Способ определения основных конструктивных параметров противофильтрационных цементационных завес Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 502/504 : 627.82.034.93 В. Я. ЖАРНИЦКИЙ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЦЕМЕНТНЫХ ЗАВЕС

Главным фактором в надежности системы «грунтовая плотина — основание» является обеспечение фильтрационной прочности грунтов основания. Обоснованные рекомендации по расчету, проектированию и устройству противофильтра-ционных завес и сегодня остаются проблемными вопросами.

Цементация, противофильтрационная завеса, радиус закрепления породы, толщина противофильтрационной завесы, расстояние между цементационными скважинами в ряду, расстояние между рядами цементационных скважин.

The main factor in the reliability of the system «ground dam - base» is ensuring the seepage strength of the base grounds. W ell-founded recommendations on estimations, design and structure of grout curtains remain a problem question nowadays.

Cementation, grout curtain, radius of rock fixing, grout curtain thickness, distance between cement wells in a row, distance between rows of cemented wells.

Важнейшим условием эксплуатационной безопасности и долговечности грунтовых плотин является надежность системы «плотина — основание». Опыт расчетов, проектирования и устройства противофильтрационных завес в основании плотин показывает, что и сегодня отсутствуют обоснованные рекомендации по их расчетам и проектированию. Для грунтовых плотин при устройстве противофильтрационных завес определяющим фактором является не противодавление на подошву плотины, а обеспечение фильтрационной прочности как трещиноватых скальных пород, так и нескальных грунтов основания — суф-фозионных и несуффозионных [1]. Для формирования безопасного режима фильтрации в основании плотины на завесе должно гаситься не менее 60 % напора верхнего бьефа. Поэтому плотность завесы должна быть доведена до значения характеризуемого kф = 0,5...1 м/сут [2].

При устройстве многорядных про-тивофильтрационных завес каменно-земляных плотин «Саура» (САР), «Абраш» (САР), «Сахаби» (САР) с со-

блюдением обязательных проектных решений, которые включали в себя даже технологические рекомендации по их устройству [3], в результе предварительных опробований закрепляемого массива по захваткам «с колес» приходилось менять такие конструктивные параметры, как толщина завесы tз, расстояние между инъекционными скважинами в ряду Ьш, расстояние между рядами инъекционных скважин Ьш и даже число рядов п. Результат — значительные потери времени на обоснование и устройство «новой» противофильтрационной завесы и, главное, дополнительные финансовые затраты.

В данной работе предметно рассматривается обоснование конструктивных параметров противофильтрацион-ной завесы грунтовых плотин на трещиноватых скальных грунтах. В соответствии с рекомендациями по расчету противофильтрационных завес и фильтрационной прочности оснований грунтовых плотин [1] за действительную толщину завесы следует принимать следующие параметры:

для однорядной завесы (рис. 1а) -гя = (0,7...0,8)1ш, (1)

где I = (0,9.0,95)1 — окончательное расстояние между инъекционными скважинами в ряду; I = 0,012к + ^100д — расчетное расстояние между инъекционными скважинами в ряду; к — величина давления нагнетания для яруса в забое скважины; д — удельное водо-поглощение в данной скале основания;

для многорядной завесы (рис. 1б) -

*д = (0,6...°,7)ЬряД, (2)

где Ь = п1 ; п — число рядов в завесе.

^ ряд ш7 А ^

Тогда расчетная толщина завесы Ь должна быть больше действительной толщины Ь или равна ей, т. е. Ь > Ь .

б

Рис. 1. Конструктивные параметры завесы по П 21085: а — для однорядной завесы; б — для многорядной завесы

Такая методика установления конструктивных параметров противофиль-трационной завесы имеет серьезные претензии. Во-первых, численные коэффициенты в вышеуказанных формулах имеют пределы, применение которых не обосновано. Следовательно, необходимо полагаться на опыт проектировщика. Во-вторых, формулу для определения расчетного расстояния между инъекционными скважинами в ряду рекомендуется использовать при отсутствии данных опытной цементации у

предварительных проектных проработок [1]. И это для плотин, которые относятся к категории сооружений повышенной ответственности?! Изыскания в створе плотины по числу скважин (выработок), по глубине и объему исследований, видам опробований регламентируются классом сооружений (классом плотины).

