真空預(yù)壓聯(lián)合逐級(jí)動(dòng)力壓實(shí)和電滲法處理疏浚淤泥試驗(yàn)研究

李水江,湯家郗,李校兵,王軍,3b,3c,符洪濤,3b,3c,劉飛禹

（1.廣州環(huán)保投資有限公司，廣州 510830；2.上海大學(xué) 土木工程系，上海 200444；3.溫州大學(xué) a.建筑工程學(xué)院； b.浙江省軟弱土地基與海涂圍墾工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室； c.浙江省海涂圍墾及其生態(tài)保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江 溫州 325035）

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口快速增長，導(dǎo)致中國東部沿海地區(qū)土地資源稀缺，現(xiàn)有土地難以滿足城市拓展需求。近幾十年來，沿海城市陸續(xù)開展海涂圍墾工程，以增加陸地面積，但其主要以含水率高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度和滲透性低的海底疏浚淤泥細(xì)顆粒作為填料[1]。疏浚淤泥地基工程性質(zhì)極差，施工前必須進(jìn)行處理[2]。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，真空預(yù)壓法已成為最常用的疏浚淤泥地基處理方法之一[3]。但該方法處理疏浚淤泥時(shí)會(huì)因其滲透性低導(dǎo)致深層土固結(jié)不足[4]；且在恒定真空吸力作用下細(xì)顆粒會(huì)隨水遷移至排水板周圍，聚集形成土柱[5-6]，造成排水板淤堵、土體固結(jié)不均勻[7]。電滲法的優(yōu)點(diǎn)有：固結(jié)過程僅取決于土體電滲透系數(shù)，與顆粒粒徑無關(guān)[8]；電滲法加固深度大[9]，因此，在處理疏浚淤泥時(shí)可以有效克服真空預(yù)壓存在的技術(shù)性缺陷，但存在能耗大和處理后土體不均勻等問題。由于真空預(yù)壓法與電滲法能互相彌補(bǔ)技術(shù)性不足，因此，有研究者提出真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法處理疏浚淤泥[10]。通過在電滲陰極布置排水板，使土體中自由水在真空壓力作用下通過排水板排出，通電后陽極區(qū)土體水分在直流電場作用下向陰極遷移排出，從而達(dá)到加固土體的效果。與兩種單獨(dú)工法相比，聯(lián)合工法在一定程度上促進(jìn)了土體真空預(yù)壓排水且改善了電滲法處理后土體的不均勻性[11]。孫召花等[12]提出，聯(lián)合工法處理疏浚淤泥時(shí)，細(xì)顆粒仍會(huì)遷移至排水板附近，聚合形成致密土柱，影響排水效果，且電滲后期的能耗仍然過大，電極腐蝕較為嚴(yán)重。

強(qiáng)夯法應(yīng)用于飽和軟黏土處理時(shí)稱為動(dòng)力固結(jié)，可產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，使內(nèi)部土體開裂，產(chǎn)生裂縫，增加排水通道，且能使土體表面的微裂縫彌合，增加土體整體性。筆者在真空預(yù)壓階段引入低能量逐級(jí)加能動(dòng)力壓實(shí)法，聯(lián)合電滲法處理疏浚淤泥[13]，利用動(dòng)力壓實(shí)法對(duì)土體表面反復(fù)施加高強(qiáng)度的沖擊作用，不僅可以在土中一定深度范圍內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力，加速土中孔隙水壓力消散，還可以通過動(dòng)力壓實(shí)的沖擊作用產(chǎn)生的沖擊波，使土體內(nèi)部產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力，動(dòng)應(yīng)力使排水板周圍土體的超孔隙水壓力增大，進(jìn)而產(chǎn)生新的裂隙，使原本致密的淤堵土柱開裂[14]。由于動(dòng)力壓實(shí)的間隔時(shí)間主要取決于超孔隙水壓力消散情況[15]，因此，采用孔壓消散比的概念來確定動(dòng)力壓實(shí)的啟動(dòng)時(shí)間[16]，研究在不同孔壓消散比下啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)對(duì)孔隙水壓力、排水量、土表沉降和電流強(qiáng)度等指標(biāo)隨時(shí)間的變化規(guī)律及對(duì)疏浚淤泥加固效果的影響，以期獲得最優(yōu)的動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用土樣取自溫州地區(qū)某一河道清淤工程。取土樣攪拌均勻后，根據(jù)《土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法》（GB/T 50123—2019），通過實(shí)驗(yàn)室相關(guān)儀器對(duì)疏浚土樣的含水率、土粒比重、孔隙比、液塑限、土重度、電導(dǎo)率和滲透系數(shù)等相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測定，獲得疏浚淤泥的各項(xiàng)基本物理力學(xué)參數(shù)，如表1所示。

