CN107905211B - 一种新近吹填土快速结壳电渗电极及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程领域，涉及一种新近吹填土快速结壳电渗电极及其使用方法，电渗电极包括阳极、阴极、集水管和排水管；阳极和阴极之间安装有集水管，阴极上开设有透水孔，在通电条件下，新近吹填土内的水分通过透水孔进入集水管内，再通过伸入集水管内的排水管导出。使用方法包括制作电渗电极；压入电渗电极；安装真空泵；连接电路；接通电源，开始排水处理；地基表面硬壳层强度测量，停止排水。本发明的该电渗电极外接直流电源可以产生垂直电场，在直流电场的作用阳极附近土体含水率快速下降形成硬壳层，进而提高土体上部承载能力，为砂垫层铺设、插板等机械化施工作业提供有利条件。该发明可大大缩短新近吹填土地基处理施工工期。

Description

一种新近吹填土快速结壳电渗电极及其使用方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种新近吹填土快速结壳电渗电极及其使用方法。

背景技术

随着沿海地区经济建设的飞速发展，陆地资源紧缺，吹填造陆是缓解这一问题的有效途径。大规模吹填造陆形成了含水量高、压缩性大、强度低的软土甚至超软土地基。常见的软土地基处理方法有真空预压法、堆载预压法、复合地基等。为方便机械作业，地基处理前期施工往往需要地基具有一定承载力。

新近吹填土地基含水率极高、承载力几乎为零。一般需要经过多达2~3年的长时间晾晒，直到地基表面形成硬壳层，具有一定承载力才能进行砂垫层铺设、插板等一系列地基处理施工，严重影响工期。因此，如何使新近吹填土地地基表面快速形成硬壳层是目前需要解决的技术问题。

土壤中的电渗现象最早由俄国学者Reuss于1809年发现。研究表明，土体中的水在直流电场作用下由阳极向阴极流动，阳极附近土体含水率快速下降。采用上下电极排布方式，所产生的垂直电场将有利于表层吹填土快速结壳，形成硬壳层。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种新近吹填土快速结壳电渗电极。本发明的该电渗电极外接直流电源可以产生垂直电场，在直流电场的作用阳极附近土体含水率快速下降形成硬壳层，进而提高土体上部承载能力，为砂垫层铺设、插板等机械化施工作业提供有利条件。该发明可大大缩短新近吹填土地基处理施工工期。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新近吹填土快速结壳电渗电极，所述电渗电极包括阳极、阴极、集水管和排水管；所述阳极和阴极之间安装有集水管，所述阴极上开设有透水孔，在通电条件下，新近吹填土内的水分通过透水孔进入集水管内，再通过伸入集水管内的排水管导出。本发明的新近吹填土快速结壳电渗电极利用电渗现象，使新近吹填土地体中的水在电渗电极直流电场作用下由阳极向阴极流动，并在阴极处开始收集和导出，使阳极附近土体含水率快速下降，进而达到地基表面快速形成硬壳层的目的。

作为优选的技术方案：

进一步地，所述电渗电极还包括固定浮板，所述固定浮板安装在阳极上；所述阴极的外侧包覆有过滤层。

进一步地，所述阳极和阴极上均设有导线连接螺栓，电极导线对应安装在导线连接螺栓上，将阳极和阴极分别与直流电源的阳极和阴极连接。

进一步地，所述阳极和阴极的材料均为金属材料；所述集水管为竖向集水管；所述阳极包括阳极竖向主管和横向阳极棒；横向阳极棒安装在阳极竖向主管上；所述阴极包括阴极竖向主管和阴极排水管，阴极排水管安装在阴极竖向主管上，阳极竖向主管和阴极竖向主管之间安装有竖向集水管。

进一步地，所述横向阳极棒的数目不少于4根，横向阳极棒在同一平面等间距安装在阳极竖向主管上；所述阴极排水管的数目不少于4根，阴极排水管均以与阴极竖向主管的中心线向上呈85度的夹角安装在阴极竖向主管上，且阴极排水管安装后在水平面上的投影间距相等，阴极排水管呈一定角度有利于排水管中的水流进集水管。所述阴极竖向主管的下端还安装有铁鞋，所述铁鞋空芯锥形体。铁鞋为空芯锥形体，施工时有利于下穿土层。设置不少于4根阴极排水管及不少于4根横向阳极棒有利于形成均匀电场。

进一步地，所述阳极竖向主管和横向阳极棒采用焊接连接；所述阴极排水管和阴极排水管采用焊接连接；所述阴极竖向主管和阴极排水管上都均匀设置有透水孔。阴极排水管和阴极竖向主管的上面均匀布置0.3厘米的透水孔，孔边距离为0.3cm。

