CN109610438B - 一种电化学注盐加固软土地基的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电化学注盐加固软土地基的装置和方法，属于软土地基加固领域。所述方法包括：将配制好的盐溶液从中间位置注入待加固软土地基区中，并使盐溶液在第一电场的作用下从待加固软土地基区的中间位置扩散至两侧；使盐溶液扩散后的待加固软土地基区在第二电场的作用下发生电渗以使部分水体运移至待加固软土地基区的中间位置并通过抽真空将其抽出、部分水体运移至待加固软土地基区的两侧排出。本发明通过将控制土体含盐量与缩短渗流路径进行结合，能够更加有效地提高电渗法加固软土地基的效果。

Description

一种电化学注盐加固软土地基的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电化学注盐加固软土地基的装置及方法，属于软土地基加固领域。

背景技术

随着我国经济高速发展，城市化进程不断加快，城市人口急剧增加，一方面，为城市发展带来了巨大劳动生产力，另一方面，也造成了人口基数与城市用地比例极度不平衡，这种矛盾在沿海经济圈尤其突出。土地问题现已成为限制沿海地区经济进一步发展和人文建设的重要问题。为解决人口增长与住房用地的不平衡问题，常常采取填海造地的方法以扩充城市面积，但是吹填过后的软弱黏土和疏浚淤泥的含水率通常高达100%～200%，土体压缩性高、结构松散，抗剪强度几乎为零，属于超软黏土，其不能满足施工承载力要求。因此，必须对吹填超软黏土形成的陆域进行处理，以期满足工程建设承载力要求。

目前，工程上常采用真空预压法、堆载预压法、真空-堆载联合法、化学灌浆法以及电渗法对上述土体形成的陆域进行加固处理。真空预压法采用塑料排水板，由于塑料排水板易淤堵、土体加固后真空度传递受阻导致后期处理效率降低，下部土体处理效果不明显，施工前往往需要二次处理，工程造价较高。堆载预压法需要大量的堆载材料且施工工期较长，工程造价较高，加固过程中需要控制一定的堆载速率，施工有一定困难；而且大面积的堆载易引起加固地基的失稳及产生较大的位移。真空-堆载联合法对周围环境有较大的影响；利用该方法加固时，土体侧向位移具有先向加固区内，然后向加固区外移动的特点，如果影响范围内埋有地下管线或者地面构筑物比较接近加固区，土体的这种往复变形会造成管线破坏和构筑物裂缝的发展。化学灌浆法容易对环境造成危害且成本通常很高，工程应用价值小，有些国家已经采取措施禁止使用化学灌浆技术用来加固地基土。电渗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；加固后土体强度不均匀现象明显。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种电化学注盐加固软土地基的方法和装置，通过向待加固软土地基区注入一定体积的盐溶液使得其处于较为适合于电渗法处理的土体含盐量区间，可以让土体中的水体在电场作用下更大程度上得以排出。

与此同时，这还能够降低电渗过程中的能耗以及电化学反应。此外，在注入盐溶液过程中使用的注浆管，还可作为电渗过程的排水通道，缩短了水体渗流路径，能够使得在利用电极转换技术处理后的地基土体强度得到更大程度的提高且加固后的地基土体强度更为均匀。

为实现上述目的，本发明提供了一种电化学注盐加固软土地基的装置，该装置包括：两个EKG电极、注浆管、抽真空装置、阀门一、阀门二、容量器和直流电源，

两个EKG电极插设在待加固软土地基区的相对两侧，能够与直流电源正、负极连接；

注浆管插设在两个EKG电极之间，且能够与直流电源的正极连接，注浆管上设置有多个小孔；

抽真空装置通过导管与注浆管连通；

阀门一设置在抽真空装置与注浆管之间，用于使抽真空装置与注浆管连通或不连通；

容量器用于放置盐溶液，且通过导管与注浆管连通；

阀门二设置在容量器与注浆管之间，用于使容量器与注浆管连通或不连通；

当注浆管连接直流电源的正极、两个EKG电极连接直流电源的负极时，从容量器进入注浆管的盐溶液能够通过小孔扩散至待加固软土地基区；当两个EKG电极分别轮流连接直流电源的正、负极时，待加固软土地基区发生电渗使得部分水体穿过小孔进入注浆管并由抽真空装置抽出、部分水体运移到阴极排出。

