CN113774889B - 一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基及施工方法，包括桩，所述的桩包括桩孔，桩孔下部为电解碎石桩段，上部为浆固碎石桩段，所述的电解碎石桩段和浆固碎石桩段之间设有过滤层，所述的桩孔内设有注浆管和洗孔管，所述的注浆管和洗孔管均与电源连接，所述的电解碎石桩段填充有第二碎石骨料，所述的浆固碎石桩段填充有第一碎石骨料，并通过注浆管注入水泥砂浆。本发明通过电解可液化地基中的孔隙水生成气体，达到减小地基饱和度并提高抗液化强度的目的；采用管状EKG电极作为注浆管和洗孔管，这种新型排水管电极结合了塑料排水管和可电解电极材料的相应优势，使得管状EKG电极能够同时具备排水和电解作用。

Description

一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基及施工方法

技术领域

本发明涉及一种复合地基及施工方法，尤其涉及一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基及施工方法。

背景技术

在地震中，如饱和砂土等可液化地基容易发生液化灾害，造成建筑物的破坏损毁和人员伤亡。在实践工程中所运用的抗液化措施主要分为两类：改良土体性质和改善可液化土体的应力应变条件。改良易液化土体性质的抗液化措施主要包括置换法、密实法、围封法和灌浆搅拌法，改善土体应力应变条件的抗液化措施主要包括增压法、排水法、加筋法和桩基础处理法。但是这些方法往往成本高昂，需要大型机械。

在处理液化地基的工程施工中，复合地基施工方法最为常见，其中包括柔性桩复合地基法（如碎石桩、水泥搅拌桩等）和刚性桩复合地基法（如CFG桩、PHC桩、PCC桩等）。目前处理液化地基的大多数采用的碎石桩法，是在用振动、冲击或水冲等方式在地基中成孔，将碎石挤压入桩孔中，形成密实的碎石桩体，桩体与周围土体结合形成复合地基。如专利“透水性混凝土桩-碎石桩串联型复合地基及地基处理方法”（CN201310391291.7），工作原理是针对碎石桩挤密桩周土体从而达到抗液化的目的，并通过透水性混凝土桩内部的土浆向下流入到碎石桩内，提高了碎石桩的强度，在长期服役时，碎石桩随着时间的流逝加固效果逐渐弱化，碎石桩不具有长期使用的性能，置换率需要考虑较大的富裕，导致抗液化措施成本过高。

近年来，一种新型的导电排水材料（EKG）应用到工程建设领域，在进行电渗的同时还具有竖向排水体的功能。如专利“一种基于管状EKG电极的电渗土桩处理软基的方法”（专利号CN201610542272.3），利用管状EKG电极对软基进行电渗处理，操作施工较为复杂，使用电渗处理施工的能耗较高，且对场地条件的要求比较严苛，不利于在工程实践中广泛使用。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基及施工方法，能够长期、多次对可液化地基进行电解减饱和抗液化处理。

技术方案：本发明包括桩，所述的桩包括桩孔，桩孔下部为电解碎石桩段，上部为浆固碎石桩段，所述的电解碎石桩段和浆固碎石桩段之间设有过滤层，所述的桩孔内设有注浆管和洗孔管，所述的注浆管和洗孔管均与电源连接，所述的电解碎石桩段填充有第二碎石骨料，所述的浆固碎石桩段填充有第一碎石骨料，并通过注浆管注入水泥砂浆。

