ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЯ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ЭЛЕКТРООСУШЕНИЮ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМУ ЗАКРЕПЛЕНИЮ ГЛИНИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ

Москва— 1971

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИИ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ЭЛЕКТРООСУШЕНИЮ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМУ ЗАКРЕПЛЕНИЮ ГЛИНИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ

ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

Москва — 1971

данных общестроительного характера по транспорту, вспомогательным устройствам, мероприятиям в зимнее время и пр.;

календарного тана работ со сроками и. способами производства земляных и строительных работ.

3.3.    При составлении проекта электроосушения грунтов в отношении выбора типа водопонижающих иглофильтровых установок и их расчета в зависимости от гидрогеологических условий и технических требований, а также в отношении монтажа, погружения иглофильтров и эксплуатации иглофильтровых установок необходимо руководствоваться главой СНиП Ш-Б.3-62 «Открытый водоотлив и искусственное понижение уровня грунтовых вод. Правила производства и приемки работ».

3.4.    Электроосушение грунтов производится по двухрядной схеме расположения электродов (рис. 1).

3.5.    Схема электроосушения грунтов в сочетании с иглофильтрами предусматривает осушение при проходке котлована шириной до 40 м ниже статического уровня грунтовых вод.

Иглофильтры (катоды) устанавливаются по периметру котлована на расстоянии 1,2—1,5 м друг от друга и на расстоянии 1,5 м от бровки котлована. Глубина погружения иглофильтров должна быть не менее чем на 3 м ниже проектного пониженного уровня грунтовых вод.

Электроды (аноды), состоящие из металлических труб, погружаются по периметру котлована с внутренней стороны контура иглофильтров :на таком же расстоянии друг от друга, как и иглофильтры (катоды). Расстановка электродов (анодов) и иглофильтров (катодов) производится в шахматном порядке.

3.6.    Расстояние между рядами электродов (иглофильтров — катодов и труб — анодов) должно быть 0,8 м.

3.7.    Глубина погружения электродов (анодов) должна соответствовать глубине погружения иглофильтров. Электроды должны выступать на 0,2—0,4 м над поверхностью земли.

3.8.    Рабочее напряжение электрической установки по правилам безопасности производства работ следует устанавливать 40—60 в.

3.9.    Время активного электроосушения, т. е. время с начала включения электрического тока до начала про-

Ю

Получили t чуть больше i₀, следовательно, в работе разность потенциалов должна быть немного понижена.

Расход электроэнергии за сутки на электроосмос по формуле (4) №=24-51 • 1 = 1224 кет ■ ч.

На 83 иглофильтра достаточна установка ЛИУ-6 мощностью 5,5 ква. Расход электроэнергии за сутки по формуле (5) №„=24 • 5,5-1 = 132 кет ■ ч/сутки.

Общий суточный расход энергии №₀ = 1224+132 = = 1356 кет ■ ч/сутки.

При работе срокам 1 месяц вместе с временем активного осушения №„=1356-30=40 680 кет -ч.

Электрозакрепление

3.15. Проект электрохимического закрепления грунтов должен содержать:

геологические профили участка работ; материалы исследования грунтов; план, разрезы и конфигурацию закрепляемого массива;

принципиальную технологическую схему; план расположения отдельных электродов и глубины их погружения;

данные об объеме работ по закреплению и указания о контроле работ;

данные о количестве химических растворов, заливаемых в один электрод, и в расчете на весь закрепляемый массив;

данные о плотности электрического тока, градиенте напряжения и продолжительности обработки; требования к закрепляемому грунту; спецификацию на оборудование и материалы (мощность и тип электростанции и водооткачивающего насоса, суммарную длину электродных труб, арматурного железа и пр.);

схему организации производства работ с указанием погружения электродов, их монтажа и порядка подключения в электрическую сеть, порядка эксплуатации насосных и электрических установок;

потребность в рабочих и в основных материалах; смету с калькуляцией и единичными расценками на работы;

данные общестроительного характера по транспорту, вспомогательным устройствам и пр.; календарный план работ.

13

3.16. В зависимости от объема грунта, подлежащего закреплению, и характера деформации (сплыв, оползень, пучины) электроды располагаются в плане рядами вдоль или поперек площадки соответственно технологической схеме закрепления с расчетом перекрытия контура закрепления во всех направлениях на 1—3 м.

Рис. 2. Схема расположения электродов при электрохимическом закреплении грунта

Расстояние между рядами электродов зависит от напряжения источника тока и приближенно определяется из условия 1 в на 1 см, т. е. при напряжении 100 в на 1 ж, а между электродами в ряду 0,7—0,9 м.

Принятой схемой расположения электродов является порядовая, в которой катодные ряды чередуются с анодными, образуя шесть параллельно включенных сопротивлений (рис. 2).

