一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法
【专利摘要】本发明涉及一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法，针对现有的真空预压联合电渗法处理软土地基时，存在的真空预压效率低、塑料排水板易堵塞的问题，发明一种增压式真空预压联合电渗法来加固软土地基。该方法主要包括：真空预压系统的安装、电渗系统的安装，增压系统的安装以及后续施工。本发明可实现膜下以及土中真空度的独立控制、增压作业的周期进行，具有施工方便、高效处理、经济节约等优势，适用于大面积软土地基加固，特别是对吹填土和新近淤积的超软土有显著的加固效果。
【专利说明】一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种软土地基的加固方法，具体地说是一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法。
【背景技术】
[0002]在我国的东南沿海和某些内陆，海相、湖相及河相沉积的软弱粘性土层分布广泛。软粘土具有以下特点:含水量高、压缩性高、强度低、透水性差。这种粘土层往往使得地基承载力和稳定性不能满足工程的要求，影响上部结构的正常使用，因此有必要在工程建设之前对软粘土地基进行处理。
[0003]电渗现象发现于1809年，由俄国学者Reuss提出。电渗是电动现象之一，是指将一电位差施加在有孔介质上，其孔隙水将通过毛细管移向阴极；若切断电流，孔隙水的流动也立刻停止。如今，根据电渗的基本原理与特性，已将电渗技术广泛应用于软土地基的加固。电渗法是一种新的地基加固方法，其主要优点就是通过电渗带动土体中的孔隙水由阳极向阴极流动，且孔隙水的流动不受土颗粒大小的影响。Casagrande首次将电渗法应用于岩土工程中，现已逐渐开始应用于港口建设和围垦工程中高黏粒含量、低渗透性吹填土的排水加固。传统的软土地基处理方法主要有真空预压、强夯、堆载预压、真空井点降水等，但是这些处理方法的效果严重依赖于土体的渗透系数，对于渗透系数很小的粘土表现疲软。电渗固结的排水速率主要与电渗渗透系数有关，电渗渗透系数通常要高于水力传导系数一个数量级，这使电渗在加固软土地基方面拥有广阔的前景。但处理成本高，阳极腐蚀量大，后期电渗效率低等问题一直制约着电渗法的发展。
[0004]为了最大限度地解决以上问题，经过不断的技术改进以及发展，将传统的真空预压加固方法与电渗加固相结合形成真空预压与电渗的联合应用。真空预压固结处理地基是一种有效的地基处理方法，1952年由瑞典皇家地质学院Kjellman教授提出之后，被各国学者关注并广泛应用在软土地基处理工程中。真空预压法通过抽真空设备，以塑料排水板为真空传递路径，以气压差作为土体排水固结的唯一驱动力，但随着真空预压的进行，塑料排水板与其周围土体之间的气压差会逐渐减小，这也导致地基土的固结速率下降，影响真空预压的效果。
[0005]若能在真空预压的过程中，保持气压差不变或者增加气压差，便可极大地提高真空预压的处理效果。
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法。
[0007]为达到上述目的，本发明的构思是:将增压式真空预压和电渗法相结合，通过在真空-电渗处理系统中在电渗阳极中加入增压管。一方面，真空预压发挥着加固作用，即土体的总应力不发生变化，由于不断进行抽真空作业，土体中孔隙水压力逐渐降低，使得有效应力不断提高；另一方面，引入增压系统之后，增大了增压段土体的水头，提高了真空预压过程中塑料排水板和周围土体之间的压力差，迫使土体中的自由水更加快速地进入竖向塑料排水板，这一过程相当于增加了土体固结的效率，加速了土体固结，显著地提高地基处理效果；通过增压式真空预压联合电渗的处理，使得地基土体中的水位快速下降至增压管以下，即增压管以上的土体逐渐固结，自重应力随之增大，进而上部土体又可形成荷载，对增压管下部土体形成堆载预压，使得影响深度进一步加深，可大大缩短工期，对后续施工有着重要的意义。
[0008]根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案:
一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法，包括以下步骤:
1)真空预压系统的安装:整平场地，铺设第一道土工织物，开挖密封沟；插设竖向塑料排水板，将各竖向塑料排水板通过立体式密封接头与密封支管相连，再将各密封支管通过三向接头与竖向排水系统密封主排水管相连，竖向排水系统密封主排水管连接至竖向排水系统真空泵，形成竖向排水系统；在土体表面铺设横向塑料排水板，将横向塑料排水板通过立体式密封接头与密封支管相连，再将各密封支管通过三向接头与横向排水系统密封主排水管相连，横向排水系统密封主排水管连接至横向排水系统真空泵，形成横向排水系统，横向排水系统和竖向排水系统相对独立控制；铺设第一道密封膜，将密封膜的四周压入开挖好的密封沟中；
2)电渗系统的安装:电渗阳极采用打孔钢管，电渗阴极采用光圆钢筋，将电渗阴极等间距地打入相邻竖向塑料排水板的间隔中，将电渗阳极插入竖向塑料排水板之间，形成电渗阴极与竖向塑料排水板同排布置、电渗阳极和电渗阴极隔排布置的方式，分别使用导线将成排的电渗阳极和电渗阴极串联起来；并将隔排的同性电极用导线与外置直流电源的正负极接头相连，形成闭合回路，完成电渗电极的布置；铺设第二道密封膜，将电极与第二道密封膜接触穿孔处进行密封处理，密封处理的具体方法是:密封膜包裹电渗阳极，将密封膜与和土体接触之处用密封胶连接固定，密封膜和钢管之间通过密封栓连接；
3)增压系统的安装:将增压管导入电渗阳极；电渗阳极管口通过绕线膜做密封处理；将各电渗阳极通过增压管和气动接头连接至增压泵；
4)上述各系统安装调试完毕后，通电施工，地基加固完毕之后，拆除各个系统，对场地进行常规振动碾压平整。
[0009]与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点:
本发明方法将电渗和增压式真空预压法进行联合，最大程度上提高土体的处理效果。本发明可实现膜下以及土中真空度的独立控制、增压作业的周期进行，具有施工方便、高效处理、经济节约等优势，适用于大面积软土地基加固，特别是对吹填土和新近淤积的超软土有显著的加固效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1本发明增压式真空预压联合电渗处理软土地基的相关系统安装主视图。
[0011]图2本发明中相关系统的俯视图图。
[0012]图3本发明电渗系统的电渗电极与密封膜细部构造图。
[0013]图4本发明中增压系统排水作业过程示意图。【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详尽说明。
[0015]如图1-3所示，一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法，包括以下步骤:
I)真空预压系统的安装:整平场地，铺设第一道土工织物，开挖密封沟1，进行竖向塑料排水板9的打插，通过立体式密封接头13，将竖向塑料排水板9与密封支管10相连，再将各密封支管10通过三向接头与竖向排水系统的密封主排水管11相连，最后接至竖向排水系统的排水真空泵4，形成竖向塑料排水板排水系统。将横向塑料排水板12铺设在地基土体表层，通过立体式密封接头13与密封支管10相连，再将各密封支管10接至横向排水系统的密封主排水管14，最后与横向排水系统的排水真空泵3相连，形成横向塑料排水板排水系统。此处立体式接头13与各排水管均与竖向排水系统规格相同，二者形成可以独立控制的排水系统。之后，进行第一道密封膜5的铺设:将横向塑料排水板排水系统与外界大气隔绝，在铺设第一道密封膜5后将膜的四周紧密地压入所开挖的密封沟I中。本实施例中的立体式接头13为ZL201220565057.2公开的立体式接头。
[0016]2)电渗系统的安装:电渗阳极8采用打孔钢管，电渗阴极7采用光圆钢筋，将电渗阴极7等间距地打入相邻竖向塑料排水板9的间隔中，将电渗阳极8插入竖向塑料排水板9之间，形成电渗阴极7与竖向塑料排水板9同排布置、电渗阳极8和电渗阴极7隔排布置的方式，分别使用导线将成排的电渗阳极8和电渗阴极7串联起来；并将隔排的同性电极用导线与外置直流电源2的正负极接头相连，形成闭合回路，完成电渗电极的布置；铺设第二道密封膜5，将电极与第二道密封膜5接触穿孔处进行密封处理，密封处理的具体方法是:密封膜5包裹电渗阳极8，将密封膜5与和土体接触之处用密封胶17连接固定，密封膜5和钢管之间通过密封栓16连接。
