Использование электрохимической обработки возможно как для увеличения расчетного сопротивления грунтов под фундаментами, сооруженными на естественном основании, так и для увеличения несущей способности свайных оснований.
Увеличение расчетного сопротивления грунтов оснований.
Повышать несущую способность оснований чаще всего требуется в эксплуатационных условиях в связи с деформацией сооружений или ростом нагрузки на основание (например, надстройка зданий). В этих случаях возможны следующие решения: уширение фундамента, заглубление фундамента, увеличение расчетного сопротивления основания путем закрепления. Первые два мероприятия связаны с производством земляных работ, креплением стен котлованов, откачкой грунтовой воды, работой в стесненных условиях; они выполняются в основном вручную, значительно затрудняют эксплуатацию сооружений и удорожают стоимость строительных работ. Увеличение прочности основания путем искусственного закрепления грунта выполняется с помощью механизмов, без производства земляных работ и не мешает эксплуатации сооружения. Следует отметить, что применяемое уширение фундаментов должных результатов не дает из-за того, что вновь устроенная часть фундамента передает давление на неуплотнённый грунт, вследствие чего неизбежны осадки сооружения.
Повышать расчетное сопротивление основания можно электролитической обработкой или электросиликатизацией с введением в грунт химических реагентов. Объем зоны закрепления определяется следующим образом: ширина полосы упрочнения зависит от ширины фундамента, а глубина обусловливается зоной возможных деформаций грунтов и уровнем, где величина расчетного сопротивления основания достигает требуемой величины; длина участка закрепления определяется по проектным или натурным данным.
Для обеспечения лучших результатов закрепления следует располагать электроды возможно ближе к фундаменту здания; воду из катодных электродов нужно откачивать, способствуя тем самым процессу осушения и инъекции растворов в грунт. Ориентировочно эффективность закрепления можно определить по степени увеличения расчетного сопротивления основания (К)
где σ закр. — расчетное сопротивление закрепленного основания; σ ест. — расчетное сопротивление естественного основания. По данным опыта работ, можно принять следующие ориентировочные значения увеличения степени расчетного сопротивления грунтов после закрепления.
Таблица. Увеличение расчетного сопротивления оснований
Метод закрепления | Наименование грунтов; величина К | |||
тонкозернистые пески | пылеватые легкие и средние супеси | тяжелые пылеватые супеси, суглинки и глины | ||
пластичные | текучие | |||
Электросиликатизация | 2,5—3,0 | 2,0—2,5 | — | — |
Электролитический | — | — | 2,5—4,0 | 4,0—6,0 |
Зная расчетное сопротивление естественного основания и возможную степень его увеличения, можно определить ориентировочное значение сопротивления закрепленного основания.
Продолжительность обработки грунта током и химическими добавками определяется в зависимости от принятого метода; при электросиликатизации затраты электроэнергии обычно составляют 10—20 квт-ч/м3, а при электролитическом методе 40—50. При электролитическом методе раствор хлористого кальция употребляется 4—8%-ной концентрации; при электросиликатизации концентрации растворов зависят от коэффициента фильтрации грунта.
Увеличение несущей способности свай дает возможность сократить общее число последних и уменьшить глубину их погружения; в ряде случаев применение свай меньшего сечения или более коротких свай дает значительный экономический эффект.
Для увеличения несущей способности свай и свайных оснований требуется создание вокруг них зон упрочненного грунта, работающего совместно со сваями. Для этого необходимо, чтобы непосредственно прилегающий к свае грунт прочно сцеплялся с ней, а в окружающем массиве грунта создалось равномерное закрепление. В данном случае осуществляется электрообработка без введения в грунт химических добавок. Непременным требованием электрохимической обработки, как уже говорилось, является необратимость закрепления, поэтому пропускание электрического тока должно быть длительным, а грунты содержать достаточное количество частиц размером менее 0,01 мм. Кроме указанных двух условий, необходимо выполнить еще одно: интенсивность воздействия на грунт электрического тока (определяется плотностью тока) должна быть небольшой, чтобы нарастание зоны закрепленного грунта вокруг свай происходило без разрыва сплошности всего массива. При закреплении возможно применение двух принципиально различных схем:
1. Закрепление грунта производится вокруг одиночных свай, для чего их делают анодными (в большинстве случаев), а в качестве катодов используют другие сваи или забивают специальные катодные стержни.
2. Закреплению подвергают грунт вокруг всего свайного основания, делая эту зону анодной, а катодные сваи-стержни располагают вокруг основания
Сваи-оболочки и опускные колодцы обычно изготовляются из железобетона, поэтому в качестве анодных электродов следует использовать железные полосы, приваренные к наружной поверхности оболочки и скрепленные обручами; катодные электроды выполняются из металлических труб или прутьев и забиваются в грунт вокруг сваи-оболочки в количестве не менее 3 штук.
Продолжительность пропускания электрического тока зависит от требуемой степени увеличения несущей способности сваи и подбирается опытным путем. В производственных условиях можно увеличить нагрузку на сваю в 2—3 раза в зависимости от состояния грунта: чем влажнее грунт, тем выше степень его упрочнения. Ориентировочно можно принять дозировку тока, равную 15—30 квт-ч на одиночную сваю.
В отдельных случаях, когда поровая вода содержит соли кальция, возможно получение равного упрочнения у анодных и катодных свай и даже большего упрочнения у катодных.
Недостатком лёссовых грунтов является их просадочность при замачивании, вследствие чего возведенные на них сооружения деформируются.
Для закрепления лёссовых грунтов успешно применяется однорастворная силикатизация.
При взаимодействии инъектируемого раствора силиката натрия с содержащимися в большом количестве в грунте воднорастворимыми солями кальция и магния образуется гель кремниевой кислоты, который цементирует грунт. Данный способ применим в грунтах с коэффициентом фильтрации более 0,1 м/сутки.
Электрохимическая обработка используется для усиления грунтов верхней площадки земляного полотна, стабилизации откосов выемок и насыпей, обеспечения устойчивости склонов, для борьбы с (пучением грунтов и для упрочнения слабых грунтов в основаниях насыпей.