[发明专利]双通道可变极真空电渗加速超软土固结的方法及装置

说明书

技术领域

      本发明属于超软淤泥土排水固结地基处理技术领域，更具体涉及一种双通道可变极真空电渗加速超软淤泥土排水固结地基处理方法，同时还涉及一种双通道可变极真空电渗加速超软淤泥土排水固结地基处理的装置，此方法和装置不仅适用于各类灵敏度高的饱和软粘土地基加固，而且尤其适用于以超细颗粒为主且初始承载力极低的各类疏浚淤泥吹填土地基的深层和浅层全范围内的同时加固。 

背景技术

    超软淤泥土一般是由港池和航道的疏浚淤泥经水力吹填于围堰之内而形成，这类土具有以下几个特点：1、含水率一般高达90%以上，如果是新近吹填场地则可高达170%左右；2、黏粒含量高，通常颗粒直径小于0.005m的占比50%左右；3 由于黏粒含量高，渗透系数非常低，一般小于10^-6cm/s；4、此类土颗粒间连接非常弱，呈絮凝状浮泥状态，土骨架结构尚未形成，流动性强，强度及承载力极低。 

    由于近年来，工程建设用地渐趋紧张，为了缓解土地供应的矛盾，此类超软弱地基的处理已经成为工程建设中重要的一环，其核心技术难题是如何快速、高效、经济地进行处理加固。 

     超软淤泥土的上述特性，导致采用传统软基加固技术来处理时遇到了难以克服的困难或缺点。主要困难有如下几点：①待处理超软淤泥土工作面无法上人或机械设备；②由于渗透系数极低，导致传统真空预压排水固结法排水效率低，导致荷载持续时间长，单位能耗大；③由于无法采用砂垫层，导致真空度的传递效率低，只能在表层形成小于1m的硬壳层，要处理深层软土，需要二次加固处理；④采用排水板作竖向排水通道时，板体周围极易形成密实度相对较高的土柱，此时土体的渗透系数降低至10^-8cm/s，甚至10^-9cm/s，可称之为“围阻效应”，此效应导致真空预压系统的排水效率降低，电能损失增大。 

    目前所对处理超软淤泥土排水固结加固的方法中只能针对上述某个难点进行考虑，如专利申请号为 CN 200710031221.5（专利公开号为 CN 100554596C）和专利申请号为CN 201210157858.X （专利公开号为 CN103422490A）所采用的方法为无砂垫层真空预压，主要是针对待处理超软淤泥土工作面无法上人或机械设备的问题，但同样存在对于黏粒含量高、渗透系数极低的超软淤泥土排水效率低，排水板周围的“围阻效应”也比较明显，存在真空荷载持续时间长（一般为90天以上），单位时间能耗大等问题，且也只能形成小于1m的表层硬壳层，承载能力也非常有限。再如，专利公开号为CN101831903B 所采用的方法是利用电热棒及砂井电热棒来加快排水效率，此方法虽然在一定程度上可以提高超软淤泥土的排水效率，但能耗较大，且不适宜于含有腐殖质或有机质的淤泥土的处理。 

     电渗法已被证实可以有效加固渗透系数较低的淤泥质土地基，其主要优点就是通过电场驱动下土体中的孔隙水由阳极向阴极流动, 且孔隙水的流动受土颗粒大小的影响很小。传统的电渗法能耗大、工程造价高，因此未能大面积推广应用。根据单独真空和单独电渗的特点，将真空和电渗结合来处理超软淤泥土地基是一种可行的方法。 

     将真空和电渗结合来处理超软淤泥土地基同样也存在难点，一是在电渗过程中的阳极损耗大，目前采用的阳极主要是以钢筋为主，如专利公开号为 CN100443668C、CN101225658B所采用的方法都是以钢筋或金属作为阳极，这样的阳极通电后会产生较为严重的损耗，甚至会导致阳极断裂，电渗效果大打折扣；二是真空和电渗结合来处理超软淤泥土地基时，地基内部处在一个复杂的四场环境中，如真空压力场、渗流场、电场、温度场。如果简单的将真空和电渗结合（如专利公开号为 CN 101182709 B、CN 101182708 B）势必会产生诸如真空压力场与电场的能量抵消效应，从而导致排水效率降低，能耗提高。另外，专利公开号为 CN 101182709 B、CN 101182708 B所采用的方法中，前期需在场地上使用开孔设备，不适合于超软淤泥土地基处理。 

    综上所述，在本发明之前真空结合电渗方法中，存在以下几个缺点。①阳极损耗大，导致成本增大，阴极“围阻效应”明显，极大影响电渗效果； ② 只是将真空和电渗简单结合，没有考虑真空压力场与电场的能量抵消效应，导致排水效率降低，单位时间能耗提高③导电电极通常在密封膜上，需要在密封膜上开孔，密封性差，易渗漏。④真空度的传递效率低，要处理深层软土，需要二次加固处理。