CN110284490A - 热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土装置及方法，其包括以下步骤：首先，提供多个长柱型阳极装置和多个长柱型阴极装置，按照处理区域的面积大小不同，将阳极装置与阴极装置采用多组梅花型布置；其次，提供多排多个半圆柱U型管、热水桶、水泵、进水管、回水管、排水管、土工布、聚氯乙烯薄膜以及整体式塑料排水板，并将整体式塑料排水板与阴极棒采用粗铁丝绑扎。本发明采用太阳能加热水来循环供热以及为电渗过程供电，节约能源，降低成本；同时结合了加热、真空预压法以及电渗法三者的优点，不仅可以加快吹填土的固结速度，还可以有效克服传统真空预压法及电渗法存在的缺陷。效果显著，施工便捷，易于大范围推广。

Description

热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土装置及方法

技术领域

本发明涉及一种吹填土加固处理技术，尤其涉及一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土装置及方法。主要适用于滨海滩涂、洼地等吹填造地工程技术领域。

背景技术

随着我国沿海城市经济建设的快速发展，土体资源日益紧张，围海造地是目前解决这一现状最有效的方式之一。吹填造陆方法是航道疏浚与陆域形成一举两得的好方法，也是目前我国围海造地陆域形成的主要方法。然而由于吹填土的工程性质太差，即使经过多年的自重固结，仍具有高含水率、高压缩性、极低的不排水抗剪强度和低渗透性，因此在进行任何施工之间必须要对吹填土进行地基处理。目前常用于对吹填土进行地基处理的方法主要包括絮凝、固化、真空预压法以及电渗法。在这些方法中，最常用的就是真空预压法，自从kjellman在20世纪50年代首次提出以后，从那时起，已被世界范围内各大土体改良工程大规模采用。虽然真空预压法的效果明显，但是在处治吹填土时存在一定的局限性。一方面，由于吹填土主要由细颗粒组成，因此在真空预压过程中容易造成排水板淤堵；另一方面，由于吹填土低水力渗透性的特征，导致真空预压法存在一些技术问题，如固结周期长，深层土体固结不充分。

针对真空预压法存在的缺陷，中国专利“超软土加固的加热型排水板及热真空预压装置”（CN201510024980.3）公开了一种真空预压过程中采用热水循环对土体升温的超软土处治方式，在真空预压过程中对土体升温，加速了土中水化离子向排水板处的迁移速率，缩短了固结周期，但是处理后土体不均匀以及深层土体固结不充分的问题仍未从根本上解决。电渗法在排出土体内部自由水和结合水方面同样有效，并且电渗透系数与粒径无关，因此该方法在处治吹填土时可以克服真空预压法存在的部分缺陷。但是由于电渗过程中能耗大、电极腐蚀严重，电渗法还没有被大规模推广。

针对电渗法存在的缺陷，已有研究提出采用间歇通电的方式进行电渗，结果表明：与传统电渗法相比，有效减小了电极腐蚀和降低了能耗。中国专利“太阳能电渗固结软土地基的方法”（CN201410144402.9）公开了一种利用太阳能为电渗过程间歇供电的软土地基处治方法，太阳能作为一种清洁能源，即为电渗过程提供电能，又起到了间歇通电的效果，同时还响应了国家积极推广新能源的号昭。但是该方法在运用到工程实际中，受到天气影响较大，若持续阴雨天气，则该方法将长时间失效，导致吹填土加固周期较长。综上，本发明提出将加热、真空预压以及太阳能间歇供电电渗三者相联合处治吹填土。

发明内容

本发明针对真空预压法和电渗法处理吹填土存在的缺陷，提出一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土装置及方法，使用太阳能这一清洁能源，即响应了国家大力推广新能源的政策方针，同时也改善了传统了电渗法存在的能耗大以及电极腐蚀严重的问题，缩短了真空预压处理吹填土地基的周期，提高了土体强度。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，在吹填土中插入多根阳极棒和阴极棒，所述阳极棒之间通过加粗铜丝依次连接，所述阴极棒位于阳极棒所围区域的中心位置，整体构成梅花型布置，使得各阳极棒所在区域吹填土内的水在电渗作用下向中心位置处的阴极棒迁徙；所述阳极棒通过电缆线连接到太阳能电池板的正极，所述阴极棒通过电缆线连接到太阳能电池板的负极，并将太阳能电池板放置于采光度较好的区域；排水板和真空泵通过排水管连接，并与阴极棒固定在一起，将电渗以及真空预压作用迁徙至阴极棒处的水通过排水管及时排出，并在待处理区域吹填土表面铺设一层土工布和聚氯乙烯膜；半圆柱型U型管以及水泵通过进水管和出水管与热水桶连接，热水桶的电源正负极与太阳能电池板的电源正负极连接，通过太阳能电池板供电来加热水桶内的水。

