用于收集电渗排水的装置以及软黏土地基处理装置和方法

摘要

本发明公开了一种用于收集电渗排水的装置以及软黏土地基处理装置和方法，其中所述用于收集电渗排水的装置包括沿纵向设有若干通孔的预压板、固定于所述预压板上表面并可调节内部水量的水囊袋，以及连通各通孔及抽水泵的管体。通过该装置收集电渗阴极处排出的水，可以向水囊袋中注水作为堆载，通过预压板施加在阴极附近的土体上，进一步促进电渗阴极排水，使阴阳电极之间的土体固结更为均匀，能够解决电渗排水收集困难的难题。

权利要求

1.一种软黏土地基处理装置，其特征在于，包括用于收集电渗排水的装置，以及纵横布设于黏土地基中的电极和与电极连接的电源，其中预压板的通孔中贯穿有电渗阴极；

用于收集电渗排水的装置包括沿纵向设有若干通孔的预压板、固定于所述预压板上表面并可调节内部水量的水囊袋，以及连通各通孔及抽水泵的管体；

所述预压板的上表面设置有用于固定所述水囊袋的连接扣，所述水囊袋可分拆地连接于预压板；

所述预压板的下表面设置有卡槽，所述卡槽包括沿通孔周向布设的若干个环形卡槽和沿预压板纵向设置并连通环形卡槽的纵向卡槽；所述环形卡槽内连接有若干个向开孔中心倾斜延伸的突出嘴，所述纵向卡槽与环形卡槽与所述管体适配；

所述突出嘴倾斜设置，突出嘴中轴线与水平面的夹角为10°～30°；

所述管体包括若干个与所述环形卡槽适配的环形管体部和连通相邻环形管体部的线型管体部，所述环形管体部与突出嘴中的管体连通；

所述预压板为金属板或者塑料板，预压板的承载力大于等于0.1PMa；所述突出嘴的长度为2～4cm；所述水囊袋为PVC或TPU材质的袋体，所述管体为PU气管；

所述水囊袋设置有阀门。

2.一种电渗排水收集的处理方法，其特征在于，基于用于收集电渗排水的装置实现，用于收集电渗排水的装置包括沿纵向设有若干通孔的预压板、固定于所述预压板上表面并可调节内部水量的水囊袋，以及连通各通孔及抽水泵的管体；

所述预压板的上表面设置有用于固定所述水囊袋的连接扣，所述水囊袋可分拆地连接于预压板；

所述预压板的下表面设置有卡槽，所述卡槽包括沿通孔周向布设的若干个环形卡槽和沿预压板纵向设置并连通环形卡槽的纵向卡槽；所述环形卡槽内连接有若干个向开孔中心倾斜延伸的突出嘴，所述纵向卡槽与环形卡槽与所述管体适配；

所述突出嘴倾斜设置，突出嘴中轴线与水平面的夹角为10°～30°；

所述管体包括若干个与所述环形卡槽适配的环形管体部和连通相邻环形管体部的线型管体部，所述环形管体部与突出嘴中的管体连通；

所述预压板为金属板或者塑料板，预压板的承载力大于等于0.1PMa；所述突出嘴的长度为2～4cm；所述水囊袋为PVC或TPU材质的袋体，所述管体为PU气管；

所述水囊袋设置有阀门；

所述处理方法包括如下步骤：

S1、在预加固软黏土地基中按照电渗法的施工方法，以长方形或梅花形方式插入电极，对阴极周围的土体进行处理形成预定规模的排水坑；

S2、将管体安装在预压板下表面的卡槽中，将水囊袋通过连接扣安装固定在预压板的上表面，将多组用于收集电渗排水的装置放置于电渗场地中，电渗阴极从预压板的开孔中穿出，预压板开孔处的突出嘴伸入排水坑围绕电渗阴极；

S3、通过导线将电极连接电源的正负极，通电后，待阴极处排水坑有水冒出时，开启抽水泵，通过管体将阴极处排水坑中的水排出；

S4、电渗后期，待阴极处的排水坑无水排出，向电渗排水收集装置的水囊袋中注水作为预压荷载，进一步促进阴极处的水排出；

S5、电渗处理结束后，回收电渗排水收集装置。

说明书

用于收集电渗排水的装置以及软黏土地基处理装置和方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩土工程领域，特别是一种用于收集电渗排水的装置及其处理方法。

背景技术

[0002] 在河口海岸、冲积平原等地进行的土体处理工程中通常会遇到软黏土地基的排水固结问题。在黏性土分布地区进行的一些海洋疏浚和内陆疏浚、吹填造地等工程也会产生软黏土地基，由于施工过程扰动将大量水分混入黏性土而形成含水量较高的土体。我国软黏土地基分布广泛，随着社会生产力和人民生活水平的迅速发展，对土地的需求十分迫切，因而在土地的开发使用过程中不可避免的需要面对软黏土的地质条件。