表1 疏浚淤泥基本物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Basic physical and mechanical parameters of dredged slurry

1.2 試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方案

1.2.1 試驗(yàn)裝置

真空預(yù)壓聯(lián)合電滲系統(tǒng)如圖1（a）所示，主要包括模型桶、真空泵（輸出功率3.88 kW，最大可施加真空壓力為98 kPa）、氣-水分離瓶、密封膜、整體式排水板、直流電源、孔壓計(jì)、陰極和陽極。有機(jī)玻璃自制模型桶壁厚為10 mm、內(nèi)徑為320 mm、高度為390 mm，共5 個(gè)。孔壓計(jì)固定在預(yù)制立管上，將預(yù)制立管準(zhǔn)確插入土中，將孔壓計(jì)布置在垂直深度180 mm、距陰極水平方向60 mm 處，通過電子孔壓讀數(shù)儀采集試驗(yàn)過程中孔隙水壓力。電滲陰極采用高為360 mm、直徑為7 mm 的光圓鋼筋；陽極采用6 根長度為360 mm、直徑為7 mm 的光圓鋼筋與內(nèi)徑為280 mm 的環(huán)形鋼筋焊接而成，電極按圖1（b）軸對(duì)稱二維模型排布，使土中電場接近中心對(duì)稱分布，以便更好地模擬實(shí)際情況。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of test device

模型箱側(cè)視圖及動(dòng)力壓實(shí)系統(tǒng)夯錘如圖1（b）所示，試驗(yàn)采用自主設(shè)計(jì)的開口環(huán)形夯錘，可避免排水板彎折影響排水效果，更好地開展動(dòng)力壓實(shí)。在土表密封土工膜上加設(shè)一層土工布并鋪設(shè)1 cm厚細(xì)砂墊層，防止夯擊破壞密封膜。根據(jù)相似原理設(shè)計(jì)動(dòng)力壓實(shí)的工藝參數(shù)，提高模型試驗(yàn)結(jié)果可靠性。采用低能量逐級(jí)加能的夯擊方式，可避免出現(xiàn)橡皮土，有效抑制孔壓的大幅升高，防止宏觀結(jié)構(gòu)破壞。試驗(yàn)中各組動(dòng)力壓實(shí)分別進(jìn)行3 次滿夯。參照熊巨華等[17]對(duì)動(dòng)力壓實(shí)模型參數(shù)的研究，試驗(yàn)所用夯錘質(zhì)量為2.5 kg，每次夯擊落距分別為0.12、0.16、0.2 m，單次夯擊能根據(jù)式（1）計(jì)算，分別為3、4、5 J[18]。

式中：E為單次夯擊的能量，J；Q為夯錘的質(zhì)量，kg；g為重力加速度，取10 m/s2；h為夯錘落距，m。

試驗(yàn)監(jiān)測點(diǎn)分布如圖1（c）所示。試驗(yàn)前后分別對(duì)含水率、十字板剪切強(qiáng)度以及陽極質(zhì)量進(jìn)行測量。試驗(yàn)期間，每隔3 h 監(jiān)測一次土表沉降、排水量及電流強(qiáng)度。

1.2.2 試驗(yàn)方案

孔壓消散比PPDR（Pore Pressure Dissipation Ratio）定義為：實(shí)時(shí)孔壓消散值與真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法試驗(yàn)組（PT 試驗(yàn)組）的最大孔壓消散值之比，用于確定各組真空預(yù)壓階段動(dòng)力壓實(shí)的啟動(dòng)時(shí)間，表示為

式中：Pt為VP-DC 階段實(shí)時(shí)孔壓消散值，為前一測得孔壓值減去后一測得孔壓值，kPa；Pmax為PT 組VP 階段最大孔壓消散值，kPa。

4 組對(duì)比試驗(yàn)（T1～T4）如表2 所示。其中，VP-EO 表示真空預(yù)壓-電滲試驗(yàn)；VP-DC-EO 表示真空預(yù)壓-動(dòng)力壓實(shí)-電滲試驗(yàn)。圖2 為PT 組試驗(yàn)VP 階段孔隙水壓力時(shí)程曲線，VP 階段孔壓消散值最大為14.3 kPa。T1～T4 組VP 階段的動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間均以表2 為依據(jù)；各組試驗(yàn)VP 階段土體排水均困難時(shí)同時(shí)啟動(dòng)電滲，EO 階段土體排水量低于0.01 kg/h 時(shí)停止試驗(yàn)。