真空预压过程中使用的排水板为整体式排水板，排水板插入吹填土中要竖直插入，避免发生弯折从而影响真空排水效果，排水板与阴极棒采用粗铁丝绑扎在一起。

所述阳极棒和阴极棒均采用铜作为电极材料，阳极棒和阴极棒半径为25-50cm，高度为100-150cm，阳极棒均匀分布在阴极棒四周，布置间距为2-6m，整体构成梅花型布置形式。

当处理区域吹填土面积较大时，采用真空分流器将真空泵的真空压力分流，然后分别连接多个排水板；真空分流器的主干吸气管连接真空泵，次干吸气管连接各排水板。

所述半圆柱型U型管采用铜作为制作材料，管内为空心，并在半圆柱型U型管的外侧涂抹绝缘涂层，防止电渗过程半圆柱型U型管发生电化学腐蚀。

所述连接半圆柱型U型管、水泵和热水桶的进水管和出水管均采用防腐材料，避免电化学作用导致进水管和出水管发生腐蚀。

在吹填土地基中插入多根阳极棒与阴极棒，阳极棒与阴极棒采用梅花型布置，与传统的电极布置形式而言，梅花型布置需要的电极数目较少，处理后的土体较均匀。当光照充足时，太阳能电池板供电充足，电渗装置以及热水循环装置启动。阳极处的结合水在电化学作用下向阴极迁移，通过与阴极棒绑扎的排水板将水排出，降低了土体含水率，提高了土体强度。同时在阳极处由于电化学作用产生的一些胶结物对土颗粒也起到了胶结作用。而且，在电渗过程中，阳极处的半圆柱型U型管内的热水对阳极处的土体起到加热的效果，促进了土中水化离子向阴极的迁移效率，提高了真空-电渗的排水效果。当光照不足时，虽然电渗停止，但是由于真空预压仍然持续排水，对工期的影响不是很大，而且间歇性的电渗可以减小电极腐蚀程度。

本发明金属电极为铜棒，具体半径以及高度按照现场实际情况调节，阳极棒均匀布置在阴极棒周围，间距为2-6m。在金属电极与电缆线连接处采用绝缘涂料进行保护，防止出现短路的情况。半圆柱型U型管采用铜，其外径在30cm，高度100cm，厚度0.5cm左右，具体外径以及高度按照实际现场情况调节。半圆柱型U型管的柱高、电极的工作长度以及塑料排水板的插设深度按照软土地基的处理深度而定。

一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的方法，基于上述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，采用以下步骤：

1）场地平整，并在处理范围周边建立围栏和警示牌，制作阳极棒和阴极棒，阳极棒和阴极棒的半径以及高度分别取25-50cm以及100-150cm；

2）测量放线，依次布置好阳极棒和阴极棒位置，阳极棒布置间距为2-6m，并将排水板和阴极棒通过粗铁丝绑扎在一起，排水板通过排水管与真空泵连接，电极的布置型式采用梅花型布置；

3）将半圆柱型U型管分别插设在各阳极棒外围，并将半圆柱型U型管通过进水管和出水管与水泵和热水桶连接；

4）用电缆线将阳极棒、阴极棒以及热水桶分别与太阳能电池板的正负极相连，并在电极顶端套上绝缘皮套；将太阳能电池板放置于采光度较好的位置，且在整个吹填土的处治过程中，太阳能电池板始终保持打开的状态；

5）在待处理土体表面铺设一层土工布，一层聚氯乙烯膜，且针对潜在漏气位置使用淤泥填充表面防止漏气；

6）根据待处理区域地基承载力要求确定停止施工时间点；

7）当处理的吹填土区域面积较大时，一个真空泵对应于多个排水板，将真空分流器主干吸气管与真空泵连接，次干吸气管与排水板连接。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

