一種季節(jié)性凍脹地基處理方法及處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地基凍脹危害的處理方法及裝置，具體涉及一種利用電解與鹽化相結(jié)合的處理凍脹的處理方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國約有98.9%的面積分別被不同類型的凍土所覆蓋，對工程建設(shè)影響較大的凍土區(qū)的面積占全國面積的75%，而季節(jié)凍土占我國國土面積的53.5%。季節(jié)凍土是一種含冰晶的特殊土水體系，外界溫度變化會引起土體狀態(tài)發(fā)生改變，存在冬凍夏融的季節(jié)活動層，工程災(zāi)害中普遍關(guān)注的是季節(jié)凍土活動層的凍脹問題。凍脹是由于土中水的凍結(jié)和冰體(特別是凸鏡狀冰體)的增長引起土體膨脹、地表不均勻隆起的作用。從機(jī)理出發(fā)，凍脹可分為原位凍脹與分凝凍脹，其中原位凍脹引起的凍脹量十分微小，分凝凍脹才是構(gòu)成土體凍脹的主要組成，其凍脹機(jī)理主要分為兩個物理過程:土中水分迀移與成冰作用?；顒訉拥膬鋈谘h(huán)改變了凍土地基表層土體結(jié)構(gòu)性能和承載能力，使其產(chǎn)生變形、凍脹、沉降、裂縫等，給凍土區(qū)工程的建設(shè)和運(yùn)營所帶來的不可忽視的危險和災(zāi)害。
[0003]目前工程上主要治理地基凍脹的方法有:機(jī)械法(換填、強(qiáng)夯)、熱物理法(隔熱層)、物理化學(xué)法(鹽化、添加憎水物)等。換填是指將容易產(chǎn)生凍脹的細(xì)顆粒土用粗砂、礫石等非凍脹性土體材料置換，以消除或削弱天然地基的凍脹性;強(qiáng)夯是指提高土體密實(shí)程度，將部分孔隙水排出，減緩凍脹;設(shè)置隔熱層是通過設(shè)置具有一定剛度的土工織物或泡沫材料改變其下土層中的溫度進(jìn)程，改變水分迀移的方向，消除凍脹;鹽化是指在活動層中添加鹽分，降低孔隙水冰點(diǎn)，對土體凍脹規(guī)律進(jìn)行改良；添加憎水物是指向土體中摻入少量憎水性物質(zhì)，使土顆粒表面具有良好的憎水性，從而削弱或消除地表水下滲及阻止地下水上移，使土體的含水量減少，以達(dá)到削弱凍脹的目的。
[0004]工程實(shí)踐表明，傳統(tǒng)方法均可以到達(dá)一定的處理凍脹的效果。但是工程應(yīng)用中仍存在不少問題，歸納起來主要有:
(1)換填對材料要求嚴(yán)格，不一定能夠就地取材，且施工量巨大，造價過高；
(2)強(qiáng)夯有效處理深度有限，且易對附近既有建筑物造成振動損壞；
(3)隔熱層容易受到腐蝕及外力的破壞，處理效果隨凍融循環(huán)次數(shù)衰減；
(4)鹽化處理后，由于濃度梯度的不同造成鹽分?jǐn)U散，且滲流對其穩(wěn)定性影響巨大，處理效果隨時間衰減；
(5)添加憎水物如工業(yè)凡士林、渣油等，屬于工業(yè)原料對環(huán)境不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)處理凍脹地基的不足，提出一種鹽化電解處理地基的操作方法。
[0006]技術(shù)方案:
一種季節(jié)性凍脹地基處理方法，其特征在于，步驟為: 在待處理地基上打伸入地基活動層底部的鉆孔；
在所述鉆孔內(nèi)注入鹽溶液；
在注入鹽溶液的相鄰兩鉆孔內(nèi)各插入一個電極，并在兩電極間施加電壓對兩鉆孔間的活動層進(jìn)行電解。
[0007]在電解時，以每三個鉆孔為一個施工循環(huán)，陽極位于兩陰極之間，循環(huán)內(nèi)陽極不動，陰極換位。
[0008]所述鉆孔的孔距為3~4m。
[0009]所述鹽溶液的濃度為0.4?1.2 mol/1。
