CN108612078B - 一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，安装好装置后，打开直流电源，通电电渗，将与直流电源阴极连接圈列所连接的水平连通管连接至真空泵，进行排水操作，保持一定水位以保证进行电渗反应的溶液环境，待排水操作进行一段时间后，将真空泵撤去，并连接鼓风机，对各电极进行鼓风吹气，加快气泡的排出，循环进行排水操作和鼓风操作，直至排水速率降低或者排水量趋于零时，阳、阴极进行电极反转操作，同时将真空泵或鼓风机连接至相对圈列的水平连通管，然后继续通电电渗；本发明有效地解决了电极腐蚀、气泡聚集囤积的问题，提高了电渗效率，缩短工期；且施工工艺简单，可操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及软土地基加固领域，具体涉及一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法。
背景技术
淤泥质土为主的软土地基因其土体含水率较大、渗透性较低、承载能力差等缺点，在建筑施工过程中常常出现沉降不均匀、地基稳定性差等技术难题。随着沿海地区经济发展的需要，软土地基的加固处理需求也越来越多。电渗法通过在土体两端通以直流电，使得土体中存在一定的电势梯度，并在短时间内对土体进行加速渗透排水，从而起到固结土体的目的。电渗法具有固结速度快、施工工期短等优点，在沿海地区得到了一定的应用；但是，由于受电极产气滞留、耗电量大等因素影响，一定程度上限制了其广泛推广应用。
在本发明专利之前，中国申请发明专利“一种碳纤维水泥搅拌桩联合电渗法加固软基施工方法”（申请号：201710978220.5）公开了一种碳纤维水泥搅拌桩联合电渗法加固软基施工方法；该技术方案通过在水泥搅拌桩中加入导电的碳纤维、含碳纤维水泥搅拌桩顶部布置导电块共同组成电极，有效地解决了电极腐蚀、气泡聚集囤积的问题；然而，该技术方案电渗作用范围相对较小，电极的导电性能有待提高。
中国申请发明专利“一种基于管状EKG电极的电渗土桩处理软基的方法”（申请号：201610542272.3）公开了一种基于管状EKG电极的电渗土桩处理软基的方法；该技术方案利用一根管状EKG电极作为中心电极，以该电极中心为轴线，环状阵列布设两圈管状EKG电极作为次外圈电极和外圈电极；该技术方案解决了电极腐蚀和排水的问题，然而对气泡聚集问题却无法解决，且EKG电极电阻相对过大、价格高，电渗效率相对较低。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，电渗法中埋设电极位置的孔洞中设置包裹了土工布、内含多孔铜管的盲沟，解决电渗法加固软基中阴极气泡聚集囤积问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，包括如下步骤：
步骤1、定位及钻孔：在预电渗处理软基中确定中心布点，以中心布点为轴心，向外以梅花形布点方式布设一组圈列，根据场地大小设有若干组圈列，然后对布点进行钻孔；
步骤2、排水系统施工：将管外包裹有渗水土工布的管状盲沟插入钻孔，再将带孔电极插入管状盲沟内部，带孔电极和管状盲沟高出钻孔顶部300~500mm，往带孔电极中插入排水管，排水管高出电极200~400mm；
步骤3、铺设砂垫层：在软基表面铺设水平砂垫层，带孔电极和管状盲沟均露出水平垫砂层150~200mm；
步骤4、带孔电极连接：中心布点处的带孔电极通过第一电缆线依次与外圈列各带孔电极和直流电源一端接口串联连接，次外圈列各带孔电极通过第二电缆线依次与电流表和直流电源另一端接口串联连接，带孔电极顶端套有绝缘皮套；
步骤5、排水管连接：同一圈列的各排水管穿过绝缘皮套与水平连通管并联连接，位于同一圈列端部的水平连通管连接有真空泵或鼓风机；
步骤6、电渗及消除气泡过程：打开直流电源，通电电渗，将与直流电源阴极连接圈列所连接的水平连通管连接至真空泵，进行排水操作，保持一定水位以保证进行电渗反应的溶液环境，待排水操作进行一段时间后，将真空泵撤去，并连接鼓风机，对各带孔电极进行鼓风吹气，加快气泡的排出，循环进行排水操作和鼓风操作，直至排水速率降低或者排水量趋于零时，阳、阴带孔电机进行电极反转操作，同时将真空泵或鼓风机连接至相对圈列的水平连通管，然后继续通电电渗；
