Способ электрохимического закрепления грунта Советский патент 1984 года по МПК E02D3/11 

Изобретение относится к строительству зданий и сооружений на водонасыщенных лессовых и суглинистых грунтах путем их электрохимического закрепления и может быть использовано в горном деле для укрепления грунта, при производстве проходческих и очистных работ. Известен способ электрохимического закрепления грунта, включающий погружение в грунт электродов-инъекторов, подачу на них напряжения постоянного электрического тока, введениев грунт раствора закрепляющего материала с увеличением концентрации в нем материала через каждые 8-10 ч 1. Наиболее близким к предлагаемому является способ электрохимического закреп-и ления грунта, включающий введение в грунт электродов-инъекторов, подачу на них напряжения постоянного электрического тока, обработку раствора закрепляющего материала магнитным полем и нагнетание его в грунт 2. Недостаток указанных способов заключается в том, что они при закреплении водонасыщенных лессов и суглинков не обеспечивают равнопрочного межэлектродного пространства и очень энергоемкие, что исключает их практическое применение для этих условий. Цель изобретения - повышение прочности грунта и снижение энергозатрат при закреплении обводненных суглинков и лессов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электрохимического закрепления грунту, включающем введение в грунт электродов-инъекторов, пода у на них напряжения постоянного электрического тока, обработку раствора закрепляющего материала магнитным полем и нагнетание его в грунт, обработку раствора закрепляющего материала магнитным полем осуществляют при его напряженности, равной (1,3-16,0)-1.0 А/м, а подачу напряжения электрического тока ведут тремя этапами, на первом из которых напряжение выдерживают, равным 2,7-2,8 мА/см, на втором - равным 6,0-10,0 мА/см и на третьем - равным 4,1-5,5 мА/см. На чертеже изображена технологическая схема закрепления грунта предлагае«ivk. пт.пп.л/.п.. мым способом. На схеме показано размещение оборудования при закреплении обводненного грунта. Включающего емкость 1 для электролитов, насос 2, магнитный аппарат 3, коллектор 4, электроды-инъекторы 5, обводненный грунт 6, источник 7 постоянного тока, вакуумнасос 8. Процесс закрепления грунта протекает следуюиХим образом. Проц,есс подачи напряжения электромагнитного тока веДут тремя этапами. Во время первого этапа одновременно с подачей напряжения на электроды-инъекторы 5 нагнетается раствор силиката натрия, во втором - растворы солей, в третьем - выполняется обработка грунта 6 для завершения процессов его закрепления. На первом этапе на электроды-инъекторы 5, погруженные в обводненный грунт 6, подается напряжение постоянного тока от источника 7, плавно регулируемого по напряжению от О до max, и одновременно нагнетается через аноды первый электролит - натрия, который перед поступлением в грунт, проходя через аппарат 3, обрабатывается магнитным полем, напряженность которого в зависимости от скорости циркуляции находится в пределах 1,3-16,0 Ш, А/м. Затрачиваемая при этом работа очень мала. Например, при воздействии на один г/моль раствора силиката натрия магнитным полем 80-10 А/м работа составляет всего лишь . Однако в движущихся перпендикулярно магнитному полю электролитах под действием сил Лоренца индуцируется электрический ток, при этом усиливается конвекдия электролитов, увеличивается скорость и направленность движения ионов. Все это способствует более активному проникновению электролитов в обводненныи грунт. После завершения нагнетания первого электролита подается аналогичньш путем второй электролит. Катионы вводимого второго электролита, например Са ; Mg 2, под влиянием магнитного поля, напряженностью порядка 16,, образуют тенденцию к снижению гидротации в то время как у ..Fe она возрастает, При протекании раствора электролита в поперечном магнитном поле в результате перемещения ионов под действием сил Лорен электролите возникает электродвижущая сила (ЭДС), действующая в направлеНИИ, перпендикулярном магнитному полю. Таким образом, магнитное поле, создаваемое аппаратом 3, является генератором ЭДС, активизирующим физико-химические процессы в грунте. Это улучшает равномерность заполнения электролитами межэлектродного пространства, в результате чего обеспечивается равномерное закрепление грунта. Третий этап предусматривает завершение закрепления без подачи электролитов с обr oOi DOUiinn lyr ra/ TonTfiiOoirT.ii TTitLrv rtT-nir ГУУХГГЧ разованием кристаллизационных структур. Магнитная обработка электролитов перед подачей в грунт значительно увеличивает количество центров кристаллизации во всем объеме. Кроме того, сокращается период кристаллизации, т. е. твердая фаза выделяется раньше, что сокращает время закрепления грунта и расход электроэнергии. Пример. Для проведения «Красноповстанческого коллектора по обводнным лессовидным суглинкам, имеющим коэффициент фильтрации 0,08 м/сут, использован способ электрохимического закрепления с предварительной обработкой раствора закрепляющего материала в магнитном поле, напря женность 1, 5, 14,3-1.0 и 16,01.0 А/м.

