用于加固软土地基的排水板、加固系统及加固方法与流程

本发明涉及软土加固技术领域，特别涉及一种用于加固软土地基的排水板、加固系统及加固方法。

背景技术：

随着我国经济持续快速发展，人口不断稠密，用地需求日益增长。为缓解用地紧张问题，围海造陆越来越多地应用于工程实践中（董志良，刘嘉等.大面积围海造陆工程关键技术研究及运用[j].水运工程，2015，（2）：9-17.）。目前围海造陆工程中常采用直接吹填法，而对大面积深厚软土地基进行加固处理，是确保围海造陆的关键。工程上加固软土地基的常规处理方法一般有真空预压法、电渗法以及真空预压联合电渗法等。

现有技术一的技术方案

首先，在需要加固的地基上铺设水平排水垫层（如砂垫层等）后，打设垂直排水通道（袋装砂井或塑料排水板等）。然后，在砂垫层上铺设塑料密封膜并使其四周埋设于不透气层顶面以下至少50cm，使之与大气压隔离。最后采用抽真空装置（射流泵）降低被加固地基内孔隙水压力，使其地基内有效应力增加，土体得到加固。（夏玉斌，陈允进.直排式真空预压法加固软土地基的试验与研究[j].工程地质学报，2010，18（3）：376-383.）

现有技术一的缺点

该加固方法对于黏粒含量高的土体处理时间较长；加固时，真空度会沿着土体深度逐渐衰减，导致土体下部排水效果较差，施工前往往需要二次处理；该加固方法处理费用相对较高。

现有技术二的技术方案

首先，在待加固地基上插入金属电极，再通以直流电。在电场作用下，土体中的水体从阳极迁移到阴极，并在阴极得以排出，从而达到降低高黏性土的含水率，改善地基土强度的目的。

现有技术二的缺点

该加固方法存在金属电极易腐蚀、界面电阻过大、电量和电极消耗较大等问题；电渗过程中发生的电解反应会产生一定量的气体，气体的溢出会影响加固效果；单独电渗作用下，加固后的土体强度不均匀现象明显，阳极附近地基土强度要远大于阴极附近地基土的强度，这就使得加固后地基土的工程应用价值相对较低。

现有技术三的技术方案

该加固方法一般是以导电塑料排水板或导电塑料排水管作为加固地基土体的试验材料，将真空预压法与电渗法相结合的排水固结法，在真空预压排水和电渗排水的共同作用下进行排水固结，其具有真空预压和电渗排水的双重效果。（房营光，徐伟.碱渣土的真空-电渗联合排水固结特性试验研究[j].华南理工大学学报（自然科学版），2006，34（11）：70-75）

现有技术三的缺点

该加固方法所使用的导电塑料排水板在真空预压联合电渗法加固过程中易发生弯折，进而会导致排水效果不佳特别是后期排水能力明显下降，并且塑料排水板是通过基板表面的凹槽进行排水的，其不能有效发挥真空预压法排水的作用；另外，该方法若采用导电塑料排水管，会使得作用土体的有效电势远远小于采用导电塑料排水板时作用于土体的有效电势，即采用导电塑料排水管时，不能有效发挥电渗法排水的作用，排水效率较低。

技术实现要素：

为了解决现有的真空预压联合电渗法排水效率较低的问题，本发明提供了一种用于加固软土地基的排水板，所述排水板包括加厚基板和多个隔板，加厚基板内间隔设置有多个排水圆柱通孔，每个排水圆柱通孔的高度均与加厚基板的高度相同，

加厚基板的两个侧面分别为第一侧面和第二侧面，第一侧面上间隔设有多列第一侧面排水小孔，每列第一侧面排水小孔各对应一个排水圆柱通孔，且每列第一侧面排水小孔均与其所对应的排水圆柱通孔连通，第二侧面上间隔设有多列第二侧面排水小孔，每列第二侧面排水小孔各对应一个排水圆柱通孔，且每列第二侧面排水小孔均与其所对应的排水圆柱通孔连通；

