CN112709215A - 一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极，包括：抽真空装置和电源，还包括：至少两个集水管组件，全部集水管组件沿直线方向罗列设置，任一集水管组件分别与电源的阴极/阳极连接，且电源的阴极和阳极分别与至少一个不同的集水管组件连接；集水管组件的表面设有若干个用于土层中自由水穿过的透水孔，集水管组件的出水口与抽真空装置连接，以对集水管组件集聚的自由水抽取。应用该装置，将真空预压和电渗结合，在电渗作用和真空吸力作用下对土体空隙中自由水进行抽出，以缩短地基处理工期；通过设置沿直线方向罗列设置的至少两个集水管组件，使得该电极能够在放入土体中时对不同深度的土体进行排水，形成有效承载力固结层。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，更具体地说，涉及一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极。
背景技术
软弱地基的排水固结是人类社会发展中的一个重要工程问题。随着社会经济的不断发展，基建用地需求不断增加，对高含水量、高压缩性、低渗透型及低强度软弱地基的开发利用，变得越来越重要了。目前工程上加固软弱地基的常规处理方法有：一、堆载预压法；二、真空预压法；三、化学灌浆法；四、电渗法以及五、真空电渗法。
其中，真空预压法是指首先将塑料排水板插入吹填土地层中，形成吹填土层的竖向排水通道，利用地表砂，形成水平方向的排水通道，再在地表砂层上覆盖不透气的密封薄膜，使得吹填土底层与大气隔绝，形成密封系统，然后用胶皮管将埋设在砂垫层内的主管与抽真空设备连成一体，利用抽真空装置将膜下空气抽出，使土体与排水通道、垫层直接形成压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由塑料排水板、砂层和主、支滤管排出膜外，从而使土体固结压密实。
土壤中的电渗现象最早由俄国学者Reuss于1909年发现。研究表明，土体中的水在直流电场作用下由阳极向阴极流动，阳极附近土体含水率快速下降。在电渗过程中，容易造成电极损坏，并且由于电渗固结，使得土体脱离电极，使得加在土体上的效率明显降低，严重影响电渗效果，电能耗能大。
真空电渗法主要通过前期使用真空预压法加固吹填土地基，抽出土体中的部分自自由水；后期电渗法促使土体孔隙中的部分自由水，和弱结合水排出，可以进一步改善地基土的加固效果。这个过程主要是采用水平方式布置电极，所以导致底部排水效果较差，不能形成有效承载力层。
现有技术中存在吹填土地基含水率高、地基承载力软弱，一般需要很长的时间才具有承载力，严重影响工期的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极，利用电场真空联合对吹填土地进行排水，排水效率高、缩短吹填土表面达到预设承载力的时间，缩短工期。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极，包括：
至少两个集水管组件，全部所述集水管组件沿直线设置，任一所述集水管组件分别与所述电源的阴极/阳极连接，且所述电源的阴极和阳极分别与至少一个不同的所述集水管组件连接，相邻所述集水管组件间绝缘连接；
所述集水管组件的表面设有若干个用于土层中自由水穿过的透水孔，所述集水管组件的出水口与所述抽真空装置连接，以对所述集水管组件集聚的自由水抽取。
优选地，任一所述集水管组件包括：
连接管和与其固连的绝缘管；
与所述连接管连接的若干个集水管，所述连接管和所述集水管分别为中空腔体且表面均设有若干个所述透水孔；
相邻所述集水管组件经所述连接管和所述绝缘管可拆卸的固定连接，处于顶部的所述集水管组件的所述连接管与所述抽真空装置连接。
优选地，处于底端的所述集水管组件与所述电源的阴极连接。
优选地，全部所述集水管组件分别交替与所述电源的阴极和阳极连接。
优选地，各个所述集水管组件的所述集水管的个数均相同，且全部所述集水管在所述连接管的周向均匀设置。
优选地，所述集水管组件的组数为四个，任一所述集水管组件均分别包括四个所述集水管和一个所述连接管。
