DE2337672C3 - Verfahren zur elektroosmotischen Verfestigung toniger Böden - Google Patents
Verfahren zur elektroosmotischen Verfestigung toniger BödenInfo
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- B01D61/56—Electro-osmotic dewatering
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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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 I.athode 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 Spanriungsfeld 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 Wassersammeischacht angeordnete Kathode herum angeordneten Elektroden gleichzeitig
die gleiche Spannung von 3ÖÖ V angelegt wird- Dadurch
ist eine Unwirtschaftlichkeit des Verfahrens gegeben, so daß dessen Anwendungsgebiet auf relativ kleine
Bodenfläöhen 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 Stromdurchgang 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
Wassernächschubes 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.
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 einem Sammelschacht möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindiingsgemäß
darin, daß bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, 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. <er Stromquelle mit einer Spannung
zwischen 50 V und 1000 V und die jeweils verbleibenden
Elektroden mit dem negativen Pol der Stromquelle 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,
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 iunächst im Bereich 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 abgezogen wird, wie es zu dem Ersatz der Alkali-Und/oder
ErdalkaÜ-Kationen durch die Von den Elektroden herrührenden Kationen erforderlich ist
Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aüsführurigsbeispiels
erläutert, und zwar zeigt
Fig. 1 einen Abhang mit einem eine Kathode aufweisenden Wassersammeischacht und mit um den
.c!chiicht herum im Boden angeordneten Elektroden in
einem schematischen lotrechten Schnitt und
Fig.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 des 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 11 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 10A und etwa 300 A variieren; sie beträgt meistens
etwa 30 A. 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
i" 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
ι · der Elektroden statt
Sobald der sich außerhalb der gestrichelten Linie B befindende Boden verfestigt ist uncr praktisch das ganze
ursprüngliche Einsaugungswasser verloren hat, werden
mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle die sich zwischen den gestrichelten Linien .+ und Cbefindenden
Elektroden verbunden, und es wird aif 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 (3)
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.
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