CN111074879A - 一种空芯旋片式电渗电极 - Google Patents

Abstract

一种空芯旋片式电渗电极，包括旋杆、旋转把手、旋片式阳极、螺纹管、旋片式阴极、排水导管和铁鞋；所述旋转把手安装在旋杆顶部，所述旋片式阳极包括阳极旋杆和固装在其上的阳极旋片，所述旋片式阴极包括阴极旋杆和固装在其上的阴极旋片，阴极旋片表面设有透水孔和排水通道，阳极旋杆和阴极旋杆之间连接螺纹管，且阳极旋杆顶端与旋杆底端连接，阴极旋杆的底端连接铁鞋；所述阳极旋片和阴极旋片上均设有导线连接螺栓；所述所述排水导管伸入到旋杆、阳极旋杆、螺纹管和阴极旋杆内，其顶端伸出旋杆且连接真空泵，底端位于铁鞋中且与阴极旋片上的排水通道连通。该电渗电极施工简单、加工方便、可分解拆卸，达到重复利用的目的。

Description

一种空芯旋片式电渗电极

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种空芯旋片式电渗电极。

背景技术

随着我国经济的快速发展、人口的激增，我国可用的土地资源由于不断扩大的居住用地范围和沿海城市的发展扩张而变得日益紧张。围海吹填造陆恰好解决了这一问题，而其形成的大面积具有高含水率、高压缩性、低渗透性、低承载力等不良特性的软黏土地基，如何让其变成坚实稳固可供生活居住的地基成了亟待解决的关键问题。针对这种不良地基的排水固结，传统的方法有堆载预压法、真空预压法及其联合加固法等。

以往的吹填土处理方法均需大型机械进行施工，但由于吹填土表层承载力低无法满足施工的正常要求。而在自然晾晒条件下，新近吹填土一般需要2-3年才能形成具有一定承载力的硬壳层且受天气等因素的影响较大。因此，如何对新近吹填土地基表面进行预处理，使其上部快速结壳，形成可供现场作业的硬壳层是目前需要亟待解决的技术问题。

电渗排水固结法是一种新的吹填土地基处理方法，该方法具有加固效果优良、排水固结速度快、扰动小等优点非常符合沿海城市造地的现实需求。除了传统的电渗电极铁、铜、铝、石墨等材料外，塑料导电排水板是近年来工程上受欢迎的一种电渗电极，但是这种电极存在的缺陷是：1、沿着深度方向的电势有损失，从而使一些深层土体固结效果不佳；2、电极板若进行真空预压工序时，真空度沿土体深度方向有损耗，而且排水通道也易堵塞，造成工程的不便；3、电渗电极若在较深层土体中使用时，往往是不可回收的，不能达到重复利用的目的，造成材料的浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种空芯旋片式电渗电极，该电渗电极施工简单、加工方便、可分解拆卸，可应用于软土地基处理领域且电渗处理之后电极可以通过反向旋转电极，从而在不扰动土体的情况下收回，达到重复利用的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种空芯旋片式电渗电极，包括旋杆、旋转把手、旋片式阳极、螺纹管、旋片式阴极、排水导管和铁鞋；所述旋转把手安装在旋杆顶部，所述旋片式阳极包括阳极旋杆和固装在其上的阳极旋片，所述旋片式阴极包括阴极旋杆和固装在其上的阴极旋片，阴极旋片表面设有透水孔和排水通道，阳极旋杆和阴极旋杆之间连接螺纹管，且阳极旋杆顶端与旋杆底端连接，阴极旋杆的底端连接铁鞋；所述阳极旋片和阴极旋片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，将直流电源的正负极分别和阳极旋片和阴极旋片相连接；所述所述排水导管伸入到旋杆、阳极旋杆、螺纹管和阴极旋杆内，其顶端伸出旋杆且连接真空泵，底端位于铁鞋中且与阴极旋片上的排水通道连通。

所述螺纹管由内管和外管连接组成，内管与阳极旋杆连接其带有内螺纹和倒钩，另外管与阴极旋杆连接其带有外螺纹和倒钩，内管的内螺纹连接至外管的倒钩处。

所述阳极旋片和阴极旋片为空芯单叶旋片，其自上而下呈顺时针旋转，厚度为0.2-0.5cm。

所述阴极旋片为上表面设置有透水孔的空芯旋片，透水孔沿着旋片旋转的方向布设，透水孔孔径为0.5cm，孔边距离为0.5cm。

所述旋转把手下穿过一固定浮板，该固定浮板为直径为20-50cm、厚度为3-6cm的泡沫板，其安装位置为距离旋杆底部端3-5cm处，泡沫板上制有直径为0.5cm的电极导线穿过孔。

