CN114775574A - 一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及吹填土排水系统技术领域，公开了一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统及施工方法；包括水平排水板、导电塑料排水板、真空通道支管、真空通道主管、直流电源、真空泵、密封膜；水平排水板分层铺设于深部软土中，并通过接头与真空通道支管连接，进而连接至真空通道主管。导电塑料排水板竖直打入上部软土中，通过金属导线将导电塑料排水板连接至直流电源正负极，导电塑料排水板顶端通过接头与真空通道主管连接，并进一步接入真空泵，导电塑料排水板上部还覆盖有密封膜。本发明兼具电渗法和水平排水板排水法的优点，避免塑料排水板的弯折问题，能够有效加快软土排水固结速率，显著提高深层软土加固效果。
Description
技术领域
本发明涉及吹填土排水系统技术领域，具体是一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统及施工方法。
背景技术
吹填造陆是解决沿海城市土地资源短缺的重要措施，也是合理疏浚和清洁沿海水环境的新途径。由于吹填土具有含水率高、压缩性高、渗透性低、承载力低等特点，工程中需要对吹填土进行加固处理，此时吹填土地基处理方法的合理选用及优化设计是工程中必须解决的技术难点。目前的排水固结法中，物理排水固结法包括堆载预压、真空预压、电渗法及不同物理加固相互联合的方法。这些物理排水固结法中主要采用竖向塑料排水板联合真空预压达到排水目的，由于塑料排水板的弯折问题，导致吹填土地基处理时间长，尤其是加固后期固结速率特别缓慢，并且对深部土层加固效果不佳。化学固化方法通过向吹填土中添加固化剂、吸水剂使土体达到脱水目的，其成本高且使用后可能对环境产生二次污染，因此当前该方法在工程实践中并未得到广泛运用。
电渗法作为一种新兴排水固结方法，具有加固速度快的特点，对细颗粒、低渗透性土有良好的加固效果。传统电渗法其电极材料往往采用金属材料存在电极腐蚀的问题，导电塑料排水板(EVD)的研制成功解决了电极腐蚀难题，并使电渗法重新得到学者们的重视。但导电塑料排水板竖向打入土体中，在土层深部的竖向排水板不可避免出现弯折现象。排水板的弯折将影响真空度向深部土层传递，导致处理周期变长且深部土层处理后效果不佳，此外，排水板弯折后同一水平面真空度分布不均匀，易使地基产生不均匀沉降，因此对于深厚吹填土地基，即使采用电渗法也难以处理深部土体；另一方面，水平排水板排水技术具有加固速率快、能够有效加固深层土体等特点；这是因为吹填土固结沉降主要以竖向位移为主，很少产生水平位移，因此将排水板水平布置能有效避免弯折问题，并提高真空效果的传递。然而，现场试验结果表明水平排水板对浅层土体的加固效果不如竖向排水板，而对于深层土体的加固效果要优于竖向排水板；为此提供一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统及施工方法。
发明内容
针对上述排水固结法的不足，本发明结合电渗技术和水平排水板排水技术的优点，构建一种用于高效处理吹填土的竖向电渗联合水平排水板立式排水系统。在施工方面，水平排水板和竖向电极依次铺设，两者互不干扰，有利于提高施工效率。在材料损耗方面，竖向电极没有完全打入，水平排水板也没有在整个吹填土深度上铺设，因此能够减少材料损耗，做到经济合理，在理论方面，竖向电极处理上部土体效果更好，而水平排水板处理深部土体更有优势，因此竖向电渗与水平排水板联合优势互补，在理论上也能兼具电渗法和水平排水板排水技术的优点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统，包括围堰、直流电源、密封膜、阳极导电塑料排水板、阴极导电塑料排水板、水平排水板、真空通道主管、真空泵和真空通道支管；其特征在于，同一水平面的水平排水板呈条形分布，各层水平排水板之间为软土，所述水平排水板端部通过第一接头与真空通道支管连接，所述真空通道支管与铺设在围堰内侧的真空通道主管相连；
所述阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板均位于水平排水板的上部，且与水平排水板无接触，所述阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板竖向打入软土内，与直流电源正极相连的导线为电源正极导线，所述电源正极导线与阳极导电塑料排水板相连接；与直流电源负极相连的导线为电源负极导线，所述电源负极导线与阴极导电塑料排水板相连接，所述软土的顶部覆盖有密封膜。
作为本发明的一种优选技术方案，所述阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板顶部通过第二接头与真空通道主管相连接，所述真空通道主管与真空泵相连。
一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法，具体步骤如下：
步骤(1)：围堰的施工，完成后围堰总高度大于吹填土设计标高，围堰范围内形成吹填场地；
步骤(2)：吹填场地底部铺设水平排水板和真空通道支管；
步骤(3)：进行第一次吹填，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第二层水平排水板；完成后进行第二次吹填，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第三层水平排水板；
