Использование электрических методов для укрепления грунта основано на свойствах его твердой и жидкой фазы. Вода в почве несет положительный заряд, а твердые частицы – отрицательный, а система «вода-твердое вещество» представляет собой нейтральную среду. Их полярность проявляется при образовании электрического поля. Оно образуется между двумя электродами, подключенными к постоянному току. Так вода отправляется к отрицательному электроду, а твердые частицы – к положительному. Все это описывает электрический метод. Но существует еще один способ укрепления грунтов – электрохимический. О нем сегодня и пойдет речь. Главное его отличие – добавление в процесс химических веществ.
Что такое электрохимическое закрепление грунта 🔹
Метод основан на введении в почву химических растворов в определенных точках. Процесс сопровождается большими затратами электроэнергии. От электрического способа данную технологию отличает не только использование реагентов, но и результат в виде более серьезных изменений грунта.
Кроме осушения грунта наблюдают изменение физико-химических свойств. Например, повышается коэффициент трения, увеличивается удельное сцепление и сопротивление размокаемости.
Технологию применяют для глинистых и мелкопесчаных грунтов. Содержание пылеватых и глинистых частиц в таких почвах обычно больше 12-15% по массе.
Усиление грунта проводят путем длительной обработки с помощью постоянного электротока через электроды: отрицательные используются для заливания химических растворов, а положительные – для откачивания поступающей из почвы жидкости.
В каких случаях проводят электрохимическое закрепление грунта Обсуждаемый метод могут рекомендовать для повышения прочности грунтов в основании фундамента зданий из-за деформации или увеличения нагрузки. Также его применяют для улучшения несущей способности свайного фундамента.
Подготовительные работы
Проектную документацию по электрохимическому усилению составляют, основываясь на: ▪ геологических и гидрогеологических исследованиях укрепляемой территории; ▪ технической информации о постройках; ▪ результатах опытного закрепления почвы; ▪ технических требованиях к укрепляемому массиву.
Предварительные исследования состоят из отбора проб для лаборатории. Там определяют водопроницаемость грунта, прочность, водоустойчивость и удельное электрическое сопротивление.
Геологические изыскания представляют собой отбор проб грунта и подземных вод. В лаборатории изучают их химический состав, коэффициент фильтрации и удельного электрического сопротивления.
При этом проводят анализ гранулометрического состава почвы, изучают влажность, пористость, пластичность, размокаемость и сопротивление сдвигу.
На основе результатов исследований предоставляют следующие данные: ▪ план рабочей территории; ▪ каталог выработок с прописыванием глубины, координат и высотных отметок; ▪ инженерно-геологические продольные и поперечные профили; ▪ эскизы колонок; ▪ таблицы, графики с результатами анализов грунта и подземных вод.
Как проводят электрохимическое закрепление грунта 🔸
После забивания электродов в почву и пропускания электрического тока в них заливают химические реагенты. Вещества взаимодействуют друг с другом и с грунтовыми минералами. Таким образом меняется фазовое состояние грунта, улучшаются физико-механические свойства укрепляемого массива.
Эффективность процедуры отмечают при двусторонней одновременной заливке реагентов в положительные и отрицательные электроды.
Анодные электролиты представлены 5-10%-ными растворами хлористого кальция, сернокислого алюминия или сернокислого железа, а катодные – гидросиликатом натрия.
В начале процесса вводят в отрицательные электроды 5%-ный хлористый кальций, во вторую треть процедуры – сернокислый алюминий и сернокислое железо в соотношении 1:1. В завершительную часть периода электролиты в аноды не заливают.
Одновременно с вышеописанными действиями в положительные электролиты вводят гидросиликат натрия (жидкое стекло). Это вещество циркулирует по замкнутому кругу.
Благодаря такому вводу химических веществ, грунт равномерно закрепляется в пространстве между электродами. Это связано с тем, что катодная область насыщена кальцием, и в ней образуются прочные соединения, не растворимые в воде. В средней и анодной зоне преобладают ионы трёхвалентного железа и алюминия. Тут тоже образуются прочные вещества, не растворяющиеся в жидкости.
Анионы гидросиликата натрия отправляются к катионам кальция, железа и алюминия, поэтому их соединения образуются по всей области укрепляемого грунта. Итоговая прочность массива равна 0,6-0,7 МПа.
