Способ устранения дефектов в дамбах из однородного грунта
Владельцы патента RU 2419705:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новочеркасская государственная мелиоративная академия" (ФГОУ ВПО "НГМА") (RU)
Изобретение относится к области гидромелиоративного строительства и предназначено для ремонта защитных и регулирующих дамб с высотой до 10 м из однородного слабоводопроницаемого грунта посредством заделки трещин, фильтрационных ходов и нор грунтоматериалами. Способ включает отрывку траншей с превышением глубины над высотой трещины или фильтрационного хода, заполнение траншей грунтосмесью из грунтоцемента с добавкой, послойное уплотнение, устройство защитного покрытия по верховому откосу и гребню с толщиной не меньше глубины промерзания. В качестве добавки для повышения прочности и морозостойкости используют смесь золы и высевки в количестве соответственно 4-6% и 20-35% от массы грунтосмеси. Повышается эффективность гидроизоляции за счет исключения фильтрационного просачивания воды через тело дамб, защита тела дамб в наиболее опасных зонах от вредного воздействия землеройных животных, и обеспечивается лучший теплоизолирующий эффект при меньшей толщине защитного покрытия. 3 ил, 1 табл.
Изобретение относится к области гидромелиоративного строительства и предназначено для ремонта защитных и регулирующих дамб с высотой до 10 м из однородного слабоводопроницаемого грунта посредством заделки трещин, фильтрационных ходов и нор грунтоматериалами.
Известен способ заделки трещин, фильтрационных ходов и нор землеройных животных, включающий отрывку на гребне дамбы траншей с превышением глубины над высотой трещины или хода, заполнение траншей грунтом того же состава, что и тело дамбы, послойное его уплотнение (Ачкасов Г.П., Иванов Е.С. Технология и организация ремонта мелиоративных гидротехнических сооружений. - М.: Колос, 1984. - С.49-52, рис.13). Недостатком данного способа является то, что из-за низкой водо- и морозостойкости гидроизоляционные свойства используемого для заделки трещин, фильтрационных ходов и нор грунта со временем будут утрачены, а трещины, фильтрационные ходы и норы появятся вновь. Кроме того, из-за незащищенности верхового откоса и гребня защитным (морозозащитным) покрытием произойдет промерзание слабоводопроницаемого (суглинистого, пучинистого) грунта откоса и гребня, способствующее разуплотнению, разрыхлению и осадке грунта, появлению фильтрационных ходов и просачиванию воды через тело дамбы.
Известен также способ устранения дефектов в насыпных дамбах из однородного слабоводопроницаемого грунта грунтоцементом (Ачкасов Г.П., Иванов Е.С. Технология и организация ремонта мелиоративных гидротехнических сооружений. - М.: Колос, 1984. - С.44-47, рис.12, и Иванов Е.С., Ачкасов Г.П. Организация и технология ремонтных работ на мелиоративных системах. - Колос, 1997. - С.88). Недостатком этого способа является низкая прочность и низкая морозостойкость грунтоцемента, что отрицательно скажется на его гидроизоляционных свойствах и со временем вновь будет способствовать появлению дефектов (трещин, ходов). Кроме того, ввиду незащищенности верхового откоса и гребня дамбы произойдет промерзание слабоводопроницаемого грунта откоса и гребня, способствующее появлению фильтрационных ходов и просачиванию воды через тело дамбы.
Наиболее близким к предлагаемому является способ устранения дефектов в дамбах из однородного пучинистого (суглинистого, слабоводопроницаемого) грунта, включающий устройство защитного (морозозащитного) покрытия по откосам и гребню и ликвидацию дефектов грунтоцементом с добавкой песка (А.И.Мурашко. Мелиорация: Энциклопедический справочник. - Минск: Белорусская советская энциклопедия, 1985. - С.147, рис. «Поперечные профили дамб», е.; Иванов B.C., Ачкасов Г.П. Организация и технология ремонтных работ на мелиоративных системах. - М.: Колос, 1997. - С.162, 208).