进一步地，所述横向阳极棒和阴极排水管之间的竖向距离为0.6-2m；阳极棒和阴极排水管的长度为0.2-1m，竖向集水管的长度不小于0.5m。

进一步地，所述竖向集水管由绝缘材料制成，采用螺纹接头分别与阳极竖向主管和阴极竖向主管连接；所述排水管伸入竖向集水管中且排水管的底端位于铁鞋中。排水管的底端位于铁鞋中可以更快速的排水。

进一步地，所述排水管的顶端连接有真空泵。采用真空泵抽取，不仅有利于快速排水，还可以快速抽取释放电极周围电解产生的气体，从而减小电极与土体接触面上的电阻，提高电渗效率。

进一步地，所述固定浮板为泡沫板；用固定夹将泡沫板固定在阳极上；所述过滤层为土工布。

泡沫板可根据现场吹填土实际承载力选择安装；安装位置为距离阳极竖向主管顶端5cm处。泡沫板直径为40cm，泡沫板的厚度为5cm，其上留有圆形的直径为4cm的阳极主管穿过区和直径为0.5cm的导线穿过孔。

阴极外包裹一层土工布起反滤作用，可以将细颗粒排除在外，防止堵塞电极。

本发明还提供了新近吹填土快速结壳电渗电极的使用方法，具体实施过程如下：

1）制作电渗电极：将电渗电极的各部件组装连接；本发明的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，安装时采用先主体后细节的安装方式，首先将阳极电极，集水管，阴极竖向主管采用螺纹接头的方式连接在一起；将电极导线分别与阳极电极和阴极电极连接，并采用捆扎的方式固定在集水管上；在整个阴极电极外围缠绕一层土工布；泡沫板安装在阳极竖向主管上，并用固定夹进行固定。

2）压入电渗电极：电渗电极由人工压入土体中，但必须保证其竖直压入土中；

3）安装真空泵：将场地中的真空泵与排水管接头相连接，将吸上的水引进蓄水区域；

4）连接电路：将电渗电极上电极导线分别与直流电源的阳极、阴极连接；

5）接通电源，开始排水处理：

6）地基表面硬壳层强度测量，停止排水。

有益效果

本发明的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，施工简单，价格低廉，可应用于吹填土地基处理领域，形成硬壳层，为机械施工提供有利条件。

本发明的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，充分利用电场作用下阳极区域土体含水率快速下降，实现新近吹填土表层快速结壳，大大缩短地基处理工期。

附图说明

图1为本发明的新近吹填土快速结壳电渗电极的整体结构示意图。

图2为本发明的电渗电极的阳极电极结构详图。

图3为本发明的电渗电极的阴极电极结构详图。

图4为本发明的横向阴极排水管结构详图。

图5为本发明的电渗电极场地安装布置及内部结构图。

其中，1-排水管，2-阳极竖向主管，3-泡沫板，4-横向阳极棒，5-螺纹接头，6-竖向集水管，7-导线连接螺栓，8-土工布，9-电极导线，10-阴极排水管，11-透水孔，12-铁鞋，13-固定套，14-阴极竖向主管，15-固定夹。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如附图1所示，是本发明的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，电渗电极包括阳极、阴极、集水管6和排水管1；阳极和阴极之间安装有集水管6，阴极上开设有透水孔11，在通电条件下，新近吹填土内的水分通过透水孔11进入集水管6内，再通过伸入集水管6内的排水管1导出。本发明的新近吹填土快速结壳电渗电极利用电渗现象，使新近吹填土地体中的水在电渗电极直流电场作用下由阳极向阴极流动，并在阴极处开始收集和导出，使阳极附近土体含水率快速下降，进而达到地基表面快速形成硬壳层的目的。

电渗电极还包括固定浮板，固定浮板安装在阳极上；阴极的外侧包覆有过滤层。

阳极和阴极上均设有导线连接螺栓7，电极导线9对应安装在导线连接螺栓7上，将阳极和阴极分别与直流电源的阳极和阴极连接。电极导线9分为红色导线和黑色导线，其中红色电极导线9与导线连接螺栓7相连接并与直流电源的正极相连接，黑色电极导线9进入阴极极竖向主管14上的导线连接螺栓7相连接，并与直流电源的负极连接。

阳极和阴极的材料均为金属材料；集水管6为竖向集水管6；阳极包括阳极竖向主管2和横向阳极棒4；横向阳极棒4安装在阳极竖向主管2上；阴极包括阴极竖向主管14和阴极排水管10，阴极排水管10安装在阴极竖向主管14上，阳极竖向主管2和阴极竖向主管14之间安装有竖向集水管6。