所述旋片式阴极上包裹有土工布。

所述铁鞋为空芯锥形体。

本发明具有如下的优点和积极效果：

1、本发明施工简单、加工方便、材料易寻、可分解拆卸，应用于软土地基处理领域，电渗处理之后电极可以从土体中取出进而重复利用。

2、本发明可以通过阴极抽真空加快排水速率，真空度沿阴极旋片表面均匀分布，加快了深层土体的固结。

3、本发明通过旋片式电极可通过旋转使阳极旋片和阴极旋片一直处于土体内部，防止电极裸露造成的与土体接触面积减小的现象；同时可以进一步密实土体，减小由于土体裂缝引起的界面电阻的增加，进而影响电渗效果下降。

4、本发明外接直流电源可以产生垂直电场，在直流电场的作用下使阳极旋片附近土体含水率快速下降，从而使孔隙水压下降，有效应力增长，提高了土体的承载能力，为后续的机械化施工作业提供有利条件。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

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为本发明的电渗电极的螺纹管结构详图。

图5为本发明的电渗电极场地安装布置图。

图中，1-旋杆，2-旋转把手，3-固定浮板，4-卡套式接头，5-阳极旋片，6-螺纹管，7-透水孔，8-阴极旋片，9-阴极旋杆，10-阳极旋杆，11-导线螺栓，12-导线，13-铁鞋，14-橡胶塞，15-卡扣，16-排水导管，17-土工织物，18-阴极旋片排水通道，19-内、外倒钩，20-内、外螺纹。

具体实施方式

一种空芯旋片式电渗电极，包括旋杆、旋转把手、固定浮板、旋片式阳极、螺纹管、旋片式阴极、排水导管和铁鞋。

所述旋转把手安装在旋杆1顶部，旋杆1可与阳极旋杆通过卡扣15连接，也可整体焊接。本发明的电渗电极工作时为了保证土体上层固结、处理效果均匀，因此在阳极旋杆的上端设置有固定浮板3，使得电渗电极在土体处理阶段可以保持竖直方向并浮于土体表面。该固定浮板穿过旋转把手且设置在旋转式阳极上部，采用直径为20-50cm、厚度为3-6cm的泡沫板，其安装位置为距离旋杆底部端3-5cm处，泡沫板上制有直径为0.5cm的电极导线穿过孔。

所述旋片式阳极为金属材料制作，包括长度为20cm的阳极旋杆和焊接在其上的阳极旋片，所述旋片式阴极为金属材料制作，包括长度为20cm的阴极旋杆和焊接在其上的阴极旋片，阴极旋片表面设有0.5cm的透水孔和阴极底部排水通道，孔边距离为0.5cm，阳极旋杆和阴极旋杆之间10通过卡套式管接头4连接长度为30cm的螺旋管，且阳极旋杆顶端与旋杆底端之间通过卡套式管接头4连接，阴极旋杆的底端连接铁鞋13，铁鞋13为空芯锥形体，施工时有利于下穿土层。所述阴极旋片包裹土工织物17充当反滤层，所述螺纹管6为内部设有内螺纹和倒钩的特制塑料管和外部设有外螺纹和倒钩的不锈钢管组成，这两部分连接时，先通过特制塑料管的内螺纹连接至不锈钢管的倒钩处，在施工中若需要进一步通过旋转电极使土体密实或防止电极裸露，则可以进一步旋转电极，此时倒钩可以固定住电极，以防止电极在施工结束回收时阴极旋片无法转出而脱落的情况。

阳极旋片5和阴极旋片8为空芯单叶旋片，旋片厚度为0.4cm，直径15cm，自上而下呈顺时针旋片；阳极旋杆10和阴极旋杆9是空心管状物。

所述阳极旋片和阴极旋片上均均设有导线连接螺栓11，电极导线12对应安装在导线连接螺栓11上，将阳极旋片和阴极旋片分别与直流电源的正极和负极相连接。电极导线12分为红色导线和黑色导线，其中红色电极导线12与导线连接螺栓11相连接并与直流电源的正极相连接，黑色电极导线12与设置在阴极上的导线连接螺栓11相连接并与直流电源的负极连接。

所述排水导管16伸入到旋杆1、阳极旋杆10、螺纹管6和阴极旋杆9内，其顶端伸出旋杆1且与旋杆1相接处用橡胶塞14固定，在实际处理时可以充当密封塞的作用，有利于抽真空。排水导管16顶端连接真空泵，采用真空泵抽取，不仅有利于快速排水，还可以增大真空度在土体内的传播面积，加快深层土体的固结，排水导管16底端位于铁鞋13中且与阴极旋片8上的排水通道18连通，有利于真空泵更快速的抽水。

所述阴极旋片为上表面设置有透水孔的空芯旋片，透水孔沿着旋片旋转的方向布设，相邻透水孔间隔0.5cm。电渗时，土体中的水分顺着阴极旋片上的透水孔流入阴极旋片尾端的排水通道，进而流入铁鞋内，再通过伸入的排水导管排出。铁鞋为空芯锥形体，施工时有利于下穿土层。

本发明的工作过程是：通电条件下，土体内的水分通过透水孔7进入阴极旋片8内，然后顺着阴极旋片旋转的方向流入阴极旋片末尾端的排水通道18内，进而流入铁鞋13中，再通过伸入电极内的排水导管16导出。本发明的旋片式电渗电极可在电场作用下使土体中的水分由上部阳极区域向下部阴极流动，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。