所述的注浆管和洗孔管均采用管状电动土工合成材料电极。

所述的注浆管采用底部封口、并在与浆固碎石桩段等长度的上半管身打孔的电极。

所述洗孔管的底部不封口，从而通过洗孔管注水清洗桩孔。

所述的桩孔两侧均设有投料导向器，防止投放的碎石骨料时碰撞孔壁引起塌孔。

所述的过滤层包括塑料格栅，塑料格栅上固定有土工布，防止水泥砂浆堵塞下部电解碎石桩孔隙。

所述的桩顶部铺设砂石层，砂石层中放入土工格栅，从而形成处治可液化地基的电解碎石桩复合地基。

所述的第一碎石骨料填充至桩孔顶部。

一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基的施工方法，包括以下步骤：

（1）成孔：在土体上钻孔形成桩孔；

（2）投石洗孔：钻孔完成后，分多次进行洗孔，并通过投料导向器向桩孔内投入碎石至设计深度后，放入用塑料格栅定型的土工布，之后再次投放碎石至桩顶部；

（3）注浆加固：通过注浆管向桩孔内通入水泥砂浆，一部分浆液充满于孔内骨料的空隙，一部分浆液向周围土体扩散，对桩周土体进行注浆加固；

（4）褥垫层设置：待桩体凝固后，在桩顶设置碎石和土工格栅组成的褥垫层；

（5）电解减饱和：当地基饱和度达到90%以上时，对地基内的水进行电解，电解产生不易溶于水的气体，进而形成气泡。

有益效果：本发明通过电解可液化地基中的孔隙水生成气体，达到减小地基饱和度并提高抗液化强度的目的；采用管状EKG电极作为注浆管和洗孔管，这种新型排水管电极结合了塑料排水管和可电解电极材料的相应优势，使得管状EKG电极能够同时具备排水和电解作用；管状EKG电极结合电解过程中水化阳离子会向阴极流动的特点，可以加快砂土颗粒中的孔隙水向外排出土体；管状EKG电极在电解过程中在地基中提供了竖向排水通道，且整体都可以导电，显著提高了地基处理的效率；管状EKG电极具有耐候性，可以防止电极发生锈蚀，能够长期、多次对可液化地基进行电解减饱和抗液化处理。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的A处放大图；

图3为本发明的桩顶俯视图；

图4是本发明的实施图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本发明包括至少两个6～20m的混凝土砂浆碎石桩11，桩11包括桩孔1、下部1/3~1/2桩长的电解碎石桩段和上部浆固碎石桩段，桩孔1两侧设有投料导向器2，桩孔1内放置有注浆管3和洗孔管4，注浆管3和洗孔管4采用管状电动土工合成材料(EKG)电极。其中，注浆管3采用一根底部封口、只在与浆固碎石桩段等长度的上半管身打孔的EKG电极；洗孔管4采用一根不封口、不打孔的管状EKG电极。桩孔1的下部通过投料导向器2填充有第二碎石骨料5，上部填充有第一碎石骨料9，第一碎石骨料9填充至桩孔1顶部，第一碎石骨料9与第二碎石骨料5之间设有过滤层8，防止水泥砂浆堵塞下部电解碎石桩孔隙。如图2所示，过滤层8包括塑料格栅6，塑料格栅6上固定有土工布7，土工布7上留有用于注浆管3和洗孔管4穿过的小孔，在放入桩孔内时在土工布7上放入少量碎石确保土工布7下落且保持伸展。

第二碎石骨料5与注浆管3、洗孔管4形成电解碎石桩段，由注浆管3通入水泥砂浆10，水泥砂浆10与第一碎石骨料9进行固结，并与注浆管3及洗孔管4形成浆固碎石桩段。水泥砂浆10除在孔中注浆成桩11外，也向周围土体12渗透。使用导线13将注浆管3和洗孔管4与电源14连接进行电解，在桩11顶铺设约50厘米左右厚度的砂石层15，砂石层15中放入土工格栅16，形成电解碎石桩复合地基褥垫层，构成本发明的复合地基，如图4所示。当地基饱和度达到90 %以上时，将两根管状EKG电极作为电极并在稳流模式下对地基内的水进行电解，产生气体形成气泡从而降低地基饱和度。

具体施工时，利用钻机按照设计直径，采用泥浆护壁保护技术钻进至设计深度形成桩孔1，在桩孔口放置用钢材（板）制作的投料导向器2，再向桩孔1内放入注浆管3和洗孔管4；通过灌浆泵向洗孔管4内注水，清洗桩孔1，通过投料导向器2向桩孔内投放第二碎石骨料5至设计深度，向桩孔1内放入用塑料格栅6定型的土工布7，形成过滤层8，再向桩孔1内投放第一碎石骨料9至桩孔顶，并由注浆管3通入水泥砂浆10，水泥砂浆10与第一碎石骨料9进行固结后形成桩11；使用导线13将注浆管3和洗孔管4连接电源14进行电解，在桩11顶铺设约50厘米的砂石层15，砂石层15中放入土工格栅16，形成电解碎石桩复合地基褥垫层。

