CN104088272B - 一种用于电渗排水法的塑料电极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于，包括：导电塑料管、金属丝和导电土工织物滤层，所述导电塑料管壁上设置有轴向或径向的导水槽，所述金属丝至少为两根，所述金属丝称分布于导电塑料管管壁内并轴向贯穿整个导电塑料管，所述导电土工织物滤层包裹导电塑料管，所述导电塑料管外壁均匀间隔开设排水孔。本发明具有结构简单、耐腐蚀、排水空间大、力学性能好、防淤堵、排水效率高的优点。

Description

一种用于电渗排水法的塑料电极管

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体地指一种用于电渗排水法的塑料电极管。

背景技术

软土、淤泥、污泥、尾矿等高含水量低水力渗透性细颗粒介质，其排水固结非常困难。传统的排水固结方法是真空预压和堆载预压，但是对于高含水量低水力渗透性的细颗粒介质，传统的方法速度慢、作用深度有限、对承载力的提高也不足。

对于此类介质组成的软土地基，电渗法是一种非常有潜力的方法，然而电渗法自第一次被发现至今已有两百多年历史。现有技术中，中国专利CN201210197981.4、中国专利申请201310120362.X先后公开了两种电渗电极。前者公开了一种导电塑料排水板，一种既能充当耐腐蚀电极、又能提供排水通气通道的导电塑料排水板，由于板上排水凹槽空间较小，排水量十分有限；排水板由于其形状在施工中布置非常不便，且本身强度低，影响施工效率；一段时间后介质覆在滤膜表面堵住滤孔，阻碍了水的进入减小了排水量。而且前者对滤膜力学性能要求较高，否则滤膜陷入凹槽将会减小排水凹槽的空间，影响排水效率。后者公开了一种分段式导电管，满足了施工环境要求的耐腐蚀性，但其中电源线直接连接导电管导致电场由上到下分布逐渐减弱，排水效率较低；而且导电管由石墨材质制成，韧性、塑性等力学性能较差，进一步限制了其在工程实际的应用。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种结构简单、耐腐蚀、排水空间大、力学性能好的用于电渗排水法的塑料电极管。

本发明的技术方案为：一种用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于，包括：导电塑料管、金属丝和导电土工织物滤层，所述导电塑料管壁上设置有轴向或径向的导水槽，所述金属丝至少为两根，所述金属丝对称分布于导电塑料管管壁内并轴向贯穿整个导电塑料管，所述导电土工织物滤层包裹导电塑料管，所述导电塑料管外壁均匀间隔开设排水孔。

优选的，所述径向导水槽为从导电塑料管外壁底部延伸到顶部相互平行的环形凹槽。

优选的，所述径向导水槽为从导电塑料管外壁底部旋至顶部的螺旋形凹槽。

优选的，所述轴向导水槽为导电塑料管外壁沿圆周均匀间隔设置的轴向凹槽。

进一步的，所述排水孔设置于导电塑料管管壁上，沿管壁圆周均匀间隔设置2-4个排水孔。

进一步的，所述排水孔设置于轴向凹槽内，所述排水孔沿管壁圆周均匀间隔设置2-4个，所述排水孔沿轴向等距离重复设置。

优选的，所述金属丝为铜丝。

优选的，所述导电塑料管底部为锥形。

优选的，所述导电土工织物滤层电阻率不大于10^-3Ω·m。

优选的，所述轴向或径向的导水槽开设在导电塑料管内壁。

本发明中，采用导电土工织物滤层包裹导电塑料管，不仅能过滤进入导电塑料管的水，而且解决了现有技术中滤膜容易淤堵的问题。金属丝对称分布在导电塑料管管壁内使整个塑料管通有均匀的电流，使电场均匀分布，提高排水效率。水透过滤布后沿外壁导水槽或进入排水孔内向上流动，至介质表层后通过管道排出。

传统的预压排水固结，水流是通过水力梯度的作用运动的，因此当滤层被细颗粒淤堵时，排水固结效率显著降低；本发明中通过电场赋予的能量，土中水可以自行穿透导电土工织物滤层，通过塑料电极管表面和内部的排水通道排出，而不需要依靠水力梯度，即真空排水或堆载预压排水，而且电渗系数与颗粒粒径无关，即使滤层上附着了细颗粒，水流仍然可以通过电场的作用而穿透滤层，进入管状的排水通道，从而排出土体，用电渗的特性解决了长期以来难以克服的滤层淤堵问题。导电土工织物滤层不需要考虑传统土工布中的每平米克重、强度及等效孔径等问题，因为导电土工织物是否嵌入排水凹槽或者是否被细颗粒堵塞都不影响排水，保证其一定的导电性即可。

