電滲加固軟土地基影響因素研究綜述

項鵬飛，沈勇，裘一松，楊海平

（1.浙江同濟科技職業(yè)學院，浙江 杭州 311200；2.浙江潮遠建設有限公司，浙江 杭州 311200；3.紹興盈聚通建設有限公司，浙江 紹興 312400）

1 引言

由于軟黏土承載力低、壓縮性大，在施工時遇到軟土地基，往往需要對其進行加固。與目前常用的軟黏土地基加固方法相比，電滲固結(jié)法具有噪音小、加固效果好、施工所需設備相對簡單等優(yōu)勢，電滲固結(jié)法被認為是一種具有較好發(fā)展前景的軟黏土加固方法。

關于電滲加固軟土地基的影響因素，目前國內(nèi)外學者已經(jīng)進行了一些相關研究，包括電極材料[1-8]、陽極灌漿溶液[9-16]、通電方式[17-25]、土體的性質(zhì)[26-30]等因素對電滲固結(jié)的影響。不過電滲影響因素眾多，目前不少未被充分考慮與研究，因此，有必要根據(jù)現(xiàn)有文獻對電滲加固軟土地基影響因素的研究進行綜述。

本文收集了現(xiàn)有國內(nèi)外研究結(jié)果，梳理總結(jié)了各類電滲固結(jié)影響因素對電滲的影響，并對現(xiàn)有研究存在的不足進行分析，提出今后進一步研究的方向。

2 電滲固結(jié)法的評價參數(shù)

電滲固結(jié)法是在直流電的作用下，軟黏土中的水分從陽極流向陰極，再從陰極排出，這一過程中伴隨著許多復雜的化學反應和部分物理變化。評價電滲效果的參數(shù)主要包括：電流強度、有效電勢差、排水量、平均能耗系數(shù)等。

①電流強度指電源作用于陽極和陰極之后，在土體中產(chǎn)生的電流。電流強度直接反映了電滲固結(jié)過程中電離子的遷移速度。

②有效電勢差指扣除陽極和陰極界面電勢差之后，直接作用在土體中的電勢差，其中單位長度上的電勢差稱為電勢梯度。有效電勢差的大小決定了電滲的效率。

③排水量指電滲過程中從軟黏土中排出的水量，是電滲效果直觀的反應。

④平均能耗系數(shù)指電滲過程中排出單位體積水所消耗的電能，反映了電滲固結(jié)的能耗大小。

除了上述參數(shù)之外，評價電滲效果的參數(shù)還包括電滲后的土樣抗剪強度、含水率、PH值、電阻率等。

3 研究現(xiàn)狀

3.1 電極材料的影響

電極材料是電滲固結(jié)的重要組成部分，理論上能導電的銅、鐵、鋁等金屬材料，石墨等非金屬材料和EKG、EVD等新型材料都能作為電極材料。

綜合文獻[1-4]中的研究成果，發(fā)現(xiàn)不同的電極材料電滲的效率會有所不同，但是電滲的效率還與土體的類型、電勢梯度的高低等因素有關，不同的電勢差、不同的土質(zhì)，最優(yōu)的電極材料不一樣，可能是鐵、銅或者石墨，鋁作為電極材料電滲效率始終不如鐵、銅和石墨。綜合文獻[5-8]中的研究成果發(fā)現(xiàn)，新型材料EKG和EVD作為電極材料時，電滲效果表現(xiàn)和金屬銅作為電極時相似，但新型材料可以有效避免電滲時陽極被嚴重腐蝕。

3.2 陽極灌漿的影響

陽極灌漿指在電勢過程中，在陽極的附近灌相應的溶液，這能夠有效提高電滲的效率、改善電滲的效果，包括降低陽極界面的電阻，提高電滲時土體的導電性、排水量和電滲后土體的抗剪強度。目前研究發(fā)現(xiàn)電滲時陽極灌Cacl2、Na2SiO3、AlCl3、FeCl3、KCl、Al2(SO4)3等溶液均能提高電滲效率，但是不同溶液提高的電滲的效率不同，相同溶液的不同濃度效果也不一樣[9-17]。文獻[10]中的研究表明，有時候多種溶液聯(lián)合灌漿效果優(yōu)于任何一種溶液；文獻[13]中的研究表明，含Ca2+溶液的效果優(yōu)于Al3+溶液。目前研究多為幾種溶液電滲時陽極灌漿后效果的相互對比，尚未確定電滲時陽極灌漿的最佳溶液和最佳濃度。