步骤(4)：继续吹填至吹填土高度达到设计值，利用插板机在预定位置打入阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板，通过接头将阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板的顶端与真空通道主管相连接；利用电源正极导线和电源负极导线将阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板分别连接至直流电源的正极和负极；
步骤(5)：真空通道主管与真空泵相连接，然后在软土的顶部铺设一层编织土工布，再铺设密封膜，然后开通真空泵进行试抽，检查密封膜的完整性，如有泄露需及时修补，接通直流电源，同时进行抽真空，直至吹填土的固结度达到设计要求。
作为本发明的一种优选技术方案，所述阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板形成矩形布置或梅花形布置和或平行交错布置的任意一种；同一水平面的水平排水板呈横向条形分布或纵向条形分布。
作为本发明的一种优选技术方案，所述水平排水板的竖向间距1-3m，水平向间距1-2m。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(4)中同一水平面的阳极导电塑料排水板或阴极导电塑料排水板之间的间距为1-3m，所述阳极导电塑料排水板或阴极导电塑料排水板的底端距离最近的水平排水板为2-4m。
本发明的有益效果是：与现有排水固结技术相比，电渗联合水平排水板排水系统具有以下优点：
1、本发明兼具电渗法和水平排水板排水法的优点，具有更好的加固效果，同时提高排水固结速率，节约工期；
2、充分发挥水平排水板处理深部吹填土的优势，避免塑料排水板的弯折问题，真空荷载通过水平排水板有效传递至深部吹填土中，从而显著提高深部吹填土加固效果；
3、水平排水板和竖向电极依次铺设，两者互不干扰，有利于提高施工效率；
4、竖向电极没有完全打入，水平排水板也没有在整个吹填土深度上铺设，因此能够减少材料损耗，做到经济合理；
5、水平排水板可采用横向条形或纵向条形铺设，竖向电极可采用梅花形、矩形、平行交错这三种布置方式，因此本发明的水平排水板和竖向电极具有灵活的布置的特点；
6、电渗与真空荷载独立施加，通电时机和通电方式可以灵活选择。
附图说明
图1：为本发明电渗联合水平排水板排水系统立面示意图；
图2：为本发明竖向电极矩形布置平面图；
图3：为本发明竖向电极梅花形布置平面图；
图4：为本发明竖向电极平行交错布置平面图；
图5：为本发明排水板与真空通道通过接头连接图；
图6：为本发明电渗联合水平排水板排水系统处理软土地基的流程图。
图中，1-围堰，2-直流电源，3-电源正极导线，4-电源负极导线，5-软土，6-密封膜，7-阳极导电塑料排水板，8-阴极导电塑料排水板，9-导电塑料排水板与真空通道接头，10-水平排水板，11-水平排水板与真空通道的接头，12-真空通道主管，13-真空泵，14-真空通道支管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
如图1和图6所示，本发明提供一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统，包括围堰1、直流电源2、密封膜6、阳极导电塑料排水板7、阴极导电塑料排水板8、水平排水板10、真空通道主管12、真空泵13、真空通道支管14。
如图1和图5所示，同一水平面的水平排水板10呈条形分布，各层水平排水板10之间为软土5，水平排水板10端部通过接头11与真空通道支管14连接，真空通道支管14进一步与铺设在围堰1内侧的真空通道主管12相连。
如图1所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8均位于水平排水板上部，且与水平排水板10无接触，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8竖向打入吹填软土5中。与直流电源2正极相连的导线为电源正极导线3，电源正极导线3与阳极导电塑料排水板7相连接。与直流电源2负极相连的导线为电源负极导线4，电源负极导线4与阴极导电塑料排水板8相连接。
如图2所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8形成矩形布置。
如图1所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8顶部通过接头9与真空通道主管12相连接，真空通道主管12进一步连接至真空泵13。软土5顶部覆盖有密封膜6，保证真空荷载有效传递。在真空泵13的作用下，软土5中孔隙水分别通过阳极导电塑料排水板7、阴极导电塑料排水板8及水平排水板10排出。
请参阅图6，本发明提供一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法；主要包括以下步骤：
步骤(1)：围堰施工，完成后围堰总高度大于吹填土设计标高，围堰范围内形成吹填场地；
步骤(2)：吹填场地底部铺设水平排水板和真空通道支管。排水板呈横向条形分布，水平排水板通过接头与真空通道支管连接，支管进一步连接到沿围堰内侧铺设的真空通道主管；
步骤(3)：进行第一次吹填，吹填厚度在2m，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第二层水平排水板，水平排水板与真空通道连接形式与底部排水板类似。完成后进行第二次吹填，吹填厚度在2m，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第三层层水平排水板，水平排水板与真空通道连接形式与底部排水板类似；