步骤7、试验终止条件：随着通电时间的持续，若阳极铜管周边土体将出现泛白、开裂现象，此时检查阴极流出水量是否趋于零，若趋于零，则停止电渗法施工，完成软基处理过程。
优选的，所述钻孔孔径为300~500mm，孔深为10~20m。
优选的，所述管状盲沟，其外径为250~470mm、比钻孔孔径小30~50mm，内径为150~250mm，管状盲沟布置在从孔洞底部贯穿至土层表面。
优选的，所述带孔电极，为多孔铜管，其外径为80~100mm，铜管下部四面对称均匀分布间距为40~60mm、孔径为5~10mm的小孔，铜管上部采用绝缘涂料进行保护，铜管顶端套上绝缘皮套，阳、阴带孔电极采用相同的铜管方便施工和带孔电极反转；铜管布置间距在2~6m之间，且阳、阴带孔电极成圈列交叉布置。
优选的，所述排水管，外径为40~60mm，采用三型聚丙烯管（PPR管），管厚为4~7mm，贯穿整个电极，并高出电极200mm。
优选的，所述水平连通管，采用PPR管，外径和管厚与排水管保持一致，通过三通接头与排水管相连接。
优选的，所述砂垫层，为级配良好的中粗砂，渗透系数大于1×10-2cm/s，垫层厚度为150~250mm。
优选的，所述绝缘皮套为聚氯乙烯（PVC）材料，其厚度为1.5~2mm，形状和尺寸根据带孔电极和排水管尺寸确定。
优选的，所述直流电源，其电压为30~45V，通电时间根据软基含水率和地基承载力而定，当电渗排水后软基含水率不超过40%时，停止电渗施工。
优选的，所述同一圈列的各排水管通过三通接头与水平连通管并联连接。
本发明的有益之处在于：本发明的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，有效地解决了电极腐蚀、气泡聚集囤积的问题，提高了电渗效率，缩短工期；且施工工艺简单，可操作性强。
附图说明
图1是本发明的电极结构及布置示意图。
图2是本发明的钻孔内部A-A横截面图结构示意图。
图3是本发明的平面布置结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、盲沟，2、砂垫层，3、电极，301、小孔，302、绝缘涂料，303、绝缘皮套，4、排水管，5、电缆线，501、第一电缆线，502、第二电缆线，6、三通接头，7、水平连通管，8、软基，9、土工布，10、围栏和警示牌，11、真空泵或鼓风机，12、直流电源，13、电流表。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1-3所示，一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，包括如下步骤：
步骤1、定位及钻孔：在预电渗处理软基8中确定中心布点，以中心布点为轴心，向外以梅花形布点方式布设一组圈列，根据场地大小设有若干组圈列，然后对布点进行钻孔，采用旋挖钻机施工工艺，钻孔的孔径为300~500mm，孔深为10~20m；
步骤2、排水系统施工：将管外包裹有渗水土工布9的管状盲沟1插入钻孔，再将带孔电极3插入管状盲沟1内部，管状盲沟1的外径为250~470mm、比钻孔孔径小30~50mm，内径为150~250mm，管状盲沟1外表面包裹有渗水土工布9，布置在从孔洞底部贯穿至土层表面；带孔电极3和管状盲沟1高出钻孔顶部300~500mm，往带孔电极3中插入排水管4，排水管4高出带孔电极3约 200~400mm；
步骤3、铺设砂垫层2：在软基8表面铺设水平砂垫层2，带孔电极3和管状盲沟1均露出土层150~200mm；
步骤4、带孔电极3连接：中心布点处的带孔电极3通过第一电缆线501依次与外圈列各带孔电极3和直流电源12一端接口串联连接，次外圈列各带孔电极3通过第二电缆线502依次与电流表13和直流电源12另一端接口串联连接，带孔电极3顶端套有绝缘皮套303；
步骤5、排水管4连接：同一圈列的各排水管4穿过绝缘皮套303与水平连通管7并联连接，位于同一圈列端部的水平连通管7连接有真空泵或鼓风机11；
步骤6、电渗及消除气泡过程：打开直流电源12，通电电渗，将与直流电源12阴极连接圈列所连接的水平连通管7连接至真空泵，进行排水操作，保持一定水位以保证进行电渗反应的溶液环境，待排水操作进行一段时间后，将真空泵撤去，并连接鼓风机，对各带孔电极3进行鼓风吹气，加快气泡的排出，循环进行排水操作和鼓风操作，当排水速率降低或者排水量趋于零时，阳、阴带孔电机进行电极反转操作，同时将真空泵或鼓风机11连接至相对圈列的水平连通管7，然后继续通电电渗；
