专利名称：一种化学电渗法联合真空预压法处理深厚软土地基方法
技术领域：
本发明涉及一种深厚软弱土地基处理技术领域，尤其涉及一种化学电渗法联合真 空预压法处理深厚软土地基方法。主要适应于滨海或沿江滩涂、洼地等深厚软弱土地基处 理等工程技术领域。
背景技术：
在本发明之前，中国专利“一种软土地基的加固方法”(ZL 200810018498. 9)公 开了一种适用于以超细颗粒为主且固结系数极小的流泥、淤泥质土地基的软基加固组合方 法首先利用低位真空自载联合预压对场地软土一次加固；其次真空预压电渗法对场地软 土二次加固；然后利用真空电渗降水对泥封层加固；最后振动碾压整平场地。该法虽然组 合处理效果理想，但是工艺复杂，且工期较长，几种处理方法均针对同一土层进行，处理深 度有限。中国专利“混合吹填软土地基的预加固处理方法及其装置”(ZL 200910061919.0) 公开了一种混合吹填软土地基的预加固处理方法及其装置，在混合吹填过程设置水平向排 水通道，并结合采用真空预压联合电渗法施工，在吹填过程中和吹填初期即对超软土固结 进行干预和预处理。该法主要应用为预处理，真空预压和电渗法施工均针对同一土层，处理 深度相对较浅。真空预压法由于受土层性质、真空泵功率等因素影响，真空度随着土体深度 的增加而逐渐减少，从而导致处理深度受限，一般在10米左右。常规电渗法无需水泥、砂石 等建筑材料，施工中对环境无粉尘污染、无噪音，且无需笨重的施工机械；但是处理周期相 对较长。而随着基础设施建设规模的扩大，尤其是在沿海、沿江及内地湖泊地区进行港口、 市政、公路及铁路等建设时，往往需要处理深厚软土地基(软弱土厚度达到20米左右，甚至 更深)，因此，上述专利方法只能对浅层地基产生作用，而无法很好的处理深层软土，从而限 制了其大规模推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有真空预压法处理软土地基时处理深度受限、无法达到深 厚软土层，当抽真空排水达到一定程度时，继续排水需要增加的功耗较大；普通电渗法处理 周期相对较长、且处理后强度提高有限等问题，提出一种化学电渗法联合真空预压法处理 深厚软土地基方法。化学电渗法可以加速水在软土中的转移，尤其是深层软土中真空度无 法达到较高处；抽真空可以加速水的排出速度，两者各有特点，相互促进，加速软弱土固结 密实。本发明不仅可以处理深厚软土层，而且通过注入化学溶液，化学电渗法，可以大幅提 高渗透速率、缩短工期，提高处理后土体强度。本发明的技术方案是
在软弱土地基中插入竖向多孔排水管和金属电极并注入化学溶液，在土层顶部依次铺 设横向排水板和密封土工膜，然后通以直流电并抽真空，在直流电场力作用下，带正电荷的水及阳离子溶液向阴极流动，带负电荷的阴离子溶液向阳极流动，形成电渗和化学反应；同 时在抽真空形成的内外压力差的作用下，水从阴极所在排水管中被快速排出；加速地基土 固结压密，提高土体强度。本发明的金属电极为钢筋，其直径为12 mm左右，长度根据软土处理深度来定，最 大可以达到25 m左右，钢筋中间均勻分布2、3道绝缘箍筋，钢筋上部与横向排水板及底部 与多孔排水管接触部位涂有绝缘涂料，确保钢筋垂直定位且不与多孔排水管直接接触。为 了方便连接电缆线，电极一般露出地面0.5 m左右。本发明的多孔排水管为直径在50 mm 左右，管上四面对称、均勻分布间距50 mm、孔径在5-10 mm之间的小孔，排水管下端连接锥 形管靴。本发明采用的加速电渗速度的化学溶液为氯化钙溶液(CaCl2)和硅酸钠溶液 (Na2SiO3),分别加入阳、阴电极所在的排水管内后，使其现场初始氯化钙溶液浓度达到10 % 左右，溶液内硅酸钠的含量是氯化钙含量的2倍左右。在直流电场力作用下，发生的化学反 应如下公式所示。本发明技术方案的施工方法，其主要技术步骤为
(1)场地平整，并在处理范围周边建立围栏和警示牌，根据设计情况，制作金属电极并 在设计位置布置绝缘箍筋和绝缘涂料；
(2)测量放线，将带锥形管靴的多孔竖向排水管静压沉入设计位置；
(3)依次在竖向排水管内沉入金属电极，并在一典型相邻两竖向排水管附近及相应深 度埋设温度计；
(4)通过顶端分别向阳、阴电极钢筋所在的多孔排水管内注入氯化钙溶液和硅酸钠溶 液，使阳、阴电极钢筋所在的管内现场溶液浓度分别达到10 %和20 %左右；
(5)铺设横向排水板和上部密封膜，并连接真空泵；
(6)利用电缆线连接各个阳、阴电极，并分别与直流电电源连接，中间串联一个电流
表；