导水槽为环形凹槽时，水可以透过滤布后进入凹槽沿管外壁向上流动，也可以进入排水孔沿管内壁向上流动。

导水槽为螺旋形凹槽时，水透过滤布后进入螺纹凹槽后沿螺纹凹槽向上旋至导电塑料管顶部，也可以进入排水孔沿管内壁向上流动。

导电塑料管上开有轴向凹槽时，水可以沿轴向凹槽竖直向上流动，也可以进入排水孔沿管内壁向上流动。

导电土工织物滤层电阻率不大于10^-3Ω·m时可以赋予水流足够的能量穿过滤层。

与现有技术相比，本发明有如下特点：

1)整个塑料电极管通有均匀的电流，使电场分布均匀，排水效率提高，可达到0.7m³/h～4.5m³/h(管径20cm～50cm，流速0.006m/s)；

2)塑料电极管将金属材料包裹在导电塑料及导电土工织物滤层之内，解决了材料腐蚀问题；

3)塑料电极管管壁上提供了导水槽，增大了排水排气通道；

4)外包的导电土工织物滤层解决了传统电极滤层的淤堵问题；

5)塑料电极管由于其材料自身力学强度较高，长度一般可为6-10m；

6)塑料电极管底部为锥形，在施工时便于插入淤泥等处理区域，且在长度不够时可以快速接长。

本发明具有结构简单、耐腐蚀、排水空间大、力学性能好、防淤堵、排水效率高的优点。

附图说明

图1实施例1中塑料电极管俯视图

图2实施例1中塑料电极管剖面图

图3实施例1中塑料电极管主视图

图4实施例2中塑料电极管俯视图

图5实施例2中塑料电极管主视图

图6实施例3中塑料电极管俯视图

图7实施例3中塑料电极管主视图

1.导电塑料管2.金属丝3.导水槽4.排水孔5.环形凹槽6.螺旋形凹槽7.轴向凹槽8.环形凸起9.螺旋形凸起10.波纹管11.螺纹管12.轴向凸起。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1-3所示，本实施例中导电塑料管1为包括聚乙烯、炭黑和石墨的材料制成，电阻率为10^-3Ω·m。导电塑料管1长为6m，形状为波纹管10，环形凹槽5和环形凸起8从波纹管10管底部相互平行交错排列延伸到顶部，导电塑料管1内直径为20～50cm，管壁厚度0.8～1mm，波纹凸起8间距5mm，环形凹槽5深3mm。

导电塑料管1包含两根金属丝2，两根金属丝2位于管内圆心对称的位置，金属丝2包裹在导电塑料之内，且从上到下沿轴向贯穿整个塑料电极管。金属丝选择铜丝，直径1mm。

导电塑料管1管壁的环形凸起8上均匀间隔开设排水孔4，每个环形凸起上对称地开有4个圆形或梅花形排水孔4，排水孔4孔径与环形凸起8间距同为5mm。导电塑料管1包导电土工织物滤层，导电土工织物滤层由导电聚合物纤维由针刺或编织工艺制成，电阻率为0.7×10^-3Ω·m。

当导电塑料管1上通电时形成电场，两根金属丝2均通有同样大小的电流，金属丝2对称分布使整个导电塑料管1从上至下形成均匀分布的电场；同时导电土工织物滤层也将传导电流，自身形成电场。水流通过电场的作用而穿透滤层，从排水孔4进入管状的排水通道，从而排出土体。水流也可通过电场的作用而穿透滤层进入环形凹槽8，再沿波纹管10和导电土工织物滤层向上运动后排出土体。

实施例2

如图4-5所示，本实施例中导电塑料管1为包括聚乙烯、炭黑和石墨的材料制成，电阻率为10^-3Ω·m。本实施例中导电塑料管1长为8m，形状为螺纹管11，螺旋形凹槽6和螺旋形凸起9交错排列从导电塑料管1外壁底部旋至顶部，螺纹管11内直径为25～55cm，管壁厚度0.7～1mm，螺旋形凸起9间距4mm，螺旋形凹槽6约2.5mm。

导电塑料管1包含4根金属丝2，4根金属丝2在管内关于轴线对称设置，金属丝包裹在导电塑料之内，且从上到下沿轴向贯穿整个导电塑料管1。金属丝2选择铜丝，直径1mm。

螺纹管11管壁的螺旋形凸起9上均匀间隔开设排水孔4，螺旋形凸起9上对称地开有4个圆形排水孔4，排水孔4孔径为3mm。螺纹管11外包导电土工织物滤层，导电土工织物滤层由导电聚合物纤维由针刺或编织工艺制成，电阻率为0.8×10^-3Ω·m。