Глубина погружения электродов в грунт зависит от толщины закрепляемого слоя и может колебаться от 1 до 10 м.

При больших объемах закрепляемого грунта по площади в ряде случаев (например, при оползнях) не требуется производить закрепление всего массива.

В этих целях, применяя различные схемы расположения электродов, рекомендуется производить закрепление отдельными поперечными или продольными полосами определенной ширины, создавая как бы упоры из закрепленного грунта.

3.17. Для обеспечения однородного и равномерного закрепления на больших площадях можно рекомендовать схему «скользящего включения электродных рядов», состоящую в там, что « секции из шести-восьми рядов по N электродов в каждом одновременно в цепь включа ются два ряда в последовательности 1+—З^-,' 2⁴—4~,

3+—5~ и т. д., т. е. оставляя между работающими рядами один нейтральный.

Продолжительность обработки грунта определяется исходя из условия образования вокруг каждого анода закрепленной зоны радиусом У₄ расстояния между работающими электродами (или ¹/г расстояния между рядами установленных электродов). При этом возможно повышение градиента напряжения до 1,5—2 в/см и сокращение на 15—20% времени электрообработки грунта.

3.18.    Дли улучшения электрозакрепления через аноды вводятся в грунт химические растворы, которые способствуют цементации грунта в катодной и коагуляции в анодной зонах. В качестве наилучшего химического раствора рекомендуется применять раствор хлористого кальция удельным весом 1,032—1,066 г/см³ в количестве от 50 до 200 л/м³ грунта, а также раствор тринатрийфос-фата удельным весом 1,05 г/см³.

Введение химических растворов исключается в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,005 м/сутки, а также в грунтах, богатых солями кальция.

Примечание. Для борьбы с пучением грунтов надежные результаты закрепления получаются при более высоких концентрациях раствора хлористого кальция (18—20%) и длительной электрообработке (40—50 кет ■ ч/м³).

3.19.    При электрохимическом закреплении в целях более равномерного упрочнения грунта и большего радиуса применяется электроток плотностью 2—4 а/м² на площади сечения анодного ряда, при этом градиент напряжения между электродами должен быть 1 в!см и лишь в некоторых схемах 1,5—2 в!см.

3.20.    Расход электроэнергии для получения устойчивого электрозакрепления составляет 40-80 кет • ч на 1 м³ грунта. Продолжительность обработки грунта током колеблется от 10 до 30 суток. Ориентировочно можно оказать, что грунты карбонатные и менее влажные требуют меньшего времени электрообработ.ки,

3.21.    Способ электрохимического закрепления рекомендуется применять для борьбы со оплывами, оползнями, пучением и набуханием водонасыщенных глинистых грунтов типа супесей, суглинков, глин и илов, имеющих высокую влажность, близкую к пределу текучести, и незначительную величину сопротивления сдвигу. В результате электрозакрепления грунтов резко снижается влажность, увеличивается в 2—4 раза кубиковая прочность.

УДК 624.138.5

Брошюра содержит энергетический расчет сети электродов, рекомендации по применению электроосмоса и электрохимического закрепления в зависимости от коэффициентов фильтрации и удельного электрического сопротивления грунтов.

Рекомендации предназначены для проектных, изыскательских и производственных организаций, ведущих работы по закреплению грунтов.

_3-2-4_

План I кв. 1971 г., .Y* 18

НИИОСП Госстроя СССР РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭЛЕКТРООСУШЕНИЮ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМУ ЗАКРЕПЛЕНИЮ ГЛИНИСТЫХ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ

Стройиздат Москва, К-31, Кузнецкий мост, 9

Редактор издательства Л. Т. Калачева Технический редактор- В. Д. Павлова Корректор Л'. П. Бирюкова

Сдано в набор 28/VII 1971 г. Подписано к печати 28/IX 1971 г. Т-15279 Бумага 84Х 1087м—0,5 бум. л. 1,68 уел. печ. л. (уч-изд. 1.61 л.) Тираж 11.000 экз. Изд. № XI1-3060. Зак. № 1390. Цена 8 коп.

Типография № 32 Главполиграфпрома. Москва. Цветной бульвар, 26

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одним из эффективных приемов улучшения свойств водонасыщенных глинистых грунтов является обработка их постоянным электрическим током, иногда (для закрепления) с добавкой химических растворов. В результате электрообработки в грунте происходит ряд процессов: электроосмос (передвижение воды от анода к катоду), электролиз, обменные реакции, образование и накопление новых химических соединений и пр., что приводит к осушению, уплотнению и закреплению грунта.

