Спосіб підсилення основи електрохімічними елементами

Изобретение относится к строительству, в частности усилению грунтов основания строящихся и существующих зданий электрохимическими элементами. Известны электрохимические связи (Жинкин Г.Н., Калганов В.Ф. Электрохимическая обработка глинистых грунтов в основаниях сооружений. - М.: Стройиздат, 1980. - С.5 - 12), представляющие собой металлический стержень, частично разложившийся под действием электрического тока, вокруг которого в результате электрохимической обработки образован объем из сцементированного грунта. Подробное описание способа выполнения электрохимических свай приведено на конкретном примере (Трушинский М.Ю. Электрохимические анкеры и сваи в фундаментостроении // Основания и фундаменты, механика грунтов. - 1966. - №3. С.25 - 26). Способ основан на том, что после обработки грунта постоянным электрическим током в специально подобранном режиме, вокруг стальных электродов диаметром 12 - 30мм из гладкокатанной арматуры класса A1 - A3 образуется столб из сцементированного грунта диаметром 100 - 400мм прочностью до 5МПа и несущей способностью до 250кПа при расходе электроэнергии 10 - 160кВт × час на одну изготовленную сваю или анкер длиной 10м. Недостатком аналога являются ограниченные возможности варьирования на правления осей электрохимических свай: вертикальное или близкое к вертикальному. Наиболее близким способом-прототипом является (Трушинский М.Ю. Электрохимический способ закрепления грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1993. - №2. С.23 - 26. - Рис.1б), включающий погружение в грунт металлических стержней с последующим пропусканием через них электрического тока до образования вокруг металлических стержней сцементированного грунта. Признаками заявляемого способа, общими с прототипом, являются погружение в грунт металлических стержней с последующим пропусканием через них электрического тока до образования сцементированного грунта вокруг металлических стержней. Недостатком прототипа является то, что электрохимические сваи могут выполняться либо вертикальными,, либо под небольшим наклоном к вертикали, что не всегда эффективно и рационально с позиций методов усиления оснований для конкретных инженерногеологических условий и конструктивного решения оснований и фундаментов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа усиления основания, в котором армированием основания горизонтальными или близкими к горизонтальному направлению электрохимическими элементами обеспечивается улучшение физико-механических характеристик грунта и за счет этого повышается несущая способность основания. Поставленная задача решается тем, что в способе усиления основания электрохимическими элементами, включающем погружение в грунт металлических стержней с последующим пропусканием через них электрического тока до образования сцементированного грунта вокруг металлических стержней, согласно изобретению, погружение в грунт металлических стержней осуществляют через предварительно выполненные каналы с помощью опущенных в эти каналы направляющих с гибочным приспособлением на нижнем конце путем подачи металлических стержней в направляющие посредством подающего механизма. Сущность способа заключается в том, что повышение несущей способности фундамента происходит за счет цементации грунта вокруг горизонтальных или близких к горизонтальным по направлению металлических стержней под действием электрического тока. В отличие от прототипа, зоны сцементированного грунта вокруг металлических стержней горизонтального направления, улучшают физико-механические свойства основания именно в тех зонах, которые наиболее существенно влияют на несущую способность основания. Так, например, наиболее эффективным является усиление основания под существующим фундаментом на глубине h0 от уровня подошвы фундамента в пределах: 0,2b £ h0 £ 0,5b для отдельностоящего фундамента, либо 0,2b £ h0 £ 0,5b tg (45° + j/2) для ленточного фундамента, где b - ширина подошвы фундамента, мм; j - угол внутреннего трения грунта, градусов, а длину горизонтальной проекции элементов усиления l принимают равной l - b + 2a, при этом a ³ Dh/tg(j + c 1/p), где a - расстояние от боковой грани фундамента до ближайшей боковой грани канала, мм; Dh - расстояние от подошвы фундамента до уровня низа зоны эффективного усиления под подошвой, мм, в случае горизонтальных элементов усиления Dh = h0; c1 - расчетное значение сцепления грунта, кПа; p - среднее давление под подошвой фундамента, кПа, WL - уровень грунтовых вод. Усиление земляных массивов также может быть проведено более эффективно с применением горизонтальных элементов усиления, в том числе в комбинации с наклонными и вертикальными. На фиг.1 изображен поперечный разрез усиления основания под существующим фундаментом; на фиг.2 - вертикальный разрез гибочного приспособления в виде криволинейного патрубка. Для реализации способа усиления основания электрохимическими элементами фундамента 1 выбирают уровень h0 от подошвы фундамента в зоне 2 уплотненного грунта. На расстоянии, обусловленном шириной b подошвы фундамента и в зависимости от физико-механических свойств грунта основания, выполняют вертикальные каналы 3, в которые погружают направляющую трубу 4 с ввинченным в нижний конец гибочным патрубком 5. Над устьем вертикального канала устанавливают подающий силовой механизм 6, который подает в направляющую трубу металлический стержень 7. Для ввинчивания гибочного приспособления в виде патрубка 5 в нижний конец направляющей трубы 4 служит муфта 8. После вдавливания в грунт в горизонтальном направлении или близко к нему стержня 7 на величину 2a + b, подающий силовой механизм 6 останавливают, затем вращают направляющую трубу 4 относительно вертикальной оси до тех пор, пока из нее не вывинтится гибочный патрубок 5. После этого направляющую трубу 4 извлекают. Гибочный патрубок 5 остается на металлическом стержне в канале 3, но в связи с незначительной массой и величиной, он несущественно влияет на расход материалов. Если грунт ниже уровня грунтовых вод WL малосвязный, выполнение вертикального канала может производиться с использованием обсадной трубы, которая на фиг.1 условно не показана. После вдавливания в грунт всех предусмотренных планом производства работ металлических стержней 7, их концы, выходящие на поверхность подключают к источнику тока для электрохимической реакции в грунте, после окончания которой концы металлических стержней отключают, а участки, расположенные в вертикальных каналах, с целью экономии металла отрезают трубчатыми ножницами. Электрохимические процессы, происходящие при этом, описываются следующими уравнениями: а) на аноде происходит растворение атомов железа стальных электродов с образованием двухвалентных ионов железа Fe - 2e- - Fe2+ б) взаимодействуя с водой, растворимые ионы двухвалентного железа, образуют гидрат закиси железа Fe2 + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+ в) цементация грунта обусловлена образованием соединения aFe2O3bFe(OH)2gFe(OH)3 Примером конкретной реализации способа может служить усиление основания под подошвой существующего фундамента шириной b = 1200мм, произведенное металлическими стержнями D - 10мм из стали кл. A-1 с шагом 300мм. Расход электроэнергии на 10м пог. стержней составил 160кВт × час. Увеличение несущей способности основания позволило произвести надстройку двух этажей в существующем здании.