NO783389L - Apparat til og fremgangsmaate for hjelp ved inndrivning av peler ved elektro osmose - Google Patents

Description

Anordning for å lette neddriving av peler ved elektroosmose.

Elektroosmoseprinsippet benyttes i geoteknikken for å beskrive virkningen av vann som beveges gjennom finkornet jord fra en anode til en katode etter innkobling av en likestrøm-kilde. Elektroosmose er også blitt brukt til hjelp ved neddriving av peler som angitt i US patentskrift 4.046.657 (6. sept. 1977, Philip A. Abbott) og som omtalt i følgende tidligere kjente publikasjoner: 1. Pile Driving by Electroosmoses, av B.A. Nikolaev,

Consultants Bureau, 1962,

2. Stresses in a Saturated Soil Mass During Electro-Osmosis, av W.S. Wang og 3. The Influence of a Direct Current Potential on the Adhesion Between Clay and Metal Objects. Laboratory and full Scale Tests, av Ir. H.K.S ph. Begemann.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en bedret fremgangsmåte og anordning for å lette neddriving av peler ved elektroosmose for sikring av at den elektriske strøm ledes til bunnen av pelen for å bevege vann gjennom jorden nær det sted hvor pelen drives inn, hvorved pelen lettere lar seg drive inn.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en bedret fremgangsmåte og anordning for å lette neddriving av peler ved elektroosmose ved at en ledende basis festes til pelens bunn og at nevnte basis ved hjelp av en isolert elektrisk leder forbindes med en likestrømskilde, slik at elektrisk strøm ledes gjennom bunnen nær pelen for bevegelse av vann gjennom jorden nær pelen, hvorved pelen lettere kan drives inn.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for å sikre at elektrisk strøm, også i nærvær av vann, flyter mellom pelens bunn og langs pelen til et sted ovenfor pelens bunn for reduksjon av friksjon mellom pelen og jorden.

Ytterligere en hensikt med oppfinnelsen er tilveie-bringelse av et apparat og en fremgangsmåte for å lette neddriving av en pel i jord som inneholder vann ved at en elektrisk ledende basis festes til bunnen av pelen, at en iso-

lert elektrisk leder kobles mellom en likestrømskilde og den ledende basis og at en andre elektrisk leder kobles mellom likestrømskilden og et sted som ligger i avstand fra og ovenfor, men via jorden er i elektrisk forbindelse med den ledende basis, hvorved friksjonen mellom pelen og jorden reduseres.

Hvis pelen ikke er elektrisk ledende pel, kobles den isolerte elektriske leder inn mellom den negative klemme for likestrøms-kilden og den ledende basis og den andre elektriske leder kobles til en anode som er anbrakt i vann ovenfor jorden, hvorved vannet vil beveges ned langs ytterkanten av pelen og redusere friksjonen mellom pelen og jorden. Ved bruk av en elektrisk ledende pel, blir den elektrisk ledende basis elektrisk isolert fra pelen og den andre elektriske leder kan enten forbindes med den ledende pel, jorden eller vann som dekker jorden. I dette tilfelle er den isolerte elektriske leder koblet til den positive klemme for en likestrømskilde og den andre elektriske leder er koblet til den negative klemme for likestrøms-kilden .

Ytterligere et formål med foreliggende oppfinnelse er styring av retningen av den flytende strøm etter at pelen er drevet ned, slik at vanninnholdet i jorden nær pelen reduseres og jordens bæreevne økes.

Andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av nedenstående beskrivelse av noen foretrukne utførel-sesformer av oppfinnelsen, som skal illustrere oppfinnelsen under henvisning til tegningen.

