К работам подготовительного периода относятся завоз материала и оборудования, монтаж электростанции, погружение электродов, монтаж электрической цепи и приготовление химических растворов требуемой концентрации. В непосредственной близости от участка выбирается площадка, где строится временное помещение для электростанции (площадью не менее 20 м2), в котором затем монтируется агрегат. Здесь устанавливается распределительный щит с тремя рубильниками, предохранителями, электроизмерительными приборами (амперметром и вольтметром) и реостатом возбуждения (пусковым).
В соответствии с принятой схемой размещения электродов, на месте предстоящего закрепления производится погружение электродов в грунт. Местоположение электродов должно быть заранее обозначено забитыми в грунт деревянными колышками. Если глубина установки электродов не превышает 1,5—2 м, то их можно забить кувалдой; если электроды длинее, то их погружение осуществляется с помощью копрового оборудования или пневматическими молотками. Обязательным условием погружения электродов является плотное соприкосновение их стенок с окружающим грунтом.
Электрическая цепь состоит из магистральных проводов (сечением 20—50 мм2), прокладываемых вдоль линий расположения анодных и катодных электродов либо прямо на земле (при изолированных проводах), либо подвешенных на деревянных рогатках (при неизолированных проводах). Соединение электродов с магистральным проводом осуществляется при помощи монтажных проводов (сечением 4—7 мм2). Для этого один конец отростка монтажного провода зажимается клеммой электрода, а другой — присоединяется к магистральному проводу.
Магистральные провода с подключенными к ним электродами соединяются с соответствующими полюсами источника тока. Правильность подключения электродов проверяется по электроизмерительным приборам, а также по шипящему звуку и скоплению воды в катодных электродах. По этим своеобразным внешним признакам можно безошибочно находить катодные электроды. В темное время суток участок работы должен быть освещен путем устройства подвесной сети и установки прожекторов или лампочек с рефлекторами. На случай остановки электростанции на участке должен быть электрический или керосиновый фонарь. Освещение фронта работ, осуществляемое от действующей электростанции, служит одновременно сигналом включения и выключения электрического тока и может применяться также в дневное время.
Участок закрепления ограждается от случайного попадания на него людей. С этой целью должно быть устроено проволочное или деревянное ограждение с оставлением необходимых проходов. Вокруг участка следует установить щиты с предупредительными надписями.
Для обеспечения круглосуточного проведения работ заранее должны быть укомплектованы рабочие смены. Смена состоит из механика, обслуживающего электростанцию, и одного рабочего. В ночную смену можно обойтись одним рабочим.
Основное внимание при проведении закрепления должно быть уделено бесперебойной и высокоэффективной работе электрической станции; суточная продолжительность работы под нагрузкой должна быть по возможности наибольшей, также как и снимаемая нагрузка. В момент включения электродов, после холостого хода, необходимо уменьшать напряжение реостатом, обеспечивая плавное повышение нагрузки на генератор. В процессе электрохимического закрепления откачка воды (с помощью насоса) из катодных электродов производится по мере ее накопления. Примерный интервал в откачке воды составляет 3—4 ч и зависит от интенсивности наполнения электродов. Заливка растворов в анодные электроды осуществляется рабочим либо вручную (с помощью лейки), либо растворонасосом (при нагнетании растворов под давлением). В первом случае используется раствор хлористого кальция, а во втором — последовательно жидкое стекло и хлористый кальций (электросиликатизация).
Введение растворов в грунт надлежит производить одновременно с включением электрического тока и заканчивать при электролитической обработке за 1/4 часть времени общей продолжительности закрепления, а при злектросиликатизации — за несколько часов до окончания работ. Чтобы электролит равномерно насыщал всю толщину грунта, анодные электроды должны быть по возможности постоянно им заполнены. Для обеспечения наибольшей эффективности закрепления необходимо стремиться к уменьшению перерывов в пропускании электрического тока. Поэтому операции по откачке воды и заливке электролита можно производить при включенном положении силового рубильника, но при введенном в цепь пусковом реостате (снижающем напряжение тока.)
Объем одновременно закрепляемого грунта (секция закрепления) определяется мощностью источника электрической энергии. Подбор нагрузки, соответствующей паспортному режиму, производится либо по предварительному расчету (по удельному электрическому сопротивлению грунта и напряжению источника тока), либо в опытном порядке путем постепенного присоединения электродов к магистральному проводу. Электрический ток, поступающий в грунт через электроды, распределяется между ними примерно в одинаковой степени; если в сеть включено 8 пар электродов и амперметр показывает 16 а, то сила тока, приходящаяся на одну пару, составит 2 а; при паспортной силе тока 80 а одновременно в сеть может быть включено до 40 пар электродов. Однако, учитывая, что сила тока со временем изменяется (сначала возрастает), не следует подключать более 3/4 расчетной нагрузки (т. е. 0,75 X 40 = 30 пар электродов).
