孙海峰，王宁伟，甘展孜，罗跃春，童佳荣，王茜琳

（广东省珠海工程勘察院 广东珠海 519000）

0 引言

我国粤港澳大湾区、长三角、环渤海湾等地区广泛分布着软土，软土具有承载力低、变形大、时间效应明显等特征，对工程建设非常不利，必须采取处理措施。目前，软基处理的主要方法有真空预压法、搅拌桩法和吹填砂法等。但这些方法存在工期长或成本高等问题，而电动化学软基加固技术则具备工期短、成本相对不高等优点，因此，电动化学软基处理技术具有较好的应用前景。

1807 年，由REUSS 首次发现土体中的电渗现象。ESRIG等人［1-4］系统研究了电渗技术基础理论，建立了电渗技术的一维和二维理论模型。CURVES 等人［5-8］应用数值模拟方法系统分析了电渗处理淤泥过程，李瑛等人［9-13］开展了大量的室内试验，系统研究影响电渗加固软土效果的各种因素。近些年，王宁伟等人［14-16］为了进一步缩短通电时间，提高加固后土体强度，开展了一系列的试验研究，得到了较好的加固效果。但是，目前国内外的研究主要停留在室内试验研究阶段，开展大型现场原位试验的研究还很少，对于工程应用的指导意义不强。因此，在珠三角重要的节点城市珠海市进行了大型现场试验，通过对比研究试验前后土的各项参数，证明了电动化学软基加固技术在珠三角地区应用的可行性。

1 试验方案

1.1 试验场地的选择

试验场地选择在珠海市斗门区某空旷场地，场地平面尺寸为108 m×60 m，场地进行简单的平整，加固深度分别为6 m和12 m，试验场地如图1所示。

图1 试验场地Fig.1 The Test Site

本次试验设计了27个单元的对比试验。试验前，在场地不同位置进行勘察钻孔，并提取岩芯进行室内土工试验，确定场地地层初始参数。试验结束后，对不同位置进行钻探取芯，测试场地地层加固后参数。

1.2 试验设备

①电极管，直径50 mm，长6 m 的钢管（架子管）若干根；②电焊机1台，用于加工电极；③电缆线若干，用于连接电极；④挖掘机，挖设排水沟、平整场地、压入电极；⑤电子秤；⑥注浆设备1 套（含搅浆筒、注浆泵、注浆管）；⑦量杯。

1.3 试验过程

通电采用自制电源，恒压模式，电压40 V，连续通电，每24 h 停机保养2 h，总通电时间165 h；灌浆材料为20%浓度的CaCl2溶液。

2 试验结果分析

本次试验场地面积为1 080 m2，总加固面积为521.5 m2，共分为27 个单元。选取其中相邻的7 个单元的试验结果进行分析，加固面积118.5 m2，加固深度为6 m，电极布置示意图如图2所示。

图2 电极布置示意图Fig.2 Map of Electrode Arrangement

2.1 电流分析

试验过程中，对这7个单元的总电流进行了监测，总电流随时间变化如图3所示。由图3可知，通电开始后电流逐渐增长，在16 h位置处电流增长速率明显提高，这是由于在16 h向电极注入了CaCl2溶液。随着通电时间的延长，从50～60 h时间段，电流开始有了明显的下降，因此，在61 h再次向电极注入CaCl2溶液，电流再次有了明显的提高。同样，在通电71 h，向电极注入了CaCl2溶液，电流又一次有了明显的提高。这是因为CaCl2溶液的注入，增加了电场作用下可移动离子的总量，提高了介质的电导率，因此，电流得到了明显的提高。

图3 电流随通电时间变化Fig.3 The Variation of Current with Power-on Time

2.2 出水量分析

试验过程中，对这7 个单元的累计出水量进行了监测，累计出水量随时间变化如图4 所示。图4 中出水量的斜率即为出水速率。可以看出，总出水量随时间变化逐渐增长，但在100 h以后，出水总量增长速率有了明显的减慢。到通电结束时，总出水量达到了32 200 L。这说明电动化学技术可有效排出土中水，降低土的含水率。

图4 出水量随通电时间变化Fig.4 Variation of Water Discharge with Time

另外，从图4中可以看出：前16 h累计出水量增长不明显，即出水量较少，16 h 以后累计出水量增长明显，即出水速率明显提高。随着通电时间的延长，总出水量逐渐增大，在40 h、61 h、71 h、86 h、137 h 和155 h等时刻，出水速率有明显提高，同时，从图3中可以看出在这一时刻由于向电极注入了CaCl2溶液，电流增大，这说明电流增大可以有效提高出水速率。

从图4中也可以看出：虽然CaCl2溶液的注入可以有效提高出水速率，但随着通电时间的延长，CaCl2溶液的注入使出水速率的提高幅度呈现逐渐降低的趋势。

2.3 参数分析

土体加固前后参数如表1 所示。可以看出：加固前后土体的含水率有了明显的下降，从加固前的65%下降至50%，下降幅度为23.1%；土体的凝聚力c由加固前的5.8 kPa 提高到6.9 kPa，提高幅度为19%；土体内摩擦角φ由2.7°提高到5.1°，提高幅度为88.9%。土体的分类也从淤泥变为了淤泥质土。这说明通过电动化学技术加固后，土体的物理性质有了明显的改善。

表1 土体加固前后参数对照Tab.1 Parameters before and afterElectro-chemical Reinforcement

2.4 宏观现象分析

场地进行电动化学加固前，对场地进行了开挖，开挖现场效果如图5⒜所示。加固前，当挖掘机开挖至1 m深以后，由于土的物理性质较差，出现一边开挖坑壁一边塌落的现象，并且在坑周较大范围内出现大量地表裂缝。场地进行电动化学加固后，再次对场地进行了开挖，开挖现场效果如图5⒝所示。加固后，挖掘机可以对场地进行开挖至4.2 m，并且坑壁直立、不倒塌，实际情况是可以继续垂直向下挖，但受挖掘机臂长限制，没有继续开挖。从场地加固前后开挖效果对比可以看出：电动化学技术已经有效地改善了土的宏观物理状态。

图5 电动化学加固前、后土体宏观状态Fig.5 State of Soil before and after Electric Chemical Strengthening

3 结论

本文介绍了在珠海市进行的大型软基电动化学加固技术现场试验，通过研究试验过程中电参数、出水量数据和对比试验前后土的各项参数以及开挖过程中土的状态，得到以下主要结论：

⑴电动化学软基加固技术可以大量排出土中的水。并且，CaCl2溶液的注入，增加了电场作用下可移动离子的总量，提高了介质的电导率，可以明显提高排水速率。

⑵虽然CaCl2溶液的注入可以有效提高出水速率，但随着通电时间的延长，出水速率的提高幅度呈现逐渐降低的趋势。

⑶电动化学技术可以有效改善土的各项物理参数和宏观物理状态，可以有效加固软土地基。