電滲加固軟土地基技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r綜述

范高峰 項(xiàng)鵬飛

(1.杭州祥生弘遠(yuǎn)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 海寧 314400； 2.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001； 3.浙江大學(xué)城市學(xué)院，浙江 杭州 310000)

電滲加固軟土地基技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r綜述

范高峰1項(xiàng)鵬飛2,3*

(1.杭州祥生弘遠(yuǎn)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，浙江 海寧 314400； 2.安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001； 3.浙江大學(xué)城市學(xué)院，浙江 杭州 310000)

我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、人口最密集的地區(qū)大多都是軟土地基，在這些地區(qū)的建設(shè)過(guò)程中，都要對(duì)軟土地基進(jìn)行處理。介紹了電滲加固軟土地基這種技術(shù)，特別介紹了電滲聯(lián)合樁加固軟土地基技術(shù)，并對(duì)未來(lái)電滲加固軟土地基技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

電滲,加固,軟土地基,未來(lái)發(fā)展

0 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、人口最密集的地區(qū)主要集中在沿海，如：深圳、廣州、泉州、寧波、紹興、杭州、上海、蘇州等，以及長(zhǎng)江沿岸，如：武漢、蕪湖、南京等。這些地區(qū)廣泛分布著軟土地基，且目前這些地區(qū)都在進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

軟土具有水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、固結(jié)系數(shù)小、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、透水性差等特點(diǎn)，在實(shí)際工程中如果遇到了軟土地基都必須進(jìn)行加固處理。有效加固軟土地基這也是巖土工程中的一個(gè)重要課題。目前軟土加固處理最常用的方法是強(qiáng)夯法、堆載預(yù)壓、換填法、真空預(yù)壓法、電滲固結(jié)法等，電滲固結(jié)法也是目前被認(rèn)為比較有前途的一種加固軟土地基的方法。

本文介紹了電滲加固軟土地基這種技術(shù)以及電滲聯(lián)合其他方法加固軟土地基技術(shù)，特別介紹了電滲聯(lián)合樁加固軟土地基技術(shù)，同時(shí)給出了筆者看好未來(lái)電滲加固軟土地基技術(shù)的發(fā)展前景的理由。

1 電滲技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1電滲技術(shù)原理

電滲固結(jié)過(guò)程不是一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)變化或者物理變化，而是一系列復(fù)雜化學(xué)、物理變化，目前并沒(méi)有完全掌握其中的原理。研究認(rèn)為電滲固結(jié)主要是在電流的作用下孔隙水發(fā)生滲流，從陽(yáng)極流向陰極，同時(shí)發(fā)生電解反應(yīng)：

2H2O-4e-→O2↑+4H+(陽(yáng)極)

2H2O+2e-→H2↑+2OH-(陰極)

陽(yáng)極產(chǎn)生的H+與陽(yáng)極的金屬反應(yīng)：

M-ne-→Mn+

金屬離子會(huì)在電流的作用下流向陰極，與陰極產(chǎn)生的OH-反應(yīng)產(chǎn)生沉淀。這一過(guò)程中土體會(huì)產(chǎn)生固結(jié)，土體的強(qiáng)度會(huì)得到有效的提高[1,2]。

1.2電滲技術(shù)發(fā)展歷程簡(jiǎn)介

電滲技術(shù)最早是俄國(guó)一位叫做Reuss的學(xué)者于19世紀(jì)初葉在自己的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的。在1939年，德國(guó)人Casagrande成功將電滲技術(shù)用于德國(guó)某條鐵路路基開(kāi)挖工程中的邊坡加固上。這是電滲技術(shù)在實(shí)際工程上的第一次應(yīng)用，之后各國(guó)學(xué)者對(duì)電滲技術(shù)進(jìn)行了大量室內(nèi)試驗(yàn)和工程實(shí)際應(yīng)用的研究。

這些年來(lái)，我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，基建規(guī)模的不斷擴(kuò)大，摩天大樓一棟接著一棟，隨之而來(lái)的是對(duì)地基處理的要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)軟土地基的處理，電滲技術(shù)作為一種有效的軟土地基處理方法，我國(guó)研究的人也越來(lái)越多。