与常规的吹填土处治方式相比，本发明提出将电渗和加热与真空预压相结合，提高了吹填土的处治效率以及处治效果，且采用太阳能这一清洁能源作为电渗以及加热的电源供应，即响应了国家推广新能源的号召，同时也克服了传统电渗法存在的电极腐蚀严重的问题。总体而言，热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的方法，其施工工艺简单，可操作性强，环保节能，提高土体的强度效果明显。

附图说明

图1是本发明热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土装置的结构示意图。

图2是针对小面积吹填土区域装置的平面分布图。

图3是针对大面积吹填土区域装置的平面分布图。

图4是真空分流器结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

如图1和图2所示，一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，在吹填土中插入多根阳极棒3和阴极棒5，所述阳极棒3之间通过加粗铜丝13依次连接，所述阴极棒5位于阳极棒3所围区域的中心位置，整体构成梅花型布置，使得各阳极棒3所在区域吹填土内的水在电渗作用下向中心位置处的阴极棒5迁徙；所述阳极棒3通过电缆线11连接到太阳能电池板8的正极，所述阴极棒5通过电缆线11连接到太阳能电池板8的负极，并将太阳能电池板8放置于采光度较好的区域；排水板4和真空泵1通过排水管7连接，并与阴极棒5固定在一起，将电渗以及真空预压作用迁徙至阴极棒5处的水通过排水管7及时排出，并在待处理区域吹填土表面铺设一层土工布和聚氯乙烯膜12；半圆柱型U型管2以及水泵9通过进水管14和出水管6与热水桶10连接，热水桶10的电源正负极与太阳能电池板8的电源正负极连接，通过太阳能电池板8供电来加热水桶10内的水。

真空预压过程中使用的排水板4为整体式排水板，排水板4插入吹填土中要竖直插入，避免发生弯折从而影响真空排水效果，排水板4与阴极棒5采用粗铁丝15绑扎在一起。

所述阳极棒3和阴极棒5均采用铜作为电极材料，阳极棒3和阴极棒5半径为25-50cm，高度为100-150cm，具体半径以及高度则按照实际工程中吹填土的处理深度以及处理范围而定。阳极棒3均匀分布在阴极棒5四周，布置间距为2-6m，整体构成梅花型布置形式。

如图3和图4所示，当处理区域吹填土面积较大时，采用真空分流器16将真空泵1的真空压力分流，然后分别连接多个排水板4；真空分流器16的主干吸气管连接真空泵1，次干吸气管连接各排水板4。

所述半圆柱型U型管2采用铜作为制作材料，管内为空心，并在半圆柱型U型管2的外侧涂抹绝缘涂层，防止电渗过程半圆柱型U型管2发生电化学腐蚀。

所述连接半圆柱型U型管2、水泵9和热水桶10的进水管14和出水管6均采用防腐材料，避免电化学作用导致进水管14和出水管6发生腐蚀。

一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的方法，基于上所述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，采用以下步骤：

1）场地平整，并在处理范围周边建立围栏和警示牌，制作阳极棒3和阴极棒5，阳极棒3和阴极棒5的半径以及高度分别取25-50cm以及100-150cm；具体半径以及高度则按照实际工程中吹填土的处理深度以及处理范围而定。

2）测量放线，依次布置好阳极棒3和阴极棒5位置，阳极棒3布置间距为2-6m，并将排水板4和阴极棒5通过粗铁丝15绑扎在一起，排水板4通过排水管7与真空泵1连接，电极的布置型式采用梅花型布置；

3）将半圆柱型U型管2分别插设在各阳极棒3外围，并将半圆柱型U型管2通过进水管14和出水管6与水泵9和热水桶10连接；

4）用电缆线11将阳极棒3、阴极棒5以及热水桶10分别与太阳能电池板8的正负极相连，并在电极顶端套上绝缘皮套；将太阳能电池板8放置于采光度较好的位置，且在整个吹填土的处治过程中，太阳能电池板8始终保持打开的状态；

5）在待处理土体表面铺设一层土工布，一层聚氯乙烯膜12，且针对潜在漏气位置使用淤泥填充表面防止漏气；

6）根据待处理区域地基承载力要求确定停止施工时间点；

7）当处理的吹填土区域面积较大时，一个真空泵1对应于多个排水板4，将真空分流器16主干吸气管与真空泵1连接，次干吸气管与排水板4连接。

Claims (7)