За последнее время метод электрообработки грунтов при совместном применении иглофильтровой водопонижающей установки применяется для обезвоживания при проходке строительных котлованов (по схеме проф. Б. А. Ржаницына). В результате пропускания тока через грунт и откачки небольшого количества воды через иглофильтры по периметру котлована создается электрическая завеса, препятствующая поступлению воды в осушаемый грунт, а оставшаяся вода в массиве переходит в ка-пиллярно-натяженное состояние (по проф. Н. М. Герсева-нову), напор быстро снижается и котлован может быть вскрыт «насухо». Этот способ неоднократно был применен на стройках в Москве, Владимире и других городах.

При более .длительном пропускании тока и введении электролитов (хлористого кальция и др.) в грунте происходят глубокие и сложные физико-химические процессы. Эти физико-химические преобразования переводят грунт из коагуляционно-тиксотропного состояния в коагуляционно-кристаллизационное необратимое состояние. В результате значительно уменьшается влажность глинистого грунта, увеличивается сцепление, прочность и водоустойчивость, резко уменьшается пучинистость и на-бухаемость.

Электрохимическое закрепление водонасыщенных глинистых грунтов уапешно применялось при укреплении верхней площадки земляного полотна для борьбы со сплывами, оползнями откосов выемок и насыпей и с пучением грунтов на Октябрьокой, Северной, Южной, Южно-Уральской, Дальневосточной и других железных дорогах.

Этот вид закрепления может быть рекомендован при упрочнении грунтов в основании фундаментов сооружений для увеличения расчетного сопротивления грунтов

в связи с деформацией сооружений или ростом нагрузки на основание (надстройка зданий), для увеличения несущей способности свайных фундаментов и др. Укреплять элехтросиликатизацней лёссовые грунты не рекомендуется, так как их коэффициенты фильтрации больше верхнего предела применения постояиного электрического тока. Применение этого способа на практике не дало положительных результатов.

По электроосушению грунтов НИИОСП в 1958 г. были изданы «Временные указания по осушению строительных котлованов в глинистых грунтах с применением иглофильтровой установки и постоянного электрического тока», по электрохимическому закреплению грунтов до настоящего времени пока нет нормативных документов, поэтому настоящие Рекомендации помогут проектировщикам и производственникам использовать накопленный опыт при решении практических задач.

Рекомендации составлены д-ром техн. наук, проф. Б. А. Ржаницыным, д-ром техн. наук Б. П. Горбуновым, д-ром геолого-минерал. наук В. В. Аскалоновым и канд техн. наук Б. С. Федоровым. В разделах 3, 5 и 7 использованы работы д-ра техн. наук, проф. К■ Н. Жинкина.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Рекомендации распространяются на проектирование и производство работ:

а)    по электроосушению;

б)    по электрохимическому закреплению водонасыщен-ных 'глинистых грунтов.

1.2.    Электроосушение и электрохимическое закрепление применяются в грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,05 до 0,005 м/сутки, где обычные способы водо-поиижения не эффективны и инъекция химических растворов под давлением неприменима из-за незначительной фильтрации этих грунтов. Эти способы рекомендуется также применять только для незасоленных и слабозасо-ленных грунтов с удельным электрическим сопротивлением <5олее 500 ом ■ см.

1.3.    Электроосушение грунтов применяется при проходке строительных котлованов и состоит в создании вокруг осушаемого массива грунта электроосмотической завесы, которая приводит заключенную в массиве воду в капиллярно-натяженное состояние и позволяет вскрыть котлован «насухо». В этих целях по периметру будущего котлована устанавливаются два ряда электродов: с внешней стороны иглофильтры (катоды), из которых производится откачка воды, а с внутренней — металлические трубы (аноды).

1.4.    Электрохимическое закрепление грунтов применяется при укреплении верхней площадки земляного полотна для борьбы со оплывами и оползнями откосов выемок и насыпей и с пучением грунтов на железных дорогах и др.

Электрохимическое закрепление может быть рекомендовано для упрочнения грунтов в основании фундаментов сооружений в связи с их деформацией или ростом нагрузки, а также для увеличения несущей способности свайных фундаментов. Закрепление грунта производится путем длительной обработки его постоянным электрическим током через систему забитых электродов, одни из которых (аноды) служат для заливки химических растворов, а другие (катоды) —для откачки поступающей из грунта воды.

2. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗЫСКАНИЯМ

2.1.    Проект производства работ по электроосушению и электрохимическому закреплению грунтов составляется на основе следующих материалов:

а)    инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий строительной площадки;

б)    технических данных о зданиях и сооружениях;

в)    результатов опытного закрепления грунтов;

г)    технических требований, предъявляемых к электро-обрабатываемой площадке.

2.2.    Исследовательские работы выполняются в два этапа:

а)    предварительное исследование для определения возможности осушения и закрепления грунта;

б)    основные исследования по изучению геологического строения, гидрогеологических условий, состава, свойств и состояния грунтов.

2.3.    Предварительное исследование предусматривает: бурение с отборам проб грунтов для лабораторных исследований; лабораторные определения водопроницаемости (грунтов; лабораторные испытания грунтов на закрел-ляемость, прочность и водоустойчивость; лабораторные определения удельного электрического сопротивления грунтов.

