专利名称：一种化学溶液注入电渗法联合碎石桩处理软土地基的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种软弱土地基处理技术和复合地基领域，尤其涉及一种化学溶液注入电渗法联合碎石桩复合地基方法。主要适应于沿海、沿江高速公路软土地基处理等工程技术领域。
背景技术：
复合地基处理软土地基中，碎石桩等柔性桩复合地基往往因为桩周土性强度较低，桩体侧向鼓出明显，从而导致整体沉降过大；混凝土桩等刚性桩复合地基往往由于桩-土刚度差异大造成桩顶应力集中、桩-土应力比过大，从而无法发挥土体的承载作用， 失去复合地基桩-土协调共同作用的目的。在本发明之前，中国专利“振冲压浆碎石桩施工方法及所用的设备”(ZL 99109216)公开了一种在采用常规振冲施工方法形成碎石桩的基础上，在离桩头3-5米部位插入射浆管并注射水泥浆；该法可以提高碎石桩桩头强度，但是无法处理深部碎石桩及桩间土，且压浆处理的效果因桩周土体性质的差异而处理效果差异显著，从而导致质量控制相对较难。中国专利“一种桩土互动浆固散体材料桩复合地基施工工法”(ZL 200510038903)公开了一种采用钻机成孔、泥浆护壁，并在桩孔内注入水泥浆液和骨料，两者固结形成桩体，浆液渗入桩周土体中，对桩周土体起到一定的加固作用，在桩顶铺设褥垫层形成复合地基。该法虽然提高了碎石桩的整体刚度，但是泥浆对桩周土的渗入加固因土质的差异而处理效果差异显著(砂性土渗入明显、黏性土渗入困难)，从而导致质量控制相对较难；同时泥浆护壁等施工工艺容易对环境造成污染。中国专利“电化学成桩法加固软土模型试验装置”(ZL 200710052637. 5)公开了一种利用电渗法提高软土强度的模型试验装置；普通电渗法环保、低能耗，但是往往处理周期相对较长，且整体土体强度提高有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有柔性桩复合地基整体沉降过大；刚性桩复合地基桩-土应力比过大，而无法发挥土体的承载作用；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，提出一种化学溶液注入电渗法联合碎石桩复合地基方法。本发明通过同时在土体内增设竖向增强体和化学电渗土体，协调桩-土刚度比，经济有效地提高复合地基处理强度。本发明不仅具有碎石桩复合地基和普通电渗法的优点，而且可以大幅提高渗透速率、缩短工期，提高处理后地基强度，降低工后沉降。本发明的技术方案是
在软弱土地基中打入碎石桩，在碎石桩内插入金属电极并注入化学溶液，然后通以直流电，在直流电场作用下，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；软弱土体中的水从碎石桩顶部排出，加速土体固结压密、提高土体强度；化学反应所产生的沉淀物对碎石桩体和土体都起到一定的胶结作用； 最后，在桩顶铺设褥垫层形成复合地基。本发明的金属电极为钢筋，其直径为10 mm左右、长度根据软土处理深度来定，可以大于、等于或者小于碎石桩处理深度。为了方便连接电缆线和铺设褥垫层，电极钢筋一般露出地面0. 2 m左右。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、阴电极所在的碎石桩体内后，使其现场溶液浓度分别达到10 %和 20 %左右。在直流电场力作用下，发生的化学反应如下公式所示。(1) (2)
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，测量放线，利用常规振冲施工法在设计位置打入碎石桩；
(2)依次在碎石桩体内插入钢筋作为金属电极，并沿钢筋往碎石桩内交错注入氯化钙溶液和硅酸钠溶液；
(3)将桩机撤离场地，在碎石桩附近土体表面挖排水沟；
(4)在处理范围周边建立围栏和警示牌，利用电缆线连接各个阳、阴电极，并分别与直流电电源连接；
(5)通以直流电进行联合化学溶液注入电渗法施工；
(6)当阴极所在碎石桩顶部排出水量较之前明显减小且趋于零时，反转阴、阳电极，并继续通电渗透；
(7)随着通电时间的持续，阳极所在碎石桩顶部附近周边土体将出现泛白、开裂等现象，阴极所在碎石桩顶部流出水量趋于零时，停止联合溶液注入电渗法施工；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；
