中心對稱電滲電極裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種中心對稱電滲電極裝置，中心對稱電滲電極裝置包括低壓直流電源和陽極工件，所述低壓直流電源的正極通過導(dǎo)線與陽極工件連接，所述低壓直流電源的負(fù)極通過導(dǎo)線與鋼圓筒連接，陽極工件以鋼圓筒中心軸為中心，在鋼圓筒的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)形成陽極工件的圓形陣列，即陽極工件沿鋼圓筒的圓周進(jìn)行均勻分布，本實用新型的中心對稱電滲電極裝置以土為導(dǎo)電介質(zhì)，打開低壓直流電源和開關(guān)后，可以在地基土中實現(xiàn)電滲，使得土中水體向陰極匯集，改變大直徑鋼圓筒附近土體的物理力學(xué)性質(zhì)，減小鋼圓筒與土體間的摩阻力，提高鋼圓筒上拔效率。
【專利說明】
中心對稱電滲電極裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于港口和海洋工程中海上人工島或碼頭的護(hù)岸結(jié)構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域， 具體來說涉及一種中心對稱電滲電極裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 大直徑鋼圓筒在港口和海洋工程中被廣泛采用，比較典型的應(yīng)用是大直徑圓筒護(hù) 岸結(jié)構(gòu)。大直徑圓筒結(jié)構(gòu)于二十世紀(jì)四十年代始創(chuàng)于法國。在1947年~1949年間，法國的勒 阿弗爾港首先用9m直徑的圓筒設(shè)計和建造了長度為308m的帕斯基耶愛爾曼碼頭。從六十年 代末到七十年代初，用大直徑圓筒建造碼頭和防波堤，多采用裝配式薄殼構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力構(gòu) 件，馬賽一弗斯港便是其中最明顯的實例。另外，1970年在法國拉一帕利斯港用直徑為11m 的雙圓筒結(jié)構(gòu)建成l〇〇〇m長的碼頭，它使得在單筒直徑不大的情況下，能保證建筑物有較高 的穩(wěn)定性。在其他國家，大直徑圓筒結(jié)構(gòu)也得到了廣泛應(yīng)用。前蘇聯(lián)在1965年開始采用大直 徑圓筒結(jié)構(gòu)建造碼頭，1969年在前蘇聯(lián)阿斯特拉罕建成的一座外接圓直徑為7.5m的正多邊 形碼頭，減少了對大型起重設(shè)備的使用和依賴，使得這種豎向裝配式結(jié)構(gòu)在建設(shè)實踐中具 有了更強(qiáng)的生命力。
[0003] 二十世紀(jì)八十年代初期，大直徑鋼圓筒作為一種護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式被引入我國。大直 徑鋼圓筒在岸壁工程中可以直接插入軟土地基中，避免了地基土體的大開挖或采用特殊的 地基加固處理，而且能充分發(fā)揮地基對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定作用，在鋼圓筒沉設(shè)完畢后結(jié)構(gòu)自身即 可滿足穩(wěn)定的要求，可作為后方陸域形成的圍堰而不需專門修建臨時圍堰或接岸結(jié)構(gòu)。因 此，在某些特定的地質(zhì)條件下，該結(jié)構(gòu)在工期及造價上比其它傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式具有較大的優(yōu) 勢。舉世矚目的港珠澳大橋工程，在海上人工島的建造過程中，采用了直徑20多米的鋼圓筒 作為護(hù)岸結(jié)構(gòu)。