圖2 PT 組VP 階段孔壓消散值隨時(shí)間的變化關(guān)系Fig.2 Variations in the dissipation value of pore water pressure with time in VP stage of PT group

表2 試驗(yàn)方案Table 2 Test schemes

表2 中，以PT 組VP 階段孔壓消散最大值14.3 kPa 為基準(zhǔn)，根據(jù)PPDR 大小來控制壓實(shí)頻率和間隔時(shí)間。以T1 為例，首次動(dòng)力壓實(shí)時(shí)刻為孔壓消散初始值0 與14.3 kPa 差值的50%；下一次夯擊時(shí)刻對(duì)應(yīng)于上一次夯前孔壓消散值增加到與14.3 kPa差值的50%，以此類推，其余試驗(yàn)組同理。

試驗(yàn)步驟為：1）將電滲陽極架和固定好孔壓計(jì)的鐵架放置于模型桶中，將疏浚淤泥土樣倒入模型桶靜置24 h，完成初固結(jié)；2）將陰極整體式排水板插入模型桶土樣中心，使陽極和陰極二維同軸布置；3）連接管線，排水板通過密封接頭與真空軟管連接，外接氣-水分離瓶和真空泵，孔壓計(jì)連接孔壓讀數(shù)儀，采集數(shù)據(jù)，記錄孔隙水壓力的變化，將陰極與陽極通過導(dǎo)線相互連接并用導(dǎo)線外接電源；4）將土工膜和土工布鋪設(shè)在土樣上，用玻璃膠密封潛在漏氣位置，并在土工布上鋪設(shè)1 cm 厚細(xì)砂墊層。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 孔隙水壓力消散值

根據(jù)采集到的孔隙水壓力值，計(jì)算孔隙水壓力（孔壓）消散值，繪出圖3 曲線。從圖中可以看出，各組試驗(yàn)的孔壓消散值均隨時(shí)間不斷增大；初期變化基本一致，但隨著T1～T4 分別啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)，孔壓消散值區(qū)別明顯。

圖3 孔隙水壓力消散值隨時(shí)間的變化關(guān)系圖Fig.3 Variations in the dissipation value of pore water pressure with time

真空預(yù)壓階段結(jié)束時(shí)，PT、T1、T2、T3 和T4組孔壓消散值大小分別為14.3、14.8、16、16.4、15.4 kPa，大小排序?yàn)門3＞T2＞T4＞T1＞PT。動(dòng)力壓實(shí)對(duì)土體表面的沖擊作用會(huì)使土體內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，排水通道數(shù)量增加[19]；同時(shí)，由于沖擊作用，排水板附近聚集形成的致密土柱開裂，有利于土中自由水排出，加速孔隙水壓力消散[20]，緩解淤堵效應(yīng)，因此，T1～T4 的孔壓消散值均高于PT。由于T1～T4 的動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)不同，使得產(chǎn)生超孔隙水壓力的時(shí)間不同，故孔壓消散過程也有差異。由圖3 可知，夯擊時(shí)刻產(chǎn)生的超孔隙水壓力使孔壓消散值突變減小，新增排水路徑形成后，孔壓得以更快消散。因靠近陰極的土體排水路徑較短，孔壓消散最快，故排水板周圍土體固結(jié)更快。

對(duì)于T1 組，動(dòng)力壓實(shí)雖使土體產(chǎn)生裂縫，但該時(shí)段真空預(yù)壓排水較容易，因此促進(jìn)效果不明顯；另一方面，動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)過早會(huì)使土體孔隙封閉，產(chǎn)生“鎖水”現(xiàn)象，導(dǎo)致孔隙內(nèi)自由水不能及時(shí)排出；對(duì)于T4 組，由于啟動(dòng)時(shí)間位于真空預(yù)壓階段后期，土中自由水含量過少，故動(dòng)力壓實(shí)產(chǎn)生的超孔隙水壓力較小，達(dá)不到理想促進(jìn)效果。對(duì)于T2 組，動(dòng)力壓實(shí)產(chǎn)生的超孔隙水壓力最大，孔壓消散速率大于T1 組，但小于T3 組，T2 組的孔壓消散值在第一次夯擊后被T3 組反超。這是由于T2 組與T3 組啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)的PPDR 不同，使得土柱開裂產(chǎn)生的排水通道數(shù)量不同，T3 在PPDR 為70%時(shí)夯擊，動(dòng)力壓實(shí)產(chǎn)生的排水路徑比T2 更多，孔壓消散更快，因此，改善效果更顯著。綜上所述，T3 的動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間最優(yōu)。

