DE2337672B2

DE2337672B2 - Verfahren zur elektroosmotischen Verfestigung toniger Böden

Info

Publication number: DE2337672B2
Application number: DE2337672A
Authority: DE
Inventors: Alfonso Dipl.-Ing. Piacenza Franceschini (Italien)
Original assignee: PROVALOR ANSTALT VADUZ
Current assignee: PROVALOR ANSTALT VADUZ
Priority date: 1972-11-15
Filing date: 1973-07-25
Publication date: 1978-05-11
Also published as: AT330674B; FR2206122B1; CA1005791A; ES420327A1; CH587326A5; DE2337672A1; FR2206122A1; BR7308945D0; NL7315590A; IN139959B; US3915826A; BE807318A; DE2337672C3; IT960651B; ATA644673A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektroosmotischen Verfestigung toniger Böden, bei dem in dem tonigen Boden mindestens ein Schacht ausgebildet wird, in dem wenigstens eine mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbundene Kathode angeordnet wird und bei dem rund um den Schacht herum weitere Elektroden angeordnet und an die Spannungsquelle angeschlossen werden. Die damit erreichte Bodenverfestigung erfolgt einerseits durch eine elektrische Umladung der Tonteilchen unter dem Spannungsgefälle des elektrischen Stromes, wenn die als Anode und Kathode verwendeten Metalle in der Spannungsreihe der Metalle möglichst weit auseinanderstehen, und andererseits durch eine Wanderung des in dem tonigen Boden eingeschlossenen Wassers von den um den Schacht herum angeordneten Elektroden zur Kathode, so daß sich das Einsaugungswasser in dem Schacht sammelt und aus diesem abgezogen werden kann.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (»Die Bautechnik«, 1962, Heft 10, S. 345) wird über die gesamte mit Elektroden versehene Fläche um den Schacht herum ein Spannungsfeld aufgebaut, so daß eine Erwärmung des Bodens eintritt, die zu einer ungewollten vorzeitigen Verfestigung einzelner Bodenabschnitte führt, so daß ein Wasserfluß zur Kathode gehemmt wird. Ferner ist eine Anpassung der anzulegenden Spannung an Bodenabschnitte mit einem unterschiedlichen Wassergehalt nicht möglich, da an alle um die im Wassersammelschacht angeordnete Kathode herum angeordneten Elektroden gleichzeitig die gleiche Spannung von 300 V angelegt wird. Dadurch ist eine Unwirtschaftlichkeit des Verfahrens gegeben, so daß dessen Anwendungsgebiet auf relativ kleine Bodenflächen beschränkt bleibt. Hinzu kommt noch, daß zufriedenstellende Bodenverfestigungsergebnisse nur bei Anwendung des bekannten Verfahrens über einen längeren Zeitraum erhalten werden. Außerdem besteht die Gefahr, daß bei diesem Verfahren bei einem Stromdürchgang über einen längeren Zeitraum im Anodenbereich eine Umkehrung der Strömungsrichtung des Wassers mit der Folge einer Bodenaufweichung auftritt, was darauf zurückzuführen ist, daß zwischen den äußeren Anoden des Elektrodenfeldes und der Kathode eine Vielzahl von Anoden angeordnet ist Auch hört eine Wasserbewegung beim Fehlen eines Wassernachschubes im Bereich der Anode auf, wenn nach einer gewissen Zeit eine stabile Verteilung der Kationen des sich von der Anode zur Kathode erstreckenden kontinuierlichen Kationenstromes im Elektrodenzwischenbereich eingetreten ist und diese nicht mehr unter dem Einfluß des äußeren Feldes bewegen.

^r> Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bodenverfestigungsverfahren zu schaffen, das an die örtlichen Gegebenheiten innerhalb des zu entwässernden Bereiches anpaßbar ist, so daß auch aus entfernt gelegenen Bodenabschnitten eine Wasserableitung zu

²ⁿ einem Sammelschacht möglich ist

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, beginnend von den dem Schacht am entferntesten angeordneten Elektroden, fortschreitend

^r> bis zu den dem Schacht am nächsten gelegenen Elektroden die jeweils entferntesten Elektroden mit dem positiven Pol der Stromquelle mit einer Spannung zwischen 50 V und 1000 V und die jeweils verbleibenden Elektroden mit dem negativen Pol der Stromquelle

^Jo verbunden werden.

Dadurch, daß bei diesem Verfahren zunächst die dem Wassersammeischacht entferntesten Elektroden mit Gleichstrom versorgt und die dem Schacht näher gelegenen Elektroden sukzessive zugeschaltet werden,

^r> erfolgt der Kationenaustausch nicht über alle Elektroden gleichzeitig, sondern beginnt bei den entferntesten Elektroden und setzt sich dann bei Zuschaltung weiterer Elektroden in Richtung des Schachtes fort. Dies bewirkt, daß das abzuziehende Wasser sich zunächst im Bereich

^4l) der äußeren Elektroden ansammelt und dann wegen seiner großen Menge nach Zuschaltung der vom Schacht weniger weit entfernten Elektroden leicht zu dem Schacht fließen kann. Wasserstauungen mit der Folge, daß Wasser aus diesen Stauungsbereichen nicht abgeführt werden kann, werden vermieden. Hinzu kommt, daß durch das sukzessive Zuschalten weiterer Elektroden in Richtung zum Kathodenschacht hin keine großflächige Erwärmung des Bodens eintreten kann. Damit ist das Verfahren gegenüber den bekannten Verfahren in der Durchführung wesentlich flexibler und ermöglicht eine vollständige Wasserableitung zum Kathodenschacht. Die erforderliche Stromstärke braucht nicht mehr genau ermittelt zu werden, da der Einschaltzeitpunkt der weniger weit von dem Schacht entfernten Elektroden individuell gewählt werden kann. Es ist daher auch nicht erforderlich, bei dem Verfahren nach der Erfindung den Boden mit Zusatzmitteln zu tränken. Außerdem findet keine völlige Austrocknung des Bodens statt, da Wasser nur in dem Umfang

^hu abgezogen wird, wie es zu dem Ersatz der Alkali- und/oder Erdalkali-Kationen durch die von den Elektroden herrührenden Kationen erforderlich ist.

Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels

"'' erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Abhang mit einem eine Kathode aufweisenden Wassersammeischacht und mit um den Schacht herum im Boden angeordneten Elektroden in

einem schematischen lotrechten Schnitt und

F i g. 2 die schematische Draufsicht auf die um zwei Schächte herum angeordneten Elektroden.

Es wird davon ausgegangen, daß ein aus der rutschgefährdeten Tonmasse A bestehender Boden, welcher z. B. einen Hügelhang bildet, verfestigt werden soll.

Vor der Durchführung des Verfahrens werden anhand von Proben des zu verfestigenden Bodens in Laboruntersuchungen mittels geeigneter Einrichtungen diejenigen Werte, wie Spannung und Zeit, ermittelt, mit denen für den jeweiligen Boden eine größtmögliche elektroosmotische Bodenverfestigung und der erwünschte Ablauf di;s Wassers zum Kathodenschacht erzielbar ist

Unter Zugrundelegung dieser ermittelten Werte, insbesondere unter Verwendung einer Spannung zwischen etwa 50 V und etwa 1000 V, vorzugsweise zwischen etwa 50 V und etwa 100 V, wird das Verfahren in der Weise angewandt, daß zwei voneinander etwa 30 bis 100 m entfernte Schächte 8 und 9, von denen in F i g. 1 nur einer dargestellt ist, bis zur Basis des Erdrutsches niedergebracht werden.

Hierauf wird in den Boden rund um die Schächte 8 und 9 auf der ganzen Oberfläche des zu behandelnden Bodens eine große Anzahl von Elektroden 10 aus Aluminium, Kupfer, Eisen oder deren Legierungen in der Länge von etwa 1 bis 10 m, normalerweise von etwa 2 bis 3 m, eingeschlagen. In manchen Fällen können bis 10 000 Elektroden notwendig sein. Auf dem Grund des Schachtes 8 ist eine Kathode 111 angeordnet

Danach werden die äußeren Elektroden, die sich am Rand der Oberfläche des zu behandelnden Bodens befinden, d. h. die Elektroden außerhalb der in F i g. 2 gestrichelt dargestellten Linie B, mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden. Alle anderen Elektroden und die Kathode 11 werden mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden. Die Spannung hat den Wert der vorher durch Versuche bestimmt wurde. Die Stromstärke kann zwischen etwa

1OA und etwa 300A variieren; sie beträgt meistens etwa 3OA. Insbesondere dann, wenn eine rasche Verfestigung des Bodens erforderlich ist, wird eine hohe Stromstärke verwendet. Hingegen werden niedrigere Werte der Stromstärke dort angewendet, wo es notwendig ist, mit Vorsicht vorzugehen, um Schaden an Personen und Gegenständen zu vermeiden.

Während die Elektroden 10 und die Kathode 11 mit Strom gespeist werden, findet eine Wanderung des Einsaugungswassers in dem tonigen Boden von außen nach innen statt, und da das Wasser die nichtmetallischen Kationen mitnimmt, findet gleichzeitig ein Austausch der ursprünglich im Ton vorhandenen Alkali- und Erdalkali-Kationen durch die metallischen Ionen der Elektroden statt

Sobald der sich außerhalb der gestrichelten Linie B befindende Boden verfestigt ist und praktisch das ganze ursprüngliche Einsaugungswasser verloren hat, werden mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle die sich zwischen den gestrichelten Linien -β und C befindenden Elektroden verbunden, und es wird auf dieselbe Weise vorgegangen, wie bereits vorangehend beschrieben. Mit dem positiven Pol werden danach die sich zwischen den gestrichelten Linien C und D befindenden Elektroden verbunden und schließlich die innerhalb der Linie D angeordneten Elektroden. Während der Ausführung des Verfahrens wird ständig das sich in den Schächten ansammelnde Wasser entnommen, wobei jedoch stets ein geringer Wasseranteil in jedem Schacht belassen wird.

Aufgrund der in großer Zahl durchgeführten Versuche konnte festgestellt werden, daß ein mit dem vorstehend beschriebenen elektroosmotischen Verfahren behandelter toniger Boden die für solche Böden charakteristischen geotechnischen Eigenschaften vollständig verliert Der behandelte Boden kann nicht mehr abrutschen und ist zum Tragen von Baufundamenten u.dgl. geeignet, da er für die Aufquellungs- und Auflösungswirkung des Wassers unempfindlich ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektroosmotischen Verfestigung toniger Böden, bei dem in dem tonigen Boden mindestens ein Schacht ausgebildet wird, in dem wenigstens eine mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbundene Kathode angeordnet wird und bei dem rund um den Schacht herum weitere Elektroden angeordnet und an die Spannungsquelle angeschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß, beginnend von den dem Schacht am entferntesten angeordneten Elektroden, fortschreitend bis zu den dem Schacht am nächsten gelegenen Elektroden die jeweils entferntesten Elektroden mit dem positiven Pol der Stromquelle mit einer Spannung zwischen 50 V und 1000 V und die jeweils verbleibenden Elektroden mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung so gewählt wird, daß die Stromstärke zwischen den Elektroden zwischen etwa 10 A und 300 A liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in einem Abstand von etwa 20 bis 100 Meter voneinander angeordnete Schächte vorgesehen werden.