[0010]所述注入鹽溶液的流量為0.2?1.2 1/min，單孔注入溶液的持續(xù)時間為10?15分鐘。
[0011]所述電解的電解電壓為6?36v，電流為0.2-1.2A，電解時間為10?15分鐘。
[0012]一種季節(jié)性凍脹地基處理裝置，其特征在于:包括鹽化裝置和電解裝置，所述鹽化裝置包括壓縮機(jī)、儲罐、導(dǎo)管以及具有噴液孔的噴液管，所述導(dǎo)管一端通過所述壓縮機(jī)與所述儲罐連接，導(dǎo)管的另一端與所述噴液管連接，在所述導(dǎo)管上設(shè)置有流量表、壓力表和控制閥門；所述電解裝置包括由直流電源、連接在直流電源兩極的導(dǎo)線以及連接在每根導(dǎo)線末端的電極構(gòu)成的電解回路，在該電解回路上設(shè)置有電閘刀、電流表以及電壓表。
[0013]所述噴液管和電極為同一空心金屬管。
[0014]在與所述直流電源陽極連接的導(dǎo)線上設(shè)置有電閘刀，在與所述直流電源陰極連接的導(dǎo)線上設(shè)置有電流表，在兩個電極之間設(shè)置有電壓表。
[0015]所述空心金屬管由前段、尾段與若干節(jié)中間段組成，各段用螺紋連接，在前段與中間段金屬管表面設(shè)有若干直徑為0.8?1.2mm的噴液孔。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
I)主要針對季節(jié)性凍土活動層，注入鹽水降低土體孔隙水結(jié)冰點(diǎn)，導(dǎo)致處理區(qū)內(nèi)土體在冬季凍結(jié)時間較短或者不凍結(jié)。
[0017]2)由于電解所產(chǎn)生的氣體以氣泡或者氣體通道形式長期滯留在土體孔隙當(dāng)中，占據(jù)了原有孔隙水滲流通道，導(dǎo)致土體滲透系數(shù)減小，阻礙了下部富水土層對活動層凍結(jié)鋒面的水分補(bǔ)給，造成分凝凍脹量減小，并減弱了傳統(tǒng)鹽化方法中鹽分隨地下水滲流的損失。
[0018]3)電解注氣后，土體飽和度降低。由于氣體具有較強(qiáng)壓縮性，若冬季溫度低于含鹽孔隙水的冰點(diǎn)，孔隙水凍結(jié)體積膨脹，可在孔隙內(nèi)部壓縮氣體體積，使土體總體積膨脹趨勢減小，土體凍脹現(xiàn)象減弱。
[0019]4)鹽化與電解相結(jié)合，鹽分極大降低兩電極之間土體孔隙水電阻率，電解電壓不需太大即可產(chǎn)生較大電流，完成電解過程，產(chǎn)生足量氣體，不僅節(jié)約電能，還可保證施工安全。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2活動層鹽化操作示意圖；
圖3活動層電解操作示意圖；
圖4空心金屬管構(gòu)造示意圖； 圖5為電極鉆孔平面布置示意圖；
其圖中有:活動層I，鉆孔2，不凍土層3，空心金屬管4，連接器5，導(dǎo)管6，流量表7，壓力表8，控制閥門9，壓縮機(jī)10，儲罐11，導(dǎo)線夾12，電壓表13，導(dǎo)線14，電流表15，電閘刀16，直流電源17，前段41，中間段42，尾段43。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)說明:
如圖1、圖2和3所示，一種季節(jié)性凍脹地基的處理裝置，包括空心金屬管4，連接器5，導(dǎo)管6，流量表7，壓力表8，控制閥門9，壓縮機(jī)10，儲罐11，導(dǎo)線夾12，電壓表13，導(dǎo)線14，電流表15，電閘刀16以及直流電源17。其中，空心金屬管4通過鉆機(jī)打入活動層底部并在鹽化與電解過程中分別充當(dāng)噴液管與電極。