[0003] 常用真空预压、堆载预压等排水固结方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。电渗是电动现象之一，指在电场作用下水相对于和它接触的固体颗粒作相对运动的现象，具有电渗透系数与土颗粒粒径无关以及对土体中的结合水同样有效的特点，这一特点正适宜对软黏土地基进行处理。为了避免金属电极腐蚀等一系列问题，国内外提出了电动土工合成材料这一概念，并根据工程需要制造出不同的外观形状，如导电塑料排水板，使电渗法进入新的发展阶段。

[0004] 电渗法在软黏土地基现场加固中存在电渗排水收集困难、阴阳极间土体固结不均匀等问题，常与真空预压法、堆载预压法等工法进行联合。联合后的方法不仅使施工工序变得繁琐复杂，而且增加了工程造价和电能消耗，不利于电渗法的推广应用。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明的目的之一是为了解决现有技术存在的不足，提供一种操作简单、排水效率高的用于收集电渗排水的装置。本发明进一步的目的是提供一种电渗排水收集处理方法。本发明更进一步的目的是提供一种软黏土地基处理装置。

[0006] 技术方案：一种用于收集电渗排水的装置，包括沿纵向设有若干通孔的预压板、固定于所述预压板上表面并可调节内部水量的水囊袋，以及连通各通孔及抽水泵的管体。

[0007] 在进一步的实施例中，所述预压板的上表面设置有用于固定所述水囊袋的连接扣，所述水囊袋可分拆地连接于预压板。可拆卸或者分拆式设计便于安装和运输，同时便于更换不同容积的水囊袋，或者更换破损的水囊袋。分开运输，也更容易保证预压板和水囊袋的安全，防止运输安装过程中破损。

[0008] 在进一步的实施例中，所述预压板的下表面设置有卡槽，所述卡槽包括沿通孔周向布设的若干个环形卡槽和沿预压板纵向设置并连通环形卡槽的纵向卡槽；所述环形卡槽内连接有若干个向开孔中心倾斜延伸的突出嘴，所述纵向卡槽与环形卡槽与所述管体适配。通过设置卡槽，管体（例如气管或水管）能够嵌设于其中，使之在工作状态下形成一个整体，保证管体与预压板之间的配合精度，使之能够准确地抽取通孔处的积水，同时卡槽与管体配合后，具有一定的作用力，能够防止管体在抽水泵的作用下发生偏移或分离，使其工作更加稳定，减少了维护。同时，这种方式也便于管体与预压板之间的分拆和运输。

[0009] 在进一步的实施例中，所述突出嘴倾斜设置，突出嘴中轴线与水平面的夹角为10°～30°。突出嘴沿环形卡槽的周向布设，其一端向预压板的下表面延伸的同时向通孔的中轴线靠拢。突出嘴的端口，即进水口处设置有土工布等过滤装置。

[0010] 在进一步的实施例中，所述管体包括若干个与所述环形卡槽适配的环形管体部和连通相邻环形管体部的线型管体部，所述环形管体部与突出嘴中的管体连通。在该实施例中，管体本身可以为一体式或者分离拆装式，其中环形管体与连通的直线型管体，以及环形管体与突出嘴内的管体或者突出嘴本身之间的连接方式可以为任何密接方式，例如扣合、螺接或者类似的结构。管体（例如PU气管或水管）亦可以采用其他方式延伸至通孔处，以吸取电渗阴极处的积水。例如管体采用与预压板一体成型的方式，或者在预压板内开设有连接各通孔或者环形卡槽或者突出嘴的通道或管道，在进水端加上过滤装置，出水端与抽水泵连接即可。这种方式亦可以实现抽水的目的，解决上述技术问题，达到相应的技术性效果。

[0011] 在进一步的实施例中，所述预压板为金属板或者塑料板，预压板的承载力大于等于0.1PMa；所述突出嘴的长度为2～4cm；所述水囊袋为PVC或TPU材质的袋体，所述管体为PU气管。由于在工程环境中，装置的使用环境较为恶劣，预压板、管体和水囊袋的材质选择和尺寸选择是非常重要的，要根据成本、使用寿命、安装运输便利等因素，为此，申请人进行了深入的研究和优选设计，对预压板等进行了多方面的考虑和设计，形成了最优的设计方案。预压板的厚度较薄为0.2～1cm，为了制造、运输及安装的方便预压板的长度为5～10m，宽度为电渗阴阳电极之间的间距，一般为1～1.5m。水囊袋采用PVC涤纶复合材料或TPU夹网布，具有良好的密封性和耐腐蚀性，不受季节的影响，水囊袋上有阀门开关，不用时可将其内部空气及液体抽出，旋紧阀门，减少空间占用量。PU气管外径为8mm，内径为5mm，固定于预压板下表面的卡槽中，在环形卡槽中放置环形PU气管，并与突起嘴中的PU气管连接，突起嘴中的PU气管端口采用土工布滤膜封口，再通过纵向卡槽中的PU气管将环形PU气管串通连接，PU气管之间的连接可采用气动接头，应做好密封处理，防止漏气漏水，PU气管的终端连接抽水泵。