优选地，全部所述集水管组件的所述集水管平行设置。
优选地，任一所述集水管组件还包括：
与所述集水管一一对应的支撑架，所述支撑架的一端与所述连接管固连，所述支撑架的另一端与所述集水管铰接；所述集水管经所述支撑架与所述连接管连接、以调节所述集水管和所述连接管的中心线间的角度。
优选地，任一所述集水管组件设有用于过滤的过滤层，所述过滤层为土工布层。
优选地，还包括固连在位于底端的所述集水管组件上的空心锥形壳体。
本发明提供的一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极，至少两个集水管组件，全部集水管组件沿直线设置，任一集水管组件分别与电源的阴极/阳极连接，且电源的阴极和阳极分别与至少一个不同的集水管组件连接，相邻集水管组件间绝缘连接；集水管组件的表面设有若干个用于土层中自由水穿过的透水孔，集水管组件的出水口与抽真空装置连接，以对集水管组件集聚的自由水抽取。
相较于现有技术，应用本发明提供的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，具有以下技术效果：
第一，将真空预压和电渗结合，在电渗作用和真空吸力作用下对土体空隙中自由水进行抽出，以缩短地基处理工期；
第二，通过设置沿直线方向罗列设置的至少两个集水管组件，使得该电极能够在放入土体中时对不同深度的土体进行排水，形成有效承载力固结层；
第三，通过设置支撑架方便电极的取出，在取出时对土层的扰动程度降低，同时防止电极在取出时弯折或损坏，提高装置的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的空心锥形壳体的安装结构示意图；
图3为本发明实施例提供的支撑架的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的集水管组件的结构示意图；
图5为图4的主视结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极的作业示意图；
图7为本发明实施例提供的多个用于吹填土固结的真空电渗联合电极的作业示意图；
图8为图7的主视结构示意图。
附图中标记如下：
真空电渗联合电极100、电极导线1、导线管2、支撑架3、集水管组件4、空心锥形壳体5、土工布层6、真空膜7、砂垫层8、土体9、抽真空管10；
连接管41、集水管42、绝缘管43；
外螺纹411；
螺栓31、安装孔32。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极，利用电场真空联合对吹填土地进行排水，排水效率高、缩短吹填土表面达到预设承载力的时间，缩短工期。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图6，图1为本发明实施例提供的一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极的结构示意图；图2为本发明实施例提供的空心锥形壳体的安装结构示意图；图3为本发明实施例提供的支撑架的结构示意图；图4为本发明实施例提供的集水管组件的结构示意图；图5为图4的主视结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极的作业示意图。
在一种具体的实施方式中，本发明提供的用于吹填土固结的真空电渗联合电极100，包括：
至少两个集水管组件4，任一集水管组件4包括用于与电极连接的螺栓31和便于导线穿过的导线管2，优选为导线管2和螺栓31设置在集水管组件4的外壁上，导线管2的长度与集水管42的长度相等。集水管组件4包括中空腔体以使得自由水通过，集水管组件4可设置为方管、圆管等，根据需要设置其具体结构。
全部集水管组件4沿直线方向罗列设置，以在下放至土体9中时沿竖直方向设置，对不同深度的土体9进行排水，提高土体9排水深度和有效承载力；其具体的集水管组件4个数和下放深度根据需要进行设置。
可以理解的是，任一集水管组件4分别与电源的阴极/阳极连接，且电源的阴极和阳极分别与至少一个不同的集水管组件4连接；如在一种实施例中，集水管组件4的个数为两个，则分别与电源的阳极和阴极连接；当集水管组件4的个数为多个时，与电源的阳极连接的全部集水管组件4分别并联设置，同样地，与电源的阴极连接的全部集水管组件4分别并联设置。
