电渗加固软土地基技术发展状况综述

范高峰 项鹏飞

(1.杭州祥生弘远房地产开发有限公司，浙江 海宁 314400； 2.安徽理工大学，安徽 淮南 232001； 3.浙江大学城市学院，浙江 杭州 310000)

电渗加固软土地基技术发展状况综述

范高峰1项鹏飞2,3*

(1.杭州祥生弘远房地产开发有限公司，浙江 海宁 314400； 2.安徽理工大学，安徽 淮南 232001； 3.浙江大学城市学院，浙江 杭州 310000)

我国经济最发达、人口最密集的地区大多都是软土地基，在这些地区的建设过程中，都要对软土地基进行处理。介绍了电渗加固软土地基这种技术，特别介绍了电渗联合桩加固软土地基技术，并对未来电渗加固软土地基技术的发展前景进行了展望。

电渗,加固,软土地基,未来发展

0 引言

我国经济最发达、人口最密集的地区主要集中在沿海，如：深圳、广州、泉州、宁波、绍兴、杭州、上海、苏州等，以及长江沿岸，如：武汉、芜湖、南京等。这些地区广泛分布着软土地基，且目前这些地区都在进行大规模的基础设施建设。

软土具有水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、透水性差等特点，在实际工程中如果遇到了软土地基都必须进行加固处理。有效加固软土地基这也是岩土工程中的一个重要课题。目前软土加固处理最常用的方法是强夯法、堆载预压、换填法、真空预压法、电渗固结法等，电渗固结法也是目前被认为比较有前途的一种加固软土地基的方法。

本文介绍了电渗加固软土地基这种技术以及电渗联合其他方法加固软土地基技术，特别介绍了电渗联合桩加固软土地基技术，同时给出了笔者看好未来电渗加固软土地基技术的发展前景的理由。

1 电渗技术简介

1.1电渗技术原理

电渗固结过程不是一个简单的化学变化或者物理变化，而是一系列复杂化学、物理变化，目前并没有完全掌握其中的原理。研究认为电渗固结主要是在电流的作用下孔隙水发生渗流，从阳极流向阴极，同时发生电解反应：

2H2O-4e-→O2↑+4H+(阳极)

2H2O+2e-→H2↑+2OH-(阴极)

阳极产生的H+与阳极的金属反应：

M-ne-→Mn+

金属离子会在电流的作用下流向阴极，与阴极产生的OH-反应产生沉淀。这一过程中土体会产生固结，土体的强度会得到有效的提高[1,2]。

1.2电渗技术发展历程简介

电渗技术最早是俄国一位叫做Reuss的学者于19世纪初叶在自己的实验室发现的。在1939年，德国人Casagrande成功将电渗技术用于德国某条铁路路基开挖工程中的边坡加固上。这是电渗技术在实际工程上的第一次应用，之后各国学者对电渗技术进行了大量室内试验和工程实际应用的研究。

这些年来，我们国家经济快速发展，基建规模的不断扩大，摩天大楼一栋接着一栋，随之而来的是对地基处理的要求越来越高，尤其是对软土地基的处理，电渗技术作为一种有效的软土地基处理方法，我国研究的人也越来越多。

王协群等[3](2007)采用铜、铝、铁三种不同的电极材料进行了对比试验，试验结果表明，在相同条件下，铜在这三种材料中最耐腐蚀。

曹永华等[4](2010)探讨了电渗固结法的加固机理、土的适用性以及电渗作用下的等效加固荷载等问题。

胡黎明等[5](2010)建立了描述饱和土体电渗固结过程多场耦合数学模型。

龚晓南等[6](2011)对间歇通电的情况下，电渗固结的效果进行的室内试验，试验结果表明，间歇通电情况下电渗效率略低于持续通电情况下电渗的效率，但间歇通电情况下土体固结效果更加均匀，能有效控制土体固结效果的差异性。