在加厚基板的第一侧面上，每列第一侧面排水小孔的两侧均设有隔板，在加厚基板的第二侧面上，每列第二侧面排水小孔的两侧均设有隔板；

加厚基板内嵌入有铜线，且铜线从加厚基板内伸出，铜线的伸出端能够与电源的正极或负极电连接。

所述加厚基板和所述隔板的材质均为导电塑料。

多列所述第一侧面排水小孔包括的所有排水小孔在所述加厚基板的第一侧面上均匀分布，相邻的两列第一侧面排水小孔之间有一个所述隔板；

多列所述第二侧面排水小孔包括的所有排水小孔在所述加厚基板的第二侧面上均匀分布，相邻的两列第二侧面排水小孔之间有一个所述隔板。

所述加厚基板内嵌入有两根铜线，两根铜线的伸出端均与电源的正极或负极电连接。

一种用于加固软土地基的加固系统，所述排水系统包括编织布、电源、土工布、抽真空装置、水平向滤管、砂垫层、密封膜、含水率监测装置和两块所述排水板；

两块所述排水板平行相对插入待加固软土地基中，其中一块所述排水板的铜线与所述电源的正极电连接，另一块所述排水板的铜线与所述电源的负极电连接；

编织布铺设在所述待加固软土地基上，砂垫层铺设在编织布上，土工布铺设在砂垫层上，密封膜覆盖在砂垫层上，且密封膜的边缘置于密封沟内，密封沟内有密封液体，水平向滤管穿过密封膜插入至砂垫层内，且水平向滤管与密封膜的连接处密封，水平向滤管与抽真空装置连接，每块所述排水板的排水圆柱通孔均与所述水平向滤管通过管路连接，含水率监测装置埋设在所述待加固软土地基内。

两块所述排水板在所述待加固软土地基中的插入深度相同。

一种采用所述排水板对软土地基进行加固的方法，所述方法包括：

s1、将两块所述排水板平行相对插入待加固软土地基内，两块所述排水板的插入深度相同，其中两块所述排水板的铜线各连接一根导线，将含水率监测装置埋设在所述待加固软土地基内；

s2、在所述待加固软土地基上铺设一层编织布，在编织布上铺设砂垫层，在铺设砂垫层期间，布设水平向滤管，并将每块所述排水板的排水圆柱通孔均与水平向滤管通过管路连接；

s3、在砂垫层上依次铺设土工布和密封膜，将密封膜置于密封沟内一定深度，在密封沟内注入密封液体，铺设密封膜时使水平滤管穿过密封膜与抽真空装置连接，将与其中一块所述排水板连接的导线与电源正极连接，将与另一块所述排水板连接的导线与电源负极连接，在水平向滤管与密封膜的连接处做好密封，保证密封膜不漏气；

s4、启动抽真空装置，对所述待加固软土地基进行真空预压处理，待加固软土地基中的水通过两块所述排水板上的多列第一侧面排水小孔和多列第二侧面排水小孔，进入两块所述排水板的排水圆柱通孔内，并进入水平向滤管中进而排出，所述含水率监测装置实时监测所述待加固软土地基的含水率；

s5、当所述待加固软土地基的含水率降低到初始含水率的70%~75%时，打开电源，与电源的正极电连接的排水板作为阳极，与电源的负极电连接的排水板作为阴极，对所述待加固软土地基进行真空预压联合电渗法处理，部分水在真空作用下通过两块所述排水板排出，部分水在电场的作用下逐渐向作为阴极的排水板运移，通过作为阴极的排水板排出；

s6、当监测到所述待加固软土地基的强度达到工程要求时，关闭抽真空装置和电源。

当所述待加固软土地基的含水率降低到初始含水率的70%时，打开电源，与电源的正极电连接的排水板作为阳极，与电源的负极电连接的排水板作为阴极，对所述待加固软土地基进行真空预压联合电渗法处理。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）在本发明中的排水板采用加厚基板，强度更高，能够有效避免排水板产生弯折；

（2）在加厚基板的两个表面通过隔板形成多个深度较深的排水凹槽，加厚基板内开设有排水圆柱通孔，并与加厚基板表面的排水小孔连通，如此增加了排水通道，更利于加固过程中水体的排出，进一步的改善地基土体的强度，且多个排水小孔的设计能使加固后地基土的强度更为均匀；

（3）加固前期采用真空预压法利用两块排水板上开设的排水小孔和排水圆柱通孔能够将大部分自由水排出，在后期则采用真空预压联合电渗法，由于排水板的结构进一步有利于将土体中的水体排出，实行不同方法分阶段处理既能最大程度的发挥真空预压法和电渗法各自的优势，使得排水板既用于真空预压排水又用于电渗排水，排水效率高，排水效果好，更大程度上提高了待加固软土地基的整体强度，又能有效的降低工程成本，更具工程应用价值。

（4）作为阴极的排水板上开设圆柱孔和排水小孔，使得加固后期可以利用真空预压作用将电渗作用运移到阴极的水体最大程度的排出，有效缓解了加固后软基土强度不均匀的问题。

（5）整个软基加固过程均采用排水板进行排水，对软土地基的扰动较小，且绿色、环保、无污染。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的一种用于加固软土地基的排水板的结构示意图；