相邻集水管组件4间绝缘连接，以防止阴极和阳极直接相连，造成短路现象。绝缘可通过在相邻集水管组件4间设置绝缘件实现，如设置PVC管；在一种实施例中，相邻集水管组件4的接头为PVC管，由此以实现绝缘的同时，实现相邻集水管组件4的固定。在其他实施例中，根据需要设置绝缘形式，均在本发明的保护范围内。
其中，集水管组件4的表面设有若干个用于土层中自由水穿过的透水孔，透水孔在集水管组件4的表面均匀设置，透水孔优选设置为圆孔，其大小根据需要进行设置。集水管组件4的出水口与抽真空装置连接，以对集水管组件4集聚的自由水抽取，抽真空装置与抽真空管10接头连接，并与集水管组件4的出水口连接，可以理解的是，在使用时，用振荡机将土体9均匀密实，并在其上部铺设砂垫层8，然后铺上真空膜7，将真空膜7的四周埋入土体9；再安装真空泵和抽水泵。
相较于现有技术，应用本发明提供的用于吹填土固结的真空电渗联合电极100，具有以下技术效果：
第一，将真空预压和电渗结合，在电渗作用和真空吸力作用下对土体9空隙中自由水进行抽出，以缩短地基处理工期；
第二，通过设置沿直线方向罗列设置的至少两个集水管组件4，使得该电极能够在放入土体9中时对不同深度的土体9进行排水，形成有效承载力固结层；
第三，通过设置支撑架3方便电极的取出，在取出时对土层的扰动程度降低，同时防止电极在取出时弯折或损坏，提高装置的可靠性。
具体的，任一集水管组件4包括：
连接管41和与其固连的绝缘管43；
与连接管41连接的若干个集水管42，连接管41和集水管42分别为中空腔体且表面均设有若干个透水孔，在一种实施例中，连接管41和任一集水管42垂直设置且二者固定连接，集水管42和连接管41连通，各个集水管42的结构优选相同设置；
相邻集水管组件4经连接管41和绝缘管43可拆卸的固定连接，处于顶部的集水管组件4的连接管41与抽真空装置连接；优选地，连接管41的上端和/或下端设置外螺纹411/内螺纹，相邻连接管41之间通过螺纹连接，其结构简单便于设置。
可以理解的是，任一集水管组件4的连接管41和绝缘管43的连接顺序相同，以使得相邻集水管组件4连接时、通过上一个集水管组件4的连接管和下一个集水管组件4的绝缘管43实现固定，同时防止相邻集水管组件4之间阴极和阳极直接连接；在其他实施例中，也可以根据需要在连接管41的上下两端分别设置绝缘管43，以进一步提高绝缘性能，可根据阳极和阴极的设置方式设置连接管41和绝缘管43的排布方式，连接管41和绝缘管43通过螺纹连接，以便于拆装。
在一种实施例中，相邻两组集水管组件4的集水管42之间的竖向距离为0.5m，全部集水管组件4交替与阴极、阳极连接，全部集水管42的长度为30cm，两层阳极的集水管42的竖向距离为1m，连接管41的长度为0.4m，其直径小于5cm。
进一步地，为了便于土体9中自由水的流动，根据自由水流动方向自阳极流向阴极，使处于底端的集水管组件4与电源的阴极连接，以便于下层土体9中自由水流动至最下端的集水管组件4中，以能够对底端以下的土体9中自由水进行抽取，进一步扩大土体9自由水抽取范围和深度，优化土体9固结效果；可以理解的是，在其他实施例中，处底端的集水管组件4与电源的阴极连接外，其他集水管组件4可自行设置与阴极或阳极连接，优选为与阴极连接的集水管42的数量与阳极连接的集水管42的数量相同设置；更为优选地，全部与阴极连接的集水管42设置在上层，全部与阳极连接的集水管42设置在下层，底端的集水管组件4与电源的阴极连接，由此以便于土体9中自由水的流动。
如图2所示，更进一步地，还包括固连在位于底端的集水管组件4上的空心锥形壳体5，空心锥形壳体5上设置有透水通孔，通过空心锥形壳体5增加与土体9的固定，便于电极在刚下入土体9中与土体9的固定，同时空心锥形壳体5与低端的与电源阴极连接的集水管组件4连接，便于对低端的土体9中自由水进行收集，为底层的自由水进入集水管组件4中提供通道。
在一种实施例中，全部集水管组件4分别交替与电源的阴极和阳极连接，由此使得土体9中电极对分布均衡，便于各层土体9中自由水均衡流动，同时便于导线设置，在其他实施例中，可根据需要进行设置，均在本发明的保护范围内。
