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.
Вывод: 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