(7)开启真空泵和直流电源，开始联合施工；
(8)当排水量较之前明显较小(初始流量的1/5左右)时，反转阴、阳电极，并继续通电 渗透联合真空预压施工；
(9)随着通电时间的持续，当排水量趋于零，阳极附近温度计读数达到100°(左右时， 停止电渗联合真空预压施工，完成软基处理过程；或者也可根据地基承载力处理要求来确 定停止施工的时间。本发明的优点和效果在于与普通真空预压法相比，本发明提高了软土处理深度、 可以达到真空度较难降低的土体深层，在直流电场力作用下，加速土体固结速率，缩短施工 工期；与常规电渗法相比，本发明增强了土体的电导率，提高了渗透速率，从而缩短了电渗 处理时间与施工工期，且通过两种溶液的化反应增强了土体强度。而且，氯化钙溶液、硅酸 钠溶液以及发生化学反应后生成的盐和沉淀物对环境不造成污染，且原材料价格便宜。该法施工工艺简单、可操作性强，施工工期短，便于质量控制、检测，提高土体强度显著。
图1为本发明的结构及布置示意图。图2为本发明的竖向多孔排水管横截面示意图。图3为本发明的绝缘箍筋示意图。图中1为排水管，2为锥形管靴，3为排水管上小孔，4为钢筋，5为绝缘箍筋，6为 绝缘涂料，7为温度计，8为横向排水板，9为密封土工膜，10为真空泵，11为电缆线，12为电 流表，13为直流电源。
具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式
。本发明的保护范围并 不仅仅局限于本实施方式的描述。如图1所示，竖向排水管1上均勻分布着小孔3，下端连接锥形管靴2，上端连通横 向排水板8 ；电极钢筋4上分布绝缘箍筋5，钢筋4上部与横向排水板8及底部与多孔排水 管1接触部位涂有绝缘涂料6，电极钢筋4与直流电源13和电流表12由电缆线11连接。实施时，先平整场地，并在处理范围周边建立围栏及警示牌，根据设计情况，制作 金属电极，钢筋4在设计位置布置绝缘箍筋5和绝缘涂料6 ；测量放线，将带锥形管靴2的 多孔竖向排水管1静压沉入设计位置；依次在竖向排水管1内沉入金属电极；通过顶端分 别向阳、阴电极钢筋4所在的竖向排水管1内注入氯化钙溶液和硅酸钠溶液，使阳、阴电极 钢筋4所在的管内现场溶液浓度分别达到10 %和20 %左右；铺设横向排水板8和上部密 封土工膜9，并连接真空泵10 ；利用电缆线11连接各个阳、阴电极，并分别与直流电电源13 连接，中间串联一个电流表12 ；开启真空泵10和直流电源13，开始联合施工；当排水量较 之前明显减小(初始流量的1/5左右)时，反转阴、阳电极，并继续通电渗透联合真空预压施 工；随着通电时间的持续，当排水量趋于零，阳极附近温度计7读数达到100 °C左右时，停 止电渗联合真空预压施工，完成软基处理过程；或者也可以根据地基承载力处理要求来确 定停止施工的时间。
权利要求
1.一种化学电渗法联合真空预压法处理深厚软土地基方法，其特征在于在软弱土地 基中插入竖向多孔排水管和金属电极并注入化学溶液，在土层顶部依次铺设横向排水板和 密封土工膜，然后通以直流电并抽真空，土体中水及化学溶液形成电渗和化学反应；同时利 用在抽真空形成的内外压力差，水从阴极所在排水管中被快速排出；加速地基土固结压密， 提高土体强度。
2.根据权利要求1所述的一种化学电渗法联合真空预压法处理深厚软土地基方法，其 特征在于所述的金属电极为直径在8-15mm的钢筋，钢筋中间均勻分布2、3道绝缘箍筋，钢 筋上部与横向排水板及底部与多孔排水管接触部位涂有绝缘涂料。
全文摘要
一种化学电渗法联合真空预压法处理深厚软土地基方法。在软弱土地基中插入竖向多孔排水管和金属电极并注入化学溶液，在土层顶部依次铺设横向排水板和密封土工膜，然后通以直流电并抽真空，在直流电场力作用下，带正电荷的水及阳离子溶液向阴极流动，带负电荷的阴离子溶液向阳极流动，形成电渗和化学反应；同时在抽真空形成的内外压力差的作用下，水从阴极所在排水管中被快速排出；加速地基土固结压密，提高土体强度。与普通真空预压法相比，本发明提高了软土处理深度、可以达到真空度较难降低的土体深层，在直流电场力作用下，加速土体固结速率，缩短施工工期。该法施工工艺简单、可操作性强，施工工期短，便于质量控制、检测，提高土体强度显著。
文档编号E02D3/11GK102094414SQ20111008335
公开日2011年6月15日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者孔纲强, 王磊 申请人:河海大学