Ремонт и восстановление грунтовых подпорных сооружений

К одним из наиболее опасных дефектов в грунтовых плотинах и дамбах относятся норы (ходы) землеройных животных и трещины, создающие условия для появления сосредоточенного движения воды и возможного прорыва плотин и дамб. Обнаруженные норы и трещины следует заделывать до поднятия уровня воды в верхнем бьефе посредством перекапывания и последующего трамбования грунта, заполнения нор литым глиняным или цементно-песчаным раствором или устройства замков из грунта или грунтового материала.

При заделке нор и поперечных трещин замок эффективнее устраивать не из грунта, а из грунтосмеси в виде грунтоцемента с добавлением золы и высевки [1], что обеспечит высокую прочность, водо — и морозостойкость конструкции замка, а значит, и снизит вероятность появления фильтрационных ходов, просачивания воды через тело плотины или дамбы и возможность их прорыва.

Состав ремонтно-строительных операций и средств механизации представлен в таблице 1.

Таблица 1 — Перечень ремонтно-строительных операций по заделке нор и трещин.

Рисунок 1 — Удаление разуплотнённого грунта в местах выявления нор и трещин: 1 — гребень плотины; 2 — трещина (нора); 3 — верховой откос Рисунок 2 — Разработка грунта в траншее с превышением глубины над высотой норы (трещины): 1 — траншея; 2 — экскаватор; 3 — разработаный грунт; 4 — нора Рисунок 3 — Схема грунтосмесительной установки: 1 — приемный бункер; 2 — измельчитель грунта; 3 — дозаторы; 4 -сборная ёмкость; 5 -смеситель; 6 — бункер готовой грунтосмеси Рисунок 4 — Обратная засыпка траншеи (устройство замка) слоями: 1 — доставленная грунтосмесь; 2 — плотина (дамба); 3 — нора (трещина); 4 — траншея; 5 — уплотненные слои грунтосмеси Заделку трещин плотины предлагается осуществлять специальной грунтосмесью, в состав которой входит зола — унос ГРЭС, представляющей собой побочный продукт сжигания в топках котлоагрегатов измельченного до пылевидного состояния Донецкого антрацита. Зола — унос выносится из топок дымовыми газами и осаждается на электрофильтрах. Зола в основном представлена фракцией 0,01- 0,1 мм. Средняя крупность ее изменяется незначительно в пределах 0,03 — 0,07 мм. Удельная поверхность золы находится в пределах 2500 — 3000 кв. см/г.

Другим компонентом добавки служит высевка — отход камнедробления кварцита, фракции до 5 мм с модулем крупности 2,48, содержащий 18,4% пылевидных и глинистых частиц, определяемых отмучиванием.

Благодаря высокой удельной поверхности зольных, пылевидных и глинистых частиц, содержащихся в добавке, существенно возрастает поверхность соприкосновения составляющих грунтосмеси, что интенсифицирует силы адсорбционного, молекулярного и капиллярного взаимодействия и повысит степень связности грунтосмеси. Это, в свою очередь, ускорит ход процессов гидролиза и твердения цемента и обеспечит существенное повышение прочности и морозостойкости грунтоцемента с предложенной добавкой. грунтоцемент строительный плотина Для оценки влияния золы и высевки на прочность и морозостойкость проведены лабораторные исследования.

В качестве грунта использован легкий слабоводопроницаемый суглинок. Вяжущим служил Новороссийский портландцемент марки 500. В состав грунтосмеси входили также зола и высевка. Для сравнения готовили грунтосмеси из грунтоцементов без добавок и грунтосмеси из грунтоцементов с добавкой кварцевого речного песка с модулем крупности 1,67, содержащего 2,7% пылевидных и глинистых частиц. Количество воды в каждом случае подбирали с учетом оптимальной влажности и максимальной плотности грунтосмесей. Из приготовленных растворов в цилиндрических формах с двумя вкладышими изготавливали образцы-цилиндры с высотой и диаметром 50 мм, которые подвергали прочностным испытаниям: а) после 28 суток твердения и полного водонасыщения; б) после 50 циклов замораживания и оттаивания. Результаты испытаний представлены в таблице 2. Там же для сравнения приведены данные принятого в качестве аналога грунтоцемента без добавки и принятого в качестве прототипа грунтоцемента с добавкой кварцевого речного песка.

Таблица 2 — Оценка влияния золы и высевки на прочность и морозостойкость грунтоцемента.