3.3 通電方式的影響

電壓大小、電勢梯度、通斷電時間比、陰陽極布置形式等通電方式的不同都是影響電滲效果的重要因素[17-25]。

文獻[17]和文獻[23]中通過模型試驗，研究了改變電壓后電滲的效果，研究表明，隨著電滲的進行土樣的電阻率會逐漸增大，此時逐漸增大電壓可以提高電滲的效果，但較大的電壓會導致電滲時排水的單位能耗提高。文獻[18]和文獻[25]中研究了電勢梯度對電滲效果的影響，研究表明電勢梯度越大，電滲效果越好，但是隨著電滲的進行，大的電勢梯度電勢的衰減速率也會更快。文獻[19]中研究了間歇性斷電對電滲效果的影響，研究表明斷電期間，軟黏土中的水分會重新分布，不同的通斷電時間比，效果不一樣，但均對電滲效果有促進作用；此外間歇性通電也有利于保護電極，減輕陽極的腐蝕程度。文獻[20]和文獻[21]中研究了電滲時陽極、陰極的布置形式對電滲的影響，結(jié)果表明：平行錯位式的電極布置形式綜合效果優(yōu)于長方形或梅花形的電極布置方式，同時每處陰極對應的陽極數(shù)量也會影響電滲的效率。文獻[22]中研究了陰陽極之間的距離對電滲效果的影響，研究結(jié)果表明：陰陽極之間的距離較小時，電滲的綜合效果優(yōu)于陰陽極距離較大時。文獻[25]中研究了電極反轉(zhuǎn)對電滲的影響，研究結(jié)果表明：電極反轉(zhuǎn)可以使電滲效果更加均勻，但是如果電滲翻轉(zhuǎn)周期太短對電滲是不利的。

3.4 土體性質(zhì)的影響

軟黏土的種類、含砂率、含水率、PH值等都會影響電滲的效果[26-30]。文獻[27]中研究表明：含砂率越高，電阻率越大，含砂率高的軟黏土不適合用電滲固結(jié)法。文獻[30]研究表明，含水率越大，單位排水的能耗越小，越有利于電滲。目前未見有相同條件下不同種類的軟黏土電滲效果的研究。

3.5 其他因素的影響

還有一些其他因素也會影響電滲的效果，比如在電滲過程當中，軟黏土會產(chǎn)生明顯的裂縫，外部加壓包括真空預壓、強夯、堆載等都可以延緩裂縫的發(fā)展，從而提高電滲效率，在裂縫處注漿也可以一定程度上提高電滲效率[31-32]。

4 存在的不足及建議

①陽極灌漿對電滲影響的現(xiàn)有研究大多停留在若干種溶液對電滲效果的影響對比，未見有系統(tǒng)性的研究，也很少見有對土體微觀變化的研究和相關化學變化的研究。因此，有必要對陽極灌漿溶液進行全面系統(tǒng)的研究，找出最優(yōu)的灌漿溶液和溶液溶度，同時深入開展土體微觀變化的研究和相關化學變化的研究。

②現(xiàn)有電滲加固軟黏土的研究大多是針對于某一種軟黏土，很少見有針對不同種類軟黏土在相同條件下的電滲加固效果研究，因此有必要開展不同軟黏土在相同條件下電滲效果的研究，并且進行宏觀和微觀的原理分析。

③現(xiàn)有對電滲加固軟黏土的研究很少考慮環(huán)境因素的影響，比如溫度就是一個很重要的影響因素，在低溫環(huán)境下，電離子的遷移速度會減慢、電化學反應會變慢。因此有必要進行溫度、濕度、大氣壓、地下水位等環(huán)境因素對電滲效果的定性和定量研究。

④電滲時有效電勢差的大小決定了電滲的效率，陽極和陰極界面電勢差會直接影響有效電勢差的大小，目前有關減小陽極和陰極界面電勢差的研究較少，需進一步研究。

5 結(jié)語

電滲固結(jié)法具有施工噪音小、深層土體加固效果好、設備簡單等優(yōu)勢，適合在夜間配合其他軟黏土加固方法一起使用，可以有效縮短工期，提高軟黏土的加固效果，未來應用前景廣闊。本文總結(jié)歸納了電滲固結(jié)法的評價參數(shù)、影響因素，同時給出了當前研究的不足與建議，為未來進一步深入研究電滲固結(jié)法提供思路。