具体的，为了便于设置及生产加工，各个集水管组件4的集水管42的个数均相同，且全部集水管42在连接管41的周向均匀设置；可以理解的是，在其他实施例中，各个集水管组件4的集水管42的个数可根据需要设置，同时，全部集水管42也可以根据需要设置在连接管41的周向，此处仅为一种优选的实施方式。
如图4、5所示，具体的，集水管组件4的组数为四个，任一集水管组件4均分别包括四个集水管42和一个连接管41；优选为全部集水管组件4的集水管42平行设置，即在水平投影方向，全部集水管42的投影重合，由此以缩短土体9中自由水从阳极到阴极的流动路径，自由水抽取效果更好；或者，相邻集水管组件4的集水管42交错设置，此时能够扩大电极所能够抽取的土层的范围，能够对不同土层的不同方向和位置的自由水进行抽取，可根据需要设置相邻集水管组件4的集水管42的设置方式。
在上述各实施例的基础上，任一集水管组件4还包括：
与集水管42一一对应的支撑架3，任一集水管42均分别通过支撑架3与连接管41连接，支撑架3的一端与连接管41固连，如焊接固定；支撑架3的另一端与集水管42铰接；集水管42经支撑架3与连接管41连接、以调节集水管42和连接管41的中心线间的角度；
其中，铰接可通过设置铰接座和转动轴的方式实现。在一种实施例中，支撑架3上设置转动轴，转动轴的两端分别与集水管42的安装孔32固定，使得集水管42能够绕转动轴转动，转动轴可通过设置螺栓31实现，螺栓31设置在支撑架3上且可沿自身轴线转动，螺栓31的两端与集水管42的安装套装后通过螺母实现固定。具体的，集水管42能够绕支撑架3的最大旋转角度为100度，由此以对集水管42的最大翻转位置进行限制且便于定位，使得全部集水管42的旋转角度相同，均为100度。支撑架3优选为三角支撑架3，如等腰三角形，等腰三角形支撑架3的腰所在边设置在连接管41上。优选地，各集水管42斜向上设置，以便于自由水通过集水管42在重力作用下流至连接管41中；同时，从土体9中拔出电极时，集水管42在土层压力和重力作用下能够绕支撑架3转动，防止集水管42和土层刚性接触折断或折弯集水管42，同时改变集水管42受力方向，便于作业人员施力，简化电极取出步操作。
在使用时，集水管组件4压入土体9前，将集水管42横向打开；在放入土体9中时，通过填土保持各集水管42的旋转角度；在拔出时，集水管42能够绕支撑架3转动，改变集水管42受力方向，使得拔出操作简便。
在该具体实施例中，为了防止自由水中杂质过多，造成真空抽取泵或真空抽取管、集水管组件4的堵塞，任一集水管组件4设有用于过滤的过滤层，过滤层为土工布层6，土工布价格低廉、降低作业成本。过滤层优选设置在连接管41上，如在连接管41的内壁上铺设，以防止杂质堵塞连接管41，过滤层如滤布、海绵层等，可根据需要进行设置。
优选地，可根据施工面积需要，设置多个用于吹填土固结的真空电渗联合电极100，其排布方式如图7、8所示，图7为本发明实施例提供的多个用于吹填土固结的真空电渗联合电极100的作业示意图；图8为图7的主视结构示意图。全部用于吹填土固结的真空电渗联合电极100的导线管2分别与直流电源连接，全部用于吹填土固结的真空电渗联合电极100的连接管41和抽真空泵连接。
具体的作业过程为：
制作真空电渗联合电极100，阴阳电极的具体间距根据吹填土层的需要进行设置，在电极对压入土体9之前，电极横向打开；
采用梅花布局方式布置电极；
真空电渗联合电极100由打压机或人工压入土体9中，保证其竖直压入土中，并用振荡机使土体9均匀密实，在其上部铺设砂垫层8，再铺上真空膜7，将真空膜7的四周埋入土体9；
将抽真空泵与抽真空管10接头相连接，在电渗作用和真空吸力作用下大量自由水聚集至每个真空电渗联合电极100的空心锥形壳体5处，在地面上将多个排水管连接，并将总排水管与抽水泵连接，将底部的水吸至地面；
将真空电渗联合电极100的电极导线1分别与直流电源的阳极、阴极连接，多个电极之间采用并联方式，主线与电源接通；
接通电源，开始电渗处理，根据测量的地基表面硬壳层强度进行夯实；
拔出电极，电极的集水管42在支撑架3作用下转动闭合。