2.2 排水量

將土中排出的水收集在氣-水分離瓶中，圖4 繪制了各組試驗(yàn)排水量隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線。由圖4 可知，試驗(yàn)初期各組排水量變化基本相同。啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)后，T1～T4 排水質(zhì)量明顯增加；動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間不同，使排水量出現(xiàn)顯著差異。真空預(yù)壓階段結(jié)束時(shí)，各組排水量分別為4.57、4.82、5.34、5.67、5.08 kg。整個(gè)試驗(yàn)結(jié)束后，排水量分別達(dá)到7.17、7.35、7.75、8.03、7.55 kg。

圖4 排水量隨時(shí)間的變化關(guān)系圖Fig.4 Variations in the change of discharge with time

對(duì)比上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，T1～T4 的排水量均高于PT，真空預(yù)壓使土體趨于密實(shí)，動(dòng)力壓實(shí)使土體內(nèi)部開裂，產(chǎn)生新的排水通道，有效提高了排水效率。對(duì)于T1～T4，夯擊使得排水量急劇增大，T2～T4 的排水量高于T1，且T3 的排水量最高。T1 啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)的時(shí)間較早，土中自由水較多，夯擊使土體孔隙產(chǎn)生了“鎖水”現(xiàn)象，排水效果較弱，因此，T1 排水量小于T2～T4。T4 動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間最晚，由于真空預(yù)壓使得土中自由水大量排出，夯擊時(shí)土中自由水最少，真空度大量損失，動(dòng)力壓實(shí)后的排水效率及排水量高于T1 但低于T2 與T3，因此，動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間過早或過晚，都不能達(dá)到理想效果。對(duì)比T2 和T3 的排水量可知，T3 排水量更大，故動(dòng)力壓實(shí)產(chǎn)生的排水路徑更多，啟動(dòng)時(shí)間更優(yōu)。最后，各組試驗(yàn)排水困難時(shí)同時(shí)啟動(dòng)電滲，進(jìn)一步對(duì)土體固結(jié)。電滲階段PT～T4 的排水量逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定值。綜上，當(dāng)PPDR 為70%時(shí)啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)，可獲得最佳排水效果。

2.3 土表沉降

為準(zhǔn)確直觀地反映土表沉降隨時(shí)間的變化關(guān)系，試驗(yàn)中設(shè)置了3 個(gè)測點(diǎn)，每一次夯擊后采用沉降標(biāo)尺測量土表沉降并計(jì)算平均值，將平均值作為土表沉降值。圖5 為試驗(yàn)過程中各組試驗(yàn)土體表面沉降隨時(shí)間的變化曲線。T1～T4 分別啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)后，土表沉降瞬間增大，瞬時(shí)沉降幅值隨動(dòng)力壓實(shí)次數(shù)增加而逐漸減小。土表沉降瞬間增大的主要原因是，動(dòng)力壓實(shí)對(duì)土表施加正壓力后，疏浚淤泥細(xì)顆粒擠入真空預(yù)壓排水后形成的孔隙中；土表瞬時(shí)沉降值隨夯擊次數(shù)逐漸減小是由于土顆粒在固結(jié)過程中不斷趨于密實(shí)，土中孔隙體積逐漸減小。

圖5 土表平均沉降隨時(shí)間的變化關(guān)系圖Fig.5 Variations in the surface average settlement with time

真空預(yù)壓階段結(jié)束時(shí)，各組土表平均沉降值排序?yàn)門3＞T2＞T4＞T1＞PT?？梢园l(fā)現(xiàn)，T1～T4的土體表面沉降發(fā)展快于PT，且沉降平均值比PT高，說明動(dòng)力壓實(shí)有效促進(jìn)了土體固結(jié)，大幅增加土表沉降值，土體強(qiáng)度得到提高。對(duì)比T1～T4 的沉降發(fā)展曲線及沉降平均值發(fā)現(xiàn)，動(dòng)力壓實(shí)的間隔時(shí)間因PPDR 不同也存在差異，T3 獲得了最大土表沉降值6.35 cm，分別較PT、T1、T2 和T4 高41.1%、21.2%、5.8%、11.2%，說明不同的動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間對(duì)于沉降值的影響存在差異。研究中PPDR 為70%時(shí)啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)可以獲得最好的壓實(shí)效果，使土體達(dá)到最大的強(qiáng)度。

