[发明专利]一种化学电渗法联合真空预压法处理深厚软土地基方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种深厚软弱土地基处理技术领域，尤其涉及一种化学电渗法联合真空预压法处理深厚软土地基方法。主要适应于滨海或沿江滩涂、洼地等深厚软弱土地基处理等工程技术领域。

背景技术

在本发明之前，中国专利“一种软土地基的加固方法”（ZL 200810018498.9）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。该法虽然组合处理效果理想，但是工艺复杂，且工期较长，几种处理方法均针对同一土层进行，处理深度有限。中国专利“混合吹填软土地基的预加固处理方法及其装置”（ZL 200910061919.0）公开了一种混合吹填软土地基的预加固处理方法及其装置，在混合吹填过程设置水平向排水通道，并结合采用真空预压联合电渗法施工，在吹填过程中和吹填初期即对超软土固结进行干预和预处理。该法主要应用为预处理，真空预压和电渗法施工均针对同一土层，处理深度相对较浅。真空预压法由于受土层性质、真空泵功率等因素影响，真空度随着土体深度的增加而逐渐减少，从而导致处理深度受限，一般在10米左右。常规电渗法无需水泥、砂石等建筑材料，施工中对环境无粉尘污染、无噪音，且无需笨重的施工机械；但是处理周期相对较长。而随着基础设施建设规模的扩大，尤其是在沿海、沿江及内地湖泊地区进行港口、市政、公路及铁路等建设时，往往需要处理深厚软土地基（软弱土厚度达到20米左右，甚至更深），因此，上述专利方法只能对浅层地基产生作用，而无法很好的处理深层软土，从而限制了其大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有真空预压法处理软土地基时处理深度受限、无法达到深厚软土层，当抽真空排水达到一定程度时，继续排水需要增加的功耗较大；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，提出一种化学电渗法联合真空预压法处理深厚软土地基方法。化学电渗法可以加速水在软土中的转移，尤其是深层软土中真空度无法达到较高处；抽真空可以加速水的排出速度，两者各有特点，相互促进，加速软弱土固结密实。本发明不仅可以处理深厚软土层，而且通过注入化学溶液，化学电渗法，可以大幅提高渗透速率、缩短工期，提高处理后土体强度。

本发明的技术方案是：

在软弱土地基中插入竖向多孔排水管和金属电极并注入化学溶液，在土层顶部依次铺设横向排水板和密封土工膜，然后通以直流电并抽真空，在直流电场力作用下，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；同时在抽真空形成的内外压力差的作用下，水从阴极所在排水管中被快速排出；加速地基土固结压密，提高土体强度。

本发明的金属电极为钢筋，其直径为12 mm左右，长度根据软土处理深度来定，最大可以达到25 m左右，钢筋中间均匀分布2、3道绝缘箍筋，钢筋上部与横向排水板及底部与多孔排水管接触部位涂有绝缘涂料，确保钢筋垂直定位且不与多孔排水管直接接触。为了方便连接电缆线，电极一般露出地面0.5 m左右。本发明的多孔排水管为直径在50 mm左右，管上四面对称、均匀分布间距50 mm、孔径在5-10 mm之间的小孔，排水管下端连接锥形管靴。

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、阴电极所在的排水管内后，使其现场初始氯化钙溶液浓度达到10 %左右，溶液内硅酸钠的含量是氯化钙含量的2倍左右。在直流电场力作用下，发生的化学反应如下公式所示。

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，并在处理范围周边建立围栏和警示牌，根据设计情况，制作金属电极并在设计位置布置绝缘箍筋和绝缘涂料；

(2)测量放线，将带锥形管靴的多孔竖向排水管静压沉入设计位置；

(3)依次在竖向排水管内沉入金属电极，并在一典型相邻两竖向排水管附近及相应深度埋设温度计；

(4)通过顶端分别向阳、阴电极钢筋所在的多孔排水管内注入氯化钙溶液和硅酸钠溶液，使阳、阴电极钢筋所在的管内现场溶液浓度分别达到10 %和20 %左右；

(5) 铺设横向排水板和上部密封膜，并连接真空泵；

(6)利用电缆线连接各个阳、阴电极，并分别与直流电电源连接，中间串联一个电流表；