Электродренаж при осушении грунтов

В процессе производства строительных работ нулевого цикла, в некоторых случаях возникает необходимость осушения глинистых, илистых или мелкозернистых грунтов, имеющих настолько низкую водоотдачу, что применение обычных способов водопонижения -  иглофильтрового, скважинного и других - затруднено и малоэффективно. Для усиления эффекта осушения в данных гидрогеологических условиях используют электродренажный (электроосмотический) способ водопонижения. Основой этого метода является электроосмос.

Электроосмос - это электрокинетическое явление, заключающееся в том, что частицы грунта имеют вокруг себя связанный с поверхностью и, как правило, отрицательно заряженный слой воды, на котором располагается более толстый водяной слой, заряженный положительно. Эта комбинация водяных слоёв вокруг частиц грунта называется "слоями Гельмгольца". Между слоями жидкости, заряженными положительно, находится слой свободной незаряженной воды. При погружении в грунт электродов, подающих постоянный электрический ток, молекулы положительно заряженного подвижного водяного слоя и слоя незаряженной воды устремляются в направлении отрицательного электрода.

Схема электроосмотического потока в прямых жёстких капиллярах.

1 - катод, 2 - анод, 3 - стенка капилляра, 4 - неподвижная жидкость, 5 - двойной "слой Гельмгольца", 6 - подвижная часть двойного слоя, 7 - свободная вода, 8 - эпюра распределения скоростей.

При производстве водопонизительных работ электроосмотическим методом, в качестве катода (отрицательно заряженного электрода) используется водоприёмное устройство (например, иглофильтр), водоприток на которое стимулируется за счёт создания электроосматического эффекта. Для этого, на соответствующую иглофильтровую установку устанавливается источник постоянного тока и необходимая электроаппаратура. В качестве положительно заряженного электрода (анода) используется стальная труба или стержень.

Метод электродренажного водопонижения обычно используется при осуществлении водопонизительных мероприятий в условиях слабопроницаемых грунтов с коэффициентом фильтрации до 1 м/сут при ширине выработки до 40 м. Для этого, сначала по периметру выработки на расстоянии 1,5 м от бровки и с интервалом 0,75 - 1,5 м заглубляют катоды - иглофильтры, подключённые к отрицательному полюсу генератора постоянного тока, а затем по внутренней стороне контура расположения иглофильтров на расстоянии 0,8 м погружают в грунт аноды (стальные стержни или трубы). Относительно ряда иглофильтров (катодов) аноды устанавливаются в шахматном порядке, т.е. с тем же интервалом, но со смещением. При этом катоды (иглофильтры) и аноды ( трубы или стержни) погружаются в грунт ниже расчётного уровня водопонижения на 3 м. Рабочее напряжение в системе при производстве электроосмотического водопонижения, в соответствие с требованиями техники безопасности устанавливается 40-60 В.

Схема электроосушения котлована.

1 - всасывающий коллектор, 2 - генератор тока, 3 - иглофильтр-катод, 4 - стержень-анод, 5 - кривая депрессии до осушения, 6 - кривая депрессии при электродренаже.

При подаче на электроды постоянного тока, за счёт электроосмотического притока подземных вод к катоду, значение коэффициента фильтрации осушаемого грунта увеличивается от 5 до 25 раз, что приводит к снижению уровня напора в его массиве и повышению производительности иглофильтровой установки. Кроме того, в следствие воздействия на водонасыщенные грунты постоянного электрического поля происходит электроосмотическое укрепление осушаемых грунтов (улучшение прочностных характеристик за счёт уплотнения). Существенного повышения прочности осушаемого грунта (до 3-4 кГ/см2) можно достичь, используя при электродренаже жидкое стекло и хлористый кальций (метод проф. Цебертовича). В этом случае, в одни электроды вводится хлористый кальций, а в другие - жидкое стекло.