專利名稱：一種淤泥地基的真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加固大面積超軟淤泥地基的方法，適用于超軟淤泥地基或吹填地基的處理，屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無砂墊層真空預(yù)壓技術(shù)，真空預(yù)壓是由瑞典科學(xué)家W. Kjellman與1952年提出，1958年美國費(fèi)城機(jī)場首次應(yīng)用于飛機(jī)跑道擴(kuò)建中的地基處理工程。我國在20世紀(jì)80年代開始對該方法進(jìn)行研究應(yīng)用，在施工工藝和加固理論方面均做了不少工作。在土木工程、港口工程和交通工程領(lǐng)域的軟土地基處理中得到了較多的應(yīng)用。電滲降水技術(shù)，Reuss最早于1809年發(fā)現(xiàn)了粘土中的電滲現(xiàn)象，Casagrande于1939年首次將電滲法應(yīng)用到土木工程中。之后各國學(xué)者在電滲機(jī)理和應(yīng)用方面開展了一些研究工作。電滲是通過對土體施加直流電場，由于細(xì)粒土通常都帶負(fù)電荷，導(dǎo)致孔隙水中存在與其平衡的水化陽離子，在電場作用下水化陽離子向負(fù)極移動(dòng)，并帶動(dòng)水分子一起移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)排水。電滲法的施工荷載小，排水速度主要取決于電力滲透性能而非土體的水力滲透性能，可以快速排出土中的自由水和部分弱結(jié)合水，因此適合于滲透系數(shù)低的淤泥、淤泥質(zhì)粘土以及污泥的排水等。由于我國砂資源缺乏，同時(shí)由于未處理的超軟淤泥地基上砂墊層施工比較困難，因此用透水軟管和無紡?fù)凉げ即嫔皦|層，從而形成了無砂墊層真空預(yù)壓技術(shù)。目前，超軟淤泥地基的加固處理一般采用真空預(yù)壓加固法，
但是工程實(shí)踐表明，無砂墊層真空預(yù)壓技術(shù)雖然是一種經(jīng)濟(jì)有效的軟基處理方法，但是由于真空度沿塑料排水板隨深度衰減較快，在滲透系數(shù)較小的超軟淤泥中，較深處的處理效果較差，即除了地表厚度為lnT3m的硬殼層外，以下的土體加固效果不如人意。而且加固后的地基承載力難以超過80kPa。而單純的電滲法存在電量和電極消耗較大、成本相對較高、電滲過程中逸出的氣泡影響排水效果、電滲過程中主要發(fā)生滲流排水而土體不固結(jié)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種淤泥地基真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置及方法，從而對超軟淤泥地基具有良好的加固效果，且成本低。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種淤泥地基真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置，包括鋪設(shè)在淤泥地基地表的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的透水軟管、插入淤泥地基的塑料排水板、射流真空泵和直流電源，其中塑料排水板露出淤泥地基的一端與透水軟管連接，所述射流真空泵與透水軟管連接；所述透水軟管和塑料排水板內(nèi)沿軸向均設(shè)有金屬絲，并相連接，同時(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)透水軟管形成的網(wǎng)格淤泥地基分別插有鋼筋并且相連，且所述金屬絲和鋼筋分別于直流電源的正極和負(fù)極相連，使電滲引起的空隙水流動(dòng)方向與真空作用下孔隙水流動(dòng)方向一致。本發(fā)明工作原理是首先進(jìn)行真空預(yù)壓，抽出軟土中的孔隙水，使軟土固結(jié)壓縮、強(qiáng)度提高，當(dāng)抽真空一段時(shí)間后，加固效果無法再提高時(shí)，開始同時(shí)進(jìn)行電滲，電滲引起的孔隙水流動(dòng)方向與真空作用下孔隙水的流動(dòng)方向一致，并在帶導(dǎo)線的塑料排水板中匯集然后被抽至透水軟管中而排出。電滲作用可以排出單純真空預(yù)壓作用下難以排出的土體中部分自由水和弱結(jié)合水，土體進(jìn)一步固結(jié)壓縮、強(qiáng)度提高。當(dāng)聯(lián)合作用至出水量很小時(shí)可結(jié)束施工。由于真空預(yù)壓在前期作用，排出土體中的大部分自由水，電滲介入后可進(jìn)一步排出單純真空預(yù)壓作用無法排出的部分自由水和弱結(jié)合水，加固效果可大幅提高，而造價(jià)在真空預(yù)壓基礎(chǔ)上增加不多，經(jīng)濟(jì)性明顯。