待整个处理过程完毕之后，通过卡扣安装旋杆1，转动旋转把手2将电极缓慢旋转出土体，达到本发明的电渗电极的重复利用的目的。

本发明的实施过程是：

1、预制电渗电极：首先将预制好的阳极旋片5和阴极旋片8分别焊接在阳极旋杆10和阴极旋杆9上，再将螺纹管6通过卡套式接头4分别和阳极旋杆10、阴极旋杆9连接起来；将铁鞋13安装至阴极旋杆9的底部以方便于阴极集水；将安装有固定浮板3的旋杆通过卡套式接头和阳极旋杆10连接起来；最后将电源导线12分别安装在阳极旋片5和阴极旋片8的导线螺栓11上并捆扎固定。在整个阴极旋片8上缠绕一层土工织物17，将细小的土颗粒排除在外，防止阻塞排水通道。

根据上述说明在土体电渗处理之前需要预先制备电渗电极，需要说明的是，电渗电极各部件的具体尺寸应该根据现场实际情况适当选择制作。

2、压入电渗电极：旋片式阳极、螺纹管和旋片式阴极组成的电渗电极可由人工或机械的方式压入土体中，若在含水率较低的土体中使用，可采用机械旋入的方式插入土体中，但都必须保证其为竖直压入土体中。

3、安装真空泵：将地面上将多个电渗电极的排水导管16连接至一个总的排水导管上，然后将场地中的真空泵与总排水导管的一端相连接，另外一端密封处理。在电渗和真空吸力作用下大量的水都会聚集到电渗电极的铁鞋13处，将铁鞋中的水吸到地面之上。真空泵的规格根据场地电渗电极布置规模大小确定，一般使用小型真空泵均可满足施工要求，最后将排出的水引入蓄水区域。

4、连接电路：将电极导线12对应安装在导线连接螺栓11上，将阳极旋片和阴极旋片分别与直流电源的正极和负极相连接。电极导线12分为红色导线和黑色导线，其中红色电极导线12与导线连接螺栓11相连接并与直流电源的正极相连接，黑色电极导线12与设置在阴极上的导线连接螺栓11相连接并与直流电源的负极连接。

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，然后开始电渗处理。

6、回收电渗电极：待土体处理完成之后，停止电渗。通过卡扣将旋杆固定安装在电渗电极上，然后通过人工控制旋转把手，将电渗电极缓慢旋出土体，以达到电极重复利用的目的。也可以通过机械的方式将电极旋出土体，达到节省人力的目的。

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 (7)

1.一种空芯旋片式电渗电极，其特征在于，包括旋杆、旋转把手、旋片式阳极、螺纹管、旋片式阴极、排水导管和铁鞋；所述旋转把手安装在旋杆顶部，所述旋片式阳极包括阳极旋杆和固装在其上的阳极旋片，所述旋片式阴极包括阴极旋杆和固装在其上的阴极旋片，阴极旋片表面设有透水孔和排水通道，阳极旋杆和阴极旋杆之间连接螺纹管，且阳极旋杆顶端与旋杆底端连接，阴极旋杆的底端连接铁鞋；所述阳极旋片和阴极旋片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，将直流电源的正负极分别和阳极旋片和阴极旋片相连接；所述所述排水导管伸入到旋杆、阳极旋杆、螺纹管和阴极旋杆内，其顶端伸出旋杆且连接真空泵，底端位于铁鞋中且与阴极旋片上的排水通道连通。

2.根据权利要求1所述的一种空芯旋片式电渗电极，其特征在于：所述螺纹管由内管和外管连接组成，内管与阳极旋杆连接其带有内螺纹和倒钩，外管与阴极旋杆连接其带有外螺纹和倒钩，内管的内螺纹连接至外管的倒钩处。

3.根据权利要求1所述的一种空芯旋片式电渗电极，其特征在于：所述阳极旋片和阴极旋片为空芯单叶旋片，其自上而下呈顺时针旋转，厚度为0.2-0.5cm。

4.根据权利要求1所述的一种空芯旋片式电渗电极，其特征在于：所述阴极旋片为上表面设置有透水孔的空芯旋片，透水孔沿着旋片旋转的方向布设，透水孔孔径为0.5cm，孔边距离为0.5cm。

5.根据权利要求1所述的一种空芯旋片式电渗电极，其特征在于：所述旋转把手下穿过一固定浮板，该固定浮板为直径为20-50cm、厚度为3-6cm的泡沫板，其安装位置为距离旋杆底部端3-5cm处，泡沫板上制有直径为0.5cm的电极导线穿过孔。

6.根据权利要求1所述的一种空芯旋片式电渗电极，其特征在于：所述旋片式阴极上包裹有土工布。

7.根据权利要求1所述的一种空芯旋片式电渗电极，其特征在于：所述铁鞋为空芯锥形体。

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