进一步地，所述两个EKG电极分别轮流连接直流电源的正、负极包括：两个EKG电极先分别连接直流电源的正、负极，然后每隔相同时间转换一次两个EKG电极的极性。

进一步地，所述装置还包括蠕动泵，所述蠕动泵设置在容量器与注浆管之间，用于将容量器内的盐溶液输入至注浆管中。

进一步地，所述注浆管外包裹有土工布。

另外，本发明还提供了一种电化学注盐加固软土地基的方法，该方法包括以下步骤：

将配制好的盐溶液从中间位置注入待加固软土地基区中，并使盐溶液在第一电场的作用下从待加固软土地基区的中间位置扩散至两侧。

使盐溶液扩散后的待加固软土地基区在第二电场的作用下发生电渗以使部分水体运移至待加固软土地基区的中间位置并通过抽真空将其抽出、部分水体运移至待加固软土地基区的两侧排出。

进一步地，盐溶液从中间位置注入待加固软土地基区中的注入通道与通过抽真空将运移至中间位置的水体排出的排出通道是同一通道。

进一步地，使部分水体运移至待加固软土地基区中间位置的方法包括：在施加第二电场时，每隔相同时间改变一次第二电场的方向。

进一步地，所述方法还包括以下步骤：

确定处理待加固软土地基区所需的土体含盐量区间；

测定待加固软土地基区的初始土体含盐量；

根据初始土体含盐量、待加固软土地基区的体积以及所确定的土体含盐量区间，计算需加入的盐溶液的体积和相应的浓度；

根据计算出的盐溶液的体积和浓度配制盐溶液。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）通过控制土体含盐量，能够在一定程度上提高电渗过程中的排水量以及排水速率；与此同时，还能够降低电渗过程的能量消耗和电化学反应所带来的不利影响，如水的电解；

（2）注入盐溶液过程中所使用的注浆管可同时作为电渗过程的排水通道，既增加了排水通道，又能够有效缩短两极处水体的渗流路径，打破了传统电渗法中土体中的水体需从阴极排出的限制，再通过采用抽真空装置将注浆管中的水体快速排出，显著提高了电渗过程的排水速率以及排水效果；

（3）将控制土体含盐量与缩短渗流路径进行结合，能够更加有效地提高电渗法加固软土地基的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的电化学注盐加固软土地基的装置的结构示意图。

其中，1-直流电源；2-EKG电极；3-EKG电极；4-注浆管；5-导线；6-抽真空装置；7-待加固软土地基区；8-阀门一；9-蠕动泵；10-阀门二；11-容量器；12-小孔；13-盐溶液。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种电化学注盐加固软土地基的装置，包括EKG电极2、EKG电极3、注浆管4、抽真空装置6、阀门一8、阀门二10、容量器11和直流电源1。

EKG电极2、EKG电极3插设在待加固软土地基区7的相对两侧，能够与直流电源1电连接。

注浆管4插设在EKG电极2和EKG电极3之间，并且能够与直流电源1电连接，注浆管4上设置有多个小孔12。优选的，所述注浆管4外包裹有土工布。

抽真空装置6通过导管与注浆管4连通。

阀门一8设置在抽真空装置6与注浆管4之间，用于使抽真空装置6与注浆管4连通或不连通；

容量器11用于放置盐溶液13，且通过导管与注浆管4连通。

阀门二10设置在容量器11与注浆管4之间，用于使容量器11与注浆管4连通或不连通。

进一步地，所述装置还包括蠕动泵9，所述蠕动泵9设置在容量器11与注浆管4之间，用于将容量器11内的盐溶液13输入至注浆管4中。

利用本发明的装置加固软土地基时，其工作流程如下：

a. 先由室内电渗试验确定一个较为适合于处理待加固软土地基区7的土体含盐量区间，在该含盐量区间内，电渗加固效果较好；其中，控制待加固软土地基的含盐量尽可能处于最佳土体含盐量状态，这能有效改善电渗过程的排水效果，同时还能够一定程度上降低电渗过程的能量消耗及电化学反应所带来的不利影响（如电解水）。

b. 测定待加固软土地基区7的初始土体含盐量；

c. 根据初始土体含盐量、待加固软土地基区7的体积以及所确定的土体含盐量区间，计算需加入的盐溶液13的体积和相应的浓度，并据此配制盐溶液；

d. 打开阀门二10，将配制好的置于容量器11中的盐溶液13通过蠕动泵9注入注浆管4中；

e. 将注浆管4连接直流电源1的正极，而EKG电极2和EKG电极3则连接直流电源1的负极，闭合电路，持续通电，直至在电场作用下，注浆管4中的盐溶液13通过小孔12完全扩散至待加固软土地基区7中；

