真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統和方法

2023-10-04 13:51:59 3

真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種真空-電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統，由分段式EKG排水電極、柔性導電接頭、導電線路、直流電源、電源控制系統、塑料排水板、水平排水管路和真空泵等組成。分段式EKG排水電極通過柔性導電接頭連接，在軟土層段使用粗排水電極，砂土層段使用細排水電極，細排水電極外套一層耐腐蝕絕緣膠管，對排水板處於砂土夾層段部分用強力防水粘合劑纏繞一圈防水材料。本發明還公開了該系統的使用方法，施工前對預置排水電極和排水板位置進行靜力觸探，根據結果對排水板和排水電極進行處理和組裝，最後聯合真空預壓和電滲排水加固軟土地基。本發明可以在含砂土夾層軟弱地基上聯合真空預壓和電滲排水二種地基處理方法進行加固處理。
【專利說明】真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於軟土地基處理【技術領域】，特別涉及一種真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統和方法。
【背景技術】
[0002]真空預壓技術自八十年代以來在我國已經得到廣泛應用，是一種成熟有效的軟土地基處理方法，但該方法存在以下缺點和不足:(I)對於含砂土夾層的軟土地基，由於砂土層排水性能好，進行真空預壓處理一般效果不佳；(2)真空預壓只能排出土中的自由水，而對土體中的結合水無能為力；(3)抽真空使土體達到一定的固結指標需要較長的時間，處理周期較長。
[0003]電滲排水法是一種高效的軟土地基處理方法，目前工程中常用鋼筋作為陽極，易開孔鋼管作為陰極，陽極和陰極成對成排安裝。這種形式電極安裝方便，成本低廉，但是有很多不足:(1)當待處理的軟土層中含有砂土夾層時，在孔隙水的連通下電滲電路容易發生短路，造成人員設備損失；(2)陽極和陰極採用不同結構的電極，無法使用電極轉換技術，處理效果在平面上會不均勻；(3)在電流的作用下，電極很容易與土體中的礦物成分發生化學反應，致使電極腐蝕損壞；(4)電滲排水受雨水回灌的影響很大。
[0004]真空預壓和電滲排水聯合運用是近幾年發展起來的軟基加固新技術，由於常用的金屬電極在處理後期會頂出土體刺穿真空膜造成漏氣，影響真空預壓的效果，並且對於含砂土夾層軟土地基不能直接採用真空預壓和電滲法，使得聯合使用電滲排水和真空預壓處理含砂土夾層軟土地基很難實現。
[0005]

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於克服上述缺陷，提供一種真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統和方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:一種真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統，包括分段式EKG排水電極、柔性導電接頭、導電線路、直流電源、電源控制系統、塑料排水板、水平排水管路和真空泵等。分段式排水電極有粗細兩種型號，在軟土層段使用粗排水電極，在砂土夾層段使用細排水電極，細排水電極外套一層防腐蝕絕緣膠管使電極與土體之間絕緣，分段式排水電極根據靜力觸探結果通過柔性導電接頭連接。排水板位於砂土夾層段的部分用強力防水粘合劑纏繞一圈防水材料使排水板與土體之間不透水。將排水電極和排水板插入預置位置，電源分別與陰極和陽極連接，並接入電源管理系統。將排水電極和排水板接入水平排水支管，水平排水支管匯總到水平排水主管，最後與真空泵相連。
[0008]一種真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的方法，採用以下技術步驟實現:
(I)根據設計要求預置排水電極和塑料排水板的位置，電極間距優選採取2?3倍的排水板間距，在各預置位置進行靜力觸探，得到預置位置的土層分布和性質；
(2)整平場地，鋪設一層30cm-50cm厚的砂墊層；
(3)在鋪設砂墊層期間，依據靜力觸探分析結果，用柔性導電接頭組裝排水電極，在軟土層段使用粗排水電極，在砂土夾層段使用細排水電極，細排水電極外套一層防腐蝕絕緣膠管使電極與土體之間絕緣，然後套入用濾布縫製的濾袋；在排水板處於砂土層段用強力防水粘合劑包裹一層不透水材料，使排水板與土體之間不透水。
[0009](4)利用打板機打設塑料排水板，在預置電極的位置不打排水板而只用打板機打孔，成孔後立即插入組裝好的EKG排水電極，排水電極露出地面5?10cm，用於與水平排水支管和導電線路的連接；
(5)在場地上布置導電線路和水平排水管，水平排水支管與塑料排水板間距一致，水平排水主管間距10m-15m ；
(6)將同一排的排水板和排水電極連接到同一根水平排水支管上，排水板與水平排水支管採用繚繞法連接，排水電極與水平排水支管採用三通連接，最後將排水支管與主管相連，主管連接至真空泵，每1000m2-1500m2布置一臺真空泵；
(7)將排水電極一排作為陰極，相鄰一排作為陽極，分別通過支導線串聯。支導線通過穿刺型絕緣線夾連接主導線，最後將主導線連接至直流電源和電源控制系統；
(8)在水平排水管和導電線路上鋪設一層土工布，在土工布上鋪設2?3層真空膜，將電滲排水系統覆蓋在膜下，將真空膜壓入密封溝然後回填粘土並壓實；
(9)開動真空泵開始抽真空，同時接通直流電源開始電滲排水。真空負壓通過排水管傳遞到排水電極和塑料排水板的空腔中，向地基中擴散。導電線路、排水電極和電極間土體形成電流迴路，陽極和陰極之間產生電勢差。一方面，軟基中的自由水在真空負壓的作用下向塑料排水板和排水電極中匯集，最終通過排水管排出；另一方面，水分子有極性，在電勢差的作用下由陽極向陰極匯集，同時電滲作用增大了水分子的活性，加快了滲透速度。此夕卜，電滲作用還可以促使土體中的結合水脫離土顆粒的束縛而排出，進一步降低土體的含水率。在真空負壓和電滲的聯合作用下，土體迅速排水固結產生沉降；
(10)在電滲過程中，利用電源控制系統控制電源的工作時間，進行間歇通電，提高電滲的效率。另外，每隔3飛天應手動改變電滲系統的正負極接線，進行極性轉換，電滲流的方向也產生相應的改變，這樣能夠提高加固地基的均勻性；
(11)期間做好現場各項監測，繪製沉降-時間關係曲線，直到沉降穩定符合卸載條件後，停止電滲和真空預壓。
[0010]本發明的優點和效果在於:
(1)粗細兩種電極可以根據現場土層情況靈活組裝，對於任何較複雜的含砂土夾層軟土地基，均可利用聯合真空預壓-電滲法進行有效的加固處理；
(2)採用EKG排水電極，使真空預壓和電滲排水有效的結合，優勢互補，電滲增大軟基中水的滲透能力，加快真空預壓的固結速度並能進一步降低土壤含水率，真空預壓為電滲排水提供真空壓力使土體壓密固結，並為電滲提供上覆膜防止雨水回灌的影響；
(3)排水電極是通過柔性導電接頭由0.5m、lm等固定長度的分段式電極組裝而成，可以承受一定程度的彎曲，不會隨地基沉降而刺穿真空膜，保證了真空預壓和電滲排水的有效結合。[0011](4)排水電極和柔性導電接頭均採用耐腐蝕材料製成，在土體中不易破壞，可在膜下長期工作；
(5)電滲系統全部位於真空膜以下，後期可以在真空膜上進行堆載處理加快土體的固結速度；
(6)對於軟土地基中的砂土夾層不需進行加固處理，本方法可以有效節省電力，降低成本，且避免施工機具和人員的損傷。
[0012](7)分段式EKG排水電極在地基沉降過程中會彎曲變形，且各段電極採用柔性導電接頭連接，因此排水電極不會由於地基沉降而上頂刺破真空膜，避免漏氣發生；
本發明經濟有效、節約工期、可適用於不同性質的土層，加固效果顯著，是一種處理含砂土夾層軟土地基的經濟高效的加固方法。