В качестве закрепляющих растворов были использованы силикат натрия с удельным весом 1,21 г/см и раствор хлоридов: хлористый кальций -Ь хлорное железо + хлористый хром, в процентном соотношении соответственно 95 + 45 + 0,5%, с удельным весом 1,27 г/см.

Закрепление осуществлялось в следующей последовательности. После установки электродов-инъекторов (26 шт) в грунт на глубину 5 м включили напряжение 280В и установили величину тока, соответствующую плотности 2,7-1.0 и 2,8 мА/см. Одновременно с этим начали подавать раствор силиката натрия, предварительно обрарабатывая его магнитным полем. В таком режиме электрохимическое закрепление продолжалось в течение 24 ч.

Во время осуществления второго этапа напряжение электрического тока было равно 420В, а величина плотности тока - 6,0 и 10,0 мА/см. Одновременно с установлением таких режимов закрепления производили подачу второго электролита - Хлоридов., .предварительно обрабатывая их в магнитном поле.

В течение третьего этапа, продолжавщегося 24 ч, напряжение на источнике постоянного тока уменьшили до 370 В, а величина плотности тока между электродами-инъекторами составила 4,1 и 5,5 А/см. Общее время, электрохимического закрепления продолжалось 72 ч.

Удельное электрическое сопротивление грунта в процессе всего времени закрепления непрерывно изменялось, поэтому постоянная плотность тока поддерживалась за счет регулирования напряжения.

В результате электрохимического закрепления лессовидного суглинка установлено; чта при напряженности магнитного поля 1,310 А/м и плотности тока 2,7 А/см равномерность и радиус распространения электролита увеличиваются в 1,25 раза, а прочность возрастает на 15%; при напряженности магнитного поля 8,2-1.0 А/ми плотности тока 4,9 мА/см равномерность и радиус распространения электролита увели.чиваются в 1,8 раза, а прочность возрастает на 70%; при напряженности магнитного поля 16,0-1.0 А/м и плотности тока 10,0 А/см 2 равномерность и радиус распррстранения электролита увеличиваются в 1,23 раза, а прочность возрастает на 11%; при напряженности магнитного поля 16, и плотности тока 10,1 А/см равномерность и радиус распространения электролита в грунте увеличиваются в 1,08 раза, а прочность остается вез изменения. Кроме того, достигнутая прочность закрепленного грунта по предлагаемому способу составила

27-32 кгс/см, а по известному способу 2,73,2 кгс/см 2; расход электроэнергии на 1м

закрепленного грунта составил в среднем 0,29 кВтч, а по известному способу - 0,35 кВтч; достигнута равномерная прочность по всему объему закрепляемого грунта.

Применение предлагаемого способа на практике позволит повысить безопасность выполнения подземных работ вследствие повышения прочности закрепленного грунта примерно в 10 раз, при этом общий экономический эффект может составить до 100 руб на 1м обрабатываемого грунта.

СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, включающий введение в грунт электродов-инъекторов, подачу на них напряжения постоянного электрического тока, обработку раствора закрепляющего материала магнитным полем и нагнетание его в грунт, отличающийся тем, что, с целью повыщения прочности грунта и снижения энергозатрат при закреплении обводненных суглинков и лессов, обработку раствора закрепляющего материала магнитным полем осуществляют при его напряженности, равной