CN108385654B - 一种带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带电溶胶结合真空‑电渗加固软基的方法，本方法是通过电化学向待加固软基区注入一种带电溶胶(TiO2溶胶)，利用前期真空预压技术排出部分自由水，带电溶胶失水沉淀析出固体颗粒，由于TiO2作为一种纳米材料，其颗粒粒径非常小，可以有效填充土颗粒间的孔隙；此外，后期采用电渗法进行排水固结时，带电的TiO2纳米材料在直流电场作用下在土体中不断运动但不扰动土体，促进了土体中自由水的排出，有效改善了排水固结的效果。本发明将带电溶胶与真空‑电渗有机结合在一起，二者相辅相成，相互促进，通过真空预压使得溶胶析出固体颗粒填充土颗粒间的孔隙，并且其可以有效提高电渗效率，促进土中自由水的排出，大大改善了排水固结的效果。

Description

一种带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法
技术领域
本发明涉及一种带电溶胶在软基加固中的应用以及真空-电渗复合法，属于地基土体加固的技术领域。
背景技术
在我国某些沿海、环湖的广大地区中，由于所处地理环境的特殊性，导致土层条件较为复杂，土体种类大多以软弱粘土为主，其具有独特的高含水率、高压缩性、低渗透性和低抗剪强度等不良性质，因此，在工程建设时期遇到此类软粘土地基时，需要采用特殊的加固措施进行处理。目前工程上加固软弱地基的常规处理方法有堆载预压法、真空预压法、电渗法、以及真空-电渗法等。
现有技术一的技术方案
堆载预压法主要通过先在软基中不同部位施打塑料排水板或袋装砂井，堆载前于堆载预压土方的底面铺设一土工布层，以利于预压均匀、土方卸除，然后在软基上加载预压，使土体中的孔隙水沿排水板排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度得到了有效的提高。
现有技术一的缺点
该加固方法在加固过程中需要控制一定的堆载速率，施工有一定困难，施工工期长，工程造价较高；当软粘土土层厚度较大时，堆载预压处理效果不佳。
现有技术二的技术方案
真空预压法通过铺设水平排水砂垫层和在软基中设置竖向排水体，再在砂垫层上铺设不透气的封闭膜，通过真空装置作用使土体中形成负压，将土体孔隙中的水排出，从而增加有效应力，使土体产生固结，减少后期沉降，提高地基承载力。
现有技术二的缺点
该加固方法虽然已广泛用于软土地基处理与围垦造地等工程，但由于塑料排水板淤堵、土体加固后真空度传递受阻等影响，易出现诸如真空预压法后期处理效率降低、处理效果不明显等问题。
现有技术三的技术方案
电渗法通过在地基土中插入金属电极，并通以直流电，在电场作用下，土中水从阳极流向阴极并在阴极将其排出，从而降低了高粘性土的含水率，改善了地基土的强度。
现有技术三的缺点
该方法存在金属电极易腐蚀、电量和电极消耗较大等问题，电渗过程中逸出的气泡影响加固效果。
现有技术四的技术方案
一种带电核壳纳米材料联合电渗法通过带电核壳纳米材料和某些化学物质注入软弱土中，然后借助于电渗法对软弱土进行处理。
现有技术四的缺点
该方法虽然能达到加快软弱土电渗排水速度、提高排水效率的目的，但是在电渗过程中也存在金属电极易腐蚀、电量和电极消耗较大等问题，电渗过程中逸出的气泡影响了加固效果。
现有技术五的技术方案
真空-电渗法主要通过前期使用真空预压法加固软土地基，排出土体孔隙中的部分自由水；后期真空预压法加固效果逐渐减弱时采用电渗法，同时抽真空不停止。
现有技术五的缺点
该方法所使用的导电塑料排水板易弯折，排水效果不佳特别是后期排水能力明显下降，加固后土体强度不均匀。
发明内容
