电渗透防水防潮技术的工程应用文档格式.docx

1、（1. Dept. of National Defense Architecture Planning & Environmental Engineering，LEU，Chongqing 401311，China；2. China Railway Airport Construction Group Co. Ltd，Beijing 100093，China）Abstract Waterproofing in underground engineering has been a difficult problem for a long time. The traditional technolo

2、gyhas disadvantages of solving difficultly and recurring easily. Through engineering experimental research of electro osmosis at one depot，this paper firstly introduces electroosmosis technology and construction process in detail，then arranges electrodes and supplies pulse voltage force to reduce th

3、e project internal humidity and realize waterproofing by driving water to move to the engineering outward rock mass by means of the electric field. The engineering application shows that the electroosmosis waterproofing technology has obvious effect，low operating cost，and good popularizing prospect.

4、Keywords electroosmosis；waterproofing；underground engineering；construction technology防水防潮一直是地下工程维护管理中的难题，对工程内部机电设备运行、器材物资贮存以及人员工作生活造成严重危害和不利影响。长期以来，对渗漏的处理一直采用高压化学注浆等被动式方法，防水 效果和工程补救使用寿命受材料和施工等因素的制约，根治难，复发易，费用高。电渗透防水防潮技术利用电渗原理，控制水分子定向流动，从而使水分通过结构毛细孔排出，使地下 工程内部或结构内壁保持干燥状态，实现主动防水、防渗和除湿 1-2。本文选取某一洞库进行电渗

5、透防水 防潮技术工程试点研究，在工程内布置正负电极并施加脉冲电压，利用电场力迫使水分外移至工程外部 岩体。该工程应用实践表明，电渗透防水防潮技术效果明显、优势突出，使用安全、管理方便，综合费 用低。收稿日期：2013-03-28作者简介：沈小东，男，副教授，硕士，主要从事电气工程与自动控制研究。图 1 电渗现象及作用原理 Fig. 1 The electroosmosis phenomenon and its mechanism62后 勤 工 程 学 院 学 报2013 年1电渗透防水防潮技术简介电渗透防水防潮技术是一项用于混凝土防渗堵漏的全新技术。1807 年，德国 Reuss 教授发现在含

6、有毛细孔的结构中，液体会随着电流流动；1930 年，瑞士 Ernst 发现在含有毛细孔的结构中，正负极之间施加电荷使水发生移动的现象；1962 年，Fanke 经过实验研究，正式建立了电渗透理论3。在混凝土和砖石结构中，水分子可以通过多种方式渗透到结构内部。其中，最简单的方式是水利用自身重力或侧向压力，通过孔隙和各 种裂缝渗进结构内部；同时水分子也可以通过结构中的毛细孔渗透到结 构内部，且毛细孔直径越小，吸水活动越明显。在电场作用下，水分子会 沿着电势梯度方向，朝着负电极移动，水分子这种定向移动的现象便是 电渗4-5。电渗现象及作用原理如图 1 所示。利用低压正负脉冲电流，将 结构（如毛细孔、

7、裂缝）中的水分子电离，水分子移动的能量大于水的自 重力和结构中毛细孔虹吸作用力共同具有的能量，能承受高压水作用。 只要连续施加正负脉冲电流，结构内的水就会一直朝着负极一侧（结构 外侧）移动，形成一道密闭性防渗屏障，防止水或潮气渗进结构内部6-7。2工程试点洞库概况该洞库所在地年平均气温 14.6 ，年平均降雨量 1 038.8 mm；地下水主要为岩溶水、基岩裂隙水和孔隙水 3 大类，其主要补给来源为大气降水；夏季降水多，冬季降水少，具有典型的冬干夏湿特征8；洞库拱顶和内墙厚 250 mm，为混凝土加油毡、砂浆结构；地坪采用混凝土垫层，为一毡二油加 100 mm 混凝土面层结构；洞库单向开口。该