步骤7、试验终止条件：随着通电时间的持续，若阳极铜管周边土体将出现泛白、开裂现象，此时检查阴极流出水量是否趋于零，若趋于零，则停止电渗法施工，完成软基8处理过程。
所述带孔电极3，为多孔铜管，其外径为80~100mm，铜管下部四面对称均匀分布间距为40~60mm、孔径为5~10mm的小孔301，铜管上部采用绝缘涂料302进行保护，铜管顶端套上绝缘皮套303，阳、阴带孔电极3采用相同的铜管方便施工和带孔电极3反转；铜管布置间距在2~6m之间，且阳、阴带孔电极3成圈列交叉布置。
所述排水管4，外径为40~60mm，采用三型聚丙烯管（PPR管），管厚为4~7mm，贯穿整个带孔电极3，并高出带孔电极3约 200mm。
所述水平连通管7，采用PPR管，外径和管厚与排水管4保持一致，通过三通接头6与排水管4相连接。
所述砂垫层2，为级配良好的中粗砂，渗透系数大于1×10-2cm/s，垫层厚度为150~250mm。
所述绝缘皮套材料，为聚氯乙烯（PVC）材料，其厚度为1.5~2mm，形状和尺寸根据电极3和排水管4尺寸确定。
所述直流电源12，其电压为30~45V，通电时间根据软基8含水率和地基承载力而定，当电渗排水后软基8含水率不超过40%时，停止电渗施工。
实施例：首先，平整场地，在电渗处理软基8的周边建立围栏和警示牌10；钻孔设计，带孔电极3布置以场地中心设置的钻孔为中心布点处的带孔电极3，向外以梅花形布点方式布设一组圈列，根据场地大小继续向外设置多组圈列，本实施例设有两组圈列，分别为外圈列和次外圈列；测量放线，在设计位置进行放样，并进行复核、定位；利用旋挖钻机在设计位置进行打孔操作，孔径为300mm，至设计要求深度后，撤出钻头，插入包裹有渗水土工布9的管状盲沟1，再将铜管放入管状盲沟1内部，将排水管4插入铜管中并高出其顶部100mm，用绝缘涂料302涂抹到铜管上部进行保护，中心布点处的带孔电极3通过第一电缆线501依次与外圈列各带孔电极3和直流电源12一端接口串联连接，次外圈列各带孔电极3通过第二电缆线502依次与电流表13和直流电源12另一端接口串联连接，穿过排水管4在铜管顶端套上绝缘皮套303；
其次，在软基8地表铺设一层100mm砂垫层2，且要保证管状盲沟1和铜管要露出土层150mm，将同一圈列的各水平连通管7、排水管4通过三通接头6连接；
然后，将同阴极连接的圈列所连接的水平连通管7端部连接真空泵，电缆线5与直流电源12、电流表13相连，通电电渗，真空泵通过水平连通管7对管状盲沟1进行排水操作，保持一定水位以保证电渗的正常进行，待排水操作进行一段时间后，将真空泵撤去，并连接鼓风机，利用鼓风机通过水平连通管7对铜管进行鼓风吹气，加速气泡排出；当排水速率明显降低或者排水量趋于零时，阳、阴带孔电极进行电极反转操作，同时将真空泵或者鼓风机连接相对圈列的水平连通管7，然后继续通电电渗；随着通电时间的持续，阳极铜管附近周边土体将出现泛白、开裂现象，阴极流出水量趋于零时，停止电渗法施工。
最后，在电渗法施工完成后，可拔出管状盲沟1、铜管和排水管4，供重复利用。
其中，在本实施案例中，旋挖钻机钻出的孔径为300mm，深度为10m，带孔电极3中心间距为3m；管状盲沟1外径为260mm，内径为160mm，管状盲沟1四周已经事先包裹好渗水土工布9；带孔电极3为多孔铜管，其外径为100mm，铜管下部四面对称均匀分布间距为40mm、孔径为5mm的小孔301，铜管上部采用绝缘涂料302进行保护，其顶端套有绝缘皮套303；砂垫层2采用级配良好，厚度为100mm的中粗砂；排水管4和水平连通管7外径为50mm，壁厚为6mm；直流电源12额定电压为40V。
在本实施案例的施工区区段中，包裹了土工布9的管状盲沟1、带孔电极3和排水管4组成的复合带孔电极3按梅花形布点方式布设。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、定位及钻孔：在预电渗处理软基（8）中确定中心布点，以中心布点为轴心，向外以梅花形布点方式布设一组圈列，根据场地大小设有若干组圈列，然后对布点进行钻孔；