Как видно из приведенных в таблице данных, добавление к грунтоцементу золы и высевки в количестве соответственно 4−6% и 20−35% от общей массы составляющих грунтосмеси обеспечивает повышение прочности на 25−30%, а морозостойкости — на 10−15%. Уменьшение количества золы ниже 4% (или увеличение доли цемента свыше 10%) не дает существенного прироста прочности и морозостойкости, а увеличение ее (золы) доли свыше 6% не обеспечивает превышения соответствующих показателей по прототипу. Не обеспечивает преимуществ перед прототипом и уменьшение количества высевки ниже 20% (см. при доле цемента и золы соответственно 8% и 6%). Таким образом, подобран наиболее приемлемый состав грунтосмеси для устранения дефектов на грунтовых плотинах и дамбах.

Наряду с норами, ходами землеройных животных и трещинами при аварийном или предаварийном состоянии плотины (дамбы) наблюдаются такие виды дефектов и повреждений как: просадка тела и основания плотины; разуплотнение, размыв и обрушение откосов; суффозия и выпор грунта; разрушения креплений верховых и низовых откосов; фильтрация через основание и тело сооружения [2,3,5]. Устранение такого рода дефектов предусматривает обычно выполнение ремонтно — строительных работ направленных на досыпку до проектных отметок откосов и гребня или на увеличение высоты плотин (дамб), расширение их профиля и наращивания, таким образом, тела сооружений. Такие работы относятся к капитальному ремонту, должны выполняться с особой ответственностью, хотя и не отличаются принципиально (технологически) от работ по возведению насыпных профильных сооружений [3,4]. Все технологические операции по наращиванию тела плотины приведены ниже.

• 1. Удаление разуплотнённого грунта с откосов и гребня плотины.
• 2. Устройство уступов с перемещением грунта на гребень плотины и послойным его разравниванием по схеме, приведенной на рисунке 5.

Рисунок 5 — Схема расположения уступов на откосах плотины: 1 — гребень; 2 — уступы; 3 — плотина; 4 — грунт, перемещенный на гребень при устройстве уступов.

3. Перемешивание его (грунта) с высевкой, золой и цементом, доувлажнение грунтосмеси до оптимальной влажности на гребне плотины (рисунок 6).

Рисунок 6 — Схема работ при перемешивании материалов фрезой на гребне плотины: 1 — гребень; 2 — уступы; 3 — плотина; 4 — фреза.

4. Схема разравнивания грунтосмеси по гребню и ограниченным уступами откосам проиллюстрирована на рисунке 7.

Рисунок 7 — Схема работ по разравниванию грунтосмеси: 1 — гребень; 2 — уступы; 3 — плотина; 4 — бульдозер

5. Послойное уплотнение грунтосмеси оптимальной влажности до проектной плотности реализуется посредством катков (рисунок 8).

Рисунок 8 — Схема работ при послойном уплотнении грунтосмеси: 1 -наращиваемый гребень плотины; 2 — уступы; 3 — плотина; 4 — вальцевая трамбовка.

6. Укладка геосетки по реконструированным откосам и гребню (рисунок 9).

Рисунок 9 — Положение геосетки на профиле плотины: 1 — наращиваемый гребень плотины; 2 — геосетка; 3 — плотина.

7. Наращивание гребня и тела плотины, послойное разравнивание и уплотнение грунтосмеси. В результате получаем тело реконструированной плотины, поперечный профиль которой приведен на рисунке 10.

Рисунок 10 — Схема реконструированной плотины: 1 — досыпанный гребень плотины; 2 — положение геосетки; 3 — плотина до ремонта; 4 — досыпанная часть плотины Приведенные выше схемы и составы технологических операций позволяют не только восстановить деформированные в процессе эксплуатации грунтовые плотины, но и реконструировать их с целью увеличения ёмкости прудов.

Список источников информации

• 1. Патент 2 419 705, РФ. Способ устранения дефектов в дамбах из однородного грунта / Е. В. Васильева, В. М. Федоров. Опубл. 27.05.2011 Бюл. № 15.
• 2. Ясинецкий В. Г., Фенин Н. К. Организация и технология гидромелиоративных работ. М.: Агропромиздат, 1986. 352 с.
• 3. Иванов Е. С. Организация и производство гидротехнических работ. М.: Агропромиздат, 1985. 400 с.
• 4. Ачкасов Г. П., Иванов Е. С. Технология и организация ремонта мелиоративных гидротехнических сооружений. М.: Колос, 1984. 174 с.
• 5. Ольгаренко В. И., Чуприн И. А., Иоффе П. В. Ремонтные работы на оросительных каналах. М.: Колос, 1976. 64 с.