步骤(4)：继续吹填6m，直至吹填土高度达到设计值。利用插板机在预定位置打入导电塑料排水板，通过接头将导电塑料排水板顶端与真空通道相连接，利用金属导线将阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板分别连接至直流电源的正极和负极，阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板之间如图2所示矩形布置，导电塑料排水板底端距最近的水平排水板2m；
步骤(5)：真空通道与真空泵相连接，铺设一层编织土工布，再铺设密封膜。开通真空泵进行试抽，检查密封膜的完整性，如有泄露需及时修补，接通直流电源，同时进行抽真空，使吹填土在电渗和真空荷载作用下排水固结，当吹填土地基的固结度达到设计要求时，进行加固效果检验，验收合格后，拆卸完工。
实施例2：
如图1和图6所示，本发明提供一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统，包括围堰1、直流电源2、密封膜6、阳极导电塑料排水板7、阴极导电塑料排水板8、水平排水板10、真空通道主管12、真空泵13、真空通道支管14。
如图1和图5所示，同一水平面的水平排水板10呈横向条形分布，各层水平排水板10之间为软土5，水平排水板10端部通过接头11与真空通道支管14连接，真空通道支管14进一步与铺设在围堰1内侧的真空通道主管12相连。
如图1所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8均位于水平排水板上部，且与水平排水板10无接触，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8竖向打入吹填软土5中，与直流电源2正极相连的导线为电源正极导线3，电源正极导线3与阳极导电塑料排水板7相连接，与直流电源2负极相连的导线为电源负极导线4，电源负极导线4与阴极导电塑料排水板8相连接。
如图3所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8形成梅花形布置。
如图1所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8顶部通过接头9与真空通道主管12相连接，真空通道主管12进一步连接至真空泵13。软土5顶部覆盖有密封膜6，保证真空荷载有效传递。在真空泵13的作用下，软土5中孔隙水分别通过阳极导电塑料排水板7、阴极导电塑料排水板8及水平排水板10排出。
请参阅图6，本发明提供一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法；主要包括以下步骤：
步骤(1)：围堰施工，完成后围堰总高度大于吹填土设计标高，围堰范围内形成吹填场地；
步骤(2)：吹填场地底部铺设水平排水板和真空通道支管，排水板呈横向条形分布，水平排水板通过接头与真空通道支管连接，支管进一步连接到沿围堰内侧铺设的真空通道主管；
步骤(3)：进行第一次吹填，吹填厚度在3m，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第二层水平排水板，水平排水板与真空通道连接形式与底部排水板类似。完成后进行第二次吹填，吹填厚度在3m，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第三层层水平排水板，水平排水板与真空通道连接形式与底部排水板类似；
步骤(4)：继续吹填8m，直至吹填土高度达到设计值，利用插板机在预定位置打入导电塑料排水板，通过接头将导电塑料排水板顶端与真空通道相连接，利用金属导线将阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板分别连接至直流电源的正极和负极，阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板形成如图3所示梅花形布置。导电塑料排水板底端距最近的水平排水板2m；
步骤(5)：真空通道与真空泵相连接，铺设一层编织土工布，再铺设密封膜。开通真空泵进行试抽，检查密封膜的完整性，如有泄露需及时修补，接通直流电源，同时进行抽真空，使吹填土在电渗和真空荷载作用下排水固结，当吹填土地基的固结度达到设计要求时，进行加固效果检验，验收合格后，拆卸完工。
实施例3：
如图1和图6所示，本发明提供一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统，包括围堰1、直流电源2、密封膜6、阳极导电塑料排水板7、阴极导电塑料排水板8、水平排水板10、真空通道主管12、真空泵13、真空通道支管14。
如图1和图5所示，同一水平面的水平排水板10呈条形分布，各层水平排水板10之间为软土5，水平排水板10端部通过接头11与真空通道支管14连接，真空通道支管14进一步与铺设在围堰1内侧的真空通道主管12相连。
如图1所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8均位于水平排水板上部，且与水平排水板10无接触，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8竖向打入吹填软土5中。与直流电源2正极相连的导线为电源正极导线3，电源正极导线3与阳极导电塑料排水板7相连接。与直流电源2负极相连的导线为电源负极导线4，电源负极导线4与阴极导电塑料排水板8相连接。
如图4所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8形成平行交错布置。
如图1所示，阳极导电塑料排水板7和阴极导电塑料排水板8顶部通过接头9与真空通道主管12相连接，真空通道主管12进一步连接至真空泵13。软土5顶部覆盖有密封膜6，保证真空荷载有效传递。在真空泵13的作用下，软土5中孔隙水分别通过阳极导电塑料排水板7、阴极导电塑料排水板8及水平排水板10排出。