2.4.    Основные исследования включают: разведочное бурение и шурфование с отбором проб грунтов и грунтовых вод; лабораторные работы по изучению состава, свойств, состояния грунтов, химического состава воды; полевое определение коэффициента фильтрации и удельного электрического сопротивления; опытное закрепление грунтов.

2.5.    Количество скважин, шурфов и их расположение на площадке назначают в зависимости от сложности геологического строения и размеров сооружения. При этом расстояние между разведочными выработками должно быть не более 15 м-

2.6.    При бурении и проходке шурфов выявляются и фиксируются: геологическое строение грунтов с расчленением на генетические и литологические разновидности, характер сложения, наличие включений, водоносных горизонтов, их особенности и установившиеся уровни.

Пробы грунтов весом 2—5 кг отбираются из каждого слоя через 0,5 м по глубине, а пробоя грунтовых вод объемам 1—2 л — из каждого водоносного горизонта.

2.7.    Лабораторные работы включают: анализы гранулометрического состава грунтов; определение влажности, пластичности, пористости, сопротивления сдвигу, размокания, коэффициента электроосмоса и удельного электрического сопротивления грунтов (приложение 1 и 2).

Примечание. Определение основных характеристик грунтов и воды производится согласно действующим ГОСТам, техническим правилам и инструкциям.

2.8.    Возможность и эффективность электрообработки грунтов устанавливается в лабораторных условиях, где подбираются оптимальные дозировки электрического тока, электролита, расход электроэнергии и продолжительность (приложение 3).

2.9.    В результате основных исследований представляются следующие материалы:

план площадки в масштабе 1 :200 с нанесенными контурами сооружения, разведочными выработками и высотными отметками их устий и с обозначением направлений инженерно-геолагичеоких профилей;

каталог выработок с указанием глубин, координат, высотных отметок;

инженерно-геологические продольные и поперечные профили в масштабе: вертикальный 1 : 100, горизонтальный 1 :200, отображающие литологию, геологический возраст и генетические особенности грунтов, уровень грунтовых вод, а также средние нормативные значения номенклатурных и расчетных характеристик грунтов и их вариантности;

чертежи колонок отдельных скважин;

таблицы, графики с результатами исследования грунтов, грунтовой воды и испытаний грунта на электроосушение и электрохимическое закрепление.

2.10.    Технические данные о зданиях и сооружениях должны содержать описания фундаментов, конструкций подземных коммуникаций и план расположения.

3. СОСТАВ ПРОЕКТА И УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

Электроосушение

3.1. Проект электроосушения грунтов разрабатывается на основе:

7

а)    заключения о целесообразности применения способа;

б)    данных .предварительного расчета электроосушения грунтов;

в)    материалов исследования грунтов;.

г)    технических данных о сооружении;

д)    проектного задания.

3.2. Проект электроосушения грунтов должен содержать:

а)    геологические профили по участку площади, в пределах которой расположен котлован или траншея, с указанием уровня грунтовых вод до начала работы по электроосушению; таблицы гранулометрического состава, пористости и коэффициента фильтрации водоносных слоев, удельных электрических сопротивлений грунтов; план котлована с указанием его основных размеров, отметок поверхности земли, заложения откосов, разрезов котлована, с указанием на нем статического уровня грунтовых вод и проектируемого понижения (депрессионной кривой), увязанного с геологическим профилем;

б)    принципиальную технологическую схему электроосушения при совместном применении иглофильтровой водопонижающей установки с указанием схемы расположения:

иглофильтров (катодов), труб (анодов) и расстояний между ними и в ряду между одноименными электродами, а также расстоянии от бровок или осей котлована;

насосных и электрических станций отвода откачиваемой воды;

пьезометрических окважин для наблюдения за понижением уровня грунтовых вод в котловане;

в)    расчетные данные водопонижающей установки с указанием:

количества иглофильтров (катодов) и их длины; количества насосов и их типов; характеристики электродвигателей и их общей мощности;

расчетные данные сети электродов с указанием: количества электродов (катодов); плотности электрического тока; характеристики электроустановки постоянного тока (двигатель-генератора или выпряччителей), ее мощности, напряжения и силы тока;

8

схемы присоединения иглофильтров к общему коллектору;

г) схему организации производства работ с указанием:

монтажа иглофильтровой установки насосного оборудования;

монтажа электродов и установки постоянного тока; погружения иглофильтров и устройства обсыпки; погружения электродов (анодов); порядка подключения иглофильтров (катодов) и труб (анодов) в насосную и электрическую сеть;

порядка эксплуатации иглофильтровой и электрической установок;

потребности в рабочих и основных материалах; ометы с калькуляцией и единичными расценками на работы;

2—1390