王協(xié)群等[3](2007)采用銅、鋁、鐵三種不同的電極材料進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同條件下，銅在這三種材料中最耐腐蝕。

曹永華等[4](2010)探討了電滲固結(jié)法的加固機(jī)理、土的適用性以及電滲作用下的等效加固荷載等問(wèn)題。

胡黎明等[5](2010)建立了描述飽和土體電滲固結(jié)過(guò)程多場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型。

龔曉南等[6](2011)對(duì)間歇通電的情況下，電滲固結(jié)的效果進(jìn)行的室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，間歇通電情況下電滲效率略低于持續(xù)通電情況下電滲的效率，但間歇通電情況下土體固結(jié)效果更加均勻，能有效控制土體固結(jié)效果的差異性。

李瑛等[7](2011)進(jìn)行了含鹽量對(duì)電滲固結(jié)效果影響的研究，主要對(duì)含鹽量0%,0.25%,0.5%,1%的四組試驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明含鹽量在0.25%時(shí)電滲效果最佳，起促進(jìn)作用；含鹽量0.5%和1%時(shí)，反而起抑制作用。

莊艷峰[8](2016)探討、總結(jié)了電滲固結(jié)法中電極材料、能耗以及設(shè)計(jì)的相關(guān)理論和設(shè)計(jì)中可以用的一些方法。

臧俊超等[9](2017)將電滲固結(jié)法推廣到了生活源污染土的加固中，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。

張恩[10](2017)對(duì)上海地區(qū)的淤泥質(zhì)軟土進(jìn)行了電滲過(guò)程中裂縫變化試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明電滲過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫會(huì)嚴(yán)重影響電滲的效率，并將裂縫的發(fā)展分為了四個(gè)階段。

國(guó)內(nèi)還有許多學(xué)者正在對(duì)電滲固結(jié)法進(jìn)行各種各樣的研究，此處僅列舉了一些比較典型的例子。

2 電滲聯(lián)合其他方法加固軟土地基

目前電滲固結(jié)法單獨(dú)加固軟土地基的應(yīng)用較少，主要是電滲固結(jié)法存在由于耗電量大、金屬電極會(huì)被腐蝕等缺點(diǎn)，但電滲固結(jié)法可以和很多軟土地基處理方法結(jié)合，如：電滲聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基、電滲聯(lián)合真空預(yù)壓加固軟土地基等等，可以在原來(lái)各個(gè)軟土地基處理方法的基礎(chǔ)上，節(jié)省工期、成本，因此得到了廣泛的關(guān)注、研究。

高志義等[11](2000)進(jìn)行了電滲聯(lián)合真空預(yù)壓加固軟土地基的室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明電滲聯(lián)合真空預(yù)壓加固軟土地基可以使土體強(qiáng)度大幅度提高，效果是真空預(yù)壓法單獨(dú)加固軟土地基的2倍～5倍。

李瑛等[12](2010)考慮了水流和電流的相互作用以及地基中孔隙水壓力的發(fā)展過(guò)程，建立了堆載—電滲聯(lián)合作用下的耦合固結(jié)理論。

徐偉等[13](2011)在Terzaghi固結(jié)理論和Esrig電滲固結(jié)理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法加固軟基的二維固結(jié)方程。

王柳江等[14](2013年)建立了堆載—電滲作用下的一維非線性大變形固結(jié)理論。

王柳江等[16](2017)提出了真空電滲聯(lián)合振動(dòng)碾壓加固黏土的加固方式并進(jìn)行了模型試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明該方法能有效提高加固速度，降低單位排水能耗。

卜凡波等[17](2017)在溫州一淤泥吹填工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了真空聯(lián)合電滲加固軟土的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)。

電滲固結(jié)法聯(lián)合其他軟土地基處理方法，尤其是電滲聯(lián)合堆載預(yù)壓加固軟土地基以及電滲聯(lián)合真空預(yù)壓加固軟土地基目前已有豐富的理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)基礎(chǔ)，為未來(lái)工程實(shí)踐奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 電滲聯(lián)合樁加固軟土地基技術(shù)