李瑛等[7](2011)进行了含盐量对电渗固结效果影响的研究，主要对含盐量0%,0.25%,0.5%,1%的四组试验进行了对比，试验结果表明含盐量在0.25%时电渗效果最佳，起促进作用；含盐量0.5%和1%时，反而起抑制作用。

庄艳峰[8](2016)探讨、总结了电渗固结法中电极材料、能耗以及设计的相关理论和设计中可以用的一些方法。

臧俊超等[9](2017)将电渗固结法推广到了生活源污染土的加固中，并通过试验验证了其可行性。

张恩[10](2017)对上海地区的淤泥质软土进行了电渗过程中裂缝变化试验研究，试验结果表明电渗过程中产生的裂缝会严重影响电渗的效率，并将裂缝的发展分为了四个阶段。

国内还有许多学者正在对电渗固结法进行各种各样的研究，此处仅列举了一些比较典型的例子。

2 电渗联合其他方法加固软土地基

目前电渗固结法单独加固软土地基的应用较少，主要是电渗固结法存在由于耗电量大、金属电极会被腐蚀等缺点，但电渗固结法可以和很多软土地基处理方法结合，如：电渗联合堆载预压加固软土地基、电渗联合真空预压加固软土地基等等，可以在原来各个软土地基处理方法的基础上，节省工期、成本，因此得到了广泛的关注、研究。

高志义等[11](2000)进行了电渗联合真空预压加固软土地基的室内试验，试验结果表明电渗联合真空预压加固软土地基可以使土体强度大幅度提高，效果是真空预压法单独加固软土地基的2倍～5倍。

李瑛等[12](2010)考虑了水流和电流的相互作用以及地基中孔隙水压力的发展过程，建立了堆载—电渗联合作用下的耦合固结理论。

徐伟等[13](2011)在Terzaghi固结理论和Esrig电渗固结理论的基础上推导真空预压联合电渗法加固软基的二维固结方程。

王柳江等[14](2013年)建立了堆载—电渗作用下的一维非线性大变形固结理论。

王柳江等[16](2017)提出了真空电渗联合振动碾压加固黏土的加固方式并进行了模型试验，试验结果表明该方法能有效提高加固速度，降低单位排水能耗。

卜凡波等[17](2017)在温州一淤泥吹填工程现场进行了真空联合电渗加固软土的现场实测试验。

电渗固结法联合其他软土地基处理方法，尤其是电渗联合堆载预压加固软土地基以及电渗联合真空预压加固软土地基目前已有丰富的理论基础和试验基础，为未来工程实践奠定了良好的基础。

3 电渗联合桩加固软土地基技术

电渗与钢管桩、预制桩、沉管灌注桩等不同类型的桩型联合加固软土地基，目前仅有电渗联合H型钢管桩加固软土地基在国外工程中进行了应用[18]，但已有相关专利已经授权或正在申请，主要包括：