作為優(yōu)選，所述透水軟管中金屬絲為兩根10號鐵絲，而塑料排水板中金屬絲為兩根銅絲。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用權(quán)利要求無砂墊層真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置對淤泥地基進(jìn)行加固的方法，包括以下步驟
步驟一、加固裝置的安裝在待加固區(qū)地表鋪設(shè)編織布，并將內(nèi)部沿軸向設(shè)有金屬絲的塑料排水板插入淤泥地基中形成網(wǎng)格，并在地表留有露出端；再將內(nèi)部沿軸向設(shè)有金屬絲的透水軟管鋪設(shè)在待加固區(qū)地表形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的整體，并將塑料排水板的露出端與透水軟管連接，且透水軟管與射流真空泵連接，同時(shí)塑料排水板和排水軟管內(nèi)的金屬絲相連形成整體；接著在塑料排水板形成的淤泥地基網(wǎng)格的中心分別插入鋼筋，并通過導(dǎo)線連接，此時(shí)將上述步驟的金屬絲和鋼筋分別于直流電源的正極和負(fù)極連接導(dǎo)通；然后再繼續(xù)鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?，最后再鋪設(shè)聚氯乙烯膜作為密封膜；
步驟二、無砂墊層真空預(yù)壓施工啟動(dòng)射流真空泵，將密封膜下的空氣和水抽出，直到密封膜下真空度穩(wěn)定在SOkPa以上；
步驟三、無砂墊層真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合施工開啟直流電源，使陽極鋼筋和塑料排水板中的陰極銅絲的直流電壓為0. 5V 2V/cm，與此同時(shí)繼續(xù)保持抽真空，該過程保持I 2周，施工結(jié)束。作為優(yōu)選，所述塑料排水板的露出端卷在透水軟管上，并用無紡?fù)凉げ己驮鷰Ч潭?。作為?yōu)選，所述塑料排水板的間距為I. 0 I. 6m，成正方形分布。作為優(yōu)選，步驟一中所述無紡?fù)凉げ嫉暮穸炔恍∮?00g/m2。作為優(yōu)選，步驟二所述無砂墊層真空預(yù)壓施工時(shí)間為2 5個(gè)月。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)充分發(fā)揮了無砂墊層真空預(yù)壓技術(shù)和電滲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，土體未加固時(shí)，含水率較高，通過無砂真空預(yù)壓技術(shù)排出大部分土體中的自由水，然后再進(jìn)行電滲，排出單純真空預(yù)壓難以排出的部分自由水和弱結(jié)合水，從而可以更有效的提高土體加固效果。加固效果要大幅優(yōu)于單純的真空預(yù)壓法或電滲法。2)電滲過程中會(huì)在陽極和陰極產(chǎn)生氣泡從而增加界面電阻，影響電滲加固效果，真空預(yù)壓作用下的土體收縮以及真空吸力可以迅速排出陽極和陰極逸出的氣泡，并使土體與陽極、陰極更緊密接觸，降低界面電阻，提高加固效果。
3)電滲是在施工后期才介入，總的耗電量增加不多，而加固效果有大幅提高。在單純的真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上增加的工序不多，可充分利用已有的技術(shù)、工序，是性價(jià)比很高的軟土處理方法。4)塑料排水板中的銅絲除了具備作為陰極的功能外，還可用于塑料排水板的測深，即確定塑料排水板的實(shí)際打設(shè)深度。5)電滲在密封膜下進(jìn)行，避免了雨水等天氣變化的影響。


圖I為本發(fā)明所述加固裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明所述設(shè)在地表的透水軟管與塑料排水板的連接結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明所述安裝完畢后的透水軟管與塑料排水板的連接結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明所述塑料排水板的剖視結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中埋設(shè)好以后深層濾管系統(tǒng)與地表濾管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中埋設(shè)好以后深層濾管系統(tǒng)與地表濾管系統(tǒng)后底層斷面圖。其中，透水軟管I、塑料排水板2、射流真空泵3、直流電源4、金屬絲5、鋼筋6、無紡?fù)凉げ?、扎帶8、密封膜9。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖I 6所示，本發(fā)明提供了一種加固超軟淤泥地基的無砂墊層真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合方法及其裝置。其通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟一、真空預(yù)壓前的準(zhǔn)備工作