Трещиноватая скала характеризуется таким обилием трещин, что скважина, пройденная в каком-либо месте, может поглощать относительно большое количество цементационного раствора. Независимо от количества и величины трещин для выбора метода цементации необходимо учитывать качество собственно скалы. Пористые трещиноватые скальные породы «обрабатываются» иначе, чем плотная скала. Пористую породу характеризует микропроницаемость, которая может вызвать обезвоживание проходящего по трещинам раствора. При этом быстро изменяются свойства раствора и цементация оказывается неудовлетворительной. Помимо микропроницаемости в породах имеется макропроницаемость, которая и обусловливает движение цементационного раствора по трещинам.

Цементация скальных водоустойчивых пород может производиться, если раскрытие трещин составляет более 0, 1 мм и величина действительной скорости потока подземных вод превосходит 600 м/сут. Цементация скальных неводоустойчивых пород и полускальных пород, подверженных размягчению или вымыванию, может производиться, если величина действительной скорости потока подземных вод не превосходит 300 м/сут. Это объясняет, что на выбор метода цементации и типа раствора, установления конструктивных параметров противофильтрационной завесы существенное влияние оказывает степень трещиноватости скалы и ее фильтрационные свойства, которые лежат в основе такого значимого параметра, как радиус Я распространения

з

Д

инъекционных растворов (или радиус закрепления грунта).

Для определения радиуса цементации в трещиноватых скальных породах существует целый ряд формул известных исследователей: Мага, Адамовича, Кранфи-лова, Луговского. Если в формулах Адамовича и Луговского учтен турбулентный режим движения цементного раствора в трещиноватых породах, то в зависимостях Мага и Кранфилова — ламинарная фильтрация. Однако полученные по этим формулам радиусы цементации не всегда отражают натурные условия. Кроме того, результаты расчетов по этим формулам являются завышенными, а значения забойного давления — заниженными. В этой связи более целесообразным является использование зависимости Вахраме-ева, которая учитывает проницаемость закрепляемой среды, давление нагнетания на забое скважины, давление подземных вод, структурную вязкость раствора и его реологические свойства, радиус скважины нагнетания и время инъекции раствора. Это подтверждает многофакторность параметра Я — радиуса закрепления породы, а также достаточность и возможность его использования для определения других конструктивных параметров противофиль-трационной завесы.

Выбор толщины завесы, а также числа рядов скважин зависит от свойств пород и определяется величиной допустимого градиента напора, воспринимаемого завесой. При наличии трещин в скальных породах почти никогда не удается ограничиться одним рядом скважин, и для обеспечения необходимой в завесе плотности приходится устраивать два и более рядов. При толщине однорядной завесы, равной радиусу закрепления грунта (Ь= Я), что обеспечивает абсолютную плотность на завесе, толщина двухрядной завесы (рис. 2) £з2 = Я + 1,5Я; толщина трехрядной завесы Ьа2 = Я + 1,5Я2; толщина четырехрядной завесы

га2 = Я + 1,5Я3.

Таким образом, толщину п-рядной противофильтрационной завесы можно устанавливать по формуле £зп = Я + 1,5Я(п — 1) или = Я(1,5п — 0,5), (3)

где £ — толщина п-рядной противофильтра-ционной завесы; Я — радиус распространения инъекционного раствора (радиус закрепления породы); п — число рядов в завесе.