[0004] 欲將大直徑鋼圓筒插入軟土地基中，需采用相應(yīng)的下沉工藝。下沉工藝主要有重 力壓沉法和振動下沉法。重力壓沉法就是利用自重和外加荷載將大直徑圓筒壓沉至設(shè)計高 程，外加荷載可以是水箱壓載、抽真空產(chǎn)生的荷載、或者兩者同時作用，也可以輔以水沖、開 挖等技術(shù)手段。振動下沉方法根據(jù)振動錘動力源的不同又分為電動和液壓兩種不同振動 錘，電動振動錘依靠電機(jī)帶動不能進(jìn)行水下作業(yè)，對施工環(huán)境要求較高。液壓振動錘不但可 以進(jìn)行水下作業(yè)，而且動力功率配置也比電動錘強(qiáng)勁。在某些情況下，大直徑鋼圓筒僅作為 一種短期的護(hù)岸結(jié)構(gòu)使用，在服役一段時間和外側(cè)其他護(hù)岸結(jié)構(gòu)形成后，出于經(jīng)濟(jì)環(huán)保等 方面的考慮，常常需要將其移走，因此，原來下沉的鋼圓筒需要進(jìn)行上拔施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種中心對稱電滲電極裝置，該 中心對稱電滲電極裝置以土中大直徑鋼圓筒為陰極，以均布在鋼圓筒的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)的 陽極工件為陽極，陰極以導(dǎo)線連接低壓直流電源負(fù)極，陽極連接低壓直流電源正極，在鋼圓 筒上拔之前，利用電滲作用將土中水體向陰極鋼圓筒處匯集，從而減小鋼圓筒與土體間的 摩阻力。
[0006] 本實用新型的目的是通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。
[0007] -種中心對稱電滲電極裝置，包括低壓直流電源和陽極工件，所述低壓直流電源 的正極通過導(dǎo)線與陽極工件連接，所述低壓直流電源的負(fù)極通過導(dǎo)線與鋼圓筒連接，陽極 工件以鋼圓筒中心軸為中心，在鋼圓筒的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)形成陽極工件的圓形陣列，即陽極 工件沿鋼圓筒的圓周進(jìn)行均勻分布。
[0008] 在上述技術(shù)方案中，所述陽極工件以鋼圓筒中心軸為中心，在鋼圓筒的外側(cè)和內(nèi) 側(cè)形成陽極工件的圓形陣列，即陽極工件沿鋼圓筒的圓周進(jìn)行均勻分布。
[0009] 在上述技術(shù)方案中，所述陽極工件與鋼圓筒外壁距離為2-10m，優(yōu)選為2-6m。
[0010] 在上述技術(shù)方案中，所述低壓直流電源與鋼圓筒和陽極工件之間的導(dǎo)線上均設(shè)有 開關(guān)，用于接通或斷開低壓直流電源與鋼圓筒和陽極工件之間的連接。
[0011] 在上述技術(shù)方案中，所述低壓直流電源的電壓為6伏-36伏。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述陽極工件插入土中深度與鋼圓筒插入土中深度的差的絕 對值小于鋼圓筒插入土中深度值的30%。
[0013] 在上述技術(shù)方案中，所述陽極工件和鋼圓筒的長度相同，陽極工件插入土中深度 與鋼圓筒插入土中深度相同。
[0014] 在上述技術(shù)方案中，所述陽極工件并聯(lián)在一根環(huán)狀的導(dǎo)線上，所述環(huán)狀的導(dǎo)線與 低壓直流電源的正極相連。
[0015] 在上述技術(shù)方案中，所述低壓直流電源的正極通過導(dǎo)線與陽極工件連接，其中，一 個陽極工件通過一根導(dǎo)線與低壓直流電源連接。
[0016] 用上述中心對稱電滲電極裝置進(jìn)行電滲減小大直徑鋼圓筒上拔阻力的方法，按照 下述步驟進(jìn)行：
[0017] 步驟1，將所述陽極工件以鋼圓筒中心軸為中心，在鋼圓筒的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)打設(shè) 形成陽極工件的圓形陣列，即陽極工件沿鋼圓筒的圓周進(jìn)行均勻分布；
[0018] 在步驟1中，采用靜壓或振動下沉方法打設(shè)陽極工件。
[0019] 在步驟1中，在鋼圓筒的外側(cè)和內(nèi)側(cè)均打設(shè)形成陽極工件的圓形陣列。