電滲與鋼管樁、預(yù)制樁、沉管灌注樁等不同類(lèi)型的樁型聯(lián)合加固軟土地基，目前僅有電滲聯(lián)合H型鋼管樁加固軟土地基在國(guó)外工程中進(jìn)行了應(yīng)用[18]，但已有相關(guān)專(zhuān)利已經(jīng)授權(quán)或正在申請(qǐng)，主要包括：

1)崔允亮等[19]已經(jīng)授權(quán)的《一種電滲增強(qiáng)樁加固軟基系統(tǒng)及施工方法》這一發(fā)明專(zhuān)利涉及到了電滲聯(lián)合預(yù)制樁加固軟土地基技術(shù)。

2)王新泉等[20]已經(jīng)授權(quán)的《一種褶皺樁》這一發(fā)明專(zhuān)利涉及到了電滲聯(lián)合一種新型樁加固軟土地基技術(shù)。

我操。我也重復(fù)了一遍李耕田的倆字，確實(shí)有問(wèn)題了，而且問(wèn)題就像禿子頭上的虱子一樣明顯。我掏出李老黑給我的標(biāo)語(yǔ)內(nèi)容對(duì)照了一下，問(wèn)題不是出在我這里。

3)項(xiàng)鵬飛等[21]已經(jīng)授權(quán)的《一種用于電滲加固軟土地基的囊袋擴(kuò)底樁》這一專(zhuān)利涉及了一種與電滲聯(lián)合加固軟土地基的囊袋擴(kuò)底樁。

4)魏綱等[22]正在實(shí)際審查的《竹節(jié)套管樁聯(lián)合電滲加固軟土路基系統(tǒng)》這一發(fā)明專(zhuān)利涉及到了電滲聯(lián)合竹節(jié)套管樁加固軟土地基技術(shù)。

5)項(xiàng)鵬飛等[23]正在實(shí)際審查的《一種用于處理軟土地基的預(yù)制擴(kuò)底變徑樁及其施工方法》這一發(fā)明專(zhuān)利涉及到電滲聯(lián)合變徑樁加固軟土地基技術(shù)。

從理論上分析，電滲聯(lián)合不同的樁處理軟土地基有以下三大優(yōu)勢(shì)[24]：

1)在打樁過(guò)程中即進(jìn)行電滲固結(jié)，使孔隙水迅速消散，能有效緩解沉樁過(guò)程中的擠土效應(yīng)；

2)電滲能夠使軟土中的孔隙水從陽(yáng)極流向陰極，從而排出土體，使土體固結(jié)，尤其是樁周土體固結(jié)效果十分明顯，能有效提高樁的承載力；

3)在電滲過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生具有膠結(jié)作用的化學(xué)物質(zhì)，可進(jìn)一步提高土體承載力，從而提高樁的承載力，且會(huì)使樁周土體產(chǎn)生類(lèi)似樁周水泥土的效果。

電滲聯(lián)合不同類(lèi)型的樁加固軟土地基，關(guān)鍵技術(shù)在于陰極和陽(yáng)極的布置，以崔允亮等已經(jīng)授權(quán)的《一種電滲增強(qiáng)樁加固軟基系統(tǒng)及施工方法》這一專(zhuān)利為例：陽(yáng)極是表面粘貼有條狀碳纖維布且碳纖維布內(nèi)包裹有金屬絲的預(yù)制樁；陰極是導(dǎo)電塑料排水管。為防止在打樁過(guò)程中粘貼在預(yù)制樁表面的條狀碳纖維布掉落，每隔一定的距離用鋼環(huán)固定；樁端設(shè)置樁靴，將碳纖維布和預(yù)制樁樁端置于樁靴內(nèi)。陽(yáng)極、陰極這樣設(shè)置，再進(jìn)行電滲固結(jié)，完全符合前文所述的電滲聯(lián)合樁處理軟土地基的優(yōu)勢(shì)，能為實(shí)際工程創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

電滲固結(jié)法之所以被認(rèn)為是未來(lái)最有前途的軟土加固法之一，是因?yàn)殡姖B固結(jié)法有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，筆者總結(jié)了一下，一共有以下6條優(yōu)點(diǎn)：

