CN104790378B - 一种真空预压联合循环电渗的加固装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空预压联合循环电渗的加固装置和方法，该装置为在两个外管内分别插有内管和电极棒，两个电极棒分别连接到电源的正极和负极，两个内管均连接到射流泵，两个内管表面均包覆有反渗透膜，两个外管均插入到软土中，两个外管的顶部开口位于软土上方。该方法方法包括如下步骤：（1）在软土中钻孔；（2）固定外管；（3）接通电极棒；（4）抽吸水分；（5）交换电源电极；（6）停止射流泵和中断电源；（7）填充混凝土。本发明反渗透膜有效阻挡土壤中的正负离子进入到内管中，避免土壤中的正负离子流失；通过交换电源与电极棒接通的正负极，土壤中的正负离子改变移动方向，正负离子移动过程，土壤再次加固。

Description

一种真空预压联合循环电渗的加固装置和方法

技术领域

本发明涉及一种真空预压联合循环电渗的加固装置和方法，主要应用于软土、超软土等低承载力的地基的加固，属于真空预压联合电渗加固软土地基工程的技术领域。

背景技术

自从19世纪初Reuss教授发现粘土中的电渗现象以来，电渗处理软土技术已经广泛运用到工程实践中，如加固斜坡、堤岸、水坝；提高桩的轴向阻力、减小桩的负摩阻力；提高试验中地锚的抗拔力；提高高灵敏性软土对周期荷载的抗力等等。电渗加固的原理是利用了土颗粒表面带负电这一性质，因此为保持电中性，土体中的可移动阳离子数量要多于可移动阴离子数量。在电渗加固过程中，土体中的阳离子向阴极移动，同时带动土中水流向阴极，这些水再通过预设的排水通道排出。然而，通过工程实践表明：在电渗加固后期，阴极的排水效果很低。因此，现有工程往往将电渗与其他加固方法联合应用。

在我国沿海地区，存在大面积第四纪海相沉积土。经过大量的工程实践和室内试验研究，形成了各种加固方法，如：电渗固结法、真空预压法、真空堆载联合预压法、真空联合电渗排水预压法等。其中真空预压联合电渗加固技术，结合了真空预压法与电渗排水法的优点，能够做到快速排水固结。但是，在电渗过程中，土体中的离子分别向阴阳两极移动，而随着阴极抽真空排水带走大量的离子，土体的电阻不断增大，这会影响到电渗的排水加固效果。因此提出一种能够循环利用土体中的离子达到提高加固效果的方法是值得研究的。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种真空预压联合循环电渗的加固装置，本发明针对目前真空预压联合电渗加固效果不理想，在电渗过程中，离子随着水流从阴极排出，大大降低了土体的导电性能；本发明能够保持土体的导电性的同时，简化了施工过程。

一种真空预压联合循环电渗的加固装置，该加固装置用于加固低承载力的地基，包括射流泵、电源和两个外管，所述两个外管内分别插有内管和电极棒，其中一个外管内的电极棒连接到电源的正极，另一个外管内的电极棒连接到电源的负极，所述两个内管均连接到射流泵，所述两个内管表面均包覆有反渗透膜，

所述两个外管均插入到软土中，软土表面铺设有砂垫层，所述砂垫层表面铺设有密封膜，所述两个外管的顶部开口位于砂垫层上方，

电源给两个电极棒通电后，两个电极棒分别作为阴极和阳极，两个外管周围的软土中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，离子移动过程，起到加固软土的作用，

射流泵启动后，射流泵对内管产生真空作用，外管周围的软土中的水分就会在射流泵的真空作用下流入到内管，并被射流泵抽吸排出，软土中的水分排出，加固软土。

所述内管和外管均设置有若干个贯穿管壁的通孔，所述外管的表面包覆有滤布。

所述外管设置有底部，所述外管的底部设置成锥体形状。

所述每个外管内的内管和电极棒之间均设置有隔板，所述隔板的底部与外管的底部固定，隔板的顶部延伸到外管的开口处。

所述两个内管均通过抽水管与射流泵连接，所述两个内管中的抽水管通过三通阀门汇合到一个总的抽水管，该总的抽水管连接到射流泵。

所述外管的顶部开口中设置有盖板，所述盖板与外管密封，抽吸管穿过盖板，抽吸管的四周与盖板密封，电极棒穿过盖板，电极棒的四周与盖板密封。

所述电极棒选用钢筋。

一种真空预压联合循环电渗的加固的方法，包括如下步骤：

（1）在软土上覆盖砂垫层，再利用钻孔设备进行钻孔，在砂垫层上布设密封膜，以及在加固区边缘设置止水帷幕；

（2）固定外管：将两个规格一致的外管插入到步骤（1）所述的钻孔中，两个外管之间间隔一定距离，每个外管中均插有内管和电极棒，所述同一个外管中的内管和电极棒之间用隔板隔开，两个电极棒分别接通到电源的正极和负极，两个内管分别接通到射流泵；