Рис. 2. Конструктивные параметры завесы по предлагаемому методу: — толщина завесы; I — расстояние между скважинами в ряду; Ь — расстояние между рядами цементационных скважин; Я — радиус распространения породы; п — число рядов

Расстояния между скважинами в завесе проектируются таким образом, чтобы можно было вести работы по методу последовательного сближения с одной стороны. С другой стороны, в зависимости от изменения трещинова-тости и фильтрационных свойств пород по створу завесы, возможно достижение требуемой нормы проницаемости пород посредством изменения расстояния между скважинами. Таким образом, для обеспечения абсолютной плотности на завесе, согласно рис. 2, расстояние между скважинами в ряду 1ш определится из уравнения

л2

+

Д2=

I

^2

ч " У

V Л /

е. 1ш = 1,736Я. (4)

Из геометрической фигуры рис. 2

можно также получить выражение для Ь = 0,8651 = 1,502Я.

определения расстояния между рядами цементационных скважин Ь :

Ь2 =12-

ш ш

или

'I Л2

ш

ч2у

Для повышения оперативности и удобства в применении разработанного способа по определению конструктивных параметров цементационной завесы в производственных условиях можно использовать графики (рис. 3, 4).

Рис. 3. График зависимости = f(lш)

Рис. 4. График зависимости Я

f(lш) и 1ш f(lш)

Полученные выражения и графики для определения конструктивных параметров противофильтрационных завес через радиус закрепления пород, который сначала устанавливается еще на стадии изысканий и постоянно уточняется в технологических захватках при производстве работ, показали хорошую сходимость с натурными данными при исправлении цементационной завесы в левом борту плотины «Саура» (САР), при прохождении тектонического разлома в левом борту плотины «Абраш» (САР) и при производстве работ в русле реки Беит Яшут (плотина «Сахаби»).

Выводы Радиус закрепления породы как многофакторный параметр закрепляемого грунта является достаточным и необходимым показателем при установлении конструктивных параметров противо-

фильтрационных цементационных завес.

Список литературы

1. Рекомендации по расчету противо-фильтрационных завес и фильтрационной прочности оснований грунтовых плотин: П 21-85 [Текст]. — Л. : ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева, 1985. — 60 с.

2. Адамович, А. Н. Закрепление грунтов и противофильтрационные завесы в гидротехническом строительстве [Текст] / А. Н. Адамович. — М. : Энергия, 1980. — 320 с.

3. Руководство по производству и приемке цементационных работ: ВТР-С-20-82 [Текст]. — М. : Минводхоз СССР, 1982. — 105 с.

Материал поступил в редакцию 09.06.09. Жарницкий Валерий Яковлевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Основания и фундаменты»

Тел. 8 (495) 976-48-06 E-mail: zharnitskiy@msuee.ru

УДК 502/504 : 627.4 А. И. РЫЖИКОВ

Географическое общество Российской Федерации

К ВОПРОСУ О НЕОБХОДИМОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ МАЛЫХ РЕК

Проблемой малых рек занимаются давно. В апреле 1960 г. было принято Постановление Совета министров СССР «О мерах по упорядочению использования и усилению охраны водных ресурсов СССР», в октябре 1980 г. — Постановление «Об усилении охраны малых рек от загрязнения и истощения и о рациональном использовании их водных ресурсов». Однако проблема малых рек так и осталась проблемой.

Малые реки России, река Орлик, сборно-разборные плотины, плотины водяных

мельниц, спасение рек, Среднерусская возвышенность.

The problem of small rivers has been concerned about for a long time. In April, 1960 the decree of the USSR Council of Ministers was issued «About measures on regulation of usage and strengthening of water resources protection in the USSR», in October, 1980 - the decree «About strengthening of protection of small rivers from pollution and desiccation and about rational conservation of their water resources». However the problem of small rivers still remains a problem.

Small rivers of Russia, The Orlik river, collapsible dams, water mills dams, rescue of

rivers, the Srednerusskaya Hills.

Мое детство с самого рождения назван и областной город России — прошло на крохотной речушке Орлов- Орел. Длина Орлика всего 56 км. Та-щины — Орлике. Раньше она носила ких речек в степной и лесостепной зоне гордое название Орел. По ее имени был России и Украины десятки тысяч и