专利名称：一种防治土体液化对上部结构物影响的电渗法保护方法
技术领域：
本发明属于土体液化破坏上部结构物防治技术领域，涉及一种防治土体液化对上部结构物影响的电渗法保护方法。
背景技术：
地震或者振动诱发土体液化，土体液化后的流动大变形是强震中饱和砂土地基破坏的主要形式之一，会造成液化区构建物的严重破坏和人员的重大伤亡。2008年5月12日发生在我国四川汶川的特大地震灾害中，土体液化引起的地面沉降、地表裂缝、侧移、喷砂冒水、房屋开裂等现象相当普遍，液化引起的破坏范围也非常广泛，涉及居民住宅、学校、工厂、桥梁和道路等。我国是世界上大陆地震最多的国家，很多大中型城市都广泛分布着可液化土，一旦再有大规模破坏地震的发生，这些地区的工程构建物将面临地震液化流动大变形可能带来的严峻考验，需要引起足够的重视。因此，如何有效处理可液化土层、防治地震中土体液化对上部构建物的影响与破坏，是工程技术人员长期关注的重要课题之一。在本发明之前，中国申请专利“液化砂土地基的抗震处理方法”(申请号 201010265122. 5)公开了一种液化砂土地基的抗震处理方法，即采用振冲挤密砂桩和高强编织土工布进行处理，利用砂桩的振动和挤密作用对液化砂土层进行加密、充盈，使其性能指标达到不液化的程度。中国实用新型专利“高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造” (专利号ZL200920176876. 6)公开了一种采用桩体穿越地基液化土层的基桩和水泥级配碎石加筋垫层处理高速铁路液化地基-路基的抗震问题。这些措施在一定程度上可以减小砂土液化对上部结构物的影响，但是由于液化土层深度不一，而采用这些处理方法往往费用较高，为了穿越液化土层，可能需要增加很长的桩长，甚至超过桩基施工的深度极限；同时基桩穿越液化土层段，砂土在地震作用下发生液化导致承载力下降等问题，在设计中不易计算和控制。中国专利“一种软土地基的加固方法”(专利号ZL200810018498.9)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。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，利用电渗场作用力对液化土层中水的流动方向进行控制，形成相对“硬化”层，使其在地震诱发土体液化时，超孔隙水压力控制在“硬化”层以下，防治超孔隙水压力消散对上部构建物的冲击和破坏；确保上部结构物在主震过程中的整体稳定性。
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一种防治土体液化对上部结构物影响的电渗法保护方法，由直流电源、阴阳电极、 导线、感应电源开关以及地震波监控装置等组成。所述的直流电源电压在120-M0 V之间，电流在60-200 A之间。所述的阴阳电极为耐腐蚀性能好的不锈钢管，钢管直径在18-45 mm之间，长度根据需要处理保护的范围来确定，一般在5-25 m之间；其中阳电极对称分布在“硬化”层上下部，阴电极间隔分布在“硬化”层中间，并与阳电极构成交错三角形布置形式；“硬化”层厚度在0. 2-0. 5 m之间，当下卧可液化土层厚度大时，取大值。所述的地震波监控装置包括动震波监控仪器，地震实时监测警报系统和定时器等部分；当震波监控仪器接收到主震前的震动信号时，传输给地震实时监测警报系统进行分析判定，通过定时器等设备启动感应电源开关。启动开关后，通过直流电渗场作用下，在可液化土层上部形成一个“硬化”层，防止主震到达时引起的土体液化后超孔隙水压力对上部结构物的冲击和破坏。本发明的优点和效果在于通过在可液化土层上部设置阴阳电极，当主震地震波到达之前，由地震波实时监控装置启动直流电源，接通直流电后阴阳电极之间产生电渗力， 强大的定向电渗力使土层形成相对更硬的“硬土”层；续而，当主震到达引起可液化土层液化时，超孔隙水压力的消散被控制在电渗力作用形成的相对“硬土”层以下或者绕开结构物保护段从别的地方消散，避免其对上部结构物的冲击和破坏。与常规复合地基技术处理可液化土层相比，本发明更环保、经济，且处理与控制效果好；与常规电渗法加快土体固结相比，本发明拓展了电渗法在土木工程领域的应用范围。该方法施工工艺简单、可操作性强， 便于质量控制，经济效益及治理效果显著。
