CN102943463B - 一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极和加固装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极和加固装置；圆筒式复合电极包括金属圆筒以及布置于金属圆筒的圆心处的金属棒；金属圆筒与金属棒组合并形成一个正、负电极对；金属圆筒的半径为100mm～200mm，金属圆筒的壁厚为3mm～5mm，所述金属棒的直径为10mm～14mm。本发明公开的复合电极由金属圆筒和单根金属棒构成，加固区域内的每个电极对按等间距进行排列，所有金属圆筒电极通过电缆线进行串连，金属棒电极同样通过电缆线进行串连；通过调整金属圆筒的半径，控制和调整电化学胶结桩的成桩半径。该方法简单、操作方便、费用低廉，为有效增大软土电化学胶结桩成桩半径、提高地基的整体承载能力提供了一条有效的途径。

Description

一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极和加固装置

技术领域

本发明属于软土加固技术领域，更具体地，涉及一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极和加固装置。

背景技术

我国幅员辽阔，工程地质情况十分复杂，其中沿海、江、河、湖相沉积的软土作为不良工程地质体，普遍存在。随着我国基础建设项目的快速推进，大量的铁路、公路、机场和房屋需修建在软土地基之上，但由于软土自身的承载能力低，压缩性大，极易引起过大的基础变形和建筑结构失稳破坏。因此，必须对软土地基进行处理，以保证工程建设的安全稳定。

软土电化学胶结成桩加固法，是基于土体胶结成分的提高会引起其力学性质的明显改善这一认识，而提出的一种人工胶结桩加固法，即将金属电极插入软土中，并施以直流电，电极在直流电的作用下发生电解、水解、氧化和脱水反应后形成胶结物，以达到加固软土的目的。该方法不需要添加水泥、砂等建筑材料，不需要大型施工机械，无粉尘、噪音污染，且对加固区域环境无扰动，是一种无污染的环保型地基处理方法，具有广阔的应用前景。

目前该方法还未在实际工程中得到广泛应用，其中一个重要的原因是电化学人工胶结桩的成桩半径较小，很难满足实际工程的需求。已有的研究和试验成果表明，通常采用的铁质电极经过电解后与土体反应，在电极周围形成强度高、质地硬的胶结土层～胶结桩，其桩径一般为单根电极直径的6～8倍。在软土地基加固的实际工程中，虽然采用直径较大的电极也可扩大胶结桩的桩径，但由于受到金属电极钝化作用的影响，电极的实际电解厚度是很有限的，大直径电极的主体并未电解，使得电化学胶结桩对地基承载力的贡献还不如未电解完的金属电极，这样不仅造成建筑材料的浪费，而且也使得电化学加固软土失去了其原有的意义。而采用较小直径的电极，其胶结桩的半径有限，加固后桩～土复合地基很难达到设计承载力要求。经检索中国专利(专利申请号：200710052637.5，发明专利名称：电化学成桩法加固软土模型试验装置)公开了一种电化学成桩法加固软土模型试验装置，中国专利(专利申请号：200810048489，发明专利名称：软岩的电化学加固方法)公开了一种软岩的电化学加固方法，这两个专利都是采用单根铁棒作为电极，均存在胶结桩径较小的问题。

软土电化学成桩加固的过程中，影响金属电极周围胶结土层范围大小的一个主要因素是电极的比表面积。因此，从增大电极的比表面积考虑，探索合理的电极型式和布置方式，对于扩大软土电化学胶结土层的范围，提高加固后软土复合地基的整体承载能力具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极，旨在解决现有技术中采用单根铁棒作为电极导致胶结桩径较小的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极，用于放置于软土地基加固区域内，所述圆筒式复合电极包括薄壁金属圆筒以及布置于所述薄壁金属圆筒的圆心处的金属棒；所述薄壁金属圆筒与金属棒组合并形成一个正、负电极对；其中所述薄壁金属圆筒为主电解电极，所述金属棒为辅电解电极；使用时，所述薄壁金属圆筒的电极通过电缆线与外部的电源连接，所述金属棒的电极通过电缆线与外部的电源连接，采用正负极定时倒向方式给所述金属圆筒和所述金属棒通电后，主电解电极被电解后与土体发生物理化学反应形成环形胶结桩。