1)崔允亮等[19]已经授权的《一种电渗增强桩加固软基系统及施工方法》这一发明专利涉及到了电渗联合预制桩加固软土地基技术。

2)王新泉等[20]已经授权的《一种褶皱桩》这一发明专利涉及到了电渗联合一种新型桩加固软土地基技术。

我操。我也重复了一遍李耕田的俩字，确实有问题了，而且问题就像秃子头上的虱子一样明显。我掏出李老黑给我的标语内容对照了一下，问题不是出在我这里。

3)项鹏飞等[21]已经授权的《一种用于电渗加固软土地基的囊袋扩底桩》这一专利涉及了一种与电渗联合加固软土地基的囊袋扩底桩。

4)魏纲等[22]正在实际审查的《竹节套管桩联合电渗加固软土路基系统》这一发明专利涉及到了电渗联合竹节套管桩加固软土地基技术。

5)项鹏飞等[23]正在实际审查的《一种用于处理软土地基的预制扩底变径桩及其施工方法》这一发明专利涉及到电渗联合变径桩加固软土地基技术。

从理论上分析，电渗联合不同的桩处理软土地基有以下三大优势[24]：

1)在打桩过程中即进行电渗固结，使孔隙水迅速消散，能有效缓解沉桩过程中的挤土效应；

2)电渗能够使软土中的孔隙水从阳极流向阴极，从而排出土体，使土体固结，尤其是桩周土体固结效果十分明显，能有效提高桩的承载力；

3)在电渗过程中会产生具有胶结作用的化学物质，可进一步提高土体承载力，从而提高桩的承载力，且会使桩周土体产生类似桩周水泥土的效果。

电渗联合不同类型的桩加固软土地基，关键技术在于阴极和阳极的布置，以崔允亮等已经授权的《一种电渗增强桩加固软基系统及施工方法》这一专利为例：阳极是表面粘贴有条状碳纤维布且碳纤维布内包裹有金属丝的预制桩；阴极是导电塑料排水管。为防止在打桩过程中粘贴在预制桩表面的条状碳纤维布掉落，每隔一定的距离用钢环固定；桩端设置桩靴，将碳纤维布和预制桩桩端置于桩靴内。阳极、阴极这样设置，再进行电渗固结，完全符合前文所述的电渗联合桩处理软土地基的优势，能为实际工程创造巨大的经济效益。

4 结语

电渗固结法之所以被认为是未来最有前途的软土加固法之一，是因为电渗固结法有它独特的优势，笔者总结了一下，一共有以下6条优点：

1)电渗固结法相对于传统的软土地基处理方法，有独特的优势，电渗固结法能将黏土中的弱结合水排出，特别适用于含水量高、渗透性差的饱和软黏土。我国沿海地区的围海造陆工程以及南海人工岛的建设工程都可以用电渗联合其他方法进行加固。

2)虽然电渗固结法耗电量大，但是电渗固结法可以实行间歇性通电，且间歇性通电可以使软土的固结效果更加均匀。此外我国工业用电实行的是峰谷电，虽然每个省的电价不同，但是总体上谷电价格仅为峰电价格的1/3，各省谷电的价格大多都在0.2元/(kW·h)～0.6元/(kW·h)，可有效控制软土地基加固的成本。

3)全球最大的水利发电工程——三峡水电站于2012年7月最后一台发电机组投入运行。三峡水电站的发电机组全部投入运行，有效的缓解了我国的用电压力。根据《核电中长期发展规划(2005年—2020年)》，到2020年年末，我国核电运行装机容量将达到4 000万kW；核电年发电量达到2 600 亿kW·h～2 800亿kW·h，届时我国将跃居为世界第二大核电国家，我国的用电压力将进一步缓解，电价也很可能降价，将有助于电渗固结法在工程实际中的推广。

4)目前我国钢产能过剩严重，钢材价格相当低，利用电渗固结法加固软土地基正是响应国家去产能化的号召，同时可进一步控制软土地基加固的成本。

5)电渗固结法对环境的影响很小，不会有噪声污染，不会影响周围居民的正常生活作息。

6)电渗固结法还可以进一步联合其他方法加固软土地基，以竹节桩联合电渗加固软土地基为例，由于竹节桩施工工艺的特殊性，可以在竹节桩桩周均匀地贴上钢条，再将外面套有钢沉管的竹节桩压入地基后，接着拔出钢沉管，在周围土体挤压下钢条将紧密地贴在竹节桩上，贴在竹节桩上的钢条可以作为电渗的阳极；在竹节桩周围插上空心带孔的钢管，作为电渗的阴极，这样就形成了竹节桩联合电渗加固软土地基系统。

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[22] 魏 纲，崔允亮，王新泉，等.竹节套管桩联合电渗加固软土路基系统及施工方法[P].中国专利：201610600303.6，2016-07-26.

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[24] 项鹏飞.电渗增强桩处理软土地基模型试验研究[D].合肥：安徽理工大学,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

项鹏飞(1992- ),男,硕士

TU471.8

A