本发明的目的在于针对上述软弱地基加固技术中存在的诸多问题与不足，提出一种能够快速、高效、绿色、经济的软基加固方案。本发明提出的一种带电溶胶结合真空-预压加固软基的方法的原理是通过电化学向待加固软基区注入一种带电溶胶（TiO2溶胶），利用前期真空预压技术排出部分自由水，带电溶胶失水沉淀析出固体颗粒，由于TiO2作为一种纳米材料，其颗粒粒径非常小，可以有效填充土颗粒间的孔隙；此外，后期采用电渗法进行排水固结时，带电的TiO2纳米材料在直流电场作用下在土体中不断运动但不扰动土体，促进了土体中自由水的排出，有效改善了排水固结的效果。本发明将带电溶胶与真空-电渗有机结合在一起，二者相辅相成，相互促进，通过真空预压使得溶胶析出固体颗粒填充土颗粒间的孔隙，并且其可以有效提高电渗效率，促进土中自由水的排出，大大改善了排水固结的效果，从而形成一种新的软基加固方案。
一种带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于该方法步骤如下：
（1）在待加固软基区6上钻孔并放置EKG管a3与EKG管b4，EKG管成列间隔布置，通过导线将EKG管a3与直流电源12的阳极相连接作为阳极管，EKG管b4与直流电源12的阴极相连接作为阴极管，从而构成阴极管与阳极管成列间隔布置；
（2）将预先准备好的0.1~0.2mol/LTiO2溶胶1利用蠕动泵2注入EKG管a3中。与此同时，闭合直流电源12的开关，在阴极管与阳极管之间的区域内形成一个直流电场，在直流电场作用4~8h后，切断直流电源12的开关；
（3）重复步骤（2）3~5次，使得TiO2溶胶1与土颗粒充分混合均匀；
（4）在待加固软基区表面铺设砂垫层13，形成水平方向排水通道，并在砂垫层内铺设用于排水的主管（与已有的竖向EKG管相接），并用胶皮管将此类主管与抽真空设备10连成一体；再在砂垫层13上覆盖不透气的密封膜8，使待加固软基区6与大气隔绝形成密封系统；然后利用抽真空设备将密封膜8下的空气抽出，进行排水固结，直至待加固软基区6沉降稳定，孔隙水无法继续有效排出；
（5）打开直流电源12开关，通以直流电，在电场作用下，土中的孔隙水从阳极流向阴极并在阴极将其排出，与此同时，真空预压继续进行。直至待加固软基区6沉降稳定，孔隙水无法继续有效排出时，停止真空-电渗。
2.所述的带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于利用EKG管将带电溶胶通过电渗作用注入待加固软基区中。
3.所述的带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于采用TiO2纳米材料制作溶胶，进行电化学注浆，其浓度为0.1~0.2mol/L。
4.所述的带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于每次采用电渗法将溶胶注入软基的过程，需通电4~8h。
5.所述的带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于EKG管既能够作为注浆管又能作为排水管。
6.所述的带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于将带电溶胶纳米材料与真空-电渗进行有机结合。
本发明的有益效果：
（1）通过真空预压作用排出土体中的部分自由水使得TiO2溶胶产生沉淀，由于TiO2纳米材料颗粒粒径非常小，可以有效填充土颗粒间的空隙，能够进一步提高土体强度。
（2）电渗过程中，带电的TiO2纳米材料能够在不扰动土体的前提下不断运动，促进软基中孔隙水的排水，提高了电渗效率，改善了软基加固的效果。
（3）纳米TiO2具有较高的化学稳定性，热稳定性和非迁移性，且无味、无毒、无刺激性，使用安全。
（4）本发明所使用的EKG管既能够作为带电溶胶的管，又能作为真空-电渗的排水管，也能作为电极材料使用，操作简单，避免了仪器的拆除安装等冗余工作。
附图说明
图1是电渗过程图
图2是真空预压过程图
图中：1-TiO2溶胶，2-蠕动泵，3-EKG管a，4-EKG管b，5-出液口，6-待加固软基区，7-电场方向，8-密封膜，9-大气压力，10-抽真空设备，11-密封沟，12-直流电源，13-砂垫层。
具体实施方式