更进一步地，所述薄壁金属圆筒的半径为100mm～200mm，薄壁金属圆筒的壁厚为3mm～5mm，所述金属棒的直径为10mm～14mm。

本发明还提供了一种用于软土电化学加固的加固装置，所述加固装置包括N个按等间距排列的圆筒式复合电极；N为大于等于2的正整数；每一个圆筒式复合电极包括：金属圆筒以及布置于所述金属圆筒的圆心处的金属棒；所述金属圆筒与金属棒组合并形成一个正、负电极对；N个金属圆筒的电极均通过电缆线串连，N个金属棒的电极均通过电缆线串连。

更进一步地，所述N个圆筒式复合电极排列的间距为1.0m～2.0m。

本发明公开了一种软土电化学加固的圆筒式复合电极，复合电极由金属圆筒和单根金属棒构成，金属棒布置于金属圆筒的圆心处，两者组合形成一个正、负电极对；加固区域内的每个电极对按等间距进行排列，所有金属圆筒电极通过电缆线进行串连，金属棒电极同样通过电缆线进行串连；通过调整金属圆筒的半径，控制和调整电化学胶结桩的成桩半径。该方法简单、操作方便、费用低廉，为有效增大软土电化学胶结桩成桩半径、提高地基的整体承载能力提供了一条有效的途径。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的加固装置中多个圆筒式复合电极的通电线路布置图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的一种软土电化学加固的圆筒式复合电极适用于软土电化学胶结成桩加固，为提高软土人工胶结桩的桩径提供了一套有效的方法。图1示出了本发明实施例提供的一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极的结构；为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极用于放置于软土地基3加固区域内，圆筒式复合电极包括金属圆筒1以及布置于金属圆筒1的圆心处的金属棒2；金属圆筒1与金属棒2组合并形成一个正、负电极对；使用时，金属圆筒1的电极通过电缆线4与外部的电源连接，金属棒2的电极通过电缆线4与外部的电源连接，采用正负极定时倒向方式给金属圆筒1和金属棒2通电后，软土地基3加固区域内形成了胶结桩。

本发明实施例提供的用于软土电化学加固的圆筒式复合电极采用金属圆筒1以及位于金属圆筒1中心的金属棒2，扩大了电极电解表面面积，能有效增大电化学胶结桩的成桩半径，形成满足工程需求的复合地基。该方法与软土电化学加固过程中物理化学反应规律相适应，操作方便、费用低廉，主要用于人工胶结成桩法加固软土地基。

在本发明实施例中，金属圆筒1的半径为100mm～200mm，金属圆筒1的壁厚为3mm～5mm，金属棒2的直径为10mm～14mm。

本发明实施例还提供了一种用于软土电化学加固的加固装置，如图2所示，该加固装置包括N个按等间距排列的圆筒式复合电极；N为大于等于2的正整数；每一个圆筒式复合电极包括：金属圆筒1以及布置于金属圆筒1的圆心处的金属棒2；金属圆筒1与金属棒2组合并形成一个正、负电极对；N个金属圆筒1的电极均通过电缆线4串连，N个金属棒2的电极均通过电缆线4串连。

在本发明实施例中，复合电极由金属圆筒1和单根金属棒2构成，金属棒2布置于金属圆筒1的圆心处，两者组合形成一个正、负电极对；软土地基3加固区域内的每个电极对按等间距进行排列，所有金属圆筒1的电极通过电缆线4进行串连，金属棒2的电极同样通过电缆线4进行串连；通过调整金属圆筒1的半径，控制和调整电化学胶结桩的成桩半径。软土电化学加固的圆筒式复合电极，采用薄壁金属圆筒和单根金属棒构成，金属圆筒的半径为100mm～200mm，壁厚为3～5mm，金属棒的直径为10mm～14mm，并布置于金属圆筒的圆心处，金属圆筒与金属棒组合形成一个正、负电极对。加固区域内每个电极对按等间距进行排列，中心排列间距为1.0m～2.0m，每一电极对的金属圆筒、金属棒分别通过电缆线进行串连后接入专用电源的正极或负极。

一种软土电化学加固的圆筒式复合电极它包括电极形式、尺寸、电极的组合方式和布置间距，复合电极由金属圆筒1和单根金属棒2构成，金属棒2布置于金属圆筒1的圆心处，两者组合形成一个正、负电极对；加固区域内的每个电极对按等间距进行排列，所有金属圆筒1的电极通过电缆线4进行串连，金属棒2的电极同样通过电缆线4进行串连；通过调整金属圆筒的半径，控制和调整电化学胶结桩的成桩半径。表一示出了具体实施例中金属圆筒1和金属棒2的各个参数、多个圆筒式复合电极之间的排列间距以及复合胶结桩直径。

