一种预制电解能量桩复合地基及其施工方法技术

本发明专利技术涉及能量桩领域，提供一种预制电解能量桩复合地基及其施工方法，所述的复合地基主要包括底端设置桩尖电极的电解能量桩、内部预埋石墨电极的电解碎石桩以及土工格栅，在所述的电解能量桩利用其内部的螺旋导热管提取浅层地热能的同时，所述三者共同构成的长短桩

【技术实现步骤摘要】
一种预制电解能量桩复合地基及其施工方法


[0001]本专利技术专利涉及复合地基领域，具体涉及一种预制电解能量桩复合地基及其施工方法。

技术介绍

[0002]砂土地基作为一种常见的地基类型，在静荷载条件下具备较高的承载力，但是在地震等动荷载作用下很容易出现液化现象，由此会引起地基土体的强度丧失、不均匀变形过大等一系列问题，严重危及人类的生命财产安全。
[0003]除了土加固法这类传统的液化砂土地基处理方法外，近年来，关于减饱和抗液化方法的研究出现得越来越多，相关研究已经表明，砂土地基饱和度的略微下降，就将显著提升地基的抗液化能力；而电解减饱和法，则是通过电解砂土地基中的孔隙水，使其转化为气体的方式实现减饱和抗液化效果的。
[0004]能量桩是一类以地源热泵理论为基础，用于开发浅层地热能的技术，目前的关于该领域的研究核心主要集中在如何高效换取地热能以及浅层地热能的提取方式上。
[0005]在本专利技术之前，专利号：CN202122705782.7等申请文件已经对能量桩的换热方式、桩型研究进行了公开，现有的能量桩研究方向主要放在地热能提取上，具体表现为换热效率与方式的研究上，对于能量桩的桩体材料自身对地基所起到的加固作用并没有进行过多考虑，这在一定程度上造成经济浪费的同时，对于能量桩在地震动荷载作用下的安全工作性能也欠缺考虑，尤其在对砂土液化地基的抗液化处理上少有考量。
[0006]专利号：CN202310110425.7等申请文件已经对电解减饱和桩进行了公开，但现有的电解减饱和桩，由于成桩精度的限制，其在施工过程中存在最小桩间净距，特别是某些需要对深层土体进行减饱和处理的长桩之间最小桩间净距往往更大，这会导致电解减饱和处理区域仅能较为有限地围绕在桩体附近。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种环境友好、加固高效、控制智能的可用于处理液化砂土地基的预制电解能量桩复合地基及其施工方法，在导热管提取浅层地热能的同时，对砂土地基还能起到电解抗液化效果。
[0008]本专利技术以电解能量桩1、电解碎石桩2以及土工格栅3为加固主体，在能量桩中的螺旋导热管103提取浅层地热能的同时，两种桩型自身的强度、电解能量桩1的桩尖电极106以及电解碎石桩2中的石墨电极202共同组成了液化砂土地基的抗液化加固体系。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种预制电解能量桩复合地基，所述的复合地基为长短桩
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网复合地基，长桩为电解能量桩，短桩为电解碎石桩，长桩为方形阵列，相邻两个长桩之间设置有短桩，方形阵列的四个长桩中心设置有短桩，长桩与短桩的上方为网，网为土工格栅，所述的电解能量桩由棒芯、塑料套管、螺旋导热管、导热管限位器、预制圆管桩、桩尖电极、垫板、保温钢套筒组
成，所述的棒芯内含导线预留孔、连接头、连接凹槽，所述的电解碎石桩由碎石填料、石墨电极、饱和度传感器组成。
[0010]所述电解能量桩底端最下方为桩尖电极，桩身为预制圆管桩，预制圆管桩内设置有棒芯，棒芯外套设塑料套管，塑料套管上通过导热管限位器设置有螺旋导热管，棒芯内部中心开设有导线预留孔，棒芯底端为连接头，上方为连接凹槽，所述连接头与连接凹槽螺纹配合，电解能量桩桩身与网之间设置有垫板，垫板上方为设置在网内的保温钢套筒。
[0011]所述电解碎石桩由碎石填料组成，中心设置有石墨电极，底端设置有饱和度传感器。
[0012]所述的桩尖电极为十字形，为钢材质或钨铜合金。
[0013]所述的垫板为钢筋混凝土现浇构件，外轮廓为长方体状，长度2~2.5m，宽度1.5~2m，厚度500~800mm，内侧设有直径上小下大的预留圆柱孔，所述的螺旋导热管随塑料套管从垫板的预留孔竖向提出并实现更换。
[0014]一种预制电解能量桩复合地基的施工方法，该复合地基的施工步骤如下：步骤一、成桩前的地面作业：具体工作包含施工场地整平、桩位布置、各类设备材料的准备及进场；步骤二、电解能量桩成桩作业：A）预制圆管桩施工：钢筋混凝土材质的预制圆管桩底端连接十字形的桩尖电极，采用静压法在液化砂土地基中成桩，单段桩长3~5m，内径500~1200mm，壁厚50~120mm，不同段采用焊接方式连接，成桩后总长18~25m；B）桩芯安装：在预制圆管桩成桩后，在其孔洞内由外向内依次安装塑料套管、棒芯，所述的塑料套管外侧已通过导热管限位器缠绕螺旋导热管；所述的棒芯为木棒或塑料棒，不同段棒芯通过连接头和连接凹槽螺旋拧紧连接，导线可通过棒芯中间的导线预留孔连接底部内含电路的特殊连接头，同样通过螺旋拧紧方式进而连接桩尖电极为其电解供电；C）桩体顶端处理：电解能量桩顶端通过现浇的钢筋混凝土垫板连接保温钢套筒以及土工格栅；步骤三、电解碎石桩