Электрическим способом закрепляют грунты

Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник , страница 75

9. 3. 2 Электрические методы закрепления грунтов

Электрические способы технической мелиорации грунтов основаны на особенностях электрических свойств твёрдой и жидкой фазы грунта. В грунтах, представляющих собой систему «вода — минеральные частицы грунта», вода несёт положительный заряд, а частицы твёрдого вещества — отрицательный. На граничных поверхностях компонентов сосредотачиваются одинаковые заряды противоположного знака. Они группируются в два слоя ионов, образующих вокруг частицы грунта нейтральную оболочку. Таким образом, вся система «вода — твердое вещество» оказывается электрически нейтральной. Полярность твёрдой и жидкой фаз проявляется лишь тогда, когда на эту систему накладывается электрическое поле, возникающее между двумя электродами, подключенными к источнику постоянного тока. В результате подвижная поровая вода, как носитель положительных зарядов движется по направлению к отрицательному электроду (катоду). Кроме того, в глинистых грунтах под воздействием постоянного электрического тока часть связанной воды переходит в свободную, что увеличивает эффективное сечение пор. В результате глины и суглинки легко отдают воду, а их водопроницаемость увеличивается в 10-100 раз. Одновременно, электрическое поле, создаваемое в водонасыщенных глинистых грунтах, вызывает эмиссию ионов из металла электродов. Эти катионы также могут вступать в соединения, которые приводят к стойкому упрочнению грунтов.

Рис. 9.19 Схема электрохимического закрепления грунтов (стрелками показано направление стабилизации грунта)

1- катод, 2 – анод, 3 — источник постоянного тока, 4 – фильтр, 5 — раствор химического вещества, 6 — вода.

Различают три способа электрического закрепления грунтов (рис. 9.19):

— закрепление грунтов с помощью эмиссии ионов металла (А1 3 -, F 2 -) из материалов электродов;

— закрепление с помощью растворов электролитов, вводимых в грунт через перфорированные трубчатые аноды (например, СаС1₂, FeCl₂, A1C1₃);

— закрепление с помощью затвердевающих водных растворов, вводимых в грунт через аноды или катоды (например, смолы, жидкое стекло).

В общем случае действие постоянного электрического тока на водонасыщенный глинистый грунт вызывает в нём электролиз, электроосмос, обменные реакции, образование и накопление новых химических соединений. При применении этих способов всегда необходимо оценивать влияние используемых средств на химико-минералогический состав пород. Ионный обмен в грунтах происходит в соответствии с катионообменным рядом: Na — K — , Ca 2- , Mg 2- , Fe 2- , Fe 3- , А1 3- . Каждый из этих катионов может быть вытеснен катионом, стоящим в этом ряду справа от него.

Электроосмос. Физическое явление электроосмотического обезвоживания используется в случае необходимости для осушения или временного закрепления сильносвязных и органических грунтов.

В качестве катодов при электроосмотическом осушении используются перфорированные трубы или иглофильтры, анодом служит простой металлический стержень. Расстояние между электродами принимается обычно равным от 3 до 10 м. Напряжение электрического поля принимается равным от 30 до 100 В на 1м расстояния между электродами. Разность потенциалов между электродами и возникающие под воздействием этой разности силы электрического поля создают условия для перемещения поровой воды от анода к катоду, из которого она откачивается.

Наряду с явлением электроосмоса в глинистых грунтах совершается электрофорез — движение коллоидов и мелких глинистых частиц к положительному полюсу. Кроме того, происходит изменение состава поверхностного слоя глинистых частиц вследствие замещения, входивших в него катионов катионами, поступающими от электродов. При длительном воздействии электрического тока на глинистый грунт протекающие в нём физико-химические процессы приводят к образованию необратимых соединений, которые упрочняют грунт.

Электрохимическое закрепление используют для тех же грунтов, что и электроосмос. Этот способ характеризуется более коренным изменением свойств грунтов. В этом случае в качестве катодов и анодов используются перфорированные трубы или иглофильтры. Через аноды в грунт подается специально подобранный электролит, активизирующий процессы ионного обмена в грунтах. Через грунт пропускают постоянный электрический ток, под воздействием которого резко возрастает процесс водоотдачи, увеличивается скорость фильтрации вводимых электролитов, возрастает интенсивность физико-химических процессов, приводящих к образованию в грунте нерастворимых соединений и необратимых коллоидов. Из катодов производят откачку воды.

