способ укрепления земляных насыпей обводненных гидротехнических сооружений

Формула изобретения

1. Способ укрепления земляных насыпей обводненных гидротехнических сооружений, характеризующийся тем, что он предусматривает производство работ по укреплению в два этапа, на первом из которых в пригребневой зоне тела насыпи и верхней зоне откоса насыпи с максимальным приближением к ее гребню формируют прорезающие тело насыпи, в том числе и оползневый участок верхней части откоса насыпи, заанкеренные нижней кромкой в минеральное дно вертикальные протяженные, расположенные не менее чем в три ряда и не менее чем по три в каждом ряду, плоские массивы закрепленного твердеющим материалом грунта, которые образуют путем погружения непосредственно в грунт насыпи или в образованные в нем скважины с тампонированием их устьев двухщелевых инъекторов, щели которых ориентируют перпендикулярно направлению вектора гидравлического напора в укрепляемой зоне насыпи, инъектирования твердеющего материала по горизонтам сверху вниз или снизу вверх под давлением, причем вначале производят инъектирование под давлением 5-15 атм. и при минимальной скорости подачи твердеющего материала в инъекторы одного из крайних рядов, начиная с крайних инъекторов в этом ряду, в последовательности, по крайней мере, через один, а затем производят подачу твердеющего материала в пропущенные в этом ряду инъекторы, после чего в той же последовательности производят подачу твердеющего материала в инъекторы другого крайнего ряда, а затем – в инъекторы среднего или средних рядов под давлением 10-20 атм., а после набора твердеющим материалом этих массивов не менее 70% прочности начинают второй этап укрепления, на котором в пределах оставшейся части откоса насыпи формируют протяженные плоские заанкеренные в минеральное дно массивы закрепленного грунта, которые располагают также не менее чем в три ряда, не менее чем по три в каждом ряду, под углом к горизонтали, превышающим угол наклона к горизонтали поверхности откоса насыпи, которые также образуют через двухщелевые инъекторы, щели которых также ориентируют перпендикулярно направлению вектора гидравлического напора в укрепляемой зоне насыпи, при этом инъектирование твердеющего материала в рядах производят в приведенной выше последовательности, а давление подачи твердеющего материала устанавливают равным расчетному технологическому давлению, достаточному для направленной подачи твердеющего материала через щели инъекторов, и меньшим давления нагнетания твердеющего материала при формировании вертикальных протяженных плоских массивов закрепленного грунта на первом этапе.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве твердеющего материала используют песчано-цементную смесь.

3. Способ по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что протяженные плоские массивы закрепленного твердеющим материалом грунта выполняют с соотношением длины и ширины поперечного сечения, составляющим не менее чем 5:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности, к способам укрепления склонов и откосов обводненных земляных гидротехнических сооружений.

Известен способ закрепления оползневых склонов земляных сооружений путем сцепления сползающих слоев грунта с нижележащими (Описание изобретения к патенту РФ №2080441 по кл. 6 Е 02 D 17/20). Способ включает погружение в грунт стальных электродов и их частичное разложение под действием постоянного электрического тока с образованием вокруг них электрохимической сваи. При этом заглубление электродов производят под углом 15-90° к склону и ниже границы оползневого слоя на глубину, равную 0,5-5d, где d - диаметр электрохимической сваи ниже границы оползня.

Недостатком указанного способа является его ограниченная применимость. Использование способа затруднено при укреплении откосов и склонов ограждения (дамбы) обводненного гидротехнического сооружения из-за неоднородности и периодического сезонного изменения водонасыщаемости грунтов, из которых возведена земляная насыпь. Глубина образуемых электрохимических свай может быть недостаточной из-за размещения их в пластичных водонасыщенных грунтах земляного ограждения гидротехнического сооружения. Кроме того, образование электрохимической сваи в неоднородном грунте приведет к неоднородности ее структуры, что ослабит эффект закрепления.

Известно также закрепление оползневых склонов земляных сооружений, производимое путем размещения в разных уровнях оползневых зон нескольких поперечных рядов вертикальных свай, в качестве которых использованы шпунтины, образующие сплошные стены, подпираемые наклонными сваями, в верхней части соединенными ростверками с шпунтинами (Патент №2122072 по кл. Е 02 D 31/08, E 02 D 29/02 от 03.04.1997 г.). Шпунтины снабжены дренажной системой в виде слоя пористого бетона, размещающегося между нижним и верхним слоями плотного бетона, и расположенным между пористым и плотным слоями бетона горизонтальным пазом. При образовании стенки из шпунтин происходит формирование сквозного сбрасывающего канала для осушения грунта оползневой зоны.

Недостатком известного способа является закрепление только оползневых зон склона. Более глубинные слои земляного сооружения не укрепляются, и процесс разрушения насыпи гидротехнического сооружения, из-за изменения нагрузок, сезонного увеличения водонасыщенности грунта или других подземных сдвиговых процессов, не прекращается.