f. 打开阀门一8，关闭阀门二10，以将抽真空装置6与注浆管4连通；

g. 将EKG电极2通过导线5与直流电源1的正极连接，而将EKG电极3通过导线5与直流电源1的负极连接，作为电渗过程中的阴、阳极，进行电渗，每隔12h转换两个电极与直流电源1正、负极的连接，即转换两个电极的极性，以使水体在电场的作用下逐渐向阴极运移，在运移过程中部分水体穿过小孔12进入注浆管4，部分水体运移到阴极；

h. 在电渗过程中，启动抽真空装置6，将进入注浆管4中的水体抽出待加固软土地基区7，同时采取措施将汇集在阴、阳极的水体排出；

i. 待加固时间达到所预设的时间或待加固软土地基区7的土体强度达到工程设计要求时，停止加固，拆除装置。

本发明采用的电化学注盐加固软土地基的机理为：1、对软土地基施加电场后，地基土中极性水分子结合金属阳离子在电场力作用下逐渐向阴极运移，在运移过程中部分水体通过注浆管得以排出，部分水体运移到阴极排出；2、电渗过程中，土体温度会有所上升且土体中的阴阳离子相遇会发生化学反应，温度场和离子反应场的变化会促使水体的排出，进而使得土体得到有效加固；3、在阴极处，水的电解反应会产生氢氧根离子，其能够与土体中的高价阳离子发生化学反应生成难溶沉淀物，该沉淀物既能填充土体中的孔隙又能促进土颗粒间的胶结，进而使得土体强度得到有效提高。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电化学注盐加固软土地基的装置，其特征在于，包括：两个EKG电极、注浆管、抽真空装置、阀门一、阀门二、容量器和直流电源，

两个EKG电极插设在待加固软土地基区的相对两侧，能够与直流电源正、负极连接；

注浆管插设在两个EKG电极之间，且能够与直流电源的正极连接，注浆管上设置有多个小孔；

抽真空装置通过导管与注浆管连通；

阀门一设置在抽真空装置与注浆管之间，用于使抽真空装置与注浆管连通或不连通；

容量器用于放置盐溶液，且通过导管与注浆管连通；

阀门二设置在容量器与注浆管之间，用于使容量器与注浆管连通或不连通；

当注浆管连接直流电源的正极、两个EKG电极连接直流电源的负极时，从容量器进入注浆管的盐溶液能够通过小孔扩散至待加固软土地基区；当两个EKG电极分别轮流连接直流电源的正、负极时，待加固软土地基区发生电渗使得部分水体穿过小孔进入注浆管并由抽真空装置抽出、部分水体运移到阴极排出。

2.根据权利要求1所述的电化学注盐加固软土地基的装置，其特征在于，所述两个EKG电极分别轮流连接直流电源的正、负极，包括：两个EKG电极先分别连接直流电源的正、负极，然后每隔相同时间转换一次两个EKG电极的极性。

3.根据权利要求1所述的电化学注盐加固软土地基的装置，其特征在于，所述装置还包括蠕动泵，所述蠕动泵设置在容量器与注浆管之间，用于将容量器内的盐溶液输入至注浆管中。

4.根据权利要求1所述的电化学注盐加固软土地基的装置，其特征在于，所述注浆管外包裹有土工布。

5.一种利用权利要求1至4任一项所述电化学注盐加固软土地基的装置加固软土地基的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将配制好的盐溶液从注浆管注入待加固软土地基区中，将注浆管连接直流电源的正极，两个EKG电极连接直流电源的负极，使盐溶液从待加固软土地基区的中间位置扩散至两侧；

将两个EKG电极分别轮流连接直流电源的正、负极，使待加固软土地基区发生电渗以使部分水体运移至注浆管内并通过抽真空将其抽出、部分水体运移至待加固软土地基区的两侧排出。

6.根据权利要求5所述的电化学注盐加固软土地基的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

确定处理待加固软土地基区所需的土体含盐量区间；

测定待加固软土地基区的初始土体含盐量；

根据初始土体含盐量、待加固软土地基区的体积以及所确定的土体含盐量区间，计算需加入的盐溶液的体积和相应的浓度；

根据计算出的盐溶液的体积和浓度配制盐溶液。

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