Чтобы получить более высокую прочность и водоустойчивость, используют синтетические смолы в качестве анодных электролитов. В таком случае сначала вводят мочевину, потом формалин, а заканчивают процесс заливкой соляной кислоты или сернокислого железа.
В роли катодного электролита выступает смесь из жидкого стекла и мочевины в соотношении 1:1. Прочность грунта после такого закрепления равна 1,5 МПа.
Методику электрохимического усиления используют для грунтов, чей коэффициент фильтрации меньше 0,01 м/сут. Существует разновидность обсуждаемого метода – электросиликатизация.
Эта процедура подразумевает собой обработку водонасыщенных мелкопесчаных грунтов и супесей, коэффициент фильтрации которых колеблется от 0,005 до 2 м/сут. Работы выполняют с использованием постоянного электротока, жидкого стекла и отвердителя.
Преимущества и недостатки метода
Основное достоинства электрохимического усиления – малая инвазивность. Для осуществления процедуры достаточно пробурить скважины, установить электроды и залить химические растворы. Скважины могут располагаться друг от друга на приличном расстоянии, позволяя обходить имеющиеся строения и коммуникации.
Кроме того, укрепленный грунт, а точнее, верхняя его часть становится в 2-3 раза прочнее, показатели криогенного пучения снижаются в 3 раза, поэтому этот метод успешно используют при строительстве автомобильных дорог.
Главные недостатки: ▪ высокие временные затраты при проведении масштабных работ: время на усиление почвы прямо пропорционально площади территории. ▪ Цена на электроэнергию: чтобы растворы проникали с достаточной эффективностью, необходима плотность электротока не меньше 0,1 А/дм2. ▪ Строгие требования к качеству грунта: в нем должно находиться достаточное количество воды. ▪ Повышенные риски коррозии стальных конструкций в области передвижения электротока.
Даже такой большой список минусов не стал причиной отказа от электрохимического закрепления грунта. Его активно используют для усиления влажных почв.
Заключение
электрохимическое закрепление эффективно использовать для водонасыщенных связных грунтов, в которых велико содержание глинистых и пылеватых частиц.
БюроСИ (Бюро Строительные Исследования)
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА
Использование электрических методов для укрепления грунта основано на свойствах его твердой и жидкой фазы. Вода в почве несет положительный заряд, а твердые частицы – отрицательный, а система «вода-твердое вещество» представляет собой нейтральную среду. Их полярность проявляется при образовании электрического поля. Оно образуется между двумя электродами, подключенными к постоянному току. Так вода отправляется к отрицательному электроду, а твердые частицы – к положительному.
Все это описывает электрический метод. Но существует еще один способ укрепления грунтов – электрохимический. О нем сегодня и пойдет речь. Главное его отличие – добавление в процесс химических веществ.
Что такое электрохимическое закрепление грунта 🔹
Метод основан на введении в почву химических растворов в определенных точках. Процесс сопровождается большими затратами электроэнергии. От электрического способа данную технологию отличает не только использование реагентов, но и результат в виде более серьезных изменений грунта.
Кроме осушения грунта наблюдают изменение физико-химических свойств. Например, повышается коэффициент трения, увеличивается удельное сцепление и сопротивление размокаемости.
Технологию применяют для глинистых и мелкопесчаных грунтов. Содержание пылеватых и глинистых частиц в таких почвах обычно больше 12-15% по массе.
Усиление грунта проводят путем длительной обработки с помощью постоянного электротока через электроды: отрицательные используются для заливания химических растворов, а положительные – для откачивания поступающей из почвы жидкости.
В каких случаях проводят электрохимическое закрепление грунта
Обсуждаемый метод могут рекомендовать для повышения прочности грунтов в основании фундамента зданий из-за деформации или увеличения нагрузки. Также его применяют для улучшения несущей способности свайного фундамента.
Подготовительные работы
Проектную документацию по электрохимическому усилению составляют, основываясь на:
▪ геологических и гидрогеологических исследованиях укрепляемой территории;
▪ технической информации о постройках;
▪ результатах опытного закрепления почвы;
▪ технических требованиях к укрепляемому массиву.
Предварительные исследования состоят из отбора проб для лаборатории. Там определяют водопроницаемость грунта, прочность, водоустойчивость и удельное электрическое сопротивление.
Геологические изыскания представляют собой отбор проб грунта и подземных вод. В лаборатории изучают их химический состав, коэффициент фильтрации и удельного электрического сопротивления.
