[发明专利]电渗电极及其电渗排水系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种地基处理设备及其附属系统，尤其是涉及电渗法应用于软粘土地基处理及建筑物抗震防液化中所需要的一种电渗电极及其电渗排水系统。

背景技术

电渗法是在土体两端通以直流电，使土体在短时间内完成渗透排水，并逐渐固结的一种地基处理方法。自1939 年L. Casagrand首次将电渗排水法成功运用于铁路挖方工程后，各国学者在其加固机理与应用方面开展了大量的研究工作。已有的研究成果表明，在渗透系数小并以黏粒为主的流泥、淤泥或淤泥质土中，电渗作用可有效排出土体中的部分弱结合水，加快排水固结的速率，具有良好的地基处理效果。

近年来，我国沿海地区特别是经济发达省份土地的需求量持续增加，土地资源的供需矛盾日渐突出，人工填筑地基与吹填造陆技术为解决这一问题提了新的思路与途径。目前，我国沿海许多地区都在规划或实施填海造陆工程，以带动当地经济的飞速发展。但由于吹填土多为淤泥质土，具有压缩性高、渗透系数小以及结合水含量高等特点，其地基处理往往成为生产建设中的难点。常规排水固结法中如堆载预产生超静孔隙水压力难于消散，加固效果缓慢，真空预压只能排除地基土中的自由水，且真空传递效率低，电渗法则可有效的排除弱结合水，加快超孔隙水压力的消散，且不受渗透系数小的影响。

基于以上考虑，电渗法及其与真空预压、堆载预压等其他软基处理措施的联合方法被提出加固吹填土地基，并已在众多室内试验中证实了其在加固淤泥质软土地基方面的优越性。目前在室内研究与数值分析的基础上，电渗法及与其他技术联合方法的排水加固理论已日渐成熟，但为电渗施工提供直流电的电渗仪造价昂贵，利用效率低，同时由于电渗过程中常用的金属电极腐蚀严重，削弱了地基加固区的电场强度，地基加固效果往往达不到设计要求，导致其在沿海大面积吹填土地基处理等软基加固工程实践中迟迟未见大规模的推广应用。

在本发明之前，中国专利ZL201010039686.7、CN201210197981.4先后公开了两种电渗电极，前者将电渗电极分为连接排气段、绝缘段与开孔处理段，能够适用于较复杂的地层条件，尤其是待处理软土层上覆透水性良好的砂层或粉土层，从而防止电渗电路短路，但由于电渗电极材质为普通材质的镀镍钢管，仍不能很好解决电渗过程中电极腐蚀严重的问题。后者提出了一种既能充当耐腐蚀电极、又能提供排水通气通道的导电塑料排水板，由于施工过程中对电渗电极提出一定的力学性能要求，导致导电塑料排水板的电阻率维持在较高水平，加之包裹在基板上的滤膜的不可导电性，会使电渗电极与土体间的界面电阻一定程度的增大，影响了电能的利用效率，加之其材料造价较高，进一步限制了其在工程实际的应用。

此外，有学者提出用电渗法来防止土体液化对上部结构物产生影响（见中国专利CN201110356492.4），利用电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，防止超孔隙水压力的消散对上部结构物的冲击和破坏，从而达到确保上部结构物在主震过程中的整体稳定性。该方案存在两点不足，一是其对地震液化地基土中超孔隙水压力采取的是堵的办法，按照力的相互作用原理，超孔隙水压力仍然会对上部土体产生冲击与破坏，液化土层仍然会产生液化，对上部建筑物的稳定性产生显著影响；二是其电渗电极采用金属材质钢管，埋设于建筑物基础下方的电渗电极具有永久不可更换性，将伴随上部构筑物至其设计年限的终结，在长时间土层环境中钢管易受到腐蚀，即使其采用防护措施，金属电极在电渗过程中将严重腐蚀，之后不能再起到防止土体液化对上部结构物产生影响的效果，特别是在多地震地区，电渗作用失效将导致非常严重的后果。同时，中国专利CN201210476152.X公开了一种建筑地基液化的真空抽水装置及其施工方法，地震过程中产生的极高的超静孔隙水压力，能否在单纯真空渗流场中短时间水平向渗流到垂直管道中，还是一个问题，加之抽真空前管道中存留的空气及真空泵功率的限制，使其在用于建筑物实时抗震防液化中还存在一定的不足。

发明内容