如图2横向阳极棒4的数目为4根，横向阳极棒4在同一平面等间距垂直安装在阳极竖向主管2上；如图3所示，阴极排水管10的数目为4根，阴极排水管10均以与阴极竖向主管14的中心线向上呈85度的夹角安装在阴极竖向主管14上，且阴极排水管10安装后在水平面上的投影相互垂直；阴极竖向主管14的下端还安装有铁鞋12，铁鞋12空芯锥形体。铁鞋12为空芯锥形体，施工时有利于下穿土层。

阳极竖向主管2和横向阳极棒4采用焊接连接；阴极排水管10和阴极排水管10采用焊接连接；如图4所示，阴极竖向主管14和阴极排水管10上都均匀设置有透水孔11。阴极排水管10和阴极竖向主管14的上面均匀布置0.3厘米的透水孔11，孔边距离为0.3cm。

横向阳极棒4和阴极排水管10之间的竖向距离为0.6m；阳极棒和阴极排水管10的长度为30cm，竖向集水管6的长度为80cm。

竖向集水管6由绝缘材料制成，采用螺纹接头5分别与阳极竖向主管2和阴极竖向主管14连接；排水管1伸入竖向集水管6中且排水管1的底端位于铁鞋12中。排水管1的底端位于铁鞋12中可以更快速的排水。

排水管1的顶端连接有真空泵。采用真空泵抽取，不仅有利于快速排水，还可以快速抽取释放电极周围电解产生的气体，从而减小电极与土体接触面上的电阻，提高电渗效率。排水管1的上端与阳极竖向主管之间安装有固定套13。

固定浮板为泡沫板3；用固定夹15将泡沫板3固定在阳极上；过滤层为土工布8。

泡沫板3可根据现场吹填土实际承载力选择安装；安装位置为距离阳极竖向主管2顶端5cm处。泡沫板3直径为40cm，泡沫板3的厚度为5cm，其上留有圆形的直径为4cm的阳极主管穿过区和直径为0.5cm的导线穿过孔。

阴极外包裹一层土工布8起反滤作用，可以将细颗粒排除在外，防止堵塞电极。

使用过程：本发明的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，安装时采用先主体后细节的安装方式，首先将阳极电极，集水管6，阴极竖向主管采用螺纹接头的方式连接在一起；将电极导线9分别与阳极电极和阴极电极连接，并采用捆扎的方式固定在集水管6上；在整个阴极电极外围缠绕一层土工布；泡沫板3安装在阳极竖向主管2上，并用固定夹15进行固定。

本发明的新近吹填土快速结壳电渗电极，具体实施过程如下：

1）制作电渗电极：

根据上述说明在电渗安装之前预先制备电渗电极。阴阳电极的具体间距应该根据吹填土的具体情况适当缩减。

2）压入电渗电极：

电渗电极可由人工压入土体中，但必须保证其竖直压入土中。

3）安装真空泵

将场地中的真空泵1号与排水管1接头相连接，在电渗作用和真空吸力作用下大量的水都会聚集每个电极低端的铁鞋12处，在地面上将多个电渗电极的吸水管1连接，最后将总的吸水管与与真空泵连接，将底部的水吸上地面，真空泵的规格根据电极数量的多少确定，一般使用小型真空泵均可满足吸水要求，最后将吸上的水引进蓄水区域。

4）连接电路

在预留下两个电极导线9分别是黑色导线和红色导线，黑色导线是阴极，红色导线是阳极，红色导线将于直流电源的阳极连接，黑色导线将于直流电源的阴极连接。

5）接通电源，开始处理：

完成以上步骤后，只需要根据设计方案设定电源输出电压或输出电流，如图5所示，然后开始电渗处理。在通电一端时间后，根据强度测量，可进行夯实。本新型发明工作时由于必须保证电极竖向效果更明显，因此在阳极竖向主管2的上端增加泡沫板3，是得电渗电极在电渗初始阶段保持竖直方向。

实施例2

实施例2的新近吹填土快速结壳电渗电极与实施例1基本相同，区别点仅在于：横向阳极棒的数目为6根，横向阳极棒在同一平面等间距（或者说等60度夹角垂直安装在阳极竖向主管上）安装在阳极竖向主管上；所述阴极排水管的数目同样也为6根，阴极排水管均以与阴极竖向主管的中心线向上呈85度的夹角安装在阴极竖向主管上，且阴极排水管安装后在水平面上的投影间距相等（即阴极排水管的投影间以等60度夹角排列）；阴极排水管呈一定角度有利于排水管中的水流进集水管；阴极竖向主管的下端还安装有铁鞋，铁鞋空芯锥形体。铁鞋为空芯锥形体，施工时有利于下穿土层。