上述装置利用电场真空作用下阳极区域土体9含水率快速下降，解决了阴极排水困难、抽真空后期排水效率低等问题，同时大大缩短地基处理工期。同时具有施工简单；价格低廉；降水速率快；机械化程度高；对固结土体9扰动小，相比其他固结排水方案；采用本方案排水后土体9含水率更低，固结程度更好；为机械施工提供有利条件；实用性广；耗能量少。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，包括：
至少两个集水管组件，全部所述集水管组件沿直线设置，任一所述集水管组件分别与所述电源的阴极/阳极连接，且所述电源的阴极和阳极分别与至少一个不同的所述集水管组件连接，相邻所述集水管组件间绝缘连接；
所述集水管组件的表面设有若干个用于土层中自由水穿过的透水孔，所述集水管组件的出水口与所述抽真空装置连接，以对所述集水管组件集聚的自由水抽取。
2.根据权利要求1所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，任一所述集水管组件包括：
连接管和与其固连的绝缘管；
与所述连接管连接的若干个集水管，所述连接管和所述集水管分别为中空腔体且表面均设有若干个所述透水孔；
相邻所述集水管组件经所述连接管和所述绝缘管可拆卸的固定连接，处于顶部的所述集水管组件的所述连接管与所述抽真空装置连接。
3.根据权利要求1所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，处于底端的所述集水管组件与所述电源的阴极连接。
4.根据权利要求3所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，全部所述集水管组件分别交替与所述电源的阴极和阳极连接。
5.根据权利要求2所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，各个所述集水管组件的所述集水管的个数均相同，且全部所述集水管在所述连接管的周向均匀设置。
6.根据权利要求5所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，所述集水管组件的组数为四个，任一所述集水管组件均分别包括四个所述集水管和一个所述连接管。
7.根据权利要求6所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，全部所述集水管组件的所述集水管平行设置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，任一所述集水管组件还包括：
与所述集水管一一对应的支撑架，所述支撑架的一端与所述连接管固连，所述支撑架的另一端与所述集水管铰接；所述集水管经所述支撑架与所述连接管连接、以调节所述集水管和所述连接管的中心线间的角度。
9.根据权利要求8所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，任一所述集水管组件设有用于过滤的过滤层，所述过滤层为土工布层。
10.根据权利要求9所述的用于吹填土固结的真空电渗联合电极，其特征在于，还包括固连在位于底端的所述集水管组件上的空心锥形壳体。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102226337A (zh) * | 2011-04-22 | 2011-10-26 | 河海大学 | 立体排水体及其施工方法 |
| CN107905211A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-04-13 | 天津城建大学 | 一种新近吹填土快速结壳电渗电极及其使用方法 |
| CN111842462A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-10-30 | 河海大学 | 一种污染底泥多极电动修复体及其施工方法 |
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2020
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