本發(fā)明涉及電滲法處理軟土地基，尤其涉及一種用于聯(lián)合電滲和預(yù)壓的復(fù)合材料袋裝砂井電極。

背景技術(shù)：

1、電滲法是一種用于軟土地基處理方法，它利用電滲原理加速土體的排水和固結(jié)過程，從而提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，為各種土木工程提供了重要的技術(shù)支持。電滲法的原理為在土體中插入金屬電極并通以直流電，使得土中的水分從陽極流向陰極，從而加速土體的排水和固結(jié)過程。這種方法特別適用于處理高含水量、低滲透性的細(xì)顆粒軟粘土地基，能夠顯著提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。電滲法處理軟土地基時水分在電流的作用下會發(fā)生定向流動，尤其是土體孔隙中的自由水和離子；通過這種方法，可以有效地降低土體的含水量，同時改善土體的物理和化學(xué)性質(zhì)，提高其工程性能。真空預(yù)壓法也是用于固結(jié)軟土地基的常見方法，其主要通過在地基表面施加真空，降低超孔隙水壓力，促進(jìn)土體固結(jié)；真空預(yù)壓可以增加土體的有效應(yīng)力，從而提高土體的承載能力。所以電滲法聯(lián)合真空預(yù)壓法往往能對軟土地基實(shí)現(xiàn)良好的排水固結(jié)效果。

2、在電滲法處理軟土地基的過程中電極是關(guān)鍵組成部分，其不僅起到導(dǎo)電的作用，還涉及到土體的排水和加固效果；電極的設(shè)計和材料選擇對電滲效果有顯著影響?，F(xiàn)有技術(shù)中電滲法處理軟土地基時通常在軟土地基中插入金屬電極作為陽極和陰極；通過直流電源對電極通電，使得土中的水分在電場作用下從陽極流向陰極；再在陰極的電極附近設(shè)計濾水管等，通過真空抽水的方式收集排出的水分?，F(xiàn)有技術(shù)中常見的電極材料主要包括鐵、銅、鋁等金屬材料和石墨等電子導(dǎo)體，以及電動土工合成材料(ekg導(dǎo)電塑料)；金屬電極在電滲過程中容易腐蝕，導(dǎo)致電極材料的損耗嚴(yán)重；ekg導(dǎo)電塑料等惰性電極具有較好的耐腐蝕性，但是其導(dǎo)電性能卻不夠優(yōu)異。

3、所以本發(fā)明提供一種耐腐蝕、且導(dǎo)電性能優(yōu)異的復(fù)合材料電極。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于聯(lián)合電滲和預(yù)壓的復(fù)合材料袋裝砂井電極，解決了現(xiàn)有技術(shù)中電滲法處理地基時電極導(dǎo)電性能差的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種用于聯(lián)合電滲和預(yù)壓的復(fù)合材料袋裝砂井電極，包括導(dǎo)電砂袋，導(dǎo)電砂袋內(nèi)部裝填有砂柱。

4、在本方案中，使用導(dǎo)電砂袋裝填砂柱形成復(fù)合材料袋裝砂井電極，該復(fù)合材料袋裝砂井電極采用一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計，集成了復(fù)合導(dǎo)電材料電極和袋裝砂井的作用；將該復(fù)合材料袋裝砂井電極安插于軟土地基內(nèi)部不僅能充當(dāng)電極起到導(dǎo)電作用，還能直接用作豎向排水體的袋裝砂井。

5、進(jìn)一步地，導(dǎo)電砂袋包括編織袋，砂柱裝填在編織袋內(nèi)；編織袋外部套設(shè)有一層復(fù)合土工導(dǎo)電布；編織袋和復(fù)合土工導(dǎo)電布之間設(shè)有若干根石墨金屬復(fù)合導(dǎo)線；復(fù)合土工導(dǎo)電布的兩端分別固定有上束口和下束口。

6、在本方案中，復(fù)合土工導(dǎo)電布在最外側(cè)包裹住編織袋和砂柱，橫截面積最大，整體電阻小，導(dǎo)電性能優(yōu)異；且該設(shè)計復(fù)合土工導(dǎo)電布與周圍土體接觸面積也最大，能較好的與周圍土體及水分之間進(jìn)行導(dǎo)電。

7、進(jìn)一步地，石墨金屬復(fù)合導(dǎo)線包括一根滌綸線，滌綸線周圍通過編織機(jī)編織有若干根銅線；若干根銅線外包裹有一層復(fù)合土工導(dǎo)電布；銅線和復(fù)合土工導(dǎo)電布的縫隙之間填充有石墨導(dǎo)電膠。

8、在本方案中，滌綸線和銅線通過編織機(jī)編織在一起后嵌在編織袋和復(fù)合土工導(dǎo)電布之間，銅線能在很大程度上提高電極的導(dǎo)電效率；滌綸線的作用為提高石墨金屬復(fù)合導(dǎo)線的抗拉強(qiáng)度，避免在灌砂、運(yùn)輸及施工操作過程中將其拉斷。

9、進(jìn)一步地，復(fù)合土工導(dǎo)電布的組成材料按照重量份計包括：70份膨脹石墨、8份鋁粉、5份銻錫氧化物、15份玻璃纖維、10份環(huán)氧樹脂以及3份成炭劑。

10、進(jìn)一步地，導(dǎo)電砂袋為由若干條樹脂扁絲交錯編織后形成的袋體，沿袋體的長度方向每間隔數(shù)根樹脂扁絲設(shè)有一根復(fù)合土工導(dǎo)電扁絲；砂柱裝填在袋體內(nèi)；袋體的兩端分別固定有上束口和下束口。