1)電滲固結(jié)法相對(duì)于傳統(tǒng)的軟土地基處理方法，有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，電滲固結(jié)法能將黏土中的弱結(jié)合水排出，特別適用于含水量高、滲透性差的飽和軟黏土。我國(guó)沿海地區(qū)的圍海造陸工程以及南海人工島的建設(shè)工程都可以用電滲聯(lián)合其他方法進(jìn)行加固。

2)雖然電滲固結(jié)法耗電量大，但是電滲固結(jié)法可以實(shí)行間歇性通電，且間歇性通電可以使軟土的固結(jié)效果更加均勻。此外我國(guó)工業(yè)用電實(shí)行的是峰谷電，雖然每個(gè)省的電價(jià)不同，但是總體上谷電價(jià)格僅為峰電價(jià)格的1/3，各省谷電的價(jià)格大多都在0.2元/(kW·h)～0.6元/(kW·h)，可有效控制軟土地基加固的成本。

3)全球最大的水利發(fā)電工程——三峽水電站于2012年7月最后一臺(tái)發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行。三峽水電站的發(fā)電機(jī)組全部投入運(yùn)行，有效的緩解了我國(guó)的用電壓力。根據(jù)《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2005年—2020年)》，到2020年年末，我國(guó)核電運(yùn)行裝機(jī)容量將達(dá)到4 000萬(wàn)kW；核電年發(fā)電量達(dá)到2 600 億kW·h～2 800億kW·h，屆時(shí)我國(guó)將躍居為世界第二大核電國(guó)家，我國(guó)的用電壓力將進(jìn)一步緩解，電價(jià)也很可能降價(jià)，將有助于電滲固結(jié)法在工程實(shí)際中的推廣。

4)目前我國(guó)鋼產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重，鋼材價(jià)格相當(dāng)?shù)?，利用電滲固結(jié)法加固軟土地基正是響應(yīng)國(guó)家去產(chǎn)能化的號(hào)召，同時(shí)可進(jìn)一步控制軟土地基加固的成本。

5)電滲固結(jié)法對(duì)環(huán)境的影響很小，不會(huì)有噪聲污染，不會(huì)影響周?chē)用竦恼Ｉ钭飨ⅰ?/p>

6)電滲固結(jié)法還可以進(jìn)一步聯(lián)合其他方法加固軟土地基，以竹節(jié)樁聯(lián)合電滲加固軟土地基為例，由于竹節(jié)樁施工工藝的特殊性，可以在竹節(jié)樁樁周均勻地貼上鋼條，再將外面套有鋼沉管的竹節(jié)樁壓入地基后，接著拔出鋼沉管，在周?chē)馏w擠壓下鋼條將緊密地貼在竹節(jié)樁上，貼在竹節(jié)樁上的鋼條可以作為電滲的陽(yáng)極；在竹節(jié)樁周?chē)迳峡招膸Э椎匿摴?，作為電滲的陰極，這樣就形成了竹節(jié)樁聯(lián)合電滲加固軟土地基系統(tǒng)。

[1] 李 瑛.軟黏土地基電滲固結(jié)試驗(yàn)和理論研究[D].杭州：浙江大學(xué),2011.

[2] 吳 輝.軟土地基電滲加固方法研究[D].北京：清華大學(xué),2015.

[3] 王協(xié)群,鄒維列.電滲排水法加固湖相軟粘土的試驗(yàn)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2007(2):95-99.

[4] 曹永華,高志義.電滲法中排水固結(jié)理論與實(shí)踐的若干問(wèn)題[J].中國(guó)港灣建設(shè),2010(3):22-24,78.

[5] 胡黎明,吳偉令,吳 輝.軟土地基電滲固結(jié)理論分析與數(shù)值模擬[J].巖土力學(xué),2010(12):3977-3983.

[6] 龔曉南,焦 丹.間歇通電下軟黏土電滲固結(jié)性狀試驗(yàn)分析[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(6):1725-1730.

[7] 李 瑛,龔曉南.含鹽量對(duì)軟黏土電滲排水影響的試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2011(8):1254-1259.

