Способ электрохимического закрепления грунта

(51) Е 02 Р 3/ М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(72) Ю, Н, Бабец и В. И. Бондаренко (71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им, Артема(54) (57) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТА, включающий введение в грунт электродов-инъекБО 1023323 А торов; подачу на них напряженияпостоянного 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/см 2.1073373 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к строительству зданий и сооружений на водонасьпценных 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 11.Наиболее близким к предлагаемому является 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 12.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/см 2 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, вакуум- насос 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 2нагнетается 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 гпах, 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 10кДж. 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 16,0 104 А/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 ВНИИПИГосударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 1 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4щего материала в магнитном поле, напряженность 1,3 104; 5,4 104; 14,3 104 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 + 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 280 В и установили величину тока, соответствующую плотности 2,7104 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 420 В, а величина плотности тока - 6,0 и 10,0 мА/см. Одновременно с установлением таких" режимов закрепления производили подачу второго электролита - хлоридовпредварительно обрабатывая их в магнитном поле.В течение третьего этапа, продолжавщегося 24 ч, напряжение на источнике постоян. ного тока уменьшили до 3 О 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 1,3104 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 8,2 104 А/м и плотности тока 4,9 мА/см равномерность и ра- диус распространения электролита увеличиваются в 1,8 раза, а прочность возрастает на 70%; при напряженности магнитного поля 16,0 104 А/м и плотности тока 10,0 А/см равномерность и радиус распро странения электролита увеличиваются в 1,23раза, а прочность возрастает на 11%, при .напряженности магнитного поля 16,1 10 А/м , и плотности тока 1 О,1 А/см равномерностьи 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 2,7- 3,2 кгс/см, расход электроэнергии на 1 мз 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 1 м обрабатываемого грунта.