[0022]空心金屬管4由前段41、尾段43與若干節(jié)中間段42拼接組成，前段包括長40?50cm且直徑為60?70mm的不銹鋼管和高度為14?16cm實(shí)心鋼錐組成，中間段與后段為與前段相同的不銹鋼管，前段與中間段鋼管表面設(shè)有若干直徑為0.8?1.2mm的噴液孔，鋼管與鋼錐表面均有鍍有紅銅，三段用螺紋連接，詳見圖4?？招慕饘俟芊侄螢檫m應(yīng)不同厚度活動層，達(dá)到充分注鹽效果;高度為15cm實(shí)心鋼錐為提高鉆孔效率而設(shè)置;噴氣孔直徑選取0.8-1.2mm，為防止在噴液完成后粗顆粒土體回流進(jìn)入噴氣頭內(nèi)部形成堵塞體，影響噴液效果;表面鍍有紅銅提高電極電解效果，防止鹽分腐蝕并保證產(chǎn)氣速率；電極尾端設(shè)置內(nèi)螺紋，與鉆機(jī)相連。
[0023]導(dǎo)管6為承壓導(dǎo)管，內(nèi)徑為50?60mm，管壁厚度為2.5?3.5mm，設(shè)計承壓值大于400kPa的PVC管。PVC管的設(shè)計承壓值在滿足正常注鹽水壓力的同時，還應(yīng)滿足引起管內(nèi)壓力升高的特殊情況，如空心金屬管堵塞，損壞等。
[0024]直流電源17的電壓電流值均可從O?額定值(原則上不超過36v)連續(xù)可調(diào)，恒壓狀態(tài)恒流狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換。電壓在36v以內(nèi)，確保施工人員生命安全。
[0025]本發(fā)明的處理方法，具體操作步驟如下:
1)根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果與當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，了解場地地基活動層的位置和深度，確定空心金屬管4的鉆孔的深度；
2)電極孔定位:如圖5所示，鉆孔2采用梅花形布置在活動層I上，鉆孔2間距為3~4m;
3)埋設(shè)電極:利用鉆機(jī)將空心金屬管4垂直鉆入活動層，使空心金屬管4與活動層底部對齊，并使空心金屬管4頂部露出地表；
4)注鹽:將空心金屬管4以上部分拆除，確保空心金屬管4頂部裸露出地表，利用連接器5將導(dǎo)管6將空心金屬管4相連，利用導(dǎo)管6將壓縮機(jī)10與儲罐11相連，并在壓縮機(jī)10與空心金屬管4之間設(shè)置壓力表8、流量表7，如圖2所示；利用壓縮機(jī)10將鹽水注入土體，壓力從OkPa開始增加，觀察流量表7讀數(shù)，流量應(yīng)控制在0.2-1.2 Ι/min，單次持續(xù)時間為10?15分鐘，鹽水為除氯鹽外的部分可溶性鹽溶液，其濃度宜為0.4?1.2 mol/1 ；
5)電解:利用導(dǎo)線14與導(dǎo)線夾12將直流電源17兩極與兩空心金屬管4分別相連，電流表15串聯(lián)于直流電源17與陽極之間，電壓表13與兩空心金屬管4并聯(lián)，通電進(jìn)行電解，如圖3所示；電解電壓一般為6?36v，電流為0.2?1.2A，電解時間為10?15分鐘，電解時施工人員需站在直流電源旁的絕緣板上進(jìn)行，以免電壓過大發(fā)生意外； 6)電極換位:在同一電解時間內(nèi)陰極產(chǎn)生氣體為陽極兩倍，施工時不能按照“一陰一陽”的順序進(jìn)行施工，應(yīng)以每三孔為一個施工循環(huán)，陽極位于兩陰極之間，具體布點(diǎn)見圖5，循環(huán)內(nèi)第一次電解完成后，陽極保持原位，將陰極拔出，回填鉆孔，按照步驟3鉆入與陽極的等距相鄰孔位，再按照步驟4、5進(jìn)行注鹽與電解；
7)重復(fù)步驟3、4、5、6，直至鉆孔全部施工完畢；