各組試驗(yàn)進(jìn)行到210 h 時(shí)真空預(yù)壓排水困難、啟動(dòng)電滲進(jìn)一步使土體排水。PT、T1、T2、T3 及T4 電滲階段結(jié)束的最終土表平均沉降量為5.96、6.48、7.44、7.78、7.07 cm。綜上所述，在真空預(yù)壓階段引入動(dòng)力壓實(shí)法并聯(lián)合電滲法能有效促進(jìn)土體的固結(jié)沉降。

2.4 含水率和十字板剪切強(qiáng)度

試驗(yàn)結(jié)束后，用微型十字板剪切儀在相應(yīng)測點(diǎn)進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)，并測量相應(yīng)點(diǎn)位的含水率，水平方向5 個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)取平均值作為深度方向的數(shù)據(jù)，垂直深度0、180、360 mm 處的含水率和十字板剪切強(qiáng)度平均值如圖6 所示。由圖6 可知，在土體不同深度的垂直方向上，各組含水率和十字板剪切強(qiáng)度的變化趨勢呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；表層土體的含水率均低于深層土體，表層土體的十字板剪切強(qiáng)度均高于深層土體，這是因?yàn)檎婵斩葧?huì)沿著豎向排水板逐漸衰減，表層土的真空壓力高于深層土，因此，固結(jié)效果更好；距離表層越近，十字板剪切強(qiáng)度差異越明顯，主要體現(xiàn)在PT 與T1～T4 間的差異。由于T1～T4 引入動(dòng)力壓實(shí)，處理后土體的十字板剪切強(qiáng)度較高，并且，隨著土體深度的增加，動(dòng)力壓實(shí)的沖擊應(yīng)力會(huì)減弱，因此，深度大的測點(diǎn)十字板剪切強(qiáng)度差異較小。

圖6 試驗(yàn)后土體沿深度方向的含水率與十字板剪切強(qiáng)度平均值的分布Fig.6 Distribution of the water content and the vane shear strength average value along the depth direction after the test

將測點(diǎn)處含水率和十字板剪切強(qiáng)度取平均值分析，得到PT、T1、T2、T3、T4 的含水率平均值分別為43.8%、42.3%、40.2%、39.3%、41.1%，十字板剪切強(qiáng)度分別為25.3、42.7、56.7、65、47.7 kPa。比較這些數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，含水率平均值的排序?yàn)镻T＞T1＞T4＞T2＞T3；十字板剪切強(qiáng)度平均值為PT＜T1＜T4＜T2＜T3。因此，動(dòng)力壓實(shí)有效地改善了真空預(yù)壓的處理效果，經(jīng)T3 組處理后的土體強(qiáng)度最高。

2.5 電流強(qiáng)度

圖7 繪制了電滲階段各組試驗(yàn)電流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系。由圖7 可知，由于形成排水通道的土體與電極之間界面電阻較低，電滲階段初期電流強(qiáng)度逐漸增大；在電滲啟動(dòng)后240、210、150、120、180 h，PT、T1、T2、T3 和T4 分別達(dá)到電流強(qiáng)度峰值；隨著電滲試驗(yàn)的進(jìn)行，土中自由水和鹽含量降低，陽極腐蝕導(dǎo)致導(dǎo)電通道的界面電阻逐漸增大，電流強(qiáng)度逐漸減小。

圖7 電流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系圖Fig.7 Variations in the change of current intensity with time

由圖7 還可以看出，T1～T4 組的電流強(qiáng)度均比PT 低。這是由于動(dòng)力壓實(shí)作用使得T1～T4 組真空預(yù)壓階段排水量高于PT，因此啟動(dòng)電滲時(shí)的初始含水率較低，導(dǎo)電性較差，故電流強(qiáng)度和峰值電流強(qiáng)度均低于PT，且峰值衰減時(shí)刻也早于PT。動(dòng)力壓實(shí)的啟動(dòng)時(shí)間不同，影響真空預(yù)壓排水效果和土體含水率，還間接影響電滲階段土體導(dǎo)電性能，導(dǎo)致T1～T4 組達(dá)到的電流強(qiáng)度峰值不同；含水率越低，電滲產(chǎn)生的電流強(qiáng)度越小，并且達(dá)到峰值的時(shí)間點(diǎn)越早。由于PT 真空預(yù)壓階段未引入動(dòng)力壓實(shí)，自由水和離子含量最高，因此電流強(qiáng)度最大；T1～T4 組的動(dòng)力壓實(shí)啟動(dòng)時(shí)間越優(yōu)，真空預(yù)壓排水及土中排水通道數(shù)量的增加越顯著，電流越小。在PPDR 為70%時(shí)啟動(dòng)動(dòng)力壓實(shí)，T3 所產(chǎn)生的電流強(qiáng)度最小，能耗最小。

