Рис. 32. Примеры применения электроосмоса в строительстве: для ускорения водоотвода из ядра намытой плотины (а), , для уменьшения налипания грунта к кузову самосвала: рама поднята (б), рама опущена (в)

В результате применения электроосмоса в 30…50 раз увеличивается водоотдача, а следовательно, расширяется номенклатура грунтов для возведения плотин и дамб методом гидромеханизации.

При работе землеройных машин, (скреперов, бульдозеров, погрузчиков, экскаваторов) на сухих связных грунтах (глинах, лессах) более 40% затрачиваемой энергии уходит на преодоление трения грунта о поверхности рабочих органов. При разработке влажных связных грунтов в летнее время происходит налипание, а в зимнее время намерзание грунта на стенках рабочих органов и транспортных средств. Это затрудняет выгрузку грунта и ведет к снижению производительности в 1,3… 1,8 раза. Однако по влажной поверхности скольжение тела происходит легче, поэтому при наборе грунта и при его разгрузке между ковшом землеройной машины или кузовом транспортного средства и грунтом должен быть слой влаги (20…40 мкм). Это особенно важно при работе в зимних условиях, так как свободная влага при температуре окружающей среды от 0 до — 1 °С замерзает, а вода в капиллярах не замерзает при температуре до —7 °С.

Для уменьшения сопротивления наполнению ковша на почвоперерабатывающих машинах по предложению С. И. Долгополова и других ученых отрицательный полюс генератора соединяется с корпусом рабочего органа, а положительный с поверхностью разрабатываемого грунта в непосредственной близости от места разработки, т. е. используется явление электроосмоса.

Применение электроосмоса при разработке грунтов влажностью 5…12% дозволяет снизить за счет уменьшения сил трения грунта о ковш энергозатраты на 15%, а производительность за счет увеличения наполнения ковша увеличить в 1,3… 1,5 раза, а при разработке влажных грунтов за счет улучшения условий разгрузки в 1,5… 2 раза.

По этому методу для уменьшения налипания грунта к кузову автомобилей-самосвалов и облегчения их разгрузки над кузовом устанавливается на шарнирах рама со стержнями (рис. 32, б), соединенная с положительным полюсом генератора, а кузов соединен с отрицательным полюсом генератора. При загрузке кузова грунтом, а также при выгрузке рама поднимается. После загрузки кузова рама опускается. При транспортировке в зоне контакта грунта с кузовом образуется водная пленка. Применение такого способа позволяет в 5…6 раз уменьшить налипание грунта.

Использование электроосмоса нашло свое применение и для уменьшения сопротивления грунта при погружении свай, кессонов, оболочек колодцев, шахтных стволов. На преодоление трения сваи о грунт при ее погружении затрачивается около 50% потребляемой энергии. Чтобы уменьшить трение, необходимо обеспечить увлажнение поверхности сваи, применив электроосмос.

На поверхности железобетонной или деревянной сваи укрепляют электроды в виде проволоки или полосы металла, а рядом с забиваемой сваей в грунт забивают металлический стержень. Электроды соединяют с отрицательным полюсом генератора, а стержень с положительным. При погружении сваи под действием электроосмоса влажность грунта у ее поверхности увеличивается, пластичные глины увлажняются и даже разжижаются. В результате в 2…2,5 раза уменьшается сопротивление грунта, погружение происходит быстрее и при меньшем числе ударов, что весьма важно для сохранения головы сваи. Впервые такой способ погружения свай был применен в 1938 г. при сооружении моста Строителей в Ленинграде и на ряде других строек. Особенно эффективен электроосмотический способ при опускании колодцев в сухих глинистых и суглинистых грунтах.

При электроосмотическом погружении корпусов колодцев больших размеров равномерность и вертикальность погружения обеспечивается довольно просто и без дополнительных затрат путем пропуска тока в нужный момент, а также включения и отключения группы электродов (рис. 33). На поверхности корпуса колодца монтируют горизонтальные металлические пояса из листовой стали, соединенные с отрицательным полюсом генератора, а вокруг на расстоянии 3…4 м забивают стержни с шагом 4…5 м, соединенные с положительным полюсом. Опускание колодца осуществляется с выборкой грунта экскаватором ЭО-2621А с объемом ковша 0,25 м3, который разрабатывает грунт внутри колодца и грузит в большой ковш специального изготовления, который подымается на поверхность башенным краном с выгрузкой в автомобиль-самосвал.

При появлении перекоса колодца часть анодных электродов, расположенных напротив пониженного места, отключается.

Рис. 33. Схема;
размещения электродов при опускании корпуса колодца
1 — корпус колодца; 2 — металлический пояс; 3 — стержни

Рис. 34. Схема злектрофорезного укрепления грунта
а, б, в — соответственно укрепление грунта на площади под основанием фундамента при устранении пучения; 1 — иглофильтр, подающий в грунт раствор солей; 2 — иглофильтр, отсасывающий воду; 3, 1 . . . III — зоны укрепления грунта; 4 — зона увлажнения и пучения; 5 — подъем грунта при пучении

Для увеличения трения на ряде электродов переключаются полюса. При опускании колодцев в мокрых грунтах иглофильтровыи метод понижения грунтовых вод в совокупности с электроосмосом способствует качественному опусканию колодцев. Увеличение несущей способности грунтов и ликвидации их пучения можно достигнуть методом электрофореза.

Обычно укрепление грунтов осуществляют введением в грунт под давлением через иглофильтры концентрированных растворов (жидкого стекла, хлористого кальция, хлористого железа). Проникая через пустоты и щели в грунте, соли растворов изменяют структуру и свойства грунтов, увеличивая их плотность и несущую способность. Такой способ инъекции солей позволяет изменить структуру тонкого столба грунта (20…30 см).

Применение электрофорезного способа укрепления грунта увеличивает область проникновения солей в капилляры в 2…2,5 раза, тем самым ускоряя процесс заполнения капилляров солями и коагуляцию частиц грунта. Общая схема работ показана на рис. 34, а. Через один иглофильтр, подключенный к положительному полюсу генератора, в грунт подается под давлением концентрированный раствор солей. Через второй иглофильтр, подключенный к отрицательному полюсу генератора, осуществляется отсос воды.

Электрофорезный способ укрепления оснований широко применяется при различного рода надстройках зданий и реставрационных работах. При этом производят укрепление не только оснований, но и стен, и штукатурки. На рис. 37, б показана схема установки иглофильтров для укрепления оснований и стен.

Электрофорезный способ применялся при восстановлении Монплезира и Большого дворца в Петродворце, театра оперы и балета им С. М. Кирова, Малого зала консерватории, Финляндского вокзала в Ленинграде, Успенского собора в Каневе.

Глинистые грунты довольно часто используются для возведения железнодорожных и дорожных насыпей. При переувлажнении поверхностных слоев грунта насыпей, при накоплении влаги в балластном слое после дождей и при оттаивании после зимнего периода происходят пучение грунта и оплывы откосов. Для предотвращения деформации грунта применяют электрофорез. На рис. 37, в показана схема расположения иглофильтров, забиваемых в грунт на 0,7… 1 м ниже глубины промерзания.

Средний ряд иглофильтров присоединяется к положительному полюсу генератора, через них периодически подается 4%-ный раствор хлористого кальция, а боковые иглофильтры подсоединяются к отрицательному полюсу генератора и через них осуществляется отсос воды.