8 )機(jī)械拆除，施工完畢。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種季節(jié)性凍脹地基處理方法，其特征在于，步驟為: 在待處理地基上打伸入地基活動層底部的鉆孔； 在所述鉆孔內(nèi)注入鹽溶液； 在注入鹽溶液的相鄰兩鉆孔內(nèi)各插入一個電極，并在兩電極間施加電壓對兩鉆孔間的活動層進(jìn)行電解。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于:在電解時，以每三個鉆孔為一個施工循環(huán)，陽極位于兩陰極之間，循環(huán)內(nèi)陽極不動，陰極換位。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理方法，其特征在于:所述鉆孔的孔距為3~4m。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理方法，其特征在于:所述鹽溶液的濃度為0.4?1.2mol/1ο5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理方法，其特征在于:所述注入鹽溶液的流量為0.2-1.2Ι/min，單孔注入溶液的持續(xù)時間為10?15分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的處理方法，其特征在于:所述電解的電解電壓為6?36v，電流為0.2?1.2A，電解時間為1?15分鐘。7.一種季節(jié)性凍脹地基處理裝置，其特征在于:包括鹽化裝置和電解裝置，所述鹽化裝置包括壓縮機(jī)、儲罐、導(dǎo)管以及具有噴液孔的噴液管，所述導(dǎo)管一端通過所述壓縮機(jī)與所述儲罐連接，導(dǎo)管的另一端與所述噴液管連接，在所述導(dǎo)管上設(shè)置有流量表、壓力表和控制閥門；所述電解裝置包括由直流電源、連接在直流電源兩極的導(dǎo)線以及連接在每根導(dǎo)線末端的電極構(gòu)成的電解回路。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理裝置，其特征在于:所述噴液管和電極為同一空心金屬管。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理裝置，其特征在于:在與所述直流電源陽極連接的導(dǎo)線上設(shè)置有電閘刀，在與所述直流電源陰極連接的導(dǎo)線上設(shè)置有電流表，在兩個電極之間設(shè)置有電壓表。10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的處理裝置，其特征在于:所述空心金屬管由前段、尾段與若干節(jié)中間段組成，各段用螺紋連接，在前段與中間段金屬管表面設(shè)有若干直徑為0.8?.1.2mm的噴液孔。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種季節(jié)性凍脹地基處理方法及處理裝置，其中處理方法的步驟為：在待處理地基上打伸入地基活動層底部的鉆孔；在所述鉆孔內(nèi)注入鹽溶液；在注入鹽溶液的相鄰兩鉆孔內(nèi)各插入一個電極，并在兩電極間施加電壓對兩鉆孔間的活動層進(jìn)行電解。在電解時，以每三個鉆孔為一個施工循環(huán)，陽極位于兩陰極之間，循環(huán)內(nèi)陽極不動，陰極換位。本發(fā)明方法電解所產(chǎn)生的氣體以氣泡或者氣體通道形式長期滯留在土體孔隙當(dāng)中，占據(jù)了原有孔隙水滲流通道，導(dǎo)致土體滲透系數(shù)減小，阻礙了下部富水土層對活動層凍結(jié)鋒面的水分補(bǔ)給，造成分凝凍脹量減小，并減弱了傳統(tǒng)鹽化方法中鹽分隨地下水滲流的損失。
【IPC分類】E02D3/11
【公開號】CN105714763
【申請?zhí)枴緾N201610118407
【發(fā)明人】彭爾興, 章定文, 胡曉瑩
【申請人】東南大學(xué)