[0013]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細描述。本發明的保護範圍並不以【具體實施方式】為限，而是由權利要求加以限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明真空-電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的平面布置圖；
圖2為本發明真空-電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的剖面示意圖；
圖3為本發明中柔性導電接頭三種形式的示意圖。
[0015]圖中，I為EKG粗排水電極，2為EKG細排水電極，3為柔性導電接頭，4為組裝後排水電極，5為塑料排水板,6為電滲支導線,7為電滲主導線,8為水平排水支管,9為水平排水主管，10為直流電源，11為真空泵，12為砂墊層，13為水平排水管路，14為導電線路，15為土工布，16為真空膜，17為防腐蝕絕緣膠管，18為防水材料。
【具體實施方式】
[0016]如圖1和2所示，一種真空-電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統，包括分段式EKG排水電極、柔性導電接頭3、導電線路14、直流電源10、電源控制系統、塑料排水板5、水平排水管路13和真空泵11等。分段式排水電極有粗細兩種型號，在軟土層段使用粗排水電極1，在砂土夾層段使用細排水電極2，細排水電極2外套一層防腐蝕絕緣膠管17使電極與土體之間絕緣，分段式排水電極根據靜力觸探結果通過柔性導電接頭3連接。排水板5位於砂土夾層段的部分用強力防水粘合劑纏繞一圈防水材料使排水板5與土體之間不透水。將排水電極4和排水板5插入預置位置，電源分別與陰極和陽極連接，並接入電源管理系統。將排水電極4和排水板5接入水平排水支管8，水平排水支管8匯總到水平排水主管9，最後與真空慄11相連。
[0017]一種真空-電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的方法，可採用以下技術步驟實現:
1.如圖1所示，按照ImXIm的間距布置塑料排水板(5)的位置，按照2mX 2m的間距布置插設排水電極(4)的位置，在各預置位置進行靜力觸探，從而得到各位置的土層分布和性質；
2.整平場地，鋪設一層30cm-50cm厚的砂墊層(12)；
3.在鋪設砂墊層(12)期間組裝和處理排水電極(4)和排水板(5)，依據各位置靜力觸探分析結果，用柔性導電接頭(3 )組裝粗排水電極(I)和細排水電極(2 )使組裝後的排水電極(4)在砂土層中與土體絕緣接觸，，然後套入用濾布縫製的濾袋；在排水板(5)處於砂土層段部分用強力防水粘合劑包裹一層防水材料(18)，使排水板與土體之間不透水；
4.利用打板機打設塑料排水板(5)，在預置電極的位置不打排水板而只利用打板機打孔，成孔後立即插入組裝好的EKG排水電極(4)，排水電極露出地面5~10cm，用於與水平排水管路(13)和導電線路(14)的連接；
5.在砂墊層(12)上布置水平排水管路(13)，水平排水管路(13)由水平排水支管(8)和水平排水主管(9)構成，水平排水支管的間距(8)與塑料排水板(5)間距一致，水平排水主管(9)間距10m-15m ；
6.將塑料排水板(5)的預留段繚繞在水平排水支管(8)的上，用鋼絲綁緊；將同一排的EKG排水電極(4)通過三通與水平排水支管(8)連接。水平排水支管(8)通過三通與水平排水主管(9)連接形成水平排水管路(13)，並將水平排水管路(13)埋入砂墊層(12);
7.在砂墊層(12)上布置導電線路(14)，導電線路(14)由電滲支導線(6)和電滲主導線(7)組成。如圖1所示電滲支導線(6)間距和排水電極(4)間距一致，並在加固區外側布置電滲主導線(7)，電滲支導線(6 )和電滲主導線(7)均可採用銅芯橡皮線；
8.將排水電極(4)與電滲支導線(6)用穿刺型絕緣線夾連接，結構密封良好，防腐蝕，防水。如圖1所示將一排電極作為陽極，相鄰一排電極作為陰極，分別將陽極和陰極的支導線(6)通過穿刺型絕緣夾連接主導線(7)構成導電線路(14)，並將導電線路(14)埋入砂墊層(12)中；
