环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法.pdf

本发明公开了一种环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，包括开挖单井、打入电极、电渗和排水等步骤；其中电极环状阵列打入软黏土地基数圈，呈梅花形分布；每圈电极均通过一根导线独立连接，将最外圈的导线连接直流电源正极，次外圈导线连接负极；开启直流电源在土体中形成从外向内的环向电渗流，如此由外向内依次对每相邻两圈电极进行通电；重复上述电渗步骤，最终将处理范围土体中的水排入单井内，再将单井内的水排出地表。本发明操作简单，适合软黏土地基的排水加固。

1.  一种环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，包括开挖单井、打入电渗电极、电渗和排水步骤，其特征在于：所述电渗电极以单井中心线为轴线，环状阵列打入软黏土地基数圈；每圈电渗电极均通过一根导线独立连接，将最外圈和次外圈的导线分别连接直流电源的正极和负极，在土体中形成从外向内的环向电渗流；如此由外向内依次对每相邻两圈电渗电极进行通电，重复上述电渗处理步骤，最终将处理范围土体中的水排入单井内，再将单井内的水排出地表。

2.  根据权利要求1所述的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，其特征在于：所述步骤具体操作如下：
1）在软黏土地基中开挖满足地基处理要求的单井，以单井中心线为轴线，在软黏土地基中环状阵列打入数圈成梅花形分布的电渗电极；
2）将所有电渗电极用导线连接，需满足同一圈的电渗电极单独使用一根导线连接；
3）将最外圈的电渗电极连接到直流电源的正极，次外圈的电渗电极连接到直流电源的负极，开启电源后在土体中形成从外向内的环向电渗流；一段时间后，关闭电源拆除导线，再将次外圈的电极连接电源的正极，其内相邻一圈的电极连接电源的负极，如此依次对每圈电极进行通电；最终通过井壁周围的电渗电极将处理范围内的水排入单井内，将单井内的水通过潜水泵及出水管排出地表；
4）多次重复上述电渗处理步骤，直至没有水流入单井中。

3.  根据权利要求2所述的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，其特征在于：所述单井内安装有打孔护筒，所述打孔护筒包括打满小孔的PVC管和包设于PVC管外部的滤布。

4.  根据权利要求1所述的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，其特征在于：所述电渗电极垂直于地基表面竖向打入土体中，打入土体深度为地基的处理深度。

5.  根据权利要求1所述的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，其特征在于：所述电渗电极材料为电动土工合成材料，每个电渗电极为实心或空心的管状结构。

6.  根据权利要求1所述的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，其特征在于：相邻环状电渗电极的间距为1～1.5m，最内层的环状电极紧贴单井井壁打入土体中。

7.  根据权利要求1所述的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，其特征在于：所述直流电源对电渗电极进行稳压或稳流通电，相邻两圈电渗电极的通电时间根据内圈电极附近土体的含水率判断。

8.  根据权利要求2所述的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，其特征在于：还包括步骤5）电渗处理完毕后对单井进行回填压实处理。