成桩作业：电解碎石桩的施工与电解能量桩的施工同步进行，桩心间距3~5m，采用“回”字形布置在电解能量桩周围；电解碎石桩采用振冲法在液化砂土地基中施工，在其底部预埋饱和度传感器、石墨电极，并通过导线连至地表；电解碎石桩的桩长8~12m，桩体直径500~800mm；步骤四、地表整平及串联系统当步骤二、三结束后，在地基表面自下而上铺设土工格栅和褥垫层，电解能量桩中的螺旋导热管通过保温钢套筒进入保温管线系统，并与智能控制系统连接；电解碎石桩中的导线通过管道进入保温管线系统，并与智能控制系统连接；步骤五、后续电解抗液化处理：所述的智能控制系统内含水泵、电源、电解监测系统，每周需对桩尖电极进行至少三次通电电解，单次电解时长T≥1h，此外当某一区域的饱和度传感器监测到地基饱和度S≥95%时，自动对该区域石墨电极进行通电电解，直至S＜95%。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有的优点如下：本专利技术通过将电解能量桩1、电解碎石桩2分别作为长短桩型复合地基中的“刚性长桩”、“柔性短桩”，结合土工格栅3网状结构，在提取利用浅层地热能的同时，复合地基的加固作用极大地提升了砂土地基8的地基承载力。
[0016]本专利技术中的长短桩复合地基的加固效果具体说明如下：（1）首先可从静荷载加固角度理解，其加固效果一般情况下小于全长桩布置复合地基、大于全短桩布置复合地基，主要体现在“刚性长桩”依托较大的侧摩阻力传递大部分上部荷载，“柔性短桩”发挥浅部地基承载补强作用，“网”则起到协调长、短桩之间受力、变形的作用，最终形成了“长短桩
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网”的复合承载体系；较之全长桩布置复合地基，其在保障地基足够承载力、刚度的前提下，极大地节约了成本，较之全短桩布置复合地基，其显著提升了地基的承载力和刚度。
[0017]（2）其次可从动荷载加固角度理解，由于现有相关理论及研究成果已经证明，通过降低地基饱和度的方式可显著提升其所具备的抗液化强度，而本专利技术中的长桩和短桩均具备电解减饱和功能，这将有效保障能量桩及复合地基上部结构在地震动荷载作用下的安全及正常工作。
[0018]本专利技术利用电解能量桩1的桩尖电极106、电解碎石桩2的石墨电极202对砂土地基8中的孔隙水进行电解减饱和处理，较之传统的土加固抗液化法更加的绿色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预制电解能量桩复合地基，其特征在于，所述的复合地基为长短桩
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网复合地基，长桩为电解能量桩（1），短桩为电解碎石桩（2），长桩为方形阵列，相邻两个长桩之间设置有短桩，方形阵列的四个长桩中心设置有短桩，长桩与短桩的上方为网，网为土工格栅（3），所述的电解能量桩（1）由棒芯（101）、塑料套管（102）、螺旋导热管（103）、导热管限位器（104）、预制圆管桩（105）、桩尖电极（106）、垫板（107）、保温钢套筒（108）组成，所述的棒芯（101）内含导线预留孔（1011）、连接头（1012）、连接凹槽（1013），所述的电解碎石桩（2）由碎石填料（201）、石墨电极（202）、饱和度传感器（203）组成。2.根据权利要求1所述的一种预制电解能量桩复合地基，其特征在于，所述电解能量桩（1）底端最下方为桩尖电极（106），桩身为预制圆管桩（105），预制圆管桩（105）内设置有棒芯（101），棒芯（101）外套设塑料套管（102），塑料套管（102）上通过导热管限位器（104）设置有螺旋导热管（103），棒芯（101）内部中心开设有导线预留孔（1011），棒芯（101）底端为连接头（1012），上方为连接凹槽（1013），所述连接头（1012）与连接凹槽（1013）螺纹配合，电解能量桩（1）桩身与网之间设置有垫板（107），垫板（107）上方为设置在网内的保温钢套筒（108）。3.根据权利要求2所述的一种预制电解能量桩复合地基，其特征在于，所述电解碎石桩（2）由碎石填料（201）组成，中心设置有石墨电极（202），底端设置有饱和度传感器（203）。4.根据权利要求3所述的一种预制电解能量桩复合地基，其特征在于，所述的桩尖电极（106）为十字形，为钢材质或钨铜合金。5.根据权利要求1所述的一种预制电解能量桩复合地基及其施工方法，其特征在于，所述的垫板（107）为钢筋混凝土现浇构件，外轮廓为长方体状，长度2~2.5m，宽度1.5~2m，厚度500~800mm，内侧设有直径上小下大的预留圆柱孔，所述的螺旋导热管（103）随塑料套管（102）从垫板（107）的预留孔竖向提出并实现更换。6.一种预制电解能量桩复合地基的施工方法，其特征在于，该复合地基的...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯义，张海，高志宏，喻忠，蒋清国，雷永生，王洪波，张碧文，相旭，沈欣，刘翠清，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：