横向阳极棒4和阴极排水管10之间的竖向距离为2m；阳极棒和阴极排水管10的长度为20cm，竖向集水管6的长度为85cm。

实施例3

实施例3的新近吹填土快速结壳电渗电极与实施例1基本相同，区别点仅在于：横向阳极棒的数目为10根，横向阳极棒在同一平面等间距（或者说等36度夹角垂直安装在阳极竖向主管上）安装在阳极竖向主管上；所述阴极排水管的数目同样也为10根，阴极排水管均以与阴极竖向主管的中心线向上呈85度的夹角安装在阴极竖向主管上，且阴极排水管安装后在水平面上的投影间距相等（即阴极排水管的投影间以等36度夹角排列）；阴极排水管呈一定角度有利于排水管中的水流进集水管；阴极竖向主管的下端还安装有铁鞋，铁鞋空芯锥形体。铁鞋为空芯锥形体，施工时有利于下穿土层。

横向阳极棒4和阴极排水管10之间的竖向距离为1.5m；阳极棒和阴极排水管10的长度为1m，竖向集水管6的长度为50cm。

实施例2以及实施例3的电渗电极与实施例1的电渗电极使用方法相同。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种新近吹填土快速结壳电渗电极，其特征是：所述电渗电极包括阳极、阴极、集水管和排水管；所述阳极和阴极之间安装有集水管，所述阴极上开设有透水孔，在通电条件下，新近吹填土内的水分通过透水孔进入集水管内，再通过伸入集水管内的排水管导出；

所述电渗电极还包括固定浮板，所述固定浮板安装在阳极上；所述阴极的外侧包覆有过滤层；所述固定浮板为泡沫板；用固定夹将泡沫板固定在阳极上；所述过滤层为土工布；所述阳极和阴极的材料均为金属材料；所述集水管为竖向集水管；所述阳极包括阳极竖向主管和横向阳极棒；横向阳极棒安装在阳极竖向主管上；所述阴极包括阴极竖向主管和阴极排水管，阴极排水管安装在阴极竖向主管上，阳极竖向主管和阴极竖向主管之间安装有竖向集水管。

2.根据权利要求1所述的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，其特征在于，所述阳极和阴极上均设有导线连接螺栓，电极导线对应安装在导线连接螺栓上，将阳极和阴极分别与直流电源的阳极和阴极连接。

3.根据权利要求1所述的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，其特征在于，所述横向阳极棒的数目不少于4根，横向阳极棒在同一平面等间距安装在阳极竖向主管上；所述阴极排水管的数目不少于4根，阴极排水管均以与阴极竖向主管的中心线向上呈85度的夹角安装在阴极竖向主管上，且阴极排水管安装后在水平面上的投影间距相等；所述阴极竖向主管的下端还安装有铁鞋，所述铁鞋为空芯锥形体。

4.根据权利要求1所述的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，其特征在于，所述阳极竖向主管和横向阳极棒采用焊接连接；所述阴极竖向主管和阴极排水管采用焊接连接；所述阴极竖向主管和阴极排水管上都均匀设置有透水孔。

5.根据权利要求1所述的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，其特征在于，所述横向阳极棒和阴极排水管之间的竖向距离为0.6-2m；阳极棒和阴极排水管的长度为0.2-1m，竖向集水管的长度不小于0.5m。

6.根据权利要求3所述的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，其特征在于，所述竖向集水管由绝缘材料制成，采用螺纹接头分别与阳极竖向主管和阴极竖向主管连接；所述排水管伸入竖向集水管中且排水管的底端位于铁鞋中。

7.根据权利要求6所述的一种新近吹填土快速结壳电渗电极，其特征在于，所述排水管的顶端连接有真空泵。

8.根据权利要求1-7任一所述的新近吹填土快速结壳电渗电极的使用方法，其特征在于，具体实施过程如下：

1)制作电渗电极：将电渗电极的各部件组装连接；

2)压入电渗电极：电渗电极由人工压入土体中，但必须保证其竖直压入土中；

3)安装真空泵：将场地中的真空泵与排水管接头相连接，将吸上的水引进蓄水区域；

4)连接电路：将电渗电极上电极导线分别与直流电源的阳极、阴极连接；

5)接通电源，开始排水处理：

6)地基表面硬壳层强度测量，停止排水。