Известен способ создания противооползневого сооружения для укрепления оползневых зон земляных сооружений (Патент РФ №2121040 по классу Е 02 D 29/02 от 09.04.1997 г.). Согласно патенту в оползневых зонах земляного сооружения на разных уровнях склонов производится выполнение нескольких рядов вертикальных и наклонных скважин. В вертикальных и наклонных скважинах выполняются буронабивные сваи, при этом вертикальные и наклонные сваи верхними частями соединены ростверками, а угол наклона наклонных скважин превышает угол наклона боковой поверхности склона.

Недостатком известного технического решения является укрепление ненагруженной, боковой части земляного сооружения, что не предотвращает процессов ослабления насыпи в результате сезонного увеличения водонасыщенности грунтов, характерного для насыпей, используемых в качестве дамб обводненных гидротехнических сооружений.

Кроме того, закрепление верхних слоев грунта в оползневых зонах не предусматривает большого заглубления свайных элементов. Нижние слои грунта остаются не преобразованными, и водопроницаемость грунтов остается неизменной.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности укрепления земляных насыпей обводненных гидротехнических сооружений и предотвращение образования на их склонах оползневых участков.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ укрепления земляных насыпей гидротехнических обводненных сооружений, согласно изобретению, предусматривает производство работ по укреплению в два этапа, на первом из которых в пригребневой зоне тела насыпи и верхней зоне откоса насыпи с максимальным приближением к ее гребню формируют прорезающие тело насыпи, в том числе и оползневый участок верхней части откоса насыпи, заанкеренные нижней кромкой в минеральное дно вертикальные протяженные, расположенные не менее чем в три ряда и не менее чем по три в каждом ряду, плоские массивы закрепленного твердеющим материалом грунта, которые образуют путем погружения непосредственно в грунт насыпи или в образованные в нем скважины, с тампонированием их устьев, двухщелевых инъекторов, щели которых ориентируют перпендикулярно направлению вектора гидравлического напора в укрепляемой зоне насыпи, инъектирования твердеющего материала по горизонтам сверху вниз или снизу вверх под давлением, причем вначале производят инъектирование под давлением 5-15 атм и минимальной скорости подачи твердеющего материала в инъекторы одного из крайних рядов, начиная с крайних инъекторов в этом ряду, в последовательности, по крайней мере, через один, а затем производят подачу твердеющего материала в пропущенные в этом ряду инъекторы, после чего в той же последовательности производят подачу твердеющего материала в инъекторы другого крайнего ряда, а затем - в инъекторы среднего или средних рядов под давлением 10-20 атм, а после набора твердеющим материалом этих массивов не менее 70% прочности начинают второй этап укрепления, на котором в пределах оставшейся части откоса насыпи формируют протяженные плоские заанкеренные в минеральное дно массивы закрепленного грунта, которые располагают также не менее чем в три ряда, не менее чем по три в каждом ряду под углом к горизонтали, превышающим угол наклона к горизонтали поверхности откоса насыпи, которые также образуют через двухщелевые инъекторы, щели которых также ориентируют перпендикулярно направлению вектора гидравлического напора в укрепляемой зоне насыпи, при этом инъектирование твердеющего материала в рядах производят в приведенной выше последовательности, а давление подачи твердеющего материала устанавливают равным расчетному технологическому давлению, достаточному для направленной подачи твердеющего материала через щели инъекторов и меньшему давления нагнетания твердеющего материала при формировании вертикальных протяженных плоских массивов закрепленного грунта на первом этапе.

В качестве твердеющего материала могут использовать песчаноцементную смесь.

При этом протяженные плоские массивы закрепленного твердеющим материалом грунта могут выполнять с соотношением длины и ширины поперечного сечения, составляющим не менее чем 5:1.

Благодаря максимальному приближению вертикальных скважин к гребню насыпи и заглублению упрочненных элементов в минеральное дно гидротехнического сооружения производится формирование внутри насыпи сооружения, устроенного по типу геотехногенной структуры, образованной упрочненными элементами, между которыми образуются зоны уплотненного грунта. Созданием в теле насыпи геотехногенной структуры обеспечивается формирование или восстановление в давно эксплуатируемых насыпях ядра, приближающегося по характеристикам к монолитному элементу, имеющему замковую зону, заглубленную в минеральное дно. Создание или восстановление в насыпи ядра, устроенного по принципам геотехногенной структуры, характеризующейся повышенной несущей способностью и устойчивостью, повышает надежность укрепления насыпи.

Кроме того, благодаря формированию упрочненных элементов в вертикальных и наклонных скважинах плоскими и заглублению их в минеральное дно гидротехнического сооружения в теле насыпи создаются стеновые сооружения, препятствующие прониканию влаги в грунты, что также повышает