I)鋪設(shè)編織布在待加固區(qū)地表人工鋪設(shè)一層編織布，編織布主要起到隔淤或隔泥的作用。2)插設(shè)塑料排水板用常規(guī)的塑料排水板插板機(jī)將帶導(dǎo)線的塑料排水板按照設(shè)計(jì)間距插設(shè)到設(shè)計(jì)深度，并露出地表0.5m。塑料排水板的間距一般為I. (Tl. 6m，成正方形分布，插設(shè)深度根據(jù)加固區(qū)軟土層厚度決定。3)布置濾管系統(tǒng)濾管系統(tǒng)由多根橫向平行布置分布的帶導(dǎo)線的透水軟管、兩根豎向平行布置分布的帶導(dǎo)線的透水軟管組成，其中每根橫向平行布置分布的帶導(dǎo)線的透水軟管的長度為加固區(qū)的長度，相鄰兩根橫向設(shè)置的透水軟管之間的間距為塑料排水板的間距。將透水軟管沿著加固區(qū)的長度方向、按照塑料排水板的行數(shù)放置在地表，將塑料排水板露出地表的部分卷在豎向設(shè)置的地表透水軟管上，并用無紡?fù)凉げ己驮鷰⑵涔潭?，然后將塑料排水板中的銅絲與透水軟管中的鐵絲纏繞連接。之后在加固區(qū)兩端用兩根豎向的帶導(dǎo)線的透水軟管通過三通將各行透水軟管連接起來，從而形成一個(gè)整體。4)電滲陽極布置電滲陽極為直徑8mm的HRB235鋼筋，用人工方式將鋼筋插入加固區(qū)的土中，插入點(diǎn)位置為塑料排水板形成的正方形網(wǎng)格的中心處，插入深度與塑料排水板相同，并露出地表0. lm，露出部分用鋼筋鉗折彎平伏于地表，然后在地表用直徑6mm的HRB235鋼筋作為導(dǎo)線橫向布置，用鋼筋鉗將陽極鋼筋纏繞在導(dǎo)線鋼筋上使其連接，導(dǎo)線在加固區(qū)一側(cè)的邊緣均纏繞到一根豎向布置的6mmHRB235鋼筋上，從而使陽極鋼筋形成一個(gè)整體。5)鋪設(shè)無紡?fù)凉げ荚诩庸虆^(qū)鋪設(shè)一層克重不小于200g/m2的無紡?fù)凉げ?，分塊土工布之間用搭接方式形成一個(gè)整體。6)鋪設(shè)密封膜鋪設(shè)完無紡?fù)凉げ嫉谋砻嬖黉佋O(shè)兩層厚度為0. ro. 15mm的聚氯乙烯膜作為密封膜，并將密封膜的邊緣踩入加固區(qū)四周的土中。步驟二、無砂墊層真空預(yù)壓施工
I)抽真空系統(tǒng)的安裝在加固區(qū)周圍布置射流真空泵，將透水軟管與射流真空泵連接。 2)電滲系統(tǒng)的連接在加固區(qū)外布置直流電源，將帶導(dǎo)線的透水軟管作為陰極和直流電源連接，陽極鋼筋作為陽極和直流電源連接。3)抽真空施工啟動(dòng)射流真空泵，將密封膜下的空氣和水抽出，抽真空穩(wěn)定后，密封膜下的真空度達(dá)到SOkPa以上，并且應(yīng)該保證真空穩(wěn)定性。步驟三、無砂墊層真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合施工
I)開始電滲施工抽真空一段時(shí)間后(根據(jù)加固區(qū)的土質(zhì)情況和加固深度，該段真空預(yù)壓施工期一般為2飛個(gè)月)，真空預(yù)壓的加固效果不再增加，則開始進(jìn)行電滲施工，將直流電源開啟，使陽極鋼筋和塑料排水板中的銅絲陰極之間的直流電壓為0. 5 2V/cm。2)無砂墊層真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合施工電滲的同時(shí)繼續(xù)抽真空，電滲時(shí)土中的部分自由水和弱結(jié)合水會(huì)從陽極流向陰極，流動(dòng)方向與真空預(yù)壓作用下土中水流動(dòng)的方向一致，真空預(yù)壓會(huì)使土體收縮，加上真空吸力作用，可以迅速排出陽極和陰極上產(chǎn)生的氣泡，從而減小界面電阻提高電滲效率，在真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合作用下，土體會(huì)進(jìn)一步得到加固，抽出的土體孔隙水排水量增加。3)卸載聯(lián)合施工的時(shí)間根據(jù)加固區(qū)土質(zhì)情況從廣2周不等，聯(lián)合施工至加固效果不再增加時(shí)停止抽真空和電滲。