Недостатком указанного способа является выполнение защитного (морозозащитного) покрытия откосов и гребня из слоя песка, что хотя и защищает откосы и гребень от промерзания, но не защищает (из-за непрочности слоя) их от вредного воздействия землеройных животных - ондатр, кротов, мышей и др., устраивающих норы (ходы) в надводной части верхового откоса, что часто становится очагами размыва. Чрезмерна и толщина защитного покрытия из песка, обусловленная сравнительно низкой (судя по высокому коэффициенту теплопроводности, см. формулу ниже) теплоизолирующей способностью песка. Кроме того, из-за относительно низкой прочности и морозостойкости гидроизоляционная эффективность используемого для заделки трещин и ходов грунтоцемента с добавкой (с песком) окажется недостаточной, и просачивание воды возобновится вновь.
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение эффективности гидроизоляции.
Данный технический результат достигается тем, что защитное покрытие выполняют из грунтосмеси в виде грунтоцемента с добавкой, причем толщина покрытия не меньше глубины его промерзания, а в качестве добавки для повышения прочности и морозостойкости используют смесь золы и высевки в количестве соответственно 4-6% и 20-35% от массы грунтосмеси.
В качестве одного из компонентов добавки используют золу-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 см2/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.
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 грунтосмесей в цилиндрических формах с двумя вкладышами 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 - оттаивания. Результаты испытаний представлены в таблице 1. 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 1 | |||||||
| Грунтоце мент |
Доля цемента, % от массы грунто смеси |
Количество добавки, % от массы грунтосмеси | Прочность, МПа | Коэффициент морозостойкости
|
|||
| песок | зола | высевка | Через 28 суток и полного водонасыщения, R28 | После 50 циклов замораж. - оттаивания, Rмор | |||
| Без добавки (аналог) | 10 | 0 | 0 | 0 | 11,35 | 8,85 | 0,78 |
| 14 | 0 | 0 | 0 | 11,72 | 9,49 | 0,81 | |
| С добавкой песка (прототип) | 10 | 15 | 0 | 0 | 11,6 | 9,40 | 0,81 |
| 10 | 40 | 0 | 0 | 12,35 | 10,37 | 0,84 | |
| 14 | 15 | 0 | 0 | 12,30 | 10,21 | 0,83 | |
| 14 | 40 | 0 | 0 | 12,52 | 10,89 | 0,87 | |
| С добавкой золы и высевки (предлагаемый) | 6 | 0 | 8 | 15 | 9,97 | 8,67 | 0,87 |
| 6 | 0 | 8 | 20 | 10,70 | 9,63 | 0,90 | |
| 6 | 0 | 8 | 30 | 11,36 | 10,45 | 0,92 | |
| 6 | 0 | 8 | 35 | 11,57 | 10,76 | 0,93 | |
| 6 | 0 | 8 | 40 | 11,70 | 10,88 | 0,93 | |
| 8 | 0 | 6 | 15 | 12,12 | 11,27 | 0,93 | |
| 8 | 0 | 6 | 20 | 13,97 | 13,27 | 0,95 | |
| 8 | 0 | 6. | 30 | 15,12 | 14,52 | 0,96 | |
| 8 | 0 | 6 | 35 | 15,25 | 14,80 | 0,97 | |
| 8 | 0 | 6 | 40 | 14,97 | 14,52 | 0,97 | |
| 10 | 0 | 4 | 15 | 14,4 | 13,39 | 0,93 | |
| 10 | 0 | 4 | 20 | 15,20 | 14,59 | 0,96 | |
| 10 | 0 | 4 | 30 | 16,03 | 15,39 | 0,96 | |
| 10 | 0 | 4 | 35 | 16,05 | 15,57 | 0,97 | |
| 10 | 0 | 4 | 40 | 16,01 | 15,53 | 0,97 | |
| 14 | 0 | 0 | 15 | 14,9 | 14,01 | 0,94 | |
| 14 | 0 | 0 | 20 | 15,67 | 15,04 | 0,96 | |
| 14 | 0 | 0 | 30 | 16,42 | 15,93 | 0,97 | |
| 14 | 0 | 0 | 35 | 16,36 | 15,87 | 0,97 | |
| 14 | 0 | 0 | 40 | 16,1 | 15,62 | 0,97 |
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%).