8、洞库修建于 1965 年，限于当时的设计标准和施工工艺，洞库内壁表面渗水严重，在多雨季节尤其突出，局部有流水现象。夏季洞库拱顶和内壁有冷凝水挂珠，地面有积水；洞库内部空气相对湿度大于 85，木箱发霉者约占总数的 40%，库存物资生锈发霉严重。先采用锯木灰、生石灰、木炭吸 湿，收效甚微；后采用除湿机除湿，夏秋季节每天运行 47 h，年运行成本约 120 万元，洞内湿度可控制在65%75%的水平。3工程施工情况3.1工程目的在理论研究和施工技术研究的基础上，选择该洞库进行电渗透防水防潮技术工程化应用研究，工程目的如下：1）验证洞库电渗透防水防潮技术在典型地区洞库的应用效果；2）评价应用效果，为工程

9、应用和技术优化积累经验；3）研究电渗透防水防潮技术用于洞库渗漏治理和潮湿控制改造工程的施工工艺与质量控制，为技术推广提出完善的标准施工工艺。3.2方案设计根据洞库形状、被覆层结构和实际渗漏潮湿情况，结合理论研究，提出该洞库电渗透防水防潮技术改造工程设计方案。考虑操作和检修方便，将电渗透脉冲发生装置安装在洞库防护门右侧内壁，从该装置 引出导线，连接正负两极。正极采用钛丝，布置于内拱顶和地面开挖的线槽内；负极采用铜棒，布设在被图 2 试验工程方案设计Fig. 2 The design of test project plan（a）正极导线布置立面示意（b）电渗透脉冲发生装置脉冲波形设置图 3 工程

10、关键参数确定Fig. 3 The determination of key electroosmosis parameters in waterproofing project第 4 期沈小东等 电渗透防水防潮技术的工程应用63覆层外的岩体中。为保证正负极导线的导电效果，在正极线槽和负极孔中注入导电砂浆。通过电渗透脉冲发生装置产生脉冲电压，在被覆层结 构内外产生电场，促进水向被覆层外移动，达到防水防潮的目的。具体 方案设计如图 2 所示。3.3 关键参数确定根据电渗透理论，依托某洞库实施电渗透防水防潮技术实际工程改造，确定影响其作用效果的关键参数。该洞库工程实践主要确定正极导 线间距和电渗透脉

11、冲发生装置发出的脉冲波形等参数。3.3.1 正极导线间距采用直径为 1.8 mm 的钛丝作为正极导线材料，在整个洞内围绕地面、壁面和拱顶切面呈螺旋式布置，中间不出现分叉、断点和接头，最后接于电渗透脉冲发生装置的正极输入端。综合作用效果、施工工艺和安装成本等因素考虑，该洞库工程试点中，相邻两根正极导线间距为 800 mm，即相邻两个正极导线槽中 心距为 800 mm，如图 3（a）所示。3.3.2波形参数电渗透脉冲发生装置发出的脉冲波形由正脉冲、负脉冲和零电平组成。其中，正脉冲起排水作用，作用时间长；负脉冲和零电平起缓冲作用，作用时间相对较短9-10。根据电渗透理论研究结果，正负脉冲峰值 为36

12、 V，其波形和周期如图 3（b）所示。3.4主要技术工艺与质量控制要点该工程试点采用的主要技术工艺包括基面处理、正极设置、负极设置和系统调试。3.4.1基面处理凿开潮湿的壁面和起壳、剥落及酥松的砂浆抹面等破坏部位，并清理干净。观察衬砌结构表面，对混凝土中较大的蜂窝、孔洞、破损和施工及变形裂缝等，渗水量大的应及时进行注浆修补（图 4（a）。3.4.2正极设置1）开槽。根据工程设计要求，在指定的位置开出线槽。用手持电动切割机在洞库壁面开槽，开槽深度和宽度皆为 20 mm，相邻两槽中心间距为 800 mm，线槽内应平直无明显凹凸（图 4（b）。2）清槽。开槽后，应对线槽进行清理。首先清理槽内砂浆和混