При этом проводят анализ гранулометрического состава почвы, изучают влажность, пористость, пластичность, размокаемость и сопротивление сдвигу.
На основе результатов исследований предоставляют следующие данные:
▪ план рабочей территории;
▪ каталог выработок с прописыванием глубины, координат и высотных отметок;
▪ инженерно-геологические продольные и поперечные профили;
▪ эскизы колонок;
▪ таблицы, графики с результатами анализов грунта и подземных вод.
Как проводят электрохимическое закрепление грунта 🔸
После забивания электродов в почву и пропускания электрического тока в них заливают химические реагенты. Вещества взаимодействуют друг с другом и с грунтовыми минералами. Таким образом меняется фазовое состояние грунта, улучшаются физико-механические свойства укрепляемого массива.
Эффективность процедуры отмечают при двусторонней одновременной заливке реагентов в положительные и отрицательные электроды.
Анодные электролиты представлены 5-10%-ными растворами хлористого кальция, сернокислого алюминия или сернокислого железа, а катодные – гидросиликатом натрия.
В начале процесса вводят в отрицательные электроды 5%-ный хлористый кальций, во вторую треть процедуры – сернокислый алюминий и сернокислое железо в соотношении 1:1. В завершительную часть периода электролиты в аноды не заливают.
Одновременно с вышеописанными действиями в положительные электролиты вводят гидросиликат натрия (жидкое стекло). Это вещество циркулирует по замкнутому кругу.
Благодаря такому вводу химических веществ, грунт равномерно закрепляется в пространстве между электродами. Это связано с тем, что катодная область насыщена кальцием, и в ней образуются прочные соединения, не растворимые в воде. В средней и анодной зоне преобладают ионы трёхвалентного железа и алюминия. Тут тоже образуются прочные вещества, не растворяющиеся в жидкости.
Анионы гидросиликата натрия отправляются к катионам кальция, железа и алюминия, поэтому их соединения образуются по всей области укрепляемого грунта. Итоговая прочность массива равна 0,6-0,7 МПа.
Чтобы получить более высокую прочность и водоустойчивость, используют синтетические смолы в качестве анодных электролитов. В таком случае сначала вводят мочевину, потом формалин, а заканчивают процесс заливкой соляной кислоты или сернокислого железа.
В роли катодного электролита выступает смесь из жидкого стекла и мочевины в соотношении 1:1. Прочность грунта после такого закрепления равна 1,5 МПа.
Методику электрохимического усиления используют для грунтов, чей коэффициент фильтрации меньше 0,01 м/сут.
Существует разновидность обсуждаемого метода – электросиликатизация.
Эта процедура подразумевает собой обработку водонасыщенных мелкопесчаных грунтов и супесей, коэффициент фильтрации которых колеблется от 0,005 до 2 м/сут. Работы выполняют с использованием постоянного электротока, жидкого стекла и отвердителя.
Преимущества и недостатки метода
Основное достоинства электрохимического усиления – малая инвазивность. Для осуществления процедуры достаточно пробурить скважины, установить электроды и залить химические растворы.
Скважины могут располагаться друг от друга на приличном расстоянии, позволяя обходить имеющиеся строения и коммуникации.
Кроме того, укрепленный грунт, а точнее, верхняя его часть становится в 2-3 раза прочнее, показатели криогенного пучения снижаются в 3 раза, поэтому этот метод успешно используют при строительстве автомобильных дорог.
Главные недостатки:
▪ высокие временные затраты при проведении масштабных работ: время на усиление почвы прямо пропорционально площади территории.
▪ Цена на электроэнергию: чтобы растворы проникали с достаточной эффективностью, необходима плотность электротока не меньше 0,1 А/дм2.
▪ Строгие требования к качеству грунта: в нем должно находиться достаточное количество воды.
▪ Повышенные риски коррозии стальных конструкций в области передвижения электротока.
Даже такой большой список минусов не стал причиной отказа от электрохимического закрепления грунта. Его активно используют для усиления влажных почв.
Заключение
электрохимическое закрепление эффективно использовать для водонасыщенных связных грунтов, в которых велико содержание глинистых и пылеватых частиц.
#электрохимическоеукреплениегрунта #укреплениегрунта #закреплениегрунта #грунт #геологическиеизыскания #строительство #строительнаялаборатория #испытаниягрунта #испытательнаялаборатория #бюроси