[0020] 步驟2,將低壓直流電源的正極通過導(dǎo)線與陽極工件連接，將所述低壓直流電源的 負(fù)極通過導(dǎo)線與鋼圓筒連接，通以直流電后，以使鋼圓筒和陽極工件之間的土中水聚集在 鋼圓筒的外壁周圍；
[0021 ] 在步驟2中，用環(huán)氧樹脂對步驟2中的連接處進(jìn)行防腐蝕處理。
[0022]在步驟2中，將所述陽極工件并聯(lián)在一根環(huán)狀的導(dǎo)線上，將所述環(huán)狀的導(dǎo)線與低壓 直流電源的正極相連。
[0023]在步驟2中，將所述低壓直流電源的正極通過導(dǎo)線與陽極工件連接，其中，一個陽 極工件通過一根導(dǎo)線與低壓直流電源連接。
[0024] 步驟3,接通低壓直流電源，持續(xù)10分鐘至120分鐘后，切斷低壓直流電源，移除導(dǎo) 線；
[0025] 在步驟3中，接通低壓直流電源，持續(xù)20分鐘至60分鐘后，切斷低壓直流電源。
[0026] 步驟4，上拔鋼圓筒，上拔陽極工件。
[0027] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的中心對稱電滲電極裝置以土為導(dǎo)電介質(zhì)，打開低 壓直流電源和開關(guān)后，可以在在地基土中實現(xiàn)電滲，使得土中水體向陰極匯集，改變大直徑 鋼圓筒附近土體的物理力學(xué)性質(zhì)，減小鋼圓筒與土體間的摩阻力，提高鋼圓筒上拔效率。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本實用新型的中心對稱電滲電極裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖2為本實用新型的中心對稱電滲電極裝置的俯視圖；
[0030] 圖3為本實用新型的中心對稱電滲電極裝置的剖視圖；
[0031]圖4為模型槽的俯視圖；
[0032]圖5為模型槽的側(cè)視圖；
[0033]圖6為鋼圓筒入土深度為5cm時電流密度一摩阻力關(guān)系曲線；
[0034]圖7為鋼圓筒入土深度為10cm時電流密度一摩阻力關(guān)系曲線。
[0035] 其中，1為低壓直流電源，2為陽極工件，3為鋼圓筒，4為導(dǎo)線，5為開關(guān)，6為模型槽 的長，7為模型槽的寬，8為模型槽的高。
【具體實施方式】
[0036] 大直徑鋼圓筒自身重量很大，因此其上拔施工較下沉施工更為困難，一般采用動 力更為強(qiáng)勁的液壓振動錘。鋼圓筒上拔過程中的阻力主要是圓筒側(cè)壁與地基土間的摩擦力 (摩擦阻力）和重力。重力無法改變，因此減小上拔阻力的主要途徑是減少圓筒側(cè)壁與地基 土間的摩擦力。土是固一液一氣三相分散系。土的固相即土顆粒，其表面通常帶有負(fù)電荷， 在外加電場作用下，向電勢高處運動，此現(xiàn)象稱為電泳;土的液相即土中水，它極易和被溶 解的物質(zhì)如水中的陽離子結(jié)合成水化陽離子，在外加電場作用下，向電勢低處運動，此現(xiàn)象 稱為電滲。電滲使得土中水分發(fā)生迀移，從而改變土體的物理力學(xué)性質(zhì)，本實用新型正式利 用這個原理減小鋼圓筒與土體間的摩阻力。
[0037] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的中心對稱電滲電極裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。 [0038] 如圖1-3所不，一種中心對稱電滲電極裝置，包括低壓直流電源1和16根豎直的陽 極工件2,陽極工件以鋼圓筒3中心軸為中心，在鋼圓筒的外側(cè)和內(nèi)側(cè)打設(shè)形成陽極工件的 圓形陣列（內(nèi)側(cè)和外側(cè)陽極工件的數(shù)量相同，各8根），即陽極工件沿鋼圓筒的圓周進(jìn)行均勻 分布。其中，每8根陽極工件并聯(lián)在一根環(huán)狀的導(dǎo)線上，環(huán)狀的導(dǎo)線與低壓直流電源的正極 相連，低壓直流電源的負(fù)極通過導(dǎo)線與鋼圓筒焊接連接，陽極工件為鋼筋或鋼管，陽極工件 和鋼圓筒的長度相同，陽極工件插入土中深度與鋼圓筒插入土中深度相同。低壓直流電源 與鋼圓筒和陽極工件之間的導(dǎo)線4上均設(shè)有開關(guān)5。在外加電場和電流作用下，土中的水向 電勢低處運動，進(jìn)行電滲。電滲使得土中水分發(fā)生迀移，從而改變鋼圓筒周圍土體的物理力 學(xué)性質(zhì)，減小鋼圓筒與土體間的摩阻力。