图2是本发明提供的另一种用于加固软土地基的排水板的结构示意图；

图3是本发明的排水板的主视图；

图4是本发明的排水板的俯视图；

图5是本发明提供的一种用于加固软土地基的加固系统的结构示意图。

图中：

1加厚基板，1a加厚基板的第一侧面，1b加厚基板的第二侧面，2隔板,3排水圆柱通孔，4排水小孔，5排水凹槽，6铜线，7编织布，8电源，9土工布，10抽真空装置，11水平向滤管，12砂垫层，13密封膜，14待加固软土地基，15阳极，16阴极，17密封沟。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

为了解决现有的真空预压联合电渗法排水效率较低的问题，如图1至4所示，本发明提供了一种用于加固软土地基的排水板，该排水板包括加厚基板1和多个隔板2，加厚基板1内间隔设置有多个排水圆柱通孔3，每个排水圆柱通孔3的高度均与加厚基板1的高度相同，

加厚基板1的两个侧面分别为第一侧面1a和第二侧面1b，第一侧面1a上间隔设有多列第一侧面排水小孔，每列第一侧面排水小孔均包括多个排水小孔4，每列第一侧面排水小孔各对应一个排水圆柱通孔3，且每列第一侧面排水小孔均与其所对应的排水圆柱通孔3连通，即每列第一侧面排水小孔包括的所有排水小孔4均与其所对应的排水圆柱通孔3连通，第二侧面1b上间隔设有多列第二侧面排水小孔，每列第二侧面排水小孔也包括多个排水小孔，每列第二侧面排水小孔各对应一个排水圆柱通孔3，且每列第二侧面排水小孔均与其所对应的排水圆柱通孔3连通，即每列第二侧面排水小孔包括的所有排水小孔均与其所对应的排水圆柱通孔3连通；

在加厚基板1的第一侧面1a上，每列第一侧面排水小孔的两侧均设有隔板2，即在加厚基板1的第一侧面1a上形成多个排水凹槽5，在加厚基板1的第二侧面1b上，每列第二侧面1b排水小孔4的两侧均设有隔板2，即在加厚基板1的第二侧面1b上也形成多个排水凹槽5，其中多个隔板2与加厚基板1为一体成型；

加厚基板1内嵌入有铜线6，且铜线6从加厚基板1内伸出，铜线6的伸出端能够与电源的正极或负极电连接。

在本发明中，加厚基板1和隔板2的材质可以均为导电塑料。

在本发明中，加厚基板1内可以嵌入两根铜线6，两根铜线6的伸出端均与电源的正极或负极电连接，优选地，两根铜线6之间的距离为加厚基板1长度的1/2。

在本发明中，如图1所示，多列第一侧面排水小孔包括的所有排水小孔4在加厚基板1的第一侧面1a上均匀分布，相邻的两列第一侧面排水小孔之间有一个隔板2；多列第二侧面排水小孔包括的所有排水小孔在加厚基板1的第二侧面1b上均匀分布，相邻的两列第二侧面排水小孔之间有一个隔板2；此时嵌入加厚基板1内的铜线6避开排水圆柱通孔3，如此布置能够增加排水小孔4的数量，提高水效率；

在本发明中，如图2所示，在加厚基板1上，嵌入铜线6的部分也可以不设置排水圆柱通孔3和排水小孔。

本发明还提供一种用于加固软土地基的加固系统，如图5所示，该排水系统包括编织布7、电源8、土工布9、抽真空装置10、水平向滤管11、砂垫层12、密封膜13、含水率监测装置和所述排水板；

两块排水板平行相对插入待加固软土地基14中，其中一块排水板的铜线6与电源8的正极电连接，另一块排水板的铜线6与电源8的负极电连接；

编织布7铺设在待加固软土地基14上，砂垫层12铺设在编织布7上，土工布9铺设在砂垫层12上，密封膜13覆盖在砂垫层12上，且密封膜13的边缘置于密封沟内，密封沟内有密封液体，水平向滤管11穿过密封膜13插入至砂垫层12内，且水平向滤管11与密封膜13的连接处密封，水平向滤管11与抽真空装置10连接，每块排水板的排水圆柱通孔3均与水平向滤管11通过管路连接，含水率监测装置埋设在待加固软土地基14内。优选地，两块排水板在待加固软土地基14中的插入深度相同。