1.一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，其特征在于：在吹填土中插入多根阳极棒（3）和阴极棒（5），所述阳极棒（3）之间通过加粗铜丝（13）依次连接，所述阴极棒（5）位于阳极棒（3）所围区域的中心位置，整体构成梅花型布置，使得各阳极棒（3）所在区域吹填土内的水在电渗作用下向中心位置处的阴极棒（5）迁徙；所述阳极棒（3）通过电缆线（11）连接到太阳能电池板（8）的正极，所述阴极棒（5）通过电缆线（11）连接到太阳能电池板（8）的负极，并将太阳能电池板（8）放置于采光度较好的区域；排水板（4）和真空泵（1）通过排水管（7）连接，并与阴极棒（5）固定在一起，将电渗以及真空预压作用迁徙至阴极棒（5）处的水通过排水管（7）及时排出，并在待处理区域吹填土表面铺设一层土工布和聚氯乙烯膜（12）；半圆柱型U型管（2）以及水泵（9）通过进水管（14）和出水管（6）与热水桶（10）连接，热水桶（10）的电源正负极与太阳能电池板（8）的电源正负极连接，通过太阳能电池板（8）供电来加热水桶（10）内的水。

2.根据权利要求1所述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，其特征在于：真空预压过程中使用的排水板（4）为整体式排水板，排水板（4）插入吹填土中要竖直插入，避免发生弯折从而影响真空排水效果，排水板（4）与阴极棒（5）采用粗铁丝（15）绑扎在一起。

3.根据权利要求1所述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，其特征在于：所述阳极棒（3）和阴极棒（5）均采用铜作为电极材料，阳极棒（3）和阴极棒（5）半径为25-50cm，高度为100-150cm，阳极棒（3）均匀分布在阴极棒（5）四周，布置间距为2-6m，整体构成梅花型布置形式。

4.根据权利要求1所述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，其特征在于：当处理区域吹填土面积较大时，采用真空分流器（16）将真空泵（1）的真空压力分流，然后分别连接多个排水板（4）；真空分流器（16）的主干吸气管连接真空泵（1），次干吸气管连接各排水板（4）。

5.根据权利要求1所述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，其特征在于：所述半圆柱型U型管（2）采用铜作为制作材料，管内为空心，并在半圆柱型U型管（2）的外侧涂抹绝缘涂层，防止电渗过程半圆柱型U型管（2）发生电化学腐蚀。

6.根据权利要求1所述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，其特征在于：所述连接半圆柱型U型管（2）、水泵（9）和热水桶（10）的进水管（14）和出水管（6）均采用防腐材料，避免电化学作用导致进水管（14）和出水管（6）发生腐蚀。

7.一种热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的方法，基于权利要求1所述的热真空预压联合太阳能间歇供电电渗处治吹填土的装置，其特征在于，采用以下步骤：

1）场地平整，并在处理范围周边建立围栏和警示牌，制作阳极棒（3）和阴极棒（5），阳极棒（3）和阴极棒（5）的半径以及高度分别取25-50cm以及100-150cm；

2）测量放线，依次布置好阳极棒（3）和阴极棒（5）位置，阳极棒（3）布置间距为2-6m，并将排水板（4）和阴极棒（5）通过粗铁丝（15）绑扎在一起，排水板（4）通过排水管（7）与真空泵（1）连接，电极的布置型式采用梅花型布置；

3）将半圆柱型U型管（2）分别插设在各阳极棒（3）外围，并将半圆柱型U型管（2）通过进水管（14）和出水管（6）与水泵（9）和热水桶（10）连接；

4）用电缆线（11）将阳极棒（3）、阴极棒（5）以及热水桶（10）分别与太阳能电池板（8）的正负极相连，并在电极顶端套上绝缘皮套；将太阳能电池板（8）放置于采光度较好的位置，且在整个吹填土的处治过程中，太阳能电池板（8）始终保持打开的状态；

5）在待处理土体表面铺设一层土工布，一层聚氯乙烯膜（12），且针对潜在漏气位置使用淤泥填充表面防止漏气；

6）根据待处理区域地基承载力要求确定停止施工时间点；

7）当处理的吹填土区域面积较大时，一个真空泵（1）对应于多个排水板（4），将真空分流器（16）主干吸气管与真空泵（1）连接，次干吸气管与排水板（4）连接。