电渗加固软土地基影响因素研究综述

项鹏飞，沈勇，裘一松，杨海平

（1.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311200；2.浙江潮远建设有限公司，浙江 杭州 311200；3.绍兴盈聚通建设有限公司，浙江 绍兴 312400）

1 引言

由于软黏土承载力低、压缩性大，在施工时遇到软土地基，往往需要对其进行加固。与目前常用的软黏土地基加固方法相比，电渗固结法具有噪音小、加固效果好、施工所需设备相对简单等优势，电渗固结法被认为是一种具有较好发展前景的软黏土加固方法。

关于电渗加固软土地基的影响因素，目前国内外学者已经进行了一些相关研究，包括电极材料[1-8]、阳极灌浆溶液[9-16]、通电方式[17-25]、土体的性质[26-30]等因素对电渗固结的影响。不过电渗影响因素众多，目前不少未被充分考虑与研究，因此，有必要根据现有文献对电渗加固软土地基影响因素的研究进行综述。

本文收集了现有国内外研究结果，梳理总结了各类电渗固结影响因素对电渗的影响，并对现有研究存在的不足进行分析，提出今后进一步研究的方向。

2 电渗固结法的评价参数

电渗固结法是在直流电的作用下，软黏土中的水分从阳极流向阴极，再从阴极排出，这一过程中伴随着许多复杂的化学反应和部分物理变化。评价电渗效果的参数主要包括：电流强度、有效电势差、排水量、平均能耗系数等。

①电流强度指电源作用于阳极和阴极之后，在土体中产生的电流。电流强度直接反映了电渗固结过程中电离子的迁移速度。

②有效电势差指扣除阳极和阴极界面电势差之后，直接作用在土体中的电势差，其中单位长度上的电势差称为电势梯度。有效电势差的大小决定了电渗的效率。

③排水量指电渗过程中从软黏土中排出的水量，是电渗效果直观的反应。

④平均能耗系数指电渗过程中排出单位体积水所消耗的电能，反映了电渗固结的能耗大小。

除了上述参数之外，评价电渗效果的参数还包括电渗后的土样抗剪强度、含水率、PH值、电阻率等。

3 研究现状

3.1 电极材料的影响

电极材料是电渗固结的重要组成部分，理论上能导电的铜、铁、铝等金属材料，石墨等非金属材料和EKG、EVD等新型材料都能作为电极材料。

综合文献[1-4]中的研究成果，发现不同的电极材料电渗的效率会有所不同，但是电渗的效率还与土体的类型、电势梯度的高低等因素有关，不同的电势差、不同的土质，最优的电极材料不一样，可能是铁、铜或者石墨，铝作为电极材料电渗效率始终不如铁、铜和石墨。综合文献[5-8]中的研究成果发现，新型材料EKG和EVD作为电极材料时，电渗效果表现和金属铜作为电极时相似，但新型材料可以有效避免电渗时阳极被严重腐蚀。

3.2 阳极灌浆的影响

阳极灌浆指在电势过程中，在阳极的附近灌相应的溶液，这能够有效提高电渗的效率、改善电渗的效果，包括降低阳极界面的电阻，提高电渗时土体的导电性、排水量和电渗后土体的抗剪强度。目前研究发现电渗时阳极灌Cacl2、Na2SiO3、AlCl3、FeCl3、KCl、Al2(SO4)3等溶液均能提高电渗效率，但是不同溶液提高的电渗的效率不同，相同溶液的不同浓度效果也不一样[9-17]。文献[10]中的研究表明，有时候多种溶液联合灌浆效果优于任何一种溶液；文献[13]中的研究表明，含Ca2+溶液的效果优于Al3+溶液。目前研究多为几种溶液电渗时阳极灌浆后效果的相互对比，尚未确定电渗时阳极灌浆的最佳溶液和最佳浓度。

3.3 通电方式的影响

电压大小、电势梯度、通断电时间比、阴阳极布置形式等通电方式的不同都是影响电渗效果的重要因素[17-25]。

文献[17]和文献[23]中通过模型试验，研究了改变电压后电渗的效果，研究表明，随着电渗的进行土样的电阻率会逐渐增大，此时逐渐增大电压可以提高电渗的效果，但较大的电压会导致电渗时排水的单位能耗提高。文献[18]和文献[25]中研究了电势梯度对电渗效果的影响，研究表明电势梯度越大，电渗效果越好，但是随着电渗的进行，大的电势梯度电势的衰减速率也会更快。文献[19]中研究了间歇性断电对电渗效果的影响，研究表明断电期间，软黏土中的水分会重新分布，不同的通断电时间比，效果不一样，但均对电渗效果有促进作用；此外间歇性通电也有利于保护电极，减轻阳极的腐蚀程度。文献[20]和文献[21]中研究了电渗时阳极、阴极的布置形式对电渗的影响，结果表明：平行错位式的电极布置形式综合效果优于长方形或梅花形的电极布置方式，同时每处阴极对应的阳极数量也会影响电渗的效率。文献[22]中研究了阴阳极之间的距离对电渗效果的影响，研究结果表明：阴阳极之间的距离较小时，电渗的综合效果优于阴阳极距离较大时。文献[25]中研究了电极反转对电渗的影响，研究结果表明：电极反转可以使电渗效果更加均匀，但是如果电渗翻转周期太短对电渗是不利的。

3.4 土体性质的影响

软黏土的种类、含砂率、含水率、PH值等都会影响电渗的效果[26-30]。文献[27]中研究表明：含砂率越高，电阻率越大，含砂率高的软黏土不适合用电渗固结法。文献[30]研究表明，含水率越大，单位排水的能耗越小，越有利于电渗。目前未见有相同条件下不同种类的软黏土电渗效果的研究。

3.5 其他因素的影响

还有一些其他因素也会影响电渗的效果，比如在电渗过程当中，软黏土会产生明显的裂缝，外部加压包括真空预压、强夯、堆载等都可以延缓裂缝的发展，从而提高电渗效率，在裂缝处注浆也可以一定程度上提高电渗效率[31-32]。

4 存在的不足及建议

①阳极灌浆对电渗影响的现有研究大多停留在若干种溶液对电渗效果的影响对比，未见有系统性的研究，也很少见有对土体微观变化的研究和相关化学变化的研究。因此，有必要对阳极灌浆溶液进行全面系统的研究，找出最优的灌浆溶液和溶液溶度，同时深入开展土体微观变化的研究和相关化学变化的研究。

②现有电渗加固软黏土的研究大多是针对于某一种软黏土，很少见有针对不同种类软黏土在相同条件下的电渗加固效果研究，因此有必要开展不同软黏土在相同条件下电渗效果的研究，并且进行宏观和微观的原理分析。

③现有对电渗加固软黏土的研究很少考虑环境因素的影响，比如温度就是一个很重要的影响因素，在低温环境下，电离子的迁移速度会减慢、电化学反应会变慢。因此有必要进行温度、湿度、大气压、地下水位等环境因素对电渗效果的定性和定量研究。

④电渗时有效电势差的大小决定了电渗的效率，阳极和阴极界面电势差会直接影响有效电势差的大小，目前有关减小阳极和阴极界面电势差的研究较少，需进一步研究。

5 结语

电渗固结法具有施工噪音小、深层土体加固效果好、设备简单等优势，适合在夜间配合其他软黏土加固方法一起使用，可以有效缩短工期，提高软黏土的加固效果，未来应用前景广阔。本文总结归纳了电渗固结法的评价参数、影响因素，同时给出了当前研究的不足与建议，为未来进一步深入研究电渗固结法提供思路。