步骤2、排水系统施工：将管外包裹有渗水土工布的管状盲沟（1）插入钻孔，再将带孔电极（3）插入管状盲沟（1）内部，带孔电极（3）和管状盲沟（1）高出钻孔顶部300~500mm，往带孔电极（3）中插入排水管（4），排水管（4）高出带孔电极（3）200~400mm；
步骤3、铺设水平砂垫层（2）：在软基（8）表面铺设水平砂垫层（2），带孔电极（3）和管状盲沟（1）均露出水平砂垫层150~200mm；
步骤4、带孔电极（3）连接：中心布点处的带孔电极（3）通过第一电缆线（501）依次与外圈列各带孔电极（3）和直流电源一端接口串联连接，次外圈列各带孔电极（3）通过第二电缆线（502）依次与电流表和直流电源另一端接口串联连接，带孔电极（3）顶端套有绝缘皮套（303）；
步骤5、排水管（4）连接：同一圈列的各排水管（4）穿过绝缘皮套（303）与水平连通管（7）并联连接，位于同一圈列端部的水平连通管（7）连接有真空泵或鼓风机；
步骤6、电渗及消除气泡过程：打开直流电源，通电电渗，将与直流电源阴极连接圈列所连接的水平连通管（7）连接至真空泵，进行排水操作，保持一定水位以保证进行电渗反应的溶液环境，待排水操作进行一段时间后，将真空泵撤去，并连接鼓风机，对各带孔电极（3）进行鼓风吹气，加快气泡的排出，循环进行排水操作和鼓风操作，直至排水速率降低或者排水量趋于零时，阳、阴带孔电极（3）进行电极反转操作，同时将真空泵或鼓风机连接至相对圈列的水平连通管（7），然后继续通电电渗；
步骤7、试验终止条件：随着通电时间的持续，若阳极铜管周边土体将出现泛白、开裂现象，此时检查阴极流出水量是否趋于零，若趋于零，则停止电渗法施工，完成软基（8）处理过程。
2.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述钻孔孔径为300~500mm，孔深为10~20m。
3.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述管状盲沟（1）外径为250~470mm、比钻孔孔径小30~50mm，内径为150~250mm，管状盲沟（1）布置在从孔洞底部贯穿至土层表面。
4.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述带孔电极（3）为多孔铜管，其外径为80~100mm，铜管下部四面对称均匀分布间距为40~60mm、孔径为5~10mm的小孔（301），铜管上部采用绝缘涂料（302）进行保护，铜管顶端套上绝缘皮套（303），阳、阴带孔电极（3）采用相同的铜管方便施工和带孔电极（3）反转；铜管布置间距在2~6m之间，且阳、阴带孔电极（3）成圈列交叉布置。
5.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述排水管（4）外径为40~60mm，采用三型聚丙烯管，管厚为4~7mm，贯穿整个带孔电极（3），并高出带孔电极（3）200mm。
6.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述水平连通管（7）采用PPR管，外径和管厚与排水管（4）保持一致，通过三通接头（6）与排水管（4）相连接。
7.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述水平砂垫层（2）为级配良好的中粗砂，渗透系数大于1×10-2cm/s，垫层厚度为150~250mm。
8.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述绝缘皮套（303）材料为聚氯乙烯材料，其厚度为1.5~2mm，形状和尺寸根据带孔电极（3）和排水管（4）尺寸确定。
9.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述直流电源电压为30~45V，通电时间根据软基（8）含水率和地基承载力而定，当电渗排水后软基（8）含水率不超过40%时，停止电渗施工。
10.根据权利要求1所述的一种电渗法加固软基中消除阴极气泡的方法，其特征在于：所述同一圈列的各排水管（4）通过三通接头（6）与水平连通管（7）并联连接。
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