本发明的施工方法包括以下步骤：

（1）成孔：一般用钻机成孔，自然造浆护壁，在孔壁不易保持的情况下，采用人工造浆护壁。在工程应用中采用膨润土加碱进行人工造浆护壁，泥浆的比重控制在一定的范围内。

（2）投石洗孔：钻孔完成后，分两次进行洗孔。第一次洗孔在钻孔结束后，投放碎石前进行；第二次洗孔在投放碎石过程中，进行边投放碎石边洗孔。两次洗孔分别用不同的泥浆比重作为完成标准。在投放碎石的过程中，为防止投放的碎石骨料时碰撞孔壁引起塌孔，设置专用投料导向器来引导骨料。投放碎石分两次进行，第一次投放碎石通过投料导向器向桩孔内投入碎石至设计深度后，放入用塑料格栅定型的土工布，剪除注浆管和洗孔管位置的土工布，放入桩孔内时在土工布上放少量碎石确保土工布下落且保持伸展，其作用是防止水泥砂浆堵塞下部电解碎石桩孔隙，第二次投放碎石至桩顶部。

（3）注浆加固：由灌浆泵通过管状EKG电极向桩孔内通入水泥砂浆，注浆首先要使浆液充满于孔内骨料的空隙，以便固结成桩。其次一部分浆液向周围土体扩散，对桩周土体进行注浆加固，提供天然地基土的强度。

（4）褥垫层设置：待桩体凝固后，在桩顶设置碎石和土工格栅组成的褥垫层，从而形成处治可液化地基的电解碎石桩复合地基。

（5）电解减饱和：当地基饱和度达到90%以上时，将管状EKG电极作为电极并在稳流模式下对地基内的水进行电解，电解产生不易溶于水的氢气和氧气，形成气泡从而降低地基饱和度。

Claims (8)

1.一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基，其特征在于，包括桩（11），所述桩（11）包括桩孔（1），桩孔（1）下部为电解碎石桩段，上部为浆固碎石桩段，所述电解碎石桩段和浆固碎石桩段之间设有过滤层（8），所述桩孔（1）内设有注浆管（3）和洗孔管（4），所述注浆管（3）和洗孔管（4）均与电源（14）连接，所述电解碎石桩段填充有第二碎石骨料（5），所述浆固碎石桩段填充有第一碎石骨料（9），并通过注浆管（3）注入水泥砂浆（10），所述注浆管（3）采用底部封口、并在与浆固碎石桩段等长度的上半管身打孔的电极。

2.根据权利要求1所述的一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基，其特征在于，所述注浆管（3）和洗孔管（4）均采用管状电动土工合成材料电极。

3.根据权利要求2所述的一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基，其特征在于，所述洗孔管（4）的底部不封口。

4.根据权利要求1所述的一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基，其特征在于，所述桩孔（1）两侧均设有投料导向器（2）。

5.根据权利要求1所述的一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基，其特征在于，所述过滤层（8）包括塑料格栅（6），塑料格栅（6）上固定有土工布（7）。

6.根据权利要求1所述的一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基，其特征在于，所述桩（11）顶部铺设砂石层（15），砂石层（15）中放入土工格栅（16）。

7.根据权利要求1所述的一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基，其特征在于，所述第一碎石骨料（9）填充至桩孔（1）顶部。

8.基于权利要求1~7任一项所述的一种用于可液化地基的电解碎石桩复合地基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）成孔：在土体上钻孔形成桩孔；

（2）投石洗孔：钻孔完成后，分多次进行洗孔，并通过投料导向器向桩孔内投入碎石至设计深度后，放入用塑料格栅定型的土工布，之后再次投放碎石至桩顶部；

（3）注浆加固：通过注浆管向桩孔内通入水泥砂浆，一部分浆液充满于孔内骨料的空隙，一部分浆液向周围土体扩散，对桩周土体进行注浆加固；

（4）褥垫层设置：待桩体凝固后，在桩顶设置碎石和土工格栅组成的褥垫层；

（5）电解减饱和：当地基饱和度达到90%以上时，对地基内的水进行电解，电解产生不易溶于水的气体，进而形成气泡。

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