[0012] 在进一步的实施例中，所述水囊袋设置有阀门。

[0013] 一种软黏土地基处理装置，包括上述任一实施例中的用于收集电渗排水的装置，以及纵横布设于黏土地基中的电极和与电极连接的电源，其中预压板的通孔中贯穿有电渗阴极。电渗加固中使用的电极为导电塑料排水板或金属电极，软黏土地基的渗透系数为10－6～10－8cm/s。预压板沿纵轴线所开孔的直径为10～15cm。

[0014] 一种电渗排水收集的处理方法，基于上述任一项实施例所述的用于收集电渗排水的装置实现并包括如下步骤：

[0015] S1、在预加固软黏土地基中按照电渗法的施工方法，以长方形或梅花形方式插入电极，对阴极周围的土体进行处理形成预定规模的排水坑；

[0016] S2、将管体安装在预压板下表面的卡槽中，将水囊袋通过连接扣安装固定在预压板的上表面，将多组用于收集电渗排水的装置放置于电渗场地中，电渗阴极从预压板的开孔中穿出，预压板开孔处的突出嘴伸入排水坑围绕电渗阴极；

[0017] S3、通过导线将电极连接电源的正负极，通电后，待阴极处排水坑有水冒出时，开启抽水泵，通过管体将阴极处排水坑中的水排出；

[0018] S4、电渗后期，待阴极处的排水坑无水排出，可向电渗排水收集装置的水囊袋中注水作为预压荷载，进一步促进阴极处的水排出；

[0019] S5、电渗处理结束后，回收电渗排水收集装置。

[0020] 有益效果：本发明的电渗排水收集装置不仅为电渗阴极处排出水提供了排水通道，而且可以通过向水囊袋中注水作为预压荷载，进一步促进电渗阴极排水，使阴阳电极之间的土体固结更为均匀，本装置能够解决软黏土地基电渗排水收集困难的难题。同时，本发明结构简单，操作方便，便于回收重复利用，能够快速而高效的实现软黏土的电渗排水加固。

附图说明

[0021] 图1是电渗排水装置在施工现场的使用状态平面图。

[0022] 图2是电渗排水装置的结构示意图。

[0023] 图3是PU气管的连接结构示意图。

具体实施方式

[0024] 在下文中，参照附图1至3描述本发明的技术细节和工作原理。

[0025] 在图1中，软黏土地基1中设置有纵横排列的阴极2和阳极3，本发明的装置即用于此工况中。以下详细描述本发明的电渗排水收集装置，其主要包括预压板4、水囊袋6和管体8。如图1或图2所示，预压板上开有若干等距离的通孔11，开孔的大小与间距由软黏土地基电渗加固中的阴极间距决定。预压板的下表面和通孔处设置有卡槽。在开孔周围的为环形卡槽，连接相邻环形卡槽的为纵向卡槽。上述环形卡槽和纵向卡槽用于保护管体，例如PU气管。从图1或图2中可见，环形卡槽上设置有若干个突出嘴5。突出嘴的末端向预压板的下表面及通孔的中轴线方向延伸，形成一个倾斜的吸水部。

[0026] 从图2可知，预压板的上表面设置有连接扣9，水囊袋6上设置有与之适配的结合部（未示出）。水囊袋与预压板之间形成一种可分拆或者说可拆卸的连接方式。在图2的下部，可以看到水囊袋设置有阀门10。通过阀门控制水囊袋中的水量或者气量。

[0027] 如图3所示，管体的另一端与水泵7连通，即与水泵7的进水端连通。

[0028] 在使用时，将管体扣在预压板中的卡槽内，管体的各进水端与突出嘴或者突出嘴内的管体或者通孔连通，管体中部密封，管体的另一端与抽水泵连通，形成一个完整的系统。通过连接扣将水囊袋与预压板固定连接，充预定量的水。当通孔内有水时，通过抽水泵将水抽出。

[0029] 在进一步的实施例中，对预压板和管体的结构进行进一步的描述。如图1所示，通孔沿预压板的纵轴线均匀设置，其开孔间距为电渗阴极的间距。在预压板的下表面及通孔的周围对应设置卡槽。在通孔周围的卡槽为环形卡槽，其形状与大小与通孔适配。同样如图3所示的，管体的形状亦分为纵向直线型管体和环形管体。其中环形管体与环形卡槽适配，并在工作时设置于其中。纵向直线型的管体与纵向卡槽适配并设置于其中。