Для применения электрохимических методов мелиорации грунтов требуется то же оборудование, что и для электроосмотического осушения. В то же время расстояние между электродами сокращается. Чтобы достичь более равномерного закрепления грунтов между электродами, направление движения постоянного тока через определенный период времени изменяют на противоположное. Соответственно катоды и аноды меняются местами.

Электросиликатизация заключается в том, что через погруженные в грунт перфорированные аноды заливают последовательно растворы силиката натрия и хлористого кальция, которые под действием постоянного электротока активно перемещаются в направлении катодов. Расстояния между электродами при электросиликатизации принимаются от 0,6 до 1,0 м. При закреплении грунтов жидким стеклом или смолами ионный обмен играет подчиненную роль. Эффективность этого способа зависит, прежде всего, от условий перемещения закрепляющих реагентов в грунте. Электросиликатизацией с успехом можно закреплять водонысыщенные глинистые грунты, где использование обычной силикатизации из-за малой проницаемости грунтов не возможно. В то же время для электросиликатизации характерна существенная неравномерность прочностных показателей закреплённых грунтов, так как лучшее закрепление отмечается в анодной зоне.

АлтГТУ 419
АлтГУ 113
АмПГУ 296
АГТУ 267
БИТТУ 794
БГТУ «Военмех» 1191
БГМУ 172
БГТУ 603
БГУ 155
БГУИР 391
БелГУТ 4908
БГЭУ 963
БНТУ 1070
БТЭУ ПК 689
БрГУ 179
ВНТУ 120
ВГУЭС 426
ВлГУ 645
ВМедА 611
ВолгГТУ 235
ВНУ им. Даля 166
ВЗФЭИ 245
ВятГСХА 101
ВятГГУ 139
ВятГУ 559
ГГДСК 171
ГомГМК 501
ГГМУ 1966
ГГТУ им. Сухого 4467
ГГУ им. Скорины 1590
ГМА им. Макарова 299
ДГПУ 159
ДальГАУ 279
ДВГГУ 134
ДВГМУ 408
ДВГТУ 936
ДВГУПС 305
ДВФУ 949
ДонГТУ 498
ДИТМ МНТУ 109
ИвГМА 488
ИГХТУ 131
ИжГТУ 145
КемГППК 171
КемГУ 508
КГМТУ 270
КировАТ 147
КГКСЭП 407
КГТА им. Дегтярева 174
КнАГТУ 2910
КрасГАУ 345
КрасГМУ 629
КГПУ им. Астафьева 133
КГТУ (СФУ) 567
КГТЭИ (СФУ) 112
КПК №2 177
КубГТУ 138
КубГУ 109
КузГПА 182
КузГТУ 789
МГТУ им. Носова 369
МГЭУ им. Сахарова 232
МГЭК 249
МГПУ 165
МАИ 144
МАДИ 151
МГИУ 1179
МГОУ 121
МГСУ 331
МГУ 273
МГУКИ 101
МГУПИ 225
МГУПС (МИИТ) 637
МГУТУ 122
МТУСИ 179
ХАИ 656
ТПУ 455
НИУ МЭИ 640
НМСУ «Горный» 1701
ХПИ 1534
НТУУ «КПИ» 213
НУК им. Макарова 543
НВ 1001
НГАВТ 362
НГАУ 411
НГАСУ 817
НГМУ 665
НГПУ 214
НГТУ 4610
НГУ 1993
НГУЭУ 499
НИИ 201
ОмГТУ 302
ОмГУПС 230
СПбПК №4 115
ПГУПС 2489
ПГПУ им. Короленко 296
ПНТУ им. Кондратюка 120
РАНХиГС 190
РОАТ МИИТ 608
РТА 245
РГГМУ 117
РГПУ им. Герцена 123
РГППУ 142
РГСУ 162
«МАТИ» — РГТУ 121
РГУНиГ 260
РЭУ им. Плеханова 123
РГАТУ им. Соловьёва 219
РязГМУ 125
РГРТУ 666
СамГТУ 131
СПбГАСУ 315
ИНЖЭКОН 328
СПбГИПСР 136
СПбГЛТУ им. Кирова 227
СПбГМТУ 143
СПбГПМУ 146
СПбГПУ 1599
СПбГТИ (ТУ) 293
СПбГТУРП 236
СПбГУ 578
ГУАП 524
СПбГУНиПТ 291
СПбГУПТД 438
СПбГУСЭ 226
СПбГУТ 194
СПГУТД 151
СПбГУЭФ 145
СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
ПИМаш 247
НИУ ИТМО 531
СГТУ им. Гагарина 114
СахГУ 278
СЗТУ 484
СибАГС 249
СибГАУ 462
СибГИУ 1654
СибГТУ 946
СГУПС 1473
СибГУТИ 2083
СибУПК 377
СФУ 2424
СНАУ 567
СумГУ 768
ТРТУ 149
ТОГУ 551
ТГЭУ 325
ТГУ (Томск) 276
ТГПУ 181
ТулГУ 553
УкрГАЖТ 234
УлГТУ 536
УИПКПРО 123
УрГПУ 195
УГТУ-УПИ 758
УГНТУ 570
УГТУ 134
ХГАЭП 138
ХГАФК 110
ХНАГХ 407
ХНУВД 512
ХНУ им. Каразина 305
ХНУРЭ 325
ХНЭУ 495
ЦПУ 157
ЧитГУ 220
ЮУрГУ 309

