CC BY
29
УДК 550.8
М.В. Прохоренко, М.П. Уваров
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ДАМБ МЕЛКОВОДИЙ
Семинар № 1
С каждым годом количество сельхозугодий сокращается в связи с занятием площадей под строительные площадки, нарушение земель горными работами, занятие площадей под отвалообразование. Также большие площади земель изъяты из сферы народнохозяйственного использования в результате создания водохранилищ, количество которых к настоящему времени на территории ВосточноЕвропейского региона насчитывается более 1800, из них 138 объемом более 50 млн м3 каждое. Почти все водохранилища выполняют регулирующие функции для соответствующих ГЭС [1, 2].
Водохранилище представляет собой сложную природно-техногенную систему, включающую не только искусственный водный бассейн с его дном и берегом, но и прибрежную зону, где происходят заметные изменения природных условий (климат, растительность, поверхностный сток, почвообразование и т.п.) и осуществляется широкий комплекс различных инженерно-хозяйствен-ных мероприятий
(строятся новые города и рабочие поселки, промышленные комплексы, дороги, осуществляется орошение земель и т.д.).
Создание водохранилищ вызывает затопление обширных территорий, переформирование берегов, заиление, подтопление и заболачивание, а также множество других геологических процессов. Затопление распространяется на города, села, пашни, огороды, сады, сенокосы, леса и многие другие объекты и угодья. Только самые крупные водохранилища на территории Восточно-Европейского региона затопили
примерно 3,2 млн га земель, из которых 1,4 млн га приходится на сельскохозяйственные угодья и около 1,2 млн га - на лесные массивы. Под водой оказались 3500 населенных пунктов, 138 городов и поселков городского типа, 400 промышленных предприятий, 500 км железных и около 4200 км шоссейных дорог.
Наибольший ущерб народному хозяйству наносит процесс переформирования берегов, что изменяет не только профиль, но и конфи-
гурацию водохранилища в плане. Подсчитано, что различным формам переработки подвергается значительная по протяженности часть берегов водохранилищ (%): Рыбинское - 14, Горьковское - 37, Киевское - 9, Камское - 46, Куйбышевское - 45, Кременчугское - 45, Ка-ховское - 50, Цимлянское - 65, Волгоградское -40 [1].
Наряду с малым энергетическим значением этих территорий, из сферы народнохозяйственного использования изъяты по различным оценкам от 500 тыс. га до 1 млн. га плодородных земель. Необходимо отметить, что эти площади являются зонами повышенных потерь воды на испарение, образования сине-зеленых водорослей и обитания малярийного комара. Оценка отечественного и зарубежного опыта освоения мелководий показывает, что наиболее эффективными технологиями в создании средств инженерной защиты являются гидромеханизированные работы с применением землесосных снарядов. Возможность освоения мелководий водохранилищ с целью возврата земель в народнохозяйственный оборот, а также разработка технологии берегоукрепительных работ для предотвращения процесса дальнейшего переформирования берегов рассмотрена применительно к Квасниковской отмели Волгоградского водохранилища, которая расположена в Энгельском районе Саратовской области в 10 км южнее г. Саратова. Протяженность защищаемой территории составляет около 19 км, максимальная ширина около 5 км. Общая площадь отмели составляет 10810 га.
Результаты экспериментальных и аналитических исследований донных отложений отмели Волгоградского водохранилища свидетельствуют о возможности их использования в сельском хозяйстве по содержанию основных петрогенных компонентов и окислительновосстановительной (рН) характеристике среды и их экологическом благополучии, так как концентрации элементов примесей в этих образованиях не превышают предельно-допустимых норм [3].
Принципиальная схема проведения намывных работ: 1
- земснаряд 350-50Л; 2 - плавучий пульпопровод; 3 -карьер; 4 - технологическая тропа; 5 - намывной пульпопровод; 6 - трубоукладчик БТК-5М; 7 - водосбросной колодец; 8 - дренажный канал; 9 - передвижной сгуститель на базе бульдозера; 10 - намыв глинистого ядра дамбы; 11 - намыв песчаных откосов
На основании данных исследований, а также изученных климатических, геологических и гидрологических условий данного региона были сделаны выводы о возможности возведения системы защитных сооружений, основными из которых являются защитная дамба и дренажный канал.
Значительные объемы предопределили разделение работ по инженерной защите на четыре этапа, для уменьшения срока окупаемости. Участок намывных сооружений I очереди имеет площадь 3000 га и предусматривается создание следующих основных сооружений инженерной защиты:
- защитная дамба распластанного профиля с заложением подводных откосов 1:5, надводных 1:3 и 1:50, ширина дамбы по гребню составляет 6 м, протяженностью 15 км;
- дренажный канал, расположенный на расстоянии 200 м от оси дамбы и заложением откосов 1:1, шириной разработки по урезу воды 100 м.