表一

根据已有的研究成果，采用正负极定时倒向方式通电加固后，土体中金属物周围会形成一定范围的胶结土体。圆筒式复合电极与传统采用的金属圆棒电极、板式电极相比，其主要优势在于：(1)在消耗相同建筑材料的条件下，圆筒式复合电极具有更大的比表面积，使得电极材料能充分电解，经与土体反应后形成更大范围的胶结土层；(2)可更合理配置金属圆筒和中心金属棒的材料用量，将金属圆筒作为主要电解电极，形成圆筒式胶结土层，即环形状，类似于地基处理工程中广泛采用的管桩，有效提高了胶结桩体的抗弯刚度和稳定性，在节省工程用料条件下更好地满足地基承载力要求；(3)圆筒式复合电极的厚度较小，能有效减小电解钝化效应对成桩过程的影响。

已有的研究和试验成果表明，胶结土层的强度是随着与电极距离的增大而减小的，当采用传统的金属圆棒电极时，2～3倍电极直径范围内的胶结土层强度较高，质地坚硬，为有效胶结层，而3～6倍电极直径范围内的胶结土层强度逐渐减小，为胶结影响层，最外缘胶结土强度较低，所形成的圆柱形胶结桩整体强度偏低；当采用圆筒式复合电极时，在圆筒内外两侧均能形成有效的胶结土层，并可调整金属圆筒的半径来增大成桩半径，有效提高了胶结桩体的抗弯刚度和稳定性，减小了胶结土层强度分布不均对桩体整体强度的影响。

因此，由于薄壁圆筒电极具有更大的比表面积，能电解出更多的铁离子与土体发生反应，从而提高了电极周围胶结土层的范围和强度(增大了土体的铁离子浓度)，减小电解钝化效应对成桩过程的影响，而采用圆筒式复合电极则使胶结土层形成环形桩，成桩半径可通过调整金属圆筒半径进行合理控制，同时减小了胶结土强度分布不均对胶结桩整体强度的影响，提高了桩体的稳定性，更符合工程桩的承载特性，复合胶结桩的直径可达到200mm～400mm。

本发明提供的用于软土电化学加固的圆筒式复合电极具有以下优点和效果：采用圆筒式复合电极，有效提高电极与土体接触的比表面积，使得电极充分电解，即提高了胶结桩的范围和强度，也节约了建筑材料；通过调整金属圆筒电极的半径，可控制电化学复合胶结桩的成桩半径，以适应实际软土加固工程中对地基承载力的不同要求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于软土电化学加固的圆筒式复合电极，用于放置于软土地基加固区域内，其特征在于，所述圆筒式复合电极包括薄壁金属圆筒以及布置于所述薄壁金属圆筒的圆心处的金属棒；所述薄壁金属圆筒与金属棒组合并形成一个正、负电极对；其中所述薄壁金属圆筒为主电解电极，所述金属棒为辅电解电极；所述薄壁金属圆筒的半径为100mm～200mm，薄壁金属圆筒的壁厚为3mm～5mm，所述金属棒的直径为10mm～14mm；

使用时，所述金属圆筒的电极通过电缆线与外部的电源连接，所述金属棒的电极通过电缆线与外部的电源连接，采用正负极定时倒向方式给所述金属圆筒和所述金属棒通电后，主电解电极被电解后与土体发生物理化学反应形成环形胶结桩。

2.一种用于软土电化学加固的加固装置，其特征在于，所述加固装置包括N个按等间距排列的如权利要求1所述的圆筒式复合电极；N为大于等于2的正整数；

每一个圆筒式复合电极包括：薄壁金属圆筒以及布置于所述薄壁金属圆筒的圆心处的金属棒；所述薄壁金属圆筒与金属棒组合并形成一个正、负电极对；

N个薄壁金属圆筒的电极均通过电缆线串连，N个金属棒的电极均通过电缆线串连。

3.如权利要求2所述的加固装置，其特征在于，所述N个圆筒式复合电极排列的间距为1.0m～2.0m。