和桩，相邻电解装置中的排水管和桩交错分布，所述排水管连接阴极，该排水管与排水通道连通，所述桩连接阳极，当通入低电势时，由电解装置对地基进行电解减饱和，之后增大电势，对地基进行电渗，以此重复交替进行电解和电渗。本发明采用电渗与电解联合加固地基，能够高效利用电能，节约成本，有效降低地基处理时间，提高加固效果，当软土地层中电渗起主导作用时，砂土地层中的电解作用仍然持续发生；当砂土地层中的电解作用主导时，软土地基中的电渗作用仍然发生，有助于持续排水。有助于持续排水。有助于持续排水。


技术研发人员：潘瑞 陈育民 陈润泽 王琼婷 傅钟灵 李平
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.08.28
技术公布日：2023/10/20