环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法
技术领域
本发明涉及一种软黏土地基的排水加固方法，具体涉及一种环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，属于岩土工程领域。
背景技术
在我国的东南沿海和某些内陆地区，软黏土地基广泛分布，软黏土的特点是含水率高、压缩性高、强度低、透水性差。高压缩性导致地基有相当大的沉降和沉降差，低渗透性使得沉降的持续时间很长，可能会影响建筑物的正常使用，低强度使得地基承载力和稳定性不能满足工程要求。
常用真空预压、堆载预压等排水固结方法来处理软黏土地基，真空预压对地基承载力的提高有限，对处理边界的施工要求较高，堆载预压存在堆载材料来源不足和可能导致地基失稳等问题。排水固结法受限于软黏土的低水力传导系数和高黏粒含量等因素，而工期较长，且难以达到预期效果。
电渗法是通过对插入土体中的电极施加低压直流电来加速排水固结的一种地基处理方法，由于电渗法的电渗透系数与土颗粒粒径无关，被认为是处理软黏土地基的有效方法。同真空预压法的加固机理相似，电渗固结也是在保持土体总应力不变的情况下，通过产生负超静孔压来提高有效应力，因此不会导致地基因承载力不足而失稳。然而，电渗法由于受金属电极材料的影响，而没有得到广泛的推广应用，电动土工合成材料可以避免金属电极在电渗过程中腐蚀的缺陷，使电渗法进入新的发展阶段。
土体在电渗过程中形成从阳极到阴极的水平水流，而对于汇聚在阴极处的水却不能提供向上的动力使其排出土体表面，因而对于电渗法处理的土体存在阳极附近的土体含水率大大降低，越往阴极土体含水率越高的现象。因而提出将电渗法与真空预压法、堆载预压法等结合，然而结合后的方法存在施工复杂、电能消耗大、造价高等缺点。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种操作简单、排水效率高的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法，包括开挖单井、打入电渗电极、电渗和排水等步骤，其特征在于：所述电渗电极以单井中心线为轴线，环状阵列打入软黏土地基数圈；每圈电渗电极均通过一根导线独立连接，将最外圈和次外圈的导线分别连接直流电源的正极和负极，在土体中形成从外向内的环向电渗流；如此由外向内依次对每相邻两圈电渗电极进行通电，重复上述电渗处理步骤，最终将处理范围土体中的水排入单井内，再将单井内的水排出地表。
具体地，上述各步骤操作如下：
1）在软黏土地基中开挖满足地基处理要求的单井，以单井中心线为轴线，在软黏土地基中环状阵列打入数圈成梅花形分布的电渗电极；
2）将所有电渗电极用导线连接，需满足同一圈的电渗电极单独使用一根导线连接；
3）将最外圈的电渗电极连接到直流电源的正极，次外圈的电渗电极连接到直流电源的负极，开启电源后在土体中形成从外向内的环向电渗流；一段时间后关闭电源拆除导线，再将次外圈的电极连接电源的正极，其内相邻一圈的电极连接电源的负极，如此依次对每圈电极进行通电了；最终通过井壁周围的电渗电极将处理范围内的水排入单井内，将单井内的水通过潜水泵及出水管排出地表；
4）多次重复上述电渗处理步骤，直至没有水流入单井中。
具体地，满足地基处理要求的单井为充分考虑现场工程地质情况、电渗处理范围等因素来设计单井的开挖深度和半径，为了防止井壁坍塌，所述单井内安装有打孔护筒，所述打孔护筒包括打满小孔的PVC管和包设于PVC管外部的滤布。
具体地，所述电渗电极垂直于地基表面竖向打入土体中，打入土体深度为地基的处理深度。
具体地，所述电渗电极材料为电动土工合成材料，每个电渗电极为实心或空心的管状结构。电渗电极不具有竖向排水功能
具体地，相邻环状电渗电极的间距为1～1.5m，最内层的环状电极紧贴单井井壁打入土体中。
具体地，所述直流电源对电渗电极进行稳压或稳流通电，相邻两圈电渗电极的通电时间根据内圈电极附近土体的含水率判断。
具体地，还包括步骤5）电渗处理完毕后对单井进行回填压实处理
有益效果：本发明通过环状电渗单井排水对黏土地基进行处理，具有以下优点：
第一，通过电渗法形成的环向渗流，将土体中的水排入单井中，克服了常规电渗法对于汇聚在阴极处的水难以排出的问题，实现了对软黏土地基的现场处理；
第二，该方法不需要与真空预压、堆载预压等方法联合，因而施工简单，便于操作，同时节省了造价。而且可以通过一次进行多组本方法，实现对软黏土地基的大面积处理。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的环状电渗单井排水的软黏土地基处理方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明实施例的俯视图；
图2是图1的剖视图；
图3是本发明实施例中打孔护筒的结构示意图；
图中：1软黏土地基；2单井；3潜水泵；4电渗电极；5第一导线；6第二导线；7第三导线；8次内导线；9最内导线；10直流电源；11正极；12负极；13出水管；14打孔护筒。