[0039] 根據(jù)本實用新型的中心對稱電滲電極裝置，本實用新型的實施例中進(jìn)行了室內(nèi)模 型試驗來測試其效果，所用到的儀器設(shè)備如下：加工的鋼圓筒(直徑220毫米，高397毫米）、 長方體形的模型槽(如圖4、5所示，其長5為500毫米、寬7為360毫米、高8為507毫米）；尼龍絕 緣連接件;低壓直流電源(PS-305D直流穩(wěn)壓電源）；4根鋼筋(直徑φ 長35cm);多股式 導(dǎo)線。
[0040] 室內(nèi)模型試驗實施例1
[0041] (1)裝樣:將試驗用土 (在本實用新型的實施例中，實驗用土采自軟土地基)裝入模 型槽內(nèi)，厚度不小于25cm，裝好后盡量整平土樣表面；
[0042] (2)連接試驗設(shè)備:將加工的鋼圓筒通過尼龍絕緣連接件與試驗機(jī)(島津電子萬能 試驗機(jī))連接，其中，鋼圓筒安裝在尼龍絕緣連接件的下端，在試驗機(jī)的測試平臺上鋪設(shè)塑 料布，將模型槽放置在塑料布上，使模型槽的中心與其上方的鋼圓筒中心正對;開動試驗 機(jī)，試驗機(jī)(鋼圓筒不通電的情況下）以l〇mm/min的速率將鋼圓筒壓入模型槽中的土樣內(nèi) 5cm，拔起鋼圓筒，對鋼圓筒拔出過程的摩擦阻力（貫入力)進(jìn)行測量。重新整平土樣，試驗機(jī) (鋼圓筒不通電的情況下)再次以l〇mm/min的速率將鋼圓筒壓入模型槽中的土樣內(nèi)5cm。
[0043] (3)達(dá)到預(yù)定的入土深度后，按照本實用新型的方法打設(shè)鋼筋、連接通電線路，具 體步驟如下：
[0044] 步驟1，在土中，在鋼圓筒的內(nèi)側(cè)以鋼圓筒的中心軸為中心徑向均勻打設(shè)4根鋼筋， 鋼筋與鋼圓筒外壁距離4cm、入土 4cm;
[0045] 步驟2,連接通電線路:將4根鋼筋并聯(lián)在一根環(huán)狀的導(dǎo)線上，將該環(huán)狀的導(dǎo)線與低 壓直流電源的正極電連接，用于使鋼筋的表面帶正電荷;將低壓直流電源的負(fù)極通過導(dǎo)線 與鋼圓筒焊接連接，用于使鋼圓筒的表面帶負(fù)電荷，以使鋼圓筒和鋼筋之間的土中水聚集 在鋼圓筒的外壁周圍;連接后，用環(huán)氧樹脂對焊接連接處進(jìn)行防腐蝕處理。
[0046] 步驟3,在穩(wěn)定電壓的情況下接通低壓直流電源，持續(xù)10分鐘，切斷低壓直流電源， 拔起鋼圓筒，對鋼圓筒拔出過程的摩擦阻力進(jìn)行測量。
[0047] 按照上述方法，對不同電流大小下的鋼圓筒拔出過程中的摩擦阻力進(jìn)行測量。 [0048]步驟4，上拔鋼圓筒，上拔鋼筋。
[0049] 室內(nèi)模型試驗實施例2
[0050] 相比于室內(nèi)模型試驗實施例1，室內(nèi)模型試驗實施例2除了鋼圓筒壓入模型槽中的 土樣內(nèi)的深度不同之外，其余均相同，在室內(nèi)模型試驗實施例2中鋼圓筒壓入模型槽中的土 樣內(nèi)10cm。
[0051] 本實用新型的模型試驗實施例中根據(jù)鋼圓筒最終入土深度的不同進(jìn)行了兩種情 況下的試驗:第一種情況下鋼圓筒最終入土深度(鋼圓筒底端和土表面的距離)為5cm、第二 種情況下鋼圓筒最終入土深度為l〇cm，每種情況均對不同電流密度大小時鋼圓筒的側(cè)壁摩 阻力（貫入力）進(jìn)行測量，如圖6-7。由圖可得，在鋼圓筒壓入模型槽中的土樣內(nèi)5cm的情況 下，當(dāng)電流密度為140(A/m 2)時，單位面積摩擦阻力為lkPa，而在沒有通電的情況下，其單位 面積摩擦阻力為6kPa。在鋼圓筒壓入模型槽中的土樣內(nèi)10cm的情況下，當(dāng)電流密度為70(A/ m 2)時，單位面積摩擦阻力為〇.3kPa，而在沒有通電的情況下，其單位面積摩擦阻力為7kPa。 由此可知，單位面積的摩阻力隨電流密度的增加而減小，即在通電后，本實用新型的中心對 稱電滲電極裝置可減小鋼圓筒與土體間的摩阻力，進(jìn)而提高鋼圓筒上拔效率。