采用所述系统对软土地基进行加固的方法包括：

s1、将两块排水板平行相对插入待加固软土地基14内，两块排水板的插入深度相同，其中两块排水板的铜线6各连接一根导线，将含水率监测装置埋设在待加固软土地基14内；

连接好导线后，可以将一块排水板的导线与电源8正极连接，另一块排水板的导线与电源8负极连接，预先接通电源8，检查一下线路连接情况；两块排水板的插入深度相同，能够增加电场强度；含水率检测装置用于监测待加固软土地基14的含水率，含水率监测装置可以采用现有的用于监测含水率的装置；

s2、在待加固软土地基14上铺设一层编织布7，在编织布7上铺设砂垫层12，在铺设砂垫层12期间，布设水平向滤管11，并将每块排水板的排水圆柱通孔3均与水平向滤管11通过管路连接；

s3、在砂垫层12上依次铺设土工布9和密封膜13，将密封膜13置于密封沟17内一定深度，在密封沟17内注入密封液体，铺设密封膜13时使水平滤管穿过密封膜13与抽真空装置10连接，将与其中一块排水板连接的导线与电源8正极连接，将与另一块排水板连接的导线与电源8负极连接，在水平向滤管11与密封膜13的连接处做好密封，保证密封膜13不漏气；其中，密封膜13可以铺设两层，密封液体可以采用粘稠的油体，现有的多采用土体进行密封，但是土体之间往往存在缝隙，密封效果不好；

s4、启动抽真空装置10，对待加固软土地基14进行真空预压处理，使待加固软土地基14中的气压降低，形成不平衡的土水势，促使待加固软土地基14中的水通过两块排水板上的多列第一侧面排水小孔和多列第二侧面排水小孔，进入两块排水板的排水圆柱通孔3内，并进入水平向滤管11中进而排出，含水率监测装置实时监测待加固软土地基14的含水率，其中，可以将水平向滤管11与气液分离器连接，将水平向滤管11中的气液进行分离；抽真空装置10可以为真空泵；

s5、当待加固软土地基14的含水率降低到初始含水率的70%~75%时，打开电源8，与电源8的正极电连接的排水板作为阳极15，与电源8的负极电连接的排水板作为阴极16，对待加固软土地基14进行真空预压联合电渗法处理，部分水在真空作用下通过两块排水板排出，部分水在电场的作用下逐渐向作为阴极16的排水板运移，通过作为阴极16的排水板排出，具体地，通过作为阴极16的排水板上的多列第一侧面排水小孔和多列第二侧面排水小孔，进入该块排水板的排水圆柱通孔3内，并进入水平向滤管11中；优选地，当待加固软土地基14的含水率降低到初始含水率的70%时，打开电源8，与电源8的正极电连接的排水板作为阳极15，与电源8的负极电连接的排水板作为阴极16，对待加固软土地基14进行真空预压联合电渗法处理，在本发明中，当待加固软土地基14的含水率降低到初始含水率的70%时介入电渗法，排水效率较高。电渗过程中，土体温度会有所上升且土体中的阴阳离子相遇会发生化学反应，温度场和离子反应场的变化会促使水体的排出，进而使得土体得到有效加固。

s6、当监测到待加固软土地基14的强度达到工程要求时，关闭抽真空装置10和电源8。

本发明存在以下有益效果：（1）在本发明中的排水板采用加厚基板1，强度更高，能够有效避免排水板产生弯折；

（2）在加厚基板1的两个表面通过隔板2形成多个深度较深的排水凹槽5，加厚基板1内开设有排水圆柱通孔3，并与加厚基板1表面的排水小孔4连通，如此增加了排水通道，更利于加固过程中水体的排出，进一步的改善地基土体的强度，且多个排水小孔4的设计能使加固后地基土的强度更为均匀；

（3）加固前期采用真空预压法利用两块排水板上开设的排水小孔4和排水圆柱通孔3能够将大部分自由水排出，在后期则采用真空预压联合电渗法，由于排水板的结构进一步有利于将土体中的水体排出，实行不同方法分阶段处理既能最大程度的发挥真空预压法和电渗法各自的优势，使得排水板既用于真空预压排水又用于电渗排水，排水效率高，排水效果好，更大程度上提高了待加固软土地基14的整体强度，又能有效的降低工程成本，更具工程应用价值。

（4）作为阴极16的排水板上开设圆柱孔和排水小孔4，使得加固后期可以利用真空预压作用将电渗作用运移到阴极16的水体最大程度的排出，有效缓解了加固后软基土强度不均匀的问题。

（5）整个软基加固过程均采用排水板进行排水，对软土地基的扰动较小，且绿色、环保、无污染。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。