在本例中，一种带电溶胶结合真空-电渗的方法用于加固软基，该方法包括以下步骤：
（1）在待加固软基区6上钻孔并放置EKG管a3与EKG管b4，EKG管成列间隔布置，通过导线将EKG管a3与直流电源12的阳极相连接作为阳极管，EKG管b4与直流电源12的阴极相连接作为阴极管，从而构成阴极管与阳极管成列间隔布置；
（2）将预先准备好的0.1~0.2mol/LTiO2溶胶1利用蠕动泵2注入EKG管a3中。与此同时，闭合直流电源12的开关，在阴极管与阳极管之间的区域内形成一个直流电场，在直流电场作用4~8h后，切断直流电源12的开关；
（3）重复步骤（2）3~5次，使得TiO2溶胶1与土颗粒充分混合均匀；
（4）在待加固软基区表面铺设砂垫层13，形成水平方向排水通道，并在砂垫层内铺设用于排水的主管（与已有的竖向EKG管相接），并用胶皮管将此类主管与抽真空设备10连成一体；再在砂垫层13上覆盖不透气的密封膜8，使待加固软基区6与大气隔绝形成密封系统；然后利用抽真空设备将密封膜8下的空气抽出，进行排水固结，直至待加固软基区6沉降稳定，孔隙水无法继续有效排出；
（5）打开直流电源12开关，通以直流电，在电场作用下，土中的孔隙水水从阳极流向阴极并在阴极将其排出，与此同时，真空预压继续进行。直至待加固软基区6沉降稳定，孔隙水无法继续有效排出时，停止真空-电渗。
在本例中，一种带电溶胶结合真空-电渗的加固机理为：1、抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结；2、真空预压作用排出了土体中的部分自由水，TiO2溶胶失水产生沉淀，由于其颗粒粒径非常小，有效填充了土颗粒间的空隙，进一步改善了土体强度；3、电渗法在两端通以直流电，土中自由水和弱结合水因自身分子的极性而在直流电场作用下被拖拽向阴极移动并排出；4、有电场作用时，带电的TiO2纳米材料能够在不扰动土体的条件下不断运动，能够有效促进软基中孔隙水的排水，提高了电渗效率，改善了软基加固的效果。

Claims (3)

1.一种带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于该方法步骤如下：
（1）在待加固软基区（6）上钻孔并放置EKG管a（3）与EKG管b（4），EKG管成列间隔布置，通过导线将EKG管a（3）与直流电源(12)的阳极相连接作为阳极管，EKG管b（4）与直流电源(12)的阴极相连接作为阴极管，从而构成阴极管与阳极管成列间隔布置；
（2）将预先准备好的0.1~0.2mol/LTiO2溶胶(1)利用蠕动泵(2)注入EKG管a（3）中；与此同时，闭合直流电源(12)的开关，在阴极管与阳极管之间的区域内形成一个直流电场，在直流电场作用4~8h后，切断直流电源（12）的开关；
（3）重复步骤（2）3~5次，使得TiO2溶胶（1）与土颗粒充分混合均匀；
（4）在待加固软基区表面铺设砂垫层（13），形成水平方向排水通道，并在砂垫层内铺设用于排水的主管，并用胶皮管将此类主管与抽真空设备（10）连成一体；再在砂垫层（13）上覆盖不透气的密封膜（8），使待加固软基区（6）与大气隔绝形成密封系统；然后利用抽真空设备将密封膜（8）下的空气抽出，进行排水固结，直至待加固软基区（6）沉降稳定，孔隙水无法继续有效排出；
（5）打开直流电源（12）开关，通以直流电，在电场作用下，土中的孔隙水从阳极流向阴极并在阴极将其排出，与此同时，真空预压继续进行，直至待加固软基区（6）沉降稳定，孔隙水无法继续有效排出时，停止真空-电渗。
2.根据权利要求1所述的带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于采用TiO2纳米材料制作溶胶，进行电化学注浆，其浓度为0.1~0.2mol/L。
3.根据权利要求1所述的带电溶胶结合真空-电渗加固软基的方法，其特征在于将带电溶胶纳米材料与真空-电渗进行有机结合。
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