各組電流強(qiáng)度衰減速率排序?yàn)镻T＞T1＞T4＞T2＞T3，PT 的初始含水率更高，電滲過程中，電流強(qiáng)度衰減速率最快，動(dòng)力壓實(shí)可以緩解電流強(qiáng)度的衰減，從而提高電滲排水效率。試驗(yàn)結(jié)果表明，動(dòng)力壓實(shí)的啟動(dòng)時(shí)間越優(yōu)，緩解電流強(qiáng)度衰減的效果越好，電滲效率越高。因此，T3 電滲固結(jié)效果最優(yōu)。

2.6 電極腐蝕與平均能耗系數(shù)

各組試驗(yàn)結(jié)束后的陽極腐蝕量如圖8 所示。從圖中可以看出，PT、T1、T2、T3 和T4 的陽極腐蝕量分別為444、398、374、370、386 g；通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在電滲階段結(jié)束后，T1～T4 組的陽極腐蝕量分別比PT 少11.56%、18.72%、20%、15.03%。這是因?yàn)椋瑒?dòng)力壓實(shí)后土體的排水路徑更多，真空預(yù)壓排水量更大，使得電滲啟動(dòng)時(shí)T1～T4 組土體的含水率較低、電滲反應(yīng)較弱。另外，T1～T4 組的陽極腐蝕量排序?yàn)門1＞T4＞T2＞T3，T3 的陽極腐蝕量最小。這一結(jié)果與電流強(qiáng)度分析結(jié)果一致：由于T3的真空預(yù)壓階段排水最多，因此電滲階段的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的陽極腐蝕量最少。

圖8 陽極腐蝕量與平均能耗系數(shù)Fig.8 The mass and the average energy consumption coefficient of corroded anode

引入平均能耗系數(shù)Ctotal[21]計(jì)算整個(gè)試驗(yàn)過程中排出單位質(zhì)量水所需的能量。

式中：P為真空泵的功率，kW；t為試驗(yàn)總時(shí)長，h；Ut為任意時(shí)刻的電壓值，V；It為任意時(shí)刻的電流值，A；Q為總排水量，kg。

經(jīng)計(jì)算，PT～T4 組的平均能耗系數(shù)分別為39.94、38.96、36.95、35.66、37.93 kWh/kg。通過比較發(fā)現(xiàn)，T1～T4 組的平均能耗系數(shù)低于PT，且T3 的平均能耗系數(shù)最低。說明真空預(yù)壓聯(lián)合動(dòng)力壓實(shí)和電滲法比傳統(tǒng)真空預(yù)壓-電滲法能耗更低，且處理后T3 產(chǎn)生的能耗最小。

3 結(jié)論

1）與真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法相比，真空預(yù)壓聯(lián)合逐級(jí)動(dòng)力壓實(shí)和電滲法可使排水板附近淤堵土柱開裂，有效提高排水效率，改善疏浚淤泥的工程性質(zhì)?？讐合⒅?、排水量、土表沉降等指標(biāo)均比傳統(tǒng)真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法更優(yōu)。因此，對(duì)于疏浚淤泥地基，真空預(yù)壓聯(lián)合逐級(jí)動(dòng)力壓實(shí)和電滲法的處理加固效果更顯著。

2）該工法將動(dòng)力壓實(shí)加入到傳統(tǒng)真空預(yù)壓聯(lián)合電滲法中，土體固結(jié)效果與動(dòng)力壓實(shí)的啟動(dòng)時(shí)間密切相關(guān)。在試驗(yàn)中，當(dāng)PPRD 為70%時(shí)啟動(dòng)壓實(shí)，試驗(yàn)后土體的排水量增大11.99%，土表沉降增大41.11%，在各組試驗(yàn)中效果最好。

3）真空預(yù)壓聯(lián)合逐級(jí)動(dòng)力壓實(shí)和電滲法處理后的陽極腐蝕量較傳統(tǒng)工法更少、能耗更低，說明真空預(yù)壓階段引入動(dòng)力壓實(shí)可以有效緩解陽極腐蝕，減小土體界面電阻，降低能耗。