（3）接通电极棒：将电源打开，两根电极棒接通电源后一个成为阳极电极棒，另一个成为阴极电极棒，软土中的阳离子向阴极电极棒游走，软土中的阴离子向阳极电极棒游走，阳离子和阴离子在软土中朝向阳极电极棒和阴极电极棒游走的过程中，软土被加固；

（4）抽吸水分：启动射流泵，射流泵能够同时抽吸内管中的水分和空气，内管周围环境中的水分和空气被射流泵抽吸排放出去，外管周围的软土在水分和空气被抽吸的过程中，软土会被加固；

（5）交换电源电极：当射流泵的排水量小于10升/立方米土/天时交换电源的电极，让原先接通电源正极端的电极棒接通电源的负极端，原先接通电源负极端的电极棒接通电源的正极端，原先的阳极电极棒变成阴极电极棒，原先的阴极电极棒变成阳极电极棒，原先的阳极电极棒周围的汇集的阴离子开始向现在的阳极电极棒游走，原先阴极电极棒周围汇集的阳离子开始向现在的阴极电极棒游走，阳离子和阴离子在游走的过程中，再次加固了软土；

（6）反复步骤（5）若干次停止射流泵和中断电源；

（7）拔出外管，拆除电源和射流泵，在软土中留下的外管形成的孔道中填充混凝土，形成桩基础，进一步增强土体的承载能力。

所述步骤（5）中选用的电源为不大于60v的直流电源。

本发明的工作原理是：

两个外管中的电极棒分别与电源的正极和负极接通后，电极棒分别变成阳极电极棒和阴极电极棒，土壤中的正负离子开始分别朝向阳极电极棒和阴极电极棒移动，正负离子在移动的过程中，会对土壤的土质起到加固的作用，土壤的密实度提高，内管表面包覆的反渗透膜能够将土壤中的正负离子阻挡在内管外面，土壤中的正负离子不会被射流泵抽吸排放出去，当两个外管中的电极棒分别与电源的正极和负极交换接通后，原先的电极棒的正负极发生交换，土壤中的正负离子开始向着变换后的阳极电极棒和阴极电极棒移动，正负离子在土壤中移动的过程中，土壤会再次被加固，土壤的密实度提高。

射流泵抽吸内管中的水分和进入到内管中的空气，内管周围环境中的水分和空气穿过反渗透膜，进入到内管中，进而被抽吸泵抽吸出去，土壤中的水分和空气被抽吸排放出去的过程中，土壤自身的密实度提高，起到土壤加固的作用。

本发明的有益效果：

本发明在内管表面包覆有反渗透膜，反渗透膜能有效阻挡土壤中的正负离子进入到内管中，避免了土壤中的正负离子被射流泵抽吸出去，避免土壤中的正负离子流失；

通过电极棒接通电源，电极棒形成阳极电极棒和阴极电极棒，所述阳极电极棒和阴极电极棒能够让电极棒周围土壤中的正负离子分别朝向不同的方向移动，正负离子在土壤中移动，能够加固土壤；

在土壤中的正负离子移动到对应的电极棒后，交换电源与电极棒接通的正负极，阳极电极棒和阴极电极棒交换，土壤中的正负离子，改变移动方向，正负离子移动过程，土壤再次加固；

本发明利用了反渗透膜的特性,避免了阴极附近的离子被排出土体,从而保持了土体离子的浓度,再通过简单地交换电源与电极棒接通的正负极之后，使得土壤中正负离子多次移动，加强了土壤的加固效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2外管的放大图，