4)施工結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種淤泥地基的真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置，其特征在于包括鋪設(shè)在淤泥地基地表的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的透水軟管、插入淤泥地基的塑料排水板、射流真空泵和直流電源，其中塑料排水板露出淤泥地基的一端與透水軟管連接，所述射流真空泵與透水軟管連接；所述透水軟管和塑料排水板內(nèi)沿軸向均設(shè)有金屬絲，并相連接，同時(shí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)透水軟管形成的網(wǎng)格淤泥地基分別插有鋼筋并且相連，且所述金屬絲和鋼筋分別于直流電源的正極和負(fù)極相連，使電滲引起的空隙水流動(dòng)方向與真空作用下孔隙水流動(dòng)方向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述淤泥地基的真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置，其特征在于所述透水軟管中金屬絲為兩根10號鐵絲，而塑料排水板中金屬絲為兩根銅絲。
3.一種利用權(quán)利要求I所述淤泥地基的真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置對淤泥地基進(jìn)行加固的方法，其特征在于包括以下步驟步驟一、加固裝置的安裝在待加固區(qū)地表鋪設(shè)編織布，并將內(nèi)部沿軸向設(shè)有金屬絲的塑料排水板插入淤泥地基中形成網(wǎng)格，并在地表留有露出端；再將內(nèi)部沿軸向設(shè)有金屬絲的透水軟管鋪設(shè)在待加固區(qū)地表形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的整體，并將塑料排水板的露出端與透水軟管連接，且透水軟管與射流真空泵連接，同時(shí)塑料排水板和排水軟管內(nèi)的金屬絲相連形成整體；接著在塑料排水板形成的淤泥地基網(wǎng)格的中心分別插入鋼筋，并通過導(dǎo)線連接，此時(shí)將上述步驟的金屬絲和鋼筋分別于直流電源的正極和負(fù)極連接導(dǎo)通；然后再繼續(xù)鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?，最后再鋪設(shè)聚氯乙烯膜作為密封膜；步驟二、無砂墊層真空預(yù)壓施工啟動(dòng)射流真空泵，將密封膜下的空氣和水抽出，直到密封膜下真空度穩(wěn)定在SOkPa以上；步驟三、無砂墊層真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合施工開啟直流電源，使陽極鋼筋和塑料排水板中的陰極銅絲的直流電壓為O. 5V 2V/cm，與此同時(shí)繼續(xù)保持抽真空，該過程保持I 2周， 施工結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述淤泥地基的真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置對淤泥地基進(jìn)行加固的方法，其特征在于所述塑料排水板的露出端卷在透水軟管上，并用無紡?fù)凉げ己驮鷰Ч潭ā?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述淤泥地基真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置對淤泥地基進(jìn)行加固的方法，其特征在于所述塑料排水板的間距為I. O I. 6m，成正方形分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述淤泥地基真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置對淤泥地基進(jìn)行加固的方法，其特征在于步驟一中所述無紡?fù)凉げ嫉暮穸炔恍∮?00g/m2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述淤泥地基真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置對淤泥地基進(jìn)行加固的方法，其特征在于步驟二所述無砂墊層真空預(yù)壓施工時(shí)間為2 5個(gè)月。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淤泥地基真空預(yù)壓-電滲聯(lián)合加固裝置及方法，它通過聯(lián)合無砂墊層真空預(yù)壓和電滲兩種方式將超軟淤泥地基下的孔隙水和空氣。由于真空預(yù)壓在前期作用，排出土體中的大部分自由水，電滲介入后可進(jìn)一步排出單純真空預(yù)壓作用無法排出的部分自由水和弱結(jié)合水，加固效果可大幅提高，而造價(jià)在真空預(yù)壓基礎(chǔ)上增加不多，經(jīng)濟(jì)性明顯。
文檔編號E02D3/10GK102704463SQ20121021901
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者何鉅, 姬文廣, 宋恩潤, 張文彬, 彭劼, 洪雷, 熊雄, 蘇波 申請人:河海大學(xué)