На фиг.1 показаны операции по устранению продольной трещины в дамбе; на фиг.2 - то же, поперечной трещины; на фиг.3 - защитное (морозозащитное) покрытие верхового откоса и гребня, фильтрационный ход и выполненная поперек траншея с замком из грунтоцемента с добавкой золы и высевки.
Способ осуществляется следующим образом.
С поверхности верхового откоса 1 и гребня 2 дамбы 3 в период отсутствия или минимального уровня воды в бьефе (или после устройства шпунтового ограждения) удаляют разуплотненный после промерзания в зимний период грунт. Для устранения продольной трещины 4 на гребне 2 вдоль нее отрывают траншею 5 с превышением глубины над высотой трещины 4 и длиной, приблизительно на 1 м большей с каждой стороны, чем длина трещины. В случае поперечных трещин 6 (или фильтрационных ходов 8, нор землеройных животных) траншею 7 отрывают и поперек их для устройства замка перпендикулярно трещине 6 (или хода 8). Затем для обратной засыпки траншей (ликвидации трещин, ходов, нор) и устройства защитного покрытия 9 верхового откоса 1 и гребня 2 в грунтосмесительной машине приготавливают грунтосмесь из грунтоцемента с добавлением золы и высевки и укладывают ее слоями с последующим уплотнением в траншеи 5, 7, а также по верховому откосу и гребню. Толщину защитного покрытия 9 верхового откоса и гребня принимают не меньше глубины его (покрытия) промерзания (hпром), приведенной по условиям теплопроводности, к толщине песчаного морозо-защитного покрытия, по формуле
,
где hп - толщина защитного (морозозащитного) покрытия из песка, 50-70 см;
λп - коэффициент теплопроводности песка, 1,65 ккал/(м·ч·град);
λгц - коэффициент теплопроводности грунтоцемента с добавкой, 0,95 ккал/(м·ч·град).
При пологом верховом откосе 1 смешивание грунта с высевкой, золой и цементом может производиться и на месте укладки - откосе 1. Для этого грунт на откосе 1 измельчают, подвозят и равномерно распределяют по нему высевку, спецдозаторами (типа, например, туковых сеялок для распределения удобрений) по принятым дозировкам вносят золу и цемент, перемешивают, увлажняют смесь до оптимальной влажности и уплотняют. При пологом низовом откосе, в случае проливных дождей или «высоком» положении кривой депрессии, будет насыщена водой и часть низового откоса, что потребует устройства защитного покрытия 9 и по нему.
Применение изобретения позволит исключить фильтрационные просачивания воды через тело защитных и регулирующих дамб, так как образовавшиеся в процессе эксплуатации трещины, фильтрационные ходы и норы будут заделаны высокопрочным и морозостойким с жесткой структурой грунтоматериалом, который, будучи к тому же уложенным на откос и гребень, надежно защитит тело дамбы (в наиболее опасных местах - верховой откос, гребень) от вредного воздействия землеройных животных, устраивающих ходы и норы в надводной части верхового откоса, что часто становится причиной размыва дамб. Кроме того, устройство предлагаемого защитного покрытия обеспечит лучший теплоизолирующий эффект по сравнению с аналогичными покрытиями из песчаных материалов, что позволяет не только эффективнее осуществить защиту слабоводопроницаемых (пучинистых, суглинистых) грунтов дамб от промерзания и дальнейшего появления фильтрационных ходов, но и уменьшить толщину защитного покрытия, а также широко использовать местные грунты при отсутствии в районе проводимых работ песчаных материалов.
Способ устранения дефектов в дамбах из однородного грунта, включающий отрывку траншей с превышением глубины над высотой трещины или фильтрационного хода, заполнение траншей грунтосмесью из грунтоцемента с добавкой, послойное уплотнение, устройство защитного покрытия по верховому откосу и гребню с толщиной не меньше глубины промерзания, отличающийся тем, что защитное покрытие выполняют из грунтосмеси в виде грунтоцемента с добавкой, а в качестве добавки для повышения прочности и морозостойкости используют смесь золы и высевки в количестве соответственно 4-6% и 20-35% от массы грунтосмеси.