图1为本发明的结构示意其中，1为上部结构物(包括工业厂房、民用建筑、公路及铁路路面结构等)，2为基础或路基结构，3为直流电源，4为感应电源开关，5为导线，6为阳电极，7为阴电极，8为动震波监控仪器，9为地震实时监测警报系统，10为定时器，11为常规土层，12为“硬化”保护土层， 13为可液化土层，14为地表面，15为地下水位线。图2为本发明的“硬化”层受力结构及超孔隙水压力消散路径示意图，其中，16为超孔隙水压力消散路径。
具体实施例方式以下结合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，布置在靠近上部结构物1和基础或者路基结构2附近的地表面14上的动震波监控仪器8连接着地震实时监测警报系统9，地震实时监测警报系9与定时器10连接着感应电源开关4，感应电源开关4连着直流电源3。在常规土层11底部、可液化土层13上部0. 2-0. 5 m厚土层选定为“硬化”保护土层12，并在该层上下部布置阳电极钢管6、在该层中部布置阴电极钢管7，由导线5连接感应电源开关4。
实施时，在建筑上部结构物1和基础或者路基结构2之前，根据勘察结果，在常规土层11底部、可液化土层13上部0. 2-0.5 m厚土层选定为“硬化”保护土层12，并在该层上下部布置直径在18-45 mm之间、长度在5_25 m之间的阳电极钢管6、在该层中部布置直径在18-45 mm之间、长度在5-25 m之间的阴电极钢管7，阳阴电极交错分布，间距在0. 5-2 m之间并由导线5连接到地表面14之上的感应电源开关4。在靠近上部结构物1和基础或者路基结构2附近的地表面14上布置动震波监控仪器8，连接动震波监控仪器8、地震实时监测警报系统9和定时器10。当震波监控仪器8接收到主震前的震动信号时，传输给地震实时监测警报系统9进行分析判定，通过定时器10等设备启动感应电源开关4，接通直流电源3。启动感应电源开关4后，在布置的阳电极6和阴电极7之间形成电渗力，强大的定向电渗力使土层形成相对更硬的“硬土”层12 ；因此，当主震到达引起可液化土层13液化时， 超孔隙水压力16的消散被控制在电渗力作用形成的相对“硬土”层12以下或者绕开上部结构物1保护段从别的地方消散，避免其对上部结构物1的冲击和破坏。从而确保上部结构物在主震过程中的整体稳定性。
权利要求
1. 一种防治土体液化对上部结构物影响的电渗法保护方法，由直流电源、阴阳电极、感应电源开关以及地震波监控装置组成，其特征在于利用直流电渗场作用力对液化土层上部水的流动方向进行控制，形成相对“硬化”层，使其在地震诱发土体液化时，超孔隙水压力控制在“硬化”层以下或者绕开结构物保护段从别的地方消散，防治超孔隙水压力消散对上部构建物的冲击和破坏；所述的直流电源电压在120140 V之间，电流在60-200 A之间； 所述的阴阳电极为耐腐蚀性能良好的不锈钢管，钢管直径在18-45 mm之间，长度在 5-25 m之间；其中阳电极对称分布在“硬化”层上下部，阴电极间隔分布在“硬化”层中间， 并与阳电极构成交错三角形布置形式；“硬化”层厚度在0. 2-0. 5 m之间。
全文摘要
一种防治土体液化对上部结构物影响的电渗法保护方法，通过在可液化土层上部设置阴阳电极，当主震地震波到达之前，由地震波实时监控装置启动直流电源，接通直流电后阴阳电极之间产生电渗力，强大的定向电渗力使土层形成相对较硬的“硬土”层；续而，当主震到达引起可液化土层液化时，超孔隙水压力的消散被控制在电渗力作用形成的相对“硬土”层以下或者绕开结构物保护段从别的地方消散，避免其对上部结构物的冲击和破坏；确保上部结构物在主震过程中的整体稳定性。本发明方法环保、经济，施工工艺简单、可操作性强，便于质量控制，处理与控制效果好，且经济效益及治理效果显著。
文档编号E02D27/32GK102392439SQ20111035649
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者孔纲强 申请人:河海大学