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Электрические методы закрепления грунтов

Рис. 9.19 Схема электрохимического закрепления грунтов (стрелками показано направление стабилизации грунта) 1- катод, 2 – анод, 3 — источник постоянного тока, 4 – фильтр, 5 — раствор химического вещества, 6 — вода.

Различают три способа электрического закрепления грунтов (рис. 9.19):

— закрепление грунтов с помощью эмиссии ионов металла (А1 3 -, F 2 -) из материалов электродов;

Электроосмос.Физическое явление электроосмотического обезвоживания используется в случае необходимости для осушения или временного закрепления сильносвязных и органических грунтов.

Электрохимическое закреплениеиспользуют для тех же грунтов, что и электроосмос. Этот способ характеризуется более коренным изменением свойств грунтов. В этом случае в качестве катодов и анодов используются перфорированные трубы или иглофильтры. Через аноды в грунт подается специально подобранный электролит, активизирующий процессы ионного обмена в грунтах. Через грунт пропускают постоянный электрический ток, под воздействием которого резко возрастает процесс водоотдачи, увеличивается скорость фильтрации вводимых электролитов, возрастает интенсивность физико-химических процессов, приводящих к образованию в грунте нерастворимых соединений и необратимых коллоидов. Из катодов производят откачку воды.

Электросиликатизациязаключается в том, что через погруженные в грунт перфорированные аноды заливают последовательно растворы силиката натрия и хлористого кальция, которые под действием постоянного электротока активно перемещаются в направлении катодов. Расстояния между электродами при электросиликатизации принимаются от 0,6 до 1,0 м. При закреплении грунтов жидким стеклом или смолами ионный обмен играет подчиненную роль. Эффективность этого способа зависит, прежде всего, от условий перемещения закрепляющих реагентов в грунте. Электросиликатизацией с успехом можно закреплять водонысыщенные глинистые грунты, где использование обычной силикатизации из-за малой проницаемости грунтов не возможно. В то же время для электросиликатизации характерна существенная неравномерность прочностных показателей закреплённых грунтов, так как лучшее закрепление отмечается в анодной зоне.

Опыт показывает, что для качественного закрепления на каждый кубометр глинистого грунта необходимо затратить от 30 до 60 кВт٠час электроэнергии. При этом электрообработка должна вестись круглосуточно не менее 10-15 суток.

Общими недостатками всех методов электрического закрепления грунтов являются существенные энергетические затраты, использование дополнительного оборудования (источники тока, насосы для откачки катодной воды, электроды) и соблюдение особых правил техники безопасности.

Источник