具体实施方式
实施例：
本发明实施例在软黏土地基上采用的环状电渗单井排水结构如图1和图2所示，包括中心处具有竖直单井2的软黏土地基1，在竖直单井2的井底放置有潜水泵3，潜水泵3与延伸到井外的出水管13相连接。电渗电极4竖直打入黏土地基1中，并以单井2的中心线为轴线呈环状阵列分布，将所有电极4用导线连接，每圈电极4均通过同一导线连接到成相互独立的一组，形成由外向内排列的的第一导线5、第二导线6、第三导线7、次内导线8和最内导线9。首先将第一导线5连接到直流电源10的正极11，将第二导线6连接到负极12。
如图3所示，可以在单井内壁衬打孔护筒14来维护井壁，防止坍塌，打孔护筒14由打满小孔的PVC管再外包滤布制成
使用时，通过以下施工步骤形成上述的排水结构：
S1：在软黏土地基1中开挖满足地基处理要求的单井2，并在井底放一台连接有出水管13的潜水泵3。
S2：以单井2的中心线为轴线，在软黏土地基1中环状阵列打入数圈梅花形分布的电渗电极4，将所有电极4用导线连接，每圈都单独通过一根导线连接所有的电极4。
S3：将最外圈的所有电极4通过导线连接到直流电源10的正极11，次外圈的所有电极4通过导线连接到直流电源10的负极12，开启电源10后在土体中形成从外向内的环向电渗流，一段时间后，关闭电源10拆除导线，再将次外圈的电极4连接电源10的正极11，其内相邻一圈的电极4连接电源10的负极12，如此依次对每圈电极4进行通电，最终通过井壁周围的阴极电极4将电渗处理范围内的水排入单井2内，将单井2内的水通过潜水泵3及出水管13排出地表。
S4：多次重复上述电渗处理步骤。
在步骤S1中，所述满足地基处理要求的单井2为综合考虑电渗处理范围和软基厚度等因素来确定单井2的开挖半径和深度，单井2的开挖深度可为地基处理深度，单井的半径范围为0.5～1.0m。必要时使用打孔护筒等维护井壁防止坍塌，打孔护筒14由打满小孔的PVC管再外包滤布制成，这样不仅可以维护井壁防止坍塌，还可以使电渗排出的水从护筒14的小孔流入井内，外包的滤布可以阻止井壁的泥土流入井2内。
在步骤S2中，所述电渗电极4为不易腐蚀的电动土工材料，由于本方法不需要通过阴极向地表排水，因而其形状可为实心或空心的管状结构，电极4的长度可视软土的厚度而定，外径在5～10cm之间。多个电渗电极4环形阵列垂直土体表面打入软黏土1中，形成数圈梅花形分布的电渗电极4，最内圈的电极紧贴单井2井壁，相邻两圈的电极4间距为1～1.5m，电极4圈数为10～20圈，每圈都单独通过一根导线连接所有的电极4，导线的一端预留足够的长度连接直流电源10。本实施例中，电渗电极4的个数为78个，构成6圈梅花形分布的电极4，其中最内圈电极4的个数为8个，每向外一圈增加2个电极4，相邻两圈电极4的水平间距为1m，最内圈的所有电极4通过最内导线9连接，次内圈的所有电极4通过次内导线8连接，依次类推，最外圈的所有电极4通过第一导线5连接。
在步骤S3中，所述电渗过程为先将第一导线5连接直流电源10的正极11，将第二导线6连接直流电源10的负极12，开启电源10后进行电渗，电渗时间可根据内圈电极4附近土体含水率上升5%所用的时间来确定。一段时间后，关闭电源10拆除导线，再将第二导线6连接直流电源10的正极11，第三导线7连接直流电源10的负极12，继续进行电渗，如此依次对每圈电极4进行通电，形成由外向内的电渗流，最终通过将次内导线8连接直流电源10的正极11，最内导线9连接直流电源10的负极12，将电渗处理范围内的水排入单井2内，将单井2内的水通过潜水泵3及出水管13排出地表。
在上述电渗过程中，除了形成的以单井2为中心的环向渗流可以降低土体的含水率，在与电源10的正极11和负极12连接的电极4处会发生电解水反应产生H⁺和OH^-，从而伴随发生其他的电化学反应，生产的胶凝物质同样可以降低土体的含水率。在对土体从外向内电渗过程中，每圈的电极4都有足够的时间间歇通电，从而使土体中的水分重新分布，降低阳极与土体的界面电阻，为下一轮电渗做好准备。直流电源10的通电方式为稳压或稳流输出，稳压电压或稳流电流的大小根据电源10功率、土体的电阻、电极4性质来确定，一般电源10输出电压为不超过80V的安全电压。
在步骤S4中，可以多次重复步骤S3，应确保每次对相邻的两圈电极4通电，其中内圈电极4连接直流电源10的负极12，外圈电极4连接电源10正极11，直至没有水流入单井2中，此时电渗处理完毕，将单井2通过回填、压实等方法进行处理。当软黏土地基1处理面积很大时，可以采用多组该方法同时对软基进行处理。
本实施例通过电渗的方法处理软黏土地基，电渗电极环状打入土体中，通过一定的电渗实施步骤，将土体中的水排入单井内，有效收集了电渗阴极排出的水，实现了对软黏土地基的现场处理。并且本发明提供的软黏土地基处理方法操作简单，可以通过一次进行多组本方法，实现对软黏土地基的大面积处理。对处理渗透系数K＝10^－6～10^－8cm/s的软黏土具有良好的加固效果，使加固后的软土地基具有较高的承载力。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。