Способ электрохимического закрепления 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g g Е 02 D 3/11

Ф

Н

СЮ

СЮ 3

СО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕ М ИЗО (21) 3422435/29-33 (22) 14.04.82 (46) 15:02.84. Бюл. № 6 (72) Ю. Н. Бабец и В. И. Бондаренко (71) Днепропетровский ордена Трудового

Красного Знамени горный институт им. Артема (53) 624,138.34 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 504851, кл. Е 02 D 3/12, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР № 669008, кл. Е 02 D 3/12, 197 (54) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, включающий введение в грунт электродов-инъекÄSUÄÄ 1073373 А торов; подачу на них напряжения постоянного электрического тока, обработку раствора закрепляющего материала магнитным полем и нагнетание его в грунт, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности грунта и снижения энергозатрат при закреплении обводненных суглинков и лессов, обработку раствора закрепляющего материала магнитным полем осуществляют при его напряженности, равной (1,3 — 16,0)° 104 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/см2.

107ЗЗ7З

10

1

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, введение в грунт раствора закрепляющего материала с увеличением концентрации в нем материала через каждые 8-10 ч (1).

Наиболее близким к предлагаемому является способ электрохимического закреп- 15 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 грунта, включающем введение в грунт электродов-инъекторов, подачу 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) -104 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/см2 и на третьем — равным 4,1 — 5,5 мА/см .

На чертеже изображена технологическая схема закрепления грунта предлагаемым 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 следующим образом.

Процесс подачи напряжения электромагнитного тока ведут тремя этапами. Во время первого этапа одновременно с подачей напряжения на электроды-инъекторы 5

2 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 0 до max, и одновременно нагнетается через аноды первый электролит — силикат натрия, который перед поступлением в грунт, проходя через аппарат 3, обрабатывается магнитным полем, напряженность которого в зависимости от скорости циркуляции находится в пределах 1,3-16,0 104 А/м.

Затрачиваемая при этом работа очень мала. Например, при воздействии на один г/моль раствора силиката натрия магнитным полем 80.104 А/м работа составляет всего лишь 10 кДж. Однако в движущихся перпендикулярно магнитному полю электролитах под действием сил Лоренца индуцируется электрический ток, при этом усиливается конвекция электролитов, увеличивается скорость и направленность движения ионов. Все это способствует более активному проникновению электролитов в обводненный грунт.

После завершения нагнетания первого электролита подается аналогичным путем второй электролит. Катионы вводимого второго электролита, например Са 2+; Мд +, под влиянием магнитного поля, напряженностью порядка 16,0.104А/м, образуют тенденцию к снижению гидротации в то время как у Ге ; Ге она возрастает.

При протекании раствора электролита в поперечном магнитном поле в результате перемещения ионов под действием сил Лоренца в 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 образованием 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 закрепляю1073373

Составитель А. Прямков

Редактор С. Лисина Техред И. Верес Корректор И. Муска

Заказ 1! 799 28 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 щего материала в магнитном поле, напряженность 1,3 104. 5,4 104 14,3.104 и 16,0

° 10" А/м.

В качестве закрепляющих растворов были использованы силикат натрия с удельным весом 1,21 г/см и раствор хлоридов: хлористый кальций + хлорное железо + хлористый хром, в процентном соотношении соответственно 95+45+0,5 /о, 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 ° 104 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 закреп ления лессовидного суглинка установлено; чта при напряженности магнитного поля

1,3 104 А/м и плотности тока 2,7 А/см равномерность и радиус распространения электролита увеличиваются в 1,25 раза, а прочность возрастает на 15 /о, при напряженности магнитного поля 8,2.104 А/м и плотности тока 4,9 мА/см равномерность и ра- диус распространения электролита увеличиваются в 1,8 раза, а прочность возрастает на 70о/p, при напряженности магнитного поля 16,0 ° 104 А/м и плотности тока

10,0 А/см равномерность и радиус распро15 странения электролита увеличиваются в 1,23 раза, а прочность возрастает íà llP/p, при . напряженности магнитного поля 16,1 10 А/м, 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, расход электроэнергии на 1 ма 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 l м обрабатываемого грунта.