图3是图2的A-A向截面视图，

图4内管的放大图，

图5图4的B-B向截面视图，

图6隔板的放大结构图，

附图标记列表：1—球形三通阀门，2—橡胶盖板，3—滤布，4—外管，5—反渗透膜，6—内管，7—射流泵，8—电极棒，9—隔板，10—抽吸管，11—导线，12—密封膜，13—砂垫层，14—软土。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构示意图，由图可见，本真空预压联合循环电渗的加固装置用于加固低承载力的地基，包括射流泵7、电源和两个外管4，所述两个外管4内分别插有内管6和电极棒8，其中一个外管4内的电极棒8通过导线11连接到电源的正极，另一个外管4内的电极棒8通过导线11连接到电源的负极，所述两个内管6均连接到射流泵7，所述两个外管4均插入到软土14中，软土14表面铺设有砂垫层13，所述砂垫层13表面铺设有密封膜12，所述两个外管4的顶部开口位于砂垫层13上方，电源给两个电极棒8通电后，两个电极棒8分别作为阴极和阳极，两个外管4周围的软土14中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，离子移动过程，起到加固软土14的作用，射流泵7启动后，射流泵7对内管6产生抽吸作用，外管4以及外管4周围的软土14中的水分就会在射流泵7的抽吸作用下流入到内管6，并被射流泵7抽吸排出，软土14中的水分排出，加固软土14。

所述每个外管4内的内管6和电极棒8之间均设置有隔板9，所述隔板9的底部与外管4的底部固定，隔板9的顶部延伸到外管4的开口处。

所述两个内管6均通过抽水管与射流泵7连接，所述两个内管6中的抽水管通过三通阀门1汇合到一个总的抽水管，该总的抽水管连接到射流泵7。

所述外管4的顶部开口中设置有盖板2，所述盖板2与外管4密封，抽吸管10穿过盖板2，抽吸管10的四周与盖板2密封，电极棒8穿过盖板2，电极棒8的四周与盖板2密封。盖板2能够让内管6和外管4内与地面以上空气中保持相对隔离，保持外管4和内管6在射流泵7的抽吸作用下，保持低压环境。

图2外管4的放大图，由图可见，所述外管4设置有底部，所述外管4的底部设置成锥体形状，外管4设置有若干个贯穿管壁的通孔，所述外管4的表面包覆有滤布3。

图4内管6的放大图，由图可见，内管6设置有若干个贯穿管壁的通孔，内管6表面包覆有反渗透膜5，反渗透膜5能够阻止土壤中的离子进入到内管6内部，防止土壤中的离子进入到内管6中，进而被射流泵7抽吸出去。

图3是图2的A-A向截面视图，图5图4的B-B向截面视图，由图可见，通孔均匀分布在外管4和内管6的四周。

图6隔板9的放大结构图，由图可见，隔板9设置有用于通过水分和空气的穿孔，穿孔的形状为任意形状，图中给出一种设置成扁条形的穿孔的具体实施例。

所述电极棒8选用钢筋。钢筋作为一种导电性能良好，且取材方便的材料，能够作为一种电极棒8的良好选材。

一种真空预压联合循环电渗的加固的方法，包括如下步骤：

（1）在软土14上覆盖砂垫层，再利用钻孔设备进行钻孔，在砂垫层上布设密封膜，以及在加固区边缘设置止水帷幕；

（2）固定外管：将两个规格一致的外管插入到步骤（1）所述的钻孔中，两个外管之间间隔一定距离，每个外管中均插有内管和电极棒，所述同一个外管中的内管和电极棒之间用隔板隔开，两个电极棒分别接通到电源的正极和负极，两个内管分别接通到射流泵；

（3）接通电极棒：将电源打开，两根电极棒接通电源，两个电极棒一个为阳极电极棒，另一个为阴极电极棒，软土14中的阳离子向阴极电极棒游走，软土14中的阴离子向阳极电极棒游走，阳离子和阴离子在软土14中分别朝向阴极电极棒和阳极电极棒游走的过程中，软土14被加固；

（4）抽吸水分：启动射流泵，射流泵能够同时抽吸内管中的水分和空气，内管周围环境中的水分和空气被射流泵抽吸排放出去，外管周围的软土14在水分和空气被抽吸的过程中，软土14会被加固；

（5）交换电源电极：当射流泵的排水量小于10升/立方米土/天时交换电源的电极，让原先接通电源正极端的电极棒接通电源的负极端，原先接通电源负极端的电极棒接通电源的正极端，原先的阳极电极棒变成阴极电极棒，原先的阴极电极棒变成阳极电极棒，原先的阳极电极棒周围的汇集的阴离子开始向现在的阳极电极棒游走，原先阴极电极棒周围汇集的阳离子开始向现在的阴极电极棒游走，阳离子和阴离子在游走的过程中，再次加固了软土14；