请参阅图6，本发明提供一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法，主要包括以下步骤：
步骤(1)：围堰施工，完成后围堰总高度大于吹填土设计标高，围堰范围内形成吹填场地；
步骤(2)：吹填场地底部铺设水平排水板和真空通道支管。排水板呈横向条形分布，水平排水板通过接头与真空通道支管连接，支管进一步连接到沿围堰内侧铺设的真空通道主管；
步骤(3)：进行第一次吹填，吹填厚度在3m，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第二层水平排水板，水平排水板与真空通道连接形式与底部排水板类似。完成后进行第二次吹填，吹填厚度在2m，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第三层层水平排水板，水平排水板与真空通道连接形式与底部排水板类似；
步骤(4)：继续吹填6m，直至吹填土高度达到设计值。利用插板机在预定位置打入导电塑料排水板，通过接头将导电塑料排水板顶端与真空通道相连接。利用金属导线将阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板分别连接至直流电源的正极和负极。阳极导电塑料排水板和阴极导电塑料排水板形成如图4所示平行交错布置。导电塑料排水板底端距最近的水平排水板3m；
步骤(5)：真空通道与真空泵相连接，铺设一层编织土工布，再铺设密封膜。开通真空泵进行试抽，检查密封膜的完整性，如有泄露需及时修补，接通直流电源，同时进行抽真空，使吹填土在电渗和真空荷载作用下排水固结，当吹填土地基的固结度达到设计要求时，进行加固效果检验，验收合格后，拆卸完工。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统，包括围堰(1)、直流电源(2)、密封膜(6)、阳极导电塑料排水板(7)、阴极导电塑料排水板(8)、水平排水板(10)、真空通道主管(12)、真空泵(13)和真空通道支管(14)；其特征在于，同一水平面的水平排水板(10)呈条形分布，各层水平排水板(10)之间为软土(5)，所述水平排水板(10)端部通过第一接头(11)与真空通道支管(14)连接，所述真空通道支管(14)与铺设在围堰(1)内侧的真空通道主管(12)相连；
所述阳极导电塑料排水板(7)和阴极导电塑料排水板(8)均位于水平排水板(10)的上部，且与水平排水板(10)无接触，所述阳极导电塑料排水板(7)和阴极导电塑料排水板(8)竖向打入软土(5)内，与直流电源(2)正极相连的导线为电源正极导线(3)，所述电源正极导线(3)与阳极导电塑料排水板(7)相连接；与直流电源(2)负极相连的导线为电源负极导线(4)，所述电源负极导线(4)与阴极导电塑料排水板(8)相连接，所述软土(5)的顶部覆盖有密封膜(6)。
2.根据权利要求1所述一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统，其特征在于，所述阳极导电塑料排水板(7)和阴极导电塑料排水板(8)顶部通过第二接头(9)与真空通道主管(12)相连接，所述真空通道主管(12)与真空泵(13)相连。
3.一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤(1)：围堰(1)的施工，完成后围堰总高度大于吹填土设计标高，围堰范围内形成吹填场地；
步骤(2)：吹填场地底部铺设水平排水板(10)和真空通道支管(14)；
步骤(3)：进行第一次吹填，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第二层水平排水板(10)；完成后进行第二次吹填，土层厚度达到预定高度后停止吹填，铺设第三层水平排水板(10)；
步骤(4)：继续吹填至吹填土高度达到设计值，利用插板机在预定位置打入阳极导电塑料排水板(7)和阴极导电塑料排水板(8)，通过接头将阳极导电塑料排水板(7)和阴极导电塑料排水板(8)的顶端与真空通道主管(12)相连接；利用电源正极导线(3)和电源负极导线(4)将阳极导电塑料排水板(7)和阴极导电塑料排水板(8)分别连接至直流电源的正极和负极；
步骤(5)：真空通道主管(12)与真空泵(13)相连接，然后在软土(5)的顶部铺设一层编织土工布，再铺设密封膜(6)，然后开通真空泵(13)进行试抽，检查密封膜(6)的完整性，如有泄露需及时修补，接通直流电源，同时进行抽真空，直至吹填土的固结度达到设计要求。
4.根据权利要求3所述的一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法，其特征在于，所述阳极导电塑料排水板(7)和阴极导电塑料排水板(8)形成矩形布置或梅花形布置和或平行交错布置的任意一种；同一水平面的水平排水板(10)呈横向条形分布或纵向条形分布。
5.根据权利要求3所述的一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法，其特征在于，所述水平排水板(10)的竖向间距1-3m，水平向间距1-2m。
6.根据权利要求3所述的一种电渗联合水平排水板加固吹填土排水系统的施工方法，其特征在于，所述步骤(4)中同一水平面的阳极导电塑料排水板(7)或阴极导电塑料排水板(8)之间的间距为1-3m，所述阳极导电塑料排水板(7)或阴极导电塑料排水板(8)的底端距离最近的水平排水板(10)为2-4m。
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