(8)清理现场，并在碎石桩和土体顶部铺设砂石层和土工格栅作为褥垫层，形成复合地基。本发明的优点和效果在于同时在土体内增设竖向增强体和化学电渗土体，协调桩-土刚度比，经济有效地提高复合地基处理强度，降低工后沉降；与常规碎石桩复合地基相比，本发明桩周土体强度显著得到提高；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，缩短了电渗处理时间与施工工期，且两种溶液化学反应所产生的沉淀物对碎石桩体和土体都起到一定的胶结作用。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对环境不造成污染，且原材料价格便宜。本发明方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制、检测，所形成的复合地基桩-土协调相互共同作用效果好。
图1为本发明的结构布置示意图。图2为本发明的施工过程示意图。图3为本发明的碎石桩与化学电渗法处理深度比较示意图。图中1为碎石桩，2为桩间软弱土，3为钢筋，4为氯化钙溶液，5为硅酸钠溶液，6为电缆线，7为直流电源，8为硅酸钙沉淀及氢氧化钠溶液，9为土体表面排水沟，10为砂石垫层，11为土工格栅。
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和图2所示，实施时，如图2 (1)所示，先平整场地，测量放线，利用常规振冲施工法在设计位置打入碎石桩1 ；如图2 (2),(3)所示，依次在碎石桩1体内插入钢筋3 作为金属电极，并沿钢筋3往碎石桩1内交错注入氯化钙溶液4或者硅酸钠溶液5 ；将桩机撤离场地，在碎石桩1附近土体表面挖排水沟9 ；如图2 (4)所示，在处理范围周边建立围栏和警示牌，利用电缆线6连接各个阳、阴电极，并分别与直流电电源7连接；通以直流电进行联合化学溶液注入电渗法施工；当阴极所在碎石桩1顶部排出水量较之前明显减小且趋于零时，反转阴、阳电极，并继续通电渗透；随着通电时间的持续，阳极所在碎石桩1顶部附近周边土体将出现泛白、开裂等现象，阴极所在碎石桩1顶部流出水量趋于零时，停止联合溶液注入电渗法施工；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；化学电渗施工后，钢筋3可以留在碎石桩1内以起到提高桩体刚度作用；也可以拔出碎石桩1以供重复利用之用；如图2 (5)所示，清理现场，并在碎石桩1和土体2顶部铺设砂石层10和土工格栅11作为褥垫层，形成复合地基。
权利要求
1.一种化学溶液注入电渗法联合碎石桩复合地基方法，其特征在于在软弱土地基中打入碎石桩，在碎石桩内插入金属电极并注入化学溶液，然后通以直流电，土体中水及化学溶液形成电渗和化学反应，软弱土体中的水从碎石桩顶部排出，在桩顶铺设褥垫层形成复合地基。
2.根据权利要求1所述的一种化学溶液注入电渗法联合碎石桩复合地基方法，其特征在于所述金属电极为直径在8-12 mm的钢筋，长度在3_30 m之间。
全文摘要
一种化学溶液注入电渗法联合碎石桩复合地基方法。在软弱土地基中打入碎石桩，在碎石桩内插入金属电极并注入化学溶液，然后通以直流电，在直流电场作用下，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；软弱土体中的水从碎石桩顶部排出，加速土体固结压密、提高土体强度；化学反应所产生的沉淀物对碎石桩体和土体都起到一定的胶结作用；在桩顶铺设褥垫层形成复合地基。同时在土体内增设竖向增强体和化学电渗土体，协调桩-土刚度比，经济有效地提高复合地基处理强度，降低工后沉降。本发明方法施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制、检测，所形成的复合地基桩-土协调相互共同作用效果好。
文档编号E02D3/08GK102182174SQ20111008334
公开日2011年9月14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, 胡庆春 申请人:河海大学