13、凝土碎块，再用水管出水冲洗，将细沙、尘土等细小颗粒物清理出槽，保持正极线槽内清洁无杂质（图 4（c）。3）布线。在线槽底部预铺 10 mm 厚的导电砂浆，将直径为 1.8 mm 的钛丝布置在线槽内。由于钛丝硬度较高，不易变形，因此采用水泥钉固定在槽内。为了确保洞库正极具有良好的导电性能，采用导电砂浆回填整个线槽，压实、拍紧导电砂浆，尽量避免因空洞或孔隙等引起钛丝和混凝土内壁接触不良，影响排 水效果（图 4（d）。3.4.3负极设置1）钻孔。按设计确定的负极位置和孔径，在洞库引洞中部两侧洞壁上采用机械方式钻孔（负极孔），钻孔深度达到方案设计要求（图 4（e）。（a）基面处理（b）正极开槽布置（c

14、）线槽清洗（d）正极布线（e）负极钻孔（f）负极埋设图 4 技术工艺环节Fig. 4 Steps of main technics642）清孔。采用高压水枪清洗负极孔，利用水的冲力将孔内混凝土碎块、尘土和其他杂质排除，冲洗完成后自然晾干或人工烘干。3）负极埋设。在负极孔内注入导电砂浆，将 1 200 mm 长的负极铜棒插进孔内（图 4（f）。铜棒紧靠洞 壁一端用导线与电渗透脉冲发生装置连通。为了防止铜棒和衬砌发生电接触，采用绝缘橡胶布在铜棒上 连续缠绕 300 mm 长。铜棒插入负极孔后，用导电砂浆将孔内空隙填实11。3.4.4系统调试利用示波器检查电渗透脉冲发生装置发出的脉冲波形与幅值是否符

15、合要求；测量两电极之间的电阻，排除两电极之间无短路的情况；将两电极分别与电渗透脉冲发生装置对应的接线端子相连；养护 15 d后通电工作。4效果评价通过 2 a 多的现场观察和数据监控，该工程取得了如下突出效果。1）较好地解决了渗漏潮湿问题。经过连续观察和监测，洞内湿度明显降低（尤其是雨季期间），平均湿度控制在 62%以下，洞库引洞部位内壁和拱顶表面无明显渗水，也无水膜和水珠，消除了金属防护门与机械设备的腐蚀和墙体霉变，为洞库创造了良好的物资储存和工作环境。2）极大地节约了运行维护费用。电渗透防水防潮系统无需维护。由于采用钛丝作为正极，能够有效防 止电极腐蚀；负极虽采用铜棒，但电渗透脉冲发生装置

16、与钛丝相连，等同于采取了正极保护措施，整个系统 使用寿命不低于 50 a12。2 a 多的用电监测数据表明，洞库内部单位面积年平均耗电量仅为 0.61 kWh，相对 于采用除湿机处理的做法，该工程运行费用大大降低。5结论地下工程中最常见且最难解决的问题，是如何使混凝土结构防水、防渗及防潮，提高结构使用的耐久性和内部环境的舒适性。地下工程渗漏问题反复发生，持续时间久，工程综合造价高，湿度控制难度大， 采用传统技术方法难以彻底根治。试点工程的应用情况表明，本文电渗透防水防潮技术具有如下特点：651）可使地下工程结构长期保持干燥，彻底解决水分渗漏问题；2）有效控制混凝土钢筋的腐蚀，防止钢筋锈胀损害，

17、增强混凝土结构的耐久性13；3）降低地下工程内部的空气湿度，防止机械、电气设备及物品受潮腐蚀，消除空气中霉菌等产生的异味，提高空气质量，改善使用环境；4）所用电渗透防水防潮系统耗电量少，安全可靠，运行成本低，使用寿命长。 电渗透防水防潮技术在地下工程中使用效果明显，且具有维护工作量小、运行费用低的突出特点。就重要地下工程而言，由于其对防渗等级和空气湿度控制要求高，应用该技术进行防水防潮处理，具有较 高的综合价值。致谢：本文得到中国中铁航空港建设集团有限公司基金资助（2009-S3-1）。参考文献1 Hock V F，Morefield S，McInerney M，et al. Control

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