9.在砂墊層上(12)鋪設一層土工布(15)，在土工布(15)上鋪設2~3層真空膜(16)，真空膜(16)為聚乙烯薄膜；
10.將電滲排水系統覆蓋在真空膜(16)下，將真空膜壓入密封溝然後回填粘土並壓
實；
11.將水平排水主管(9)穿過真空膜(16 )與真空泵(11)連接，並在出膜處密封保證真空膜不漏氣；
12.將陽極和陰極的主導線(7)與直流電源(10)的正極和負極連接，開動真空泵(11)開始抽真空，同時檢查是否漏氣，要求膜下真空度大於或等於80kPa，當達不到真空度要求時，須採取加泵措施並檢查密封情況；
13.在抽真空的同時進行啟動直流電源(10)進行電滲排水。電源電壓宜儘量大但不超過72V安全電壓。電滲過程一方面採用間歇通電的方法，如每工作2~3個小時停電I個小時。可以採用電源控制系統設定工作時間；另外一方面採用極性轉換的方法，每:3~5天進行一次陰極和陽極的轉換；
14.做好現場各項監測，繪製沉降-時間關係曲線，待沉降穩定符合卸載條件後，停止電滲和真空預壓。
【權利要求】
1.一種真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統，包括分段式EKG排水電極、柔性導電接頭、導電線路、直流電源、電源控制系統、塑料排水板、水平排水管路和真空泵，其特徵在於:分段式排水電極有粗細兩種型號，在軟土層段使用粗排水電極，在砂土夾層段使用細排水電極，細排水電極外套一層防腐蝕絕緣膠管使電極與土體之間絕緣，分段式排水電極根據靜力觸探結果通過柔性導電接頭連接，排水板位於砂土夾層段的部分用強力防水粘合劑纏繞一圈防水材料使排水板與土體之間不透水，將排水電極和排水板插入預置位置，電源分別與陰極和陽極連接，並接入電源管理系統，將排水電極和排水板接入水平排水支管，水平排水支管匯總到水平排水主管，最後與真空泵相連。
2.基於權利要求1所述的一種真空電滲聯合加固含砂土夾層軟土地基的系統的使用方法，包含以下技術步驟: (1)根據設計要求預置排水電極和塑料排水板的位置，電極間距優選採取2?3倍的排水板間距，在各預置位置進行靜力觸探，得到預置位置的土層分布和性質； (2)整平場地，鋪設一層30cm-50cm厚的砂墊層； (3)在鋪設砂墊層期間，依據靜力觸探分析結果，用柔性導電接頭組裝排水電極，在軟土層段使用粗排水電極，在砂土夾層段使用細排水電極，細排水電極外套一層防腐蝕絕緣膠管使電極與土體之間絕緣，然後套入用濾布縫製的濾袋；在排水板處於砂土層段用強力防水粘合劑包裹一層不透水材料，使排水板與土體之間不透水； (4)利用打板機打設塑料排水板，在預置電極的位置不打排水板而只用打板機打孔，成孔後立即插入組裝好的EKG排水電極，排水電極露出地面5?10cm，用於與水平排水支管和導電線路的連接； (5)在場地上布置導電線路和水平排水管，水平排水支管與塑料排水板間距一致，水平排水主管間距10m-15m ； (6)將同一排的排水板和排水電極連接到同一根水平排水支管上，排水板與水平排水支管採用繚繞法連接，排水電極與水平排水支管採用三通連接，最後將排水支管與主管相連，主管連接至真空泵，每1000m2-1500m2布置一臺真空泵； (7)將排水電極一排作為陰極，相鄰一排作為陽極，分別通過支導線串聯，支導線通過穿刺型絕緣線夾連接主導線，最後將主導線連接至直流電源和電源控制系統； (8)在水平排水管和導電線路上鋪設一層土工布，在土工布上鋪設2?3層真空膜，將電滲排水系統覆蓋在膜下，將真空膜壓入密封溝然後回填粘土並壓實； (9)開動真空泵開始抽真空，同時接通直流電源開始電滲排水； (10)在電滲過程中，利用電源控制系統控制電源的工作時間，進行間歇通電，提高電滲的效率，另外，每隔3飛天改變電滲系統的正負極接線，進行極性轉換； (11)期間做好現場各項監測，繪製沉降-時間關係曲線，直到沉降穩定符合卸載條件後，停止電滲和真空預壓。
【文檔編號】E02D3/11GK103541348SQ201310469137
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】丁選明, 盧一為, 李平, 孔綱強 申請人:河海大學