[0017]3)增压系统的安装:将增压管15导入电渗阳极8 ;电渗阳极8管口通过绕线膜18做密封处理；将各电渗阳极8通过增压管15和气动接头连接至增压泵6。
[0018]4)上述各系统安装调试完毕后，具体施工步骤如下:
如图4所示，第一阶段为增压式真空预压单独作用阶段。开启真空泵，膜下真空度与土中真空度不断增大，并且能够实现二者的独立控制。待土体通过常规真空预压固结度达到40%后，接通增压系统电源，增压泵6开始向土中打气增压，增压期间，抽真空设备保持恒载。当膜下真空度降低至40kPa后停止打气作业，增压管15不再工作，此时只有抽真空设备进行抽气作业。因此膜下真空度会重新由40kpa上升到80kPa，再重新开启增压系统进行打气作业(整个过程中真空泵不停止抽气作业)，不断重复抽真空和增压作业，循环的次数根据实际工程地基土排水的要求来确定。待达到工程规定或者排水量发生明显变化之后，开启电渗系统电源，进行第二阶段的二次加固。
[0019]第二阶段为增压式真空预压联合电渗工作阶段。在该阶段，发现增压式真空预压加固的效果下降，土体出水量明显减少，因此在该阶段不再开启增压系统。研究表明，在60kpa真空度的条件下即可满足真空预压的目标，故此时可通过独立的真空度调节系统对膜下及土体真空度进行适当降低，降低真空泵的工作功率，可以很大程度地节约能源。地基加固完毕之后，可拆除各个系统，对场地进行常规振动碾压平整即可。
【权利要求】
1.一种增压式真空预压联合电渗加固软土地基的方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)真空预压系统的安装:整平场地，铺设第一道土工织物，开挖密封沟(I);插设竖向塑料排水板(9 )，将各竖向塑料排水板(9 )通过立体式密封接头(13 )与密封支管(10 )相连，再将各密封支管(10)通过三向接头与竖向排水系统密封主排水管(11)相连，竖向排水系统密封主排水管(11)连接至竖向排水系统真空泵(4)，形成竖向排水系统；在土体表面铺设横向塑料排水板(12)，将横向塑料排水板(12)通过立体式密封接头(13)与密封支管(10)相连，再将各密封支管(10)通过三向接头与横向排水系统密封主排水管(14)相连，横向排水系统密封主排水管(14)连接至横向排水系统真空泵(3)，形成横向排水系统，横向排水系统和竖向排水系统相对独立控制；铺设第一道密封膜(5)，将密封膜(5)的四周压入开挖好的密封沟(I)中； 2)电渗系统的安装:电渗阳极(8)采用打孔钢管，电渗阴极(7)采用光圆钢筋，将电渗阴极(7)等间距地打入相邻竖向塑料排水板(9)的间隔中，将电渗阳极(8)插入竖向塑料排水板(9 )之间，形成电渗阴极(7 )与竖向塑料排水板(9 )同排布置、电渗阳极(8 )和电渗阴极(7)隔排布置的方式，分别使用导线将成排的电渗阳极(8)和电渗阴极(7)串联起来；并将隔排的同性电极用导线与外置直流电源(2)的正负极接头相连，形成闭合回路，完成电渗电极的布置；铺设第二道密封膜(5)，将电极与第二道密封膜(5)接触穿孔处进行密封处理,密封处理的具体方法是:密封膜(5 )包裹电渗阳极(8 )，将密封膜(5 )与和土体接触之处用密封胶(17)连接固定，密封膜(5)和钢管之间通过密封栓(16)连接； 3)增压系统的安装:将增压管(15)导入电渗阳极(8);电渗阳极(8)管口通过绕线膜(18)做密封处理；将各电渗阳极(8)通过增压管(15)和气动接头连接至增压泵(6); 4)上述各系统安装调试完毕后，通电施工，地基加固完毕之后，拆除各个系统，对场地进行常规振动碾压平整。
【文档编号】E02D3/11GK103866759SQ201410054257
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】刘飞禹, 王逸杰, 王军 申请人:上海大学