Таким образом, объем одновременно закрепленного грунта в одной секции определится тем количеством грунта, которое входит в зону действия 30 пар электродов. Окончание работ по закреплению грунта на одной секции устанавливается руководителем работ на основании подсчета расхода электрической энергии и химических растворов, пропущенных через грунт данной секции. По окончании закрепления всего участка (нескольких секций) производится демонтаж электрической цепи и вытаскивание электродов. Оставшиеся после удаления электродов скважины заполняются местным грунтом. Во время электрохимического закрепления ведется журнал производства работ. Ответственным за его заполнение является дежурный электромонтер. Запись показаний приборов в журнале работ производится каждые 3—4 ч, а также во время остановок, пусков и при резких изменениях напряжения и нагрузки.
В журнале наблюдений рекомендуется иметь следующие графы: 1) Дата; 2) Фамилия дежурного наблюдателя; начало и конец смены; 3) Время включения и выключения нагрузки (электродов); 4) Показания амперметра; 5) Показания вольтметра; 6) Интервал времени между двумя записями в часах; 7) Средняя сила тока за интервал (а); 8) Среднее напряжение за интервал (в); 9) Выработано электрической энергии (квт х ч); 10) Подключенная нагрузка (номера пар электродов); 11) Введение в грунт электролита (время, концентрация, количество литров); 12) Состояние погоды; 13) Особые замечания.
Основная особенность работ по электрохимическому закреплению грунтов состоит в том, что при пропускании через грунт электрического тока в зоне между электродами возникает опасное для человека шаговое напряжение (40—60 в). Отсюда главное условие безопасности работы в том, чтобы не допускать людей на секцию закрепления во время пропускания тока. Для этого, как уже говорилось, участок должен ограждаться, а также вывешиваются предупреждающие знаки и плакаты.
Рабочие, выполняющие работы по электрохимическому закреплению грунтов, проходят необходимый инструктаж по общим правилам ведения подобных работ и под расписку предупреждаются о правилах. Опыт производственных работ показал, что при градиенте напряжения 0,5—0,7 в/см на участке закрепления не возникает опасного для человека напряжения, если он заходит на участок в резиновых сапогах. Только после дождя, когда поверхность участка увлажнена, возникает некоторая реальная опасность для людей, и заходить на участок, находящийся под током, можно в исключительном случае (предварительно надев резиновые сапоги и перчатки). Откачку воды из электродов и заливку электролита можно производить в то время, когда участок находится под током, однако, в этом случае рабочий должен надевать резиновые сапоги и перчатки. Кроме вышеуказанного, необходимо выполнять следующие основные инструктивные требования по технике безопасности работ:
1. Перед включением электрического тока в сеть электромонтер проверяет состояние электрооборудования, электрической цепи и контактов. 2. Устранение неисправностей в электрической цепи, отключение и подключение электродов производится при выключенном рубильнике. 3. Включение и выключение нагрузки, уход за генератором, устранение неисправностей генератора и электрической цепи производится только дежурным электромехаником (электромонтером) 4. При работе электромонтер обязан применять защитные приспособления — резиновые сапоги или галоши, резиновые перчатки и монтажный инструмент с изолированными ручками. 5. На время грозы пропускание тока прекращается.
Эффективность электрохимического закрепления грунтов; оценивается как на основании испытания грунта в полевых условиях, так и по данным лабораторных, исследований. Ввиду отсутствия стандартных требований по испытанию грунтов для этих целей можно рекомендовать метод сравнения прочностных характеристик грунта до и после закрепления.
В полевых условиях прочностная оценка грунта может быть, осуществлена путем определения степени сопротивления грунта действию касательных напряжений (лопастные приборы), сопротивления погружению стержня или трубы (пенетрометры), или штампа. Кроме того, отрывка шурфа и отбор монолита позволяют провести лабораторные исследования грунта. В этом случае производится испытание грунта на сдвиг (в двух или трехосном приборе), определяется гранулометрический состав микроагрегатным методом, влажность, объемный вес скелета и коэффициент фильтрации грунта.
При испытании грунтов следует учитывать некоторую неравномерность изменения их свойств по зонам; в анодной зоне в большинстве случаев грунт упрочняется сильнее, чем в катодной, а в катодной — сильнее, чем в промежуточной. В зависимости от цели проведения работ оценка прочности грунта: производится либо по одной из зон, либо в среднем по всем зонам. При закреплении грунта вокруг свай, оценка степени увеличения несущей способности основания производится путем испытания отдельных свай. При этом не следует испытывать большое их количество, так как при испытании пробными нагрузками может нарушаться сцепление между материалами: свай и окружающим ее закрепленным грунтом.