[0030] 卡槽用于保护管体（例如PU管），防止预压板移动时，管体被撕扯或者破坏。也防止抽水泵抽水时对管体造成的牵引位移，从而使管体进水端发生偏离，导致抽水效果不好。

[0031] 环形卡槽周围设置的突出嘴伸向开孔的中心，并向预压板的下表面延伸，从而能够准确的抽取阴极处的积水，为了保证抽水效果，防止堵塞，延长使用寿命，可以在突出嘴的端部设置土工布等过滤装置。

[0032] 在进一步的实施例中，环形管体及纵向的直线型管体可以采用分体式设计，环形管体通过直线型管体连通，连通方式可以为包括扣合、螺接或者采用连接件的方式进行密封连接。环形管体可以通过设置与突出嘴适配的配合管体与突出嘴连通。例如将配合管体插接在突出嘴的内部。突出嘴内部设置亦可以设置管体，环形管体与其进行连接。

[0033] 当然，管体也可以采用一体成型的方式进行设计制造。

[0034] 在上述实施例中，水囊袋上设置有阀门开关，不用时可将其内部空气及液体抽出，旋紧阀门，减少空间占用量。在其他实施例中，可以由多个水囊袋子单元形成，或者水囊袋分割成多个独立的水囊袋，每个水囊袋设置有一个独立的开关，形成多个可以独立调控的单元。同时由于水囊袋与预压板之间为可拆分的连接方式，因此可以更换容积不同的水囊袋或者破损的水囊袋。

[0035] 在其他实施例中，管体为PU气管，该PU气管固定于预压板下表面的卡槽中，在环形卡槽中放置环形PU气管，并与突起嘴中的PU气管连接，突起嘴中的PU气管端口采用土工布滤膜封口，再通过纵向卡槽中的PU气管将环形PU气管串通连接，PU气管的终端连接抽水泵。

[0036] 在本实施例中的工况下，预压板为轻质金属或塑料板，承载力不低于0.1MPa，厚度较薄为0.2～1cm，为了制造、运输及安装的方便预压板的长度为5～10m，宽度为电渗阴极和阳极之间的间距，一般为1～1.5m。预压板沿纵轴线所开孔的直径为10～15cm，突出嘴的长度为2～4cm，突出嘴与水平面的夹角为100～300；水囊袋采用PVC涤纶复合材料或TPU夹网布，具有良好的密封性和耐腐蚀性，不受季节的影响。PU气管外径为8mm，内径为5mm，PU气管之间的连接可采用气动接头，做好密封处理，防止漏气漏水。

[0037] 以下详细描述本发明电渗排水收集的处理方法，主要包括以下步骤：

[0038] 步骤S1：在预加固软黏土地基中按照电渗法的施工方法，长方形或梅花形等布置方式插入电极，对阴极周围的土体稍作处理预定规模的排水坑；

[0039] 步骤S2：将PU气管安装在预压板下表面的卡槽中，将水囊袋通过连接扣安装固定在预压板的上表面，将多组该收集电渗排水的装置放置于电渗场地中，电渗阴极从预压板的开孔中穿出，预压板开孔处的突出嘴伸入排水坑围绕阴极；

[0040] 步骤S3：通过导线将电极与电源的正负极连接，通电后，待阴极处排水坑有水冒出，即可开启抽水泵，通过PU气管将阴极处的水抽出；

[0041] 步骤S4：电渗后期，待阴极处的排水坑无水排出，可向电渗排水收集装置的水囊袋中注水作为预压荷载，进一步促进阴极处的水排出。

[0042] 步骤S5：电渗处理结束后，回收电渗排水收集装置，实现循环利用。

[0043] 需要注意的是，本发明的装置及处理方法在含水量较高的软黏土地基电渗加固中有显著的排水加固效果。在步骤S1中，所述预定规模的排水坑，其直径（宽度）和深度一般为10～15cm。在步骤S3中，所述的电极可进行电极转换，需将电渗排水收集装置重新置于阴极处。

[0044] 总之，本发明提供用于加固软黏土地基的电渗排水收集装置及处理方法具有以下优点：第一，为电渗阴极处排出水提供了排水通道，而且可以通过向水囊袋中注水作为预压荷载，进一步促进电渗阴极排水，使阴阳电极之间的土体固结均匀，能够解决软黏土地基电渗排水收集困难的难题。第二，本发明结构简单，操作方便，便于回收重复利用，快速而高效，不需要将电渗法与其他方法联合，节省造价。

[0045] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。