Electrokinetic stabilisation: an overview and case study

Abstract

This paper describes work currently underway at the University of Birmingham concerning the application of electrokinetic stabilisation to clay soils. Electrokinetic stabilisation combines the processes of electroosmosis and chemical grouting, and is most effective in silty and clayey soils where the hydraulic conductivity is low. This paper introduces electroosmotic theory and an overview of the research performed to date. Field trials are reported in which electrokinetic stabilisation is performed in a silty clay to a depth of 1·1 m below ground level. The electrodes were perforated steel tubes driven into the ground at a spacing of 2·5 m. Sodium silicate and calcium chloride solutions were introduced at the cathode and anode respectively. The results indicated significant increases in the pore water pressure close to the anode and reductions generally in the pH along the test section. However, the pH was significantly raised close to the cathode, thereby potentially creating the conditions for traditional stabilisation reactions to occur. The pore water flow was sufficiently great to inhibit the migration of silicate ions from the cathode, and only when the silicate solution was injected between the two electrodes did it enter the ground. There was an increase in plastic limit midway between electrodes after 16 days, whereas closer to the anode there was a reduction, possibly as a result of electrode degradation. Cet exposé décrit des travaux actuellement en cours à l'Université de Birmingham concernant l'application d'une stabilisation é lectrocinétique à des sols d'argile. La stabilisation électrocinétique combine les processus d'électroosmose et de cimentage chimique et est très efficace dans les sols limoneux et argileux là où la conductivité hydraulique est faible. Cet exposé présente la théorie d'électroosmose ainsi qu'un récapitulatif des recherches effectuées jusqu'ici. Nous donnons les résultats d'essais sur le terrain dans lesquels la stabilisation électrocinétique est effectuée dans une argile limoneuse jusqu'à une profondeur de 1,1 m en dessous du niveau du sol. Les électrodes étaient des tubes d'acier perforé enfoncés dans le sol avec un espacement de 2,5 m. Du silicate de sodium et du chlorure de calcium ont été introduits respectivement à la cathode et à l'anode. Les résultats ont montré des augmentations significatives de la pression d'eau interstitielle près de l'anode et des réductions générales du pH le long de la section testée, bien que le pH ait augmenté de manière significative près de la cathode, ce qui crée potentiellement les conditions pour que des réactions de stabilisation traditionnelles se produisent. L'écoulement de l'eau interstitielle a été suffisamment important pour inhiber la migration des ions de silicate depuis la cathode et c'est seulement quand la solution de silicate a été injectée entre les deux électrodes qu'elle est entrée dans le sol. Il y a eu une augmentation de la limite plastique à mi chemin entre les électrodes après 16 jours alors que, plus près de l'anode, on a constaté une réduction, résultat possible d'une dégradation des électrodes.