（6）反复步骤（5）若干次停止射流泵和中断电源；

（7）拔出外管，拆除电源和射流泵，在软土14中留下的外管形成的孔道中填充混凝土，形成桩基础，进一步增强土体的承载能力。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (7)

1.一种真空预压联合循环电渗的加固装置，该加固装置用于加固低承载力的地基，其特征是包括射流泵、电源和两个外管，所述两个外管内分别插有内管和电极棒，其中一个外管内的电极棒连接到电源的正极，另一个外管内的电极棒连接到电源的负极，所述两个内管均连接到射流泵，所述两个内管表面均包覆有反渗透膜，所述两个外管均插入到软土中，软土表面铺设有砂垫层，所述砂垫层表面铺设有密封膜，所述两个外管的顶部开口位于砂垫层上方，

电源给两个电极棒通电后，两个电极棒分别作为阴极和阳极，两个外管周围的软土中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，离子移动过程，起到加固软土的作用，射流泵启动后，射流泵对内管产生真空作用，外管周围的软土中的水分就会在射流泵的真空作用下流入到内管，并被射流泵抽吸排出，软土中的水分排出，加固软土；

所述内管和外管均设置有若干个贯穿管壁的通孔，所述外管的表面包覆有滤布；

所述外管设置有底部，所述外管的底部设置成锥体形状。

2.根据权利要求 1所述的一种真空预压联合循环电渗的加固装置，其特征是所述每个外管内的内管和电极棒之间均设置有隔板，所述隔板的底部与外管的底部固定，隔板的顶部延伸到外管的开口处。

3.根据权利要求 2 所述的一种真空预压联合循环电渗的加固装置，其特征是所述两个内管均通过抽水管与射流泵连接，所述两个内管中的抽水管通过三通阀门汇合到一个总的抽水管，该总的抽水管连接到射流泵。

4.根据权利要求 1 所述的一种真空预压联合循环电渗的加固装置，其特征是所述外管的顶部开口中设置有盖板，所述盖板与外管密封，抽吸管穿过盖板，抽吸管的四周与盖板密封，电极棒穿过盖板，电极棒的四周与盖板密封。

5.根据权利要求 1 所述的一种真空预压联合循环电渗的加固装置，其特征是所述电极棒选用钢筋。

6.一种真空预压联合循环电渗的加固的方法，其特征是包括如下步骤 ：

（1） 在软土上覆盖砂垫层，再利用钻孔设备进行钻孔，在砂垫层上布设密封膜， 以及在加固区边缘设置止水帷幕 ；

（2） 固定外管：将两个规格一致的外管插入到步骤（1）所述的钻孔中，两个外管之间间隔一定距离，每个外管中均插有内管和电极棒，同一个外管中的内管和电极棒之间用隔板隔开，两个电极棒分别接通到电源的正极和负极，两个内管分别接通到射流泵，两个内管表面均包覆有反渗透膜；

（3） 接通电极棒：将电源打开两根电极棒接通电源后一个成为阳极电极棒，另一个成为阴极电极棒，软土中的阳离子向阴极电极棒游走，软土中的阴离子向阳极电极棒游走，阳离子和阴离子在软土中朝向阳极电极棒和阴极电极棒游走的过程中，软土被加固；

（4） 抽吸水分：启动射流泵，射流泵能够同时抽吸内管中的水分和空气，内管周围环境中的水分和空气被射流泵抽吸排放出去，外管周围的软土在水分和空气被抽吸的过程中，软土会被加固 ；

（5） 交换电源电极：当射流泵的排水量小于 10 升 / 立方米土 / 天时交换电源的电极，让原先接通电源正极端的电极棒接通电源的负极端，原先接通电源负极端的电极棒接通电源的正极端，原先的阳极电极棒变成阴极电极棒，原先的阴极电极棒变成阳极电极棒，原先的阳极电极棒周围的汇集的阳离子开始向现在的阳极电极棒游走，原先阴极电极棒周围汇集的阳离子开始向现在的阴极电极棒游走，阳离子和阴离子在游走的过程中，再次加固了软土；

（6） 反复步骤（5）若干次停止射流泵和中断电源 ；

（7） 拔出外管，拆除电源和射流泵，在软土中留下的外管形成的孔道中填充混凝土，形成桩基础，进一步增强土体的承载能力。

7.根据权利要求 6 所述的一种真空预压联合循环电渗的加固的方法， 其特征是所述步骤 （5） 中选用的电源为不大于 60v 的直流电源。