[8] 莊艷峰.電滲排水固結(jié)的設(shè)計(jì)理論和方法[J].巖土工程學(xué)報(bào),2016(S1):152-155.

[9] 臧俊超,鄭凌逶,謝新宇，等.生活源污染土電滲加固試驗(yàn)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2017(2):245-254.

[10] 張 恩.電滲土體裂縫試驗(yàn)研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2017(3):218-222.

[11] 高志義,張美燕,張 健.真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法室內(nèi)模型試驗(yàn)研究[J].中國(guó)港灣建設(shè),2000(5):58-61.

[12] 李 瑛,龔曉南,盧萌盟，等.堆載—電滲聯(lián)合作用下的耦合固結(jié)理論[J].巖土工程學(xué)報(bào),2010(1):77-81.

[13] 徐 偉,劉斯宏,王柳江，等.真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法加固軟基的固結(jié)方程[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011(2):169-175.

[14] 王柳江,劉斯宏,王子健，等.堆載—電滲聯(lián)合作用下的一維非線性大變形固結(jié)理論[J].工程力學(xué),2013(12):91-98.

[15] 吳 輝,胡黎明.真空預(yù)壓與電滲固結(jié)聯(lián)合加固技術(shù)的理論模型[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012(2):182-185.

[16] 王柳江,劉斯宏,樊科偉，等.真空電滲聯(lián)合振動(dòng)碾壓加固超軟黏土試驗(yàn)研究[J].水運(yùn)工程,2017(5):150-156.

[17] 卜凡波,王海建,吳國(guó)強(qiáng)，等.真空預(yù)壓聯(lián)合導(dǎo)電排水板電滲法加固海相吹填土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J].水利水電科技展,2017(4):63-69.

[18] MILLIGAN V.First application of electro-osmosis to improve friction pile capacity-three decades later[A].Proceedings-ICE:Geotechnical Engineering[C].1995:112-116.

[19] 崔允亮，王新泉，魏 綱，等.一種電滲增強(qiáng)樁加固軟基系統(tǒng)及施工方法[P].中國(guó)專(zhuān)利：201510745963.9，2015-11-5.

[20] 王新泉，項(xiàng)鵬飛，崔允亮.褶皺樁[P].中國(guó)專(zhuān)利：201620929555.9，2016-08-22.

[21] 項(xiàng)鵬飛，王新泉，崔允亮，等.一種用于電滲加固軟土地基的囊袋擴(kuò)底樁[P].中國(guó)專(zhuān)利：201620898008.9，2016-08-17.

[22] 魏 綱，崔允亮，王新泉，等.竹節(jié)套管樁聯(lián)合電滲加固軟土路基系統(tǒng)及施工方法[P].中國(guó)專(zhuān)利：201610600303.6，2016-07-26.

[23] 項(xiàng)鵬飛，俞國(guó)驊，王新泉，等.一種用于處理軟土地基的預(yù)制擴(kuò)底變徑樁及其施工方法[P].中國(guó)專(zhuān)利：201710221108.7，2016-04-06.

[24] 項(xiàng)鵬飛.電滲增強(qiáng)樁處理軟土地基模型試驗(yàn)研究[D].合肥：安徽理工大學(xué),2017.

Reviewoftechnicaldevelopmentofsoftsoilfoundationstrengthenedwithelectroosmosis

FanGaofeng1XiangPengfei2,3*

(1.HangzhouXiangshengHongyuanRealEstateDevelopmentCompany,Haining314400,China; 2.AnhuiUniversityofScienceandTechnology,Huainan232001,China； 3.ZhejiangUniversityCityCollege,Hangzhou310000,China)

In our country, the most developed and most densely populated areas are mostly soft soil base. In the process of construction of these areas, we should deal with the soft soil foundation. This paper introduces the technology of strengthening soft foundation by electroosmosis, especially introduces the technology of strengthening soft foundation electroosmosis combined with pile and the author gives the future development prospects of electroosmosis strengthening technology of soft soil foundation of reason.

electroosmotic, consolidation, soft soil foundation, future development

1009-6825(2017)32-0069-03

2017-09-02

項(xiàng)鵬飛(1992- ),男,碩士

TU471.8

A