11、在本方案中，樹脂扁絲和復(fù)合土工導(dǎo)電扁絲編織成導(dǎo)電砂袋，該編織設(shè)計不會降低地層向砂井的徑向透水性能；保證土體中的水分能流入復(fù)合材料袋裝砂井電極內(nèi)部。

12、進(jìn)一步地，復(fù)合土工導(dǎo)電扁絲包括復(fù)合石墨扁帶，復(fù)合石墨扁帶為中空的雙層結(jié)構(gòu)；雙層結(jié)構(gòu)之間設(shè)有由尼龍線和銅線編織成的單層扁繩，單層編繩與復(fù)合石墨扁帶之間的縫隙內(nèi)填充有石墨導(dǎo)電膠。

13、在本方案中，在復(fù)合土工導(dǎo)電扁絲中加入了銅絲，相較于純復(fù)合土工導(dǎo)電布材質(zhì)有更優(yōu)異的導(dǎo)電性能。

14、進(jìn)一步地，復(fù)合石墨扁帶的組成材料按照重量份計包括：60份膨脹石墨、5份鋁粉、5份銻錫氧化物、25份玻璃纖維、12份環(huán)氧樹脂以及2份成炭劑。

15、進(jìn)一步地，導(dǎo)電砂袋包括編織袋，砂柱裝填在編織袋內(nèi)；編織袋的外側(cè)周向分布有若干條石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條，若干條石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條通過扎帶捆綁在編織袋上；編織袋和石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條的兩端固定有上束口和下束口。

16、在本方案中，編織袋外直接通過扎帶固定若干條石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條，結(jié)構(gòu)簡單，加工工藝難度降低，易于實(shí)現(xiàn)；若干根石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條等距的布置在編織袋外周，不影響砂袋整體的透水性。

17、進(jìn)一步地，石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條包括復(fù)合石墨扁條，復(fù)合石墨扁條為中空的雙層結(jié)構(gòu)；雙層結(jié)構(gòu)之間并排設(shè)有若干根由滌綸線和銅線編織而成的導(dǎo)電體，若干根導(dǎo)電體和復(fù)合石墨扁條之間填充有石墨導(dǎo)電膠。

18、在本方案中，復(fù)合石墨扁條內(nèi)部設(shè)計編織后的滌綸線和銅線，增加了石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條的厚度和斷截面面積，降低了電阻率；同時復(fù)合石墨扁條內(nèi)部的銅線能提高石墨金屬復(fù)合導(dǎo)電扁條的導(dǎo)電性能。

19、進(jìn)一步地，復(fù)合石墨扁條的組成材料按照重量份計包括：65份膨脹石墨、8份鋁粉、10份銻錫氧化物、15份玻璃纖維、10份環(huán)氧樹脂以及3份成炭劑。

20、本發(fā)明的有益效果是：

21、本發(fā)明的用于聯(lián)合電滲和預(yù)壓的復(fù)合材料袋裝砂井電極中使用導(dǎo)電砂袋裝填砂柱，同時具備導(dǎo)電功能和排水功能，相對現(xiàn)有的金屬電極實(shí)現(xiàn)了電極和排水體一體化；在進(jìn)行施工時可將安裝袋裝砂井和安裝電極兩道施工工序合二為一，一次性施工提高施工速度，降低工程成本；電極與排水體集成后可進(jìn)行更靈活的平面布置；電極更貼近排水體，加快陰極排水速度。

22、本發(fā)明的導(dǎo)電砂袋中采用復(fù)合石墨材料，材料電阻率低，導(dǎo)電性能優(yōu)于ekg導(dǎo)電塑料，且具備極強(qiáng)的耐腐蝕性和柔韌性，制成復(fù)合材料袋裝砂井電極排水效率高；砂井電極制作方法簡單、易操作，生產(chǎn)成本低。導(dǎo)電砂袋內(nèi)部設(shè)置銅絲，以增強(qiáng)電極下部電流，進(jìn)而增大深部地層電場強(qiáng)度，達(dá)到增益深部電滲效果的目的。導(dǎo)電砂袋內(nèi)部的銅絲全部被復(fù)合石墨材料進(jìn)行包裹，提高了導(dǎo)線性能，還解決了傳統(tǒng)金屬電極易腐蝕問題；即使長周期電滲也能夠維持低電阻率，特別是在加固處理高含鹽量的海相沉積地層、吹填淤泥等區(qū)域優(yōu)勢明顯。復(fù)合石墨材料電極電阻率低，材料熔點(diǎn)高，解決了ekg塑料排水板在電滲中后期隨地層電阻和界面電阻升高造成電極發(fā)熱和電阻率升高，進(jìn)而電極軟化、失效的問題。復(fù)合石墨電極材料中摻入鋁粉和氧化錫銻目的在于改良膨脹石墨的導(dǎo)電性能；金屬鋁相對銅、鐵等常用導(dǎo)電金屬材料有更好的耐腐蝕性，相對氧化錫銻價格低廉，摻入一定量的鋁粉，旨在減少氧化錫銻的摻入比例，起到優(yōu)化材料經(jīng)濟(jì)性的作用。復(fù)合石墨電極為柔性材料，且表面更為粗糙，與周圍土體接觸更充分，可減小電滲過程中界面電阻。

23、本發(fā)明的用于聯(lián)合電滲和預(yù)壓的復(fù)合材料袋裝砂井電極的安裝施工方法與普通袋裝砂井一致，進(jìn)行軟土地基處理時可以聯(lián)合真空預(yù)壓法、堆載預(yù)壓法使用，應(yīng)用場景廣泛。由于導(dǎo)電砂袋的耐腐蝕性強(qiáng)，在電滲作業(yè)過程中可以通過交換電源的正負(fù)極來對調(diào)陰、陽極而不損耗電極，從而提高地基處理效果。