[0052] 根據(jù)上述室內(nèi)模型試驗結(jié)合本實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行中試，同樣表現(xiàn)出與模擬 試驗相同的技術(shù)效果。
[0053] 以上對本實用新型做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本實用新型的核 心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等 同替換均落入本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，包括低壓直流電源和陽極工件，所述低壓 直流電源的正極通過導(dǎo)線與陽極工件連接，所述低壓直流電源的負(fù)極通過導(dǎo)線與鋼圓筒連 接，陽極工件以鋼圓筒中心軸為中心，在鋼圓筒的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)形成陽極工件的圓形陣 列，其中，陽極工件沿鋼圓筒的圓周進(jìn)行均勻分布。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述陽極工件以鋼圓筒 中心軸為中心，在鋼圓筒的外側(cè)和內(nèi)側(cè)形成陽極工件的圓形陣列，陽極工件沿鋼圓筒的圓 周進(jìn)行均勻分布。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述陽極工件與鋼圓筒 外壁距離為2-10m。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述陽極工件與鋼圓筒 外壁距離為2-6m。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述低壓直流電源與鋼 圓筒和陽極工件之間的導(dǎo)線上均設(shè)有開關(guān)，用于接通或斷開低壓直流電源與鋼圓筒和陽極 工件之間的連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述低壓直流電源的電 壓為6伏-36伏。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述陽極工件插入土中 深度與鋼圓筒插入土中深度的差的絕對值小于鋼圓筒插入土中深度值的30%。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述陽極工件和鋼圓筒 的長度相同，陽極工件插入土中深度與鋼圓筒插入土中深度相同。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述陽極工件并聯(lián)在一 根環(huán)狀的導(dǎo)線上，所述環(huán)狀的導(dǎo)線與低壓直流電源的正極相連。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中心對稱電滲電極裝置，其特征在于，所述低壓直流電源的 正極通過導(dǎo)線與陽極工件連接，其中，一個陽極工件通過一根導(dǎo)線與低壓直流電源連接。
【文檔編號】E02D3/11GK205475196SQ201620185160
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】曹永華, 葉國良, 李勇, 李一勇, 尹長權(quán), 郭玉彬, 寇曉強(qiáng), 梁愛華, 諸葛愛軍, 侯晉芳
【申請人】中交天津港灣工程研究院有限公司, 中交第航務(wù)工程局有限公司, 中交第一航務(wù)工程局有限公司, 天津港灣工程質(zhì)量檢測中心有限公司