Необходимый объем разработки грунта составил 38389 тыс. м3. Проектное время проведения работ составляет 5 лет, работы ведутся 6 (шестью) земснарядами 350-50Л.
Технологический процесс намывных работ состоит из четырех основных операций:
- транспортирование пульпы на карту намыва;
- классификация по крупности и отбор растительных включений;
- выпуск пульпы на карту намыва;
- организация сброса воды с карт намыва.
Выпуск пульпы на карту намыва производится пионерно-торцевым безэстакадным способом, который является наиболее эффективным, т. к. обеспечивает полную механизацию работ и непрерывность процесса намыва, увеличивает коэффициент использования земснаряда по времени, не требует расхода дополнительных материалов.
Возведение инженерных сооружений на слабых основаниях осложняется значительными осадками, которые влекут за собой увеличение объемов строительных и планировочных работ. Поэтому в соответствии с нижеприведенной методикой была рассчитана осадка под основанием возводимой дамбы [1]. Она составила 0,23 м:
= а0-Р-И (м)
где И - мощность основания (м); а0 - приведенный коэффициент сжимаемости а0 =
=а/1+8ср (см2/кг, МПа-1); а - коэффициент сжимаемости; 8ср - средний коэффициент пористости; Р = у -Ид (Н/м2); у - удельный вес грунта (Н/м3); Ид - высота дамбы (м); (а0= 0,083 МПа-1, у = 17168 Н/м3, Ид = 8м, Р = 137344 Н/м2, И =20 м, 8да= 0,23м)
Для сокращения потерь грунта, улучшения качества создания водонепроницаемого ядра в теле дамбы предлагается использование передвижных сгустителей, которые позволяют повысить концентрацию гидросмеси в формирующей откосы гидротранспортной системе с 10-15 до 85-90 % по объему [4]. Такая схема предусматривает намыв «ядра» дамбы из глинистых и пылеватых фракций, а откосов - из песчаной, которые укладываются в тело дамбы, не растекаясь, что обеспечивает технологические преимущества при производстве работ средствами гидромеханизации (рис. 1).
Сгуститель состоит из гидроциклона, вертикально устанавливаемого на базе трактора или экскаватора, в нижней части которого закреплен грунтосборник. Недостатком данной конструкции является попадание вместе с легкой фракцией растительных включений, которые значительно ухудшают качество намыва ядра дамбы. Для решения данной проблемы было разработано устройство для очистки пульпы от органических включений.
Устройство для очистки пульпы от органических включений состоит из входного и выходного патрубков, вогнутой пластины с продольными отверстиями, размещенной между патрубками, и очистителя, установленного над пластиной. Очиститель выполнен в виде нескольких лопастей, связанных посредством спиц с осью, с возможностью вращения и снабжен серповидными захватами, жестко за-
1. Гальперин А.М., Дьячков Ю.Н. Гидромеханизированные природоохранные технологии. - М.: Недра, 1993. - 252 с.
2. Прохоренко М.В., Федорова ИМ. Гидромеханизированная защита Квасниковской отмели Волгоградского водохранилища. Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: материалы Второй международной конференции. - М.: РУДН, 2003. - С. 386-388.
крепленными на внешней кромке лопастей, причем эти захваты расположены напротив продольных отверстий пластины. Очиститель включает также несколько ножей расположенных между захватами. Они могут иметь форму, идентичную форме захватов, причем вогнутости ножей и захватов направлены навстречу друг другу до прохождения захватов через ряд ножей. Такое выполнение ножей позволяет, как направить перемещаемые захватами органические включения в бункер, так и предварительно разрезать их на части, равные расстоянию между ножами в ряду.
Включение в технологическую цепочку сгустителей с устройством, обеспечивающим непрерывную очистку пульпы от органических включений, позволило улучшить качество формирования противофильтрационного ядра намываемой дамбы, снизить необходимый для реализации проекта объем разработки грунта (1044 тыс. м3), что достигается главным образом за счет сокращения потерь грунта (на 65,3 % от первоначального), уменьшить экономические затраты производства намывных работ.
Проектом предусмотрены природоохранные мероприятия с целью сведения к минимуму влияния выполняемых работ на основные компоненты биогеоценоза Волгоградского водохранилища. Укрупненные расчеты экономической эффективности свидетельствуют о целесообразности реализации проекта.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Инженерно-геологическое обоснование и разработка природоохранной технологи возведения намывных сооружений на объектах треста «Гидромеханизация» Минэнерго СССР. Отчет по НИР. - М.: МГИ, 1990.
4. Егоров В.Н., Каменецкий В.Л., Харченко С.Л., Штин СМ. Научные и практические достижения в области гидромеханизации. Под ред. докт.техн.наук., проф. И.М. Ялтанца. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. - 499 с.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Прохоренко Мария Владимировна— бакалавр, Московский государственный горный университет.
Уваров Михаил Петрович — технический директор ОАО «КМАГидромеханизация».
------------------------------------------------------------ © Т. С. Мошкина, 2004
УДК 622.831