I tegningen er fig. 1 et skjematisk sideriss av anordningen ifølge oppfinnelsen i bruk i forbindelse med en pel som drives ned i jorden under vann, fig. 2 et partielt snitt av bunnen av pelen ifølge fig. 1, vist i større målestokk, fig. 3 et partielt snitt av et annet utførelseseksempel, hvor det benyttes en basis i en annen form, fig. 4 et tverrsnitt etter linjen 4-4 i fig. 3, fig. 5 et snitt av en spunspel i forbindelse med foreliggende oppfinnelse som bidrar til neddrivingen, fig. 6 et partielt sideriss av konstruksjonen ifølge fig. 5,

fig. 7 et snitt i større målestokk etter linjen 7-7 i fig. 6,

fig. 8 er et skjematisk sideriss av oppfinnelsen i forbindelse med en elektrisk ikke-ledende pel, som drives ned i jorden under et vann og fig. 9 et partielt snitt i større målestokk av nedre enden av pelen ifølge fig. 8.

I fig. 1 sees en pel 10, som drives ned i jorden 12,

som kan ligge under en vannflate 14, f.eks. en havflate. Pelen 10 drives med en ikke vist, hensiktsmessig rambukkanordning, f.eks. som illustrert i US patentskrift 4.046.657.

Foreliggende oppfinnelse kan bidra til neddriving av peler av forskjellige slag av ledende eller ikkeledende type,

som betong-, plast-, tre- eller stålpeler, som kan ha ulik tverrsnittsform, f.eks. rørpeler, H-peler, spunspeler og fir-kantpeler og kan være hule eller massive. Pelen 10 som er vist i fig. 1 er en hul stålrørspel. Når pelen 10 drives ned i jorden 12, som har signifikant leirinnhold, møter den jord med et minimum av fuktighetsinnhold,. og det blir stadig vanskeligere å drive ned pelen 10 på grunn av jordens 12 adhesjon og skjærfasthet på utsiden av pelen 10. Foreliggende oppfinnelse ut-nytter elektroosmoseprinsippet ved å opprette en elektrisk strømbane, som vil bevege vann langs pelens 10 sider for å redusere jordens 12 fasthet, slik at pelen 10 lettere kan drives ned.

I fig. 1 og 2 sees pelen 10 på plass, i kontakt med og

i ferd med å drives ned i jorden 12. Oppfinnelsen omfatter en elektrisk ledende basis 16, her vist som en konisk utformet basis, som er forbundet med bunnen av pelen 10. En likestrømskilde 18

er anordnet over vannlinjen 14 for likestrømsforsyning, slik at vannet i jorden flyter langs pelens 10 sider. Ettersom pelen 10, som vist i fig. 1, er en elektrisk ledende pel, er basis 16 elektrisk isolert fra pelen 10, f.eks. ved en isolator 20, som kan være av enhver hensiktsmessig forbindelse, f.eks. epoksyfor-bindelse. En isolert leder 22 er koblet til den positive klemme 24 for likestrømsgeneratoren 18 og passerer ned gjennom vannet 14, fortrinnsvis på utsiden av pelen 10, gjennom en beskyttende skjold 34 (fig. 2) og har sin andre ende koblet til basis 16.

Den negative klemme av generatoren 18 kan ved hjelp av en andre leder som ikke må være isolert, være forbundet fortrinnsvis med pelen 10. Alternativt kan lederen 28 være koblet til en Jkatode 30 somer anbrakt i vannet 14 eller til en katode 32

som er anordnet i jorden 12. Basis 16 virker som anode 16 og forårsaker at vann migrerer fra anoden 16 mot katoden som er koblet til den negative leder til generatoren 18. Når likestrøm påtrykkes mellom anoden 16 og en av katodene 10, 30 og 32, vil vann i jorden 12 stige oppad fra basis 16 rundt utsiden av pelen 10, når pelen 10 drives ned i jorden 12. Fortrinnsvis er den negative leder 28 koblet til pelen 10. I dette tilfelle trekkes fuktigheten i jorden 12 til pellegemet og friksjonen reduseres mellom pelen 10 og jorden 12, fordi (1) den økede fuktighet rundt pelens 10 sider reduserer jordens skjærfasthet, (2) dannelsen av hydrogenbobler ved passasje av den elektriske strøm øker jordporetrykket og reduserer jordens skjærfasthet og (3) det oppstår elektrisk repulsjon mellom den elektrisk negative pel 10 og de natrulig negative leirpartikler i jorden 12.

Mens jorden 12 nær bunnen eller spissen 17 av basis 16 tørker ut, idet fuktigheten derfra beveges oppover langs sidene av pelen 10 og friksjonen av spissen 17 i forhold til jorden 12 økes, skjer det en total nettoreduksjon av friksjonen mellom pelen 10 og jorden 12, fordi bunnens 17 overflateareal er lite sammenlignet med overflatearealet av legemets 10 utside. Tør-kingen av bunnen 17 for basis 16 er ikke av betydning, så lenge pelen 10 holdes i bevegelse og ikke forblir for lenge i en stilling. Når pelen har nådd den ønskede inndrivingsdybde, fortsettes den elektriske strøm av samme polaritet uten at pelen 10 drives videre ned. Jorden 12 nær basis 16 tørkes da ut for å gi støtte til pelen 10. Deretter slås generatoren 18 av og det fuktige jordlag nær pelen 10 tørker og kommer i likevekt med den omgivende jord på naturlig måte. Det skal bemerkes at ettersom lederen 22 er isolert, vil det ikke forekomme elektrisk kommunikasjon mellom denne forbindelse 22 og noen av katodene 10, 30, 32, selv om lederen 22 passerer gjennom elektrisk ledende vann 14 og jord 12. Elektrisk strøm ledes derfor langs sidene av røret 10 fra anodebasis 17.

I fig. 3 og 4 sees ytterligere et utførelseseksempel, hvor deler som svarer til delene i fig. 1 er identiske og forsynt med samme henvisningstall, bortsett fra at basis 16a er en rørformet sko i stedet for en massiv konus. På denne måte til-lates elektrisk strøm å flyte fra anodebasis 16a opp gjennom innsiden av pelen 10 likesom på utsiden av pelen 10, hvorved friksjonen mot jorden 12 reduseres både på innsiden av pelen 10 og på utsiden av pelen 10. Det skal videre bemerkes at den isolerte leder 22 kan være innelukket i et beskyttende skjold 34, f.eks. et vinkeljern som er sveiset til utsiden av pelen 10, hvorved lederen 22 beskyttes når pelen 10 drives ned i jorden 12.

Mens pelen 10 i fig. 1-4 er blitt omtalt som rørformet, kan oppfinnelsen også utnyttes i forbindelse med peler av andre former, tverrsnitt og materialer. I fig. 5, 6 og 7 sees ytterligere et utførelseseksempel av oppfinnelsen, hvor tilsva-rende deler er gitt samme henvisningstall som i fig. 1, men med et tillegg i form av en "b". I fig. 5, 6 og 7 er pelen som drives ned en konvensjonell spunspel 10b. Basis 16b kan være et U-formet legeme, som er fo-bundet med pelens 10b bunn og etter som pelen 10b er elektrisk ledende, er basis 16b elektrisk isolert fra pelen 10b ved hjelp av en valgfri, elektrisk isola-sjon 20b. Også her er den positive elektrisk isolerte leder 22 koblet til den positive klemme for en ikke vist generator og en andre leder 28b er med fordel koblet til pelen 10b og den negative klemme for den ikke viste likestrømsgenerator. Driften og resultatet ved utførelsesformen som vist i fig. 5, 6 og 7

er som ved utførelsesformene som vist i fig. 1-4.

I fig. 8 og 9 sees nytten av foreliggende oppfinnelse for å bidra til neddriving av en ikkeledende pel. Deler som svarer til delene i fig. 1-4 er gitt samme henvisningstall med tillegg av "c". Pelen 10c, som ikke er ledende, men f.eks. er av betong, tre eller plast, drives ned i jorden 12 gjennom vannet 14. En ledende basis 16c er koblet til bunnen av pelen 10c. Ettersom pelen 10c ikke er ledende, er det ikke nødvendig å isolere den ledende basis 16c i forhold til pelen 10c. En isolert første leder 22c er koblet mellom basis 16c og den negative klemme 26c for generatoren 18c. En andre leder 28c, som ikke må være isolert, er koblet til en anode 40, som er anordnet i vannet 14. Når generatoren 18 genererer likestrøm, vil det flyte strøm fra anoden 40, gjennom vannet 14, ned langs ytter kanten av pelen 10c for å følge korteste elektriske bane til basis 16c, hvorved vannet beveges langs ytterkantene av pelen 10c. I dette tilfelle blir vannet tiltrukket av basis 16c og vil tendere til å følge minste motstands vei, som vil forløpe langs den på forhånd vætede og forstyrrede jord nær pelens 10c utside. Der det foreligger naturlig vann 14 over jorden 12, vil vannet tendere til å strømme ned langs utsiden av pelens 10c legeme til basis 16c. Hvis det ikke•foreligger naturlig vann, lages en liten fordypning i jorden 12 rundt utsiden av pelen 10c og vann tilføres slik at det dannes tilstrekkelig tilførsel av fuktighet som kan bevege seg langs pelens 10c ytterflater og redusere skjærfastheten av jorden nær pelen 10c. Etter at pelen 10c er drevet ned til passende dybde, reverseres generatorens 18c polaritet permanent for uttørring av jorden rundt basis 16c. Etter at generatoren 18c er stengt av, vil jorden rundt den neddrevne pel 10c med hensyn til fuktighet komme i likevekt med den omgivende jord 12.

Oppfinnelsen er således vel tilpasset for oppnåelse av de gitte mål og fordeler. Skjønt det er omtalt foretrukne ut-førelsesformer av oppfinnelsen, kan fagfolk lett finne frem til en rekke endringer i konstruksjonsdetaljer, anordningen av deler og faser i fremgangsmåten som vil falle innenfor oppfin-nelsens ramme slik denne er angitt i kravene.

Claims (6)

1. Anordning for å lette neddriving av en pel i jord, hvor det er vann over jordoverflaten, karakterisert ved at den omfatter en elektrisk ledende basis koblet til pelens bunn, en likestrømskilde, en isolert elektrisk leder koblet mellom den negative klemme for strømkilden og den ledende basis, en andre elektrisk leder koblet til den positive klemme for strømkilden og anordnet i vannet og i elektrisk kommunikasjon med pelbasis gjennom jorden for bevegelse av vann nedad langs pelens utside, hvorved friksjonen mellom pelen og jorden reduseres, slik at pelen lettere kan drives gjennom jorden.

2. Anordning som angitt i krav 1, hvor pelen er hul, karakterisert ved at basis omfatter en vertikal åpning for at både innsiden og utsiden av pelen, skal utsettes for vannet i jorden.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at basis er konusformet med spissen av konusen nedadvendt.

4. Anordning for å lette neddriving av en elektrisk ledende pel i jord som inneholder vann, karakterisert ved en elektrisk ledende basis som er forbundet med pelens bunn, men elektrisk isolert fra den ledende pel, en likestrømskilde, en isolert elektrisk leder koblet mellom den positive klemme for kraftkilden og den ledende basis og en andre elektrisk leder som er koblet til kraftkildens negative klemme og ender et sted i avstand fra, men i elektrisk kommunikasjon med basis gjennom jorden, hvorved friksjonen mellom pelen og jorden reduseres.

5. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den andre elektriske leders ende er koblet til pelen.

6. Anordning for å bidra til inndriving av en elektrisk ikke ledende pel i jord som har vann rundt pelen og ovenfor jordens overflate, karakterisert ved en elektrisk ledende basis koblet til bunnen av pelen, en likestrømskilde, en isolert elektrisk leder koblet mellom den negative klemme for kraftkilden og den ledende basis, en anode anordnet i vannet og en andre elektrisk leder som er koblet mellom anoden og kraftkildens positive klemme for bevegelse av vannet nedad langs utsiden av pelen mot basis, hvorved friksjonen mellom pelen og jorden reduseres.