当导电塑料管1上通电时形成电场，4根金属丝2均通有同样大小的电流，金属丝2对称分布使整个导电塑料管1从上至下形成均匀分布的电场；同时导电土工织物滤层也将传导电流，自身形成电场。水流通过电场的作用而穿透滤层，从排水孔4进入管状的排水通道，从而排出土体。水流还可以透过滤布后进入螺旋形凹槽6，沿螺旋形凹槽6向上旋至导电塑料管1顶部后排出土体。

实施例3

如图6-7所示，本实施例中导电塑料管1为包括聚乙烯、炭黑和石墨的材料制成，电阻率为10^-3Ω·m。本实施例中导电塑料管1上轴向凹槽7和轴向凸起12沿管周均匀间隔设置并且从导电塑料管1底部延伸至顶部，导电塑料管1长为10m，内直径为25～50cm，管壁厚度0.7～1.2mm，凹槽7间距3mm，凹槽深约5mm。

导电塑料管1包含2根金属丝2，2根金属丝2位于管内轴线对称设置，金属丝2包裹在导电塑料之内，且从上到下沿轴向贯穿整个导电塑料管1。金属丝2选择铜丝，直径1.5mm。

导电塑料管1管壁的每个凹槽7上从上至下均匀间隔开设排水孔4，每个凹槽7槽底上等间距开有4个圆形排水孔4，排水孔4孔径为3mm。导电塑料管1外包导电土工织物滤层，导电土工织物滤层由导电聚合物纤维由针刺或编织工艺制成，电阻率为0.9×10^-3Ω·m。

当导电塑料管1上通电时形成电场，2根金属丝2均通有同样大小的电流，金属丝2对称分布使整个导电塑料管1从上至下形成均匀分布的电场；同时导电土工织物滤层也将传导电流，自身形成电场。水流通过电场的作用而穿透滤层，从排水孔4进入管状的排水通道，从而排出土体。水流还可以透过滤布后进入凹槽7，沿凹槽7向上直接流至导电塑料管1顶部后排出土体。

电渗排水固结速度的对比试验

以两块18m×18m面积，6m深的吹填淤泥，分别用普通导电排水板和导电塑料管进行电渗排水固结的对比曲线。导电塑料管和普通导电排水板电渗固结的时间因子分别为1.833×10^-5s^-1和2.433×10^-5s^-1，虽然在同一个量级，但是试验表明电渗排水速率对时间因子敏感，导电塑料管的排水速率系数是普通导电排水板的1.33倍，而累计排水量是普通导电排水板的1.76倍。

用普通排水管和导电排水管进行排水固结的速度对比，普通排水管是在水力梯度作用下排水，排水速度取决于土体的水力渗透系数，对于吹填淤泥，根据其水力渗透系数的不同，电渗排水的速度可达水力梯度作用下排水的10～100倍，甚至更高。由于计算所依据的理论不同(电渗固结依据电渗的能级梯度理论，水力梯度作用下的固结依据泰沙基的预压固结理论)，本试验中导电塑料管的排水速率是普通排水管的52.14倍，累计排水量是其2.25倍。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于，包括：导电塑料管(1)、金属丝(2)和导电土工织物滤层，所述导电塑料管壁上设置有轴向或径向的导水槽(3)，所述金属丝(2)至少为两根，所述金属丝(2)对称分布于导电塑料管(1)管壁内并轴向贯穿整个导电塑料管(1)，所述导电土工织物滤层包裹导电塑料管，所述导电塑料管外壁均匀间隔开设排水孔(4)，所述径向导水槽为从导电塑料管(1)外壁底部延伸到顶部相互平行的环形凹槽(5)或为从导电塑料管(1)外壁底部旋至顶部的螺旋形凹槽(6)。

2.如权利要求1所述的用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于：所述轴向导水槽为导电塑料管(1)外壁沿圆周均匀间隔设置的轴向凹槽(7)。

3.如权利要求1所述的用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于：所述排水孔设置于导电塑料管(1)管壁上，沿管壁圆周均匀间隔设置2-4个排水孔(3)。

4.如权利要求2所述的用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于：所述排水孔设置于轴向凹槽(7)内，所述排水孔(3)沿管壁圆周均匀间隔设置2-4个，所述排水孔(3)沿轴向等距离重复设置。

5.如权利要求1所述的用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于：所述金属丝(2)为铜丝。

6.如权利要求1所述的用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于：所述导电塑料管(1)底部为锥形。

7.如权利要求1-6所述的任一用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于：所述导电土工织物滤层电阻率不大于10^-3Ω·m。

8.如权利要求1-2所述的任一用于电渗排水法的塑料电极管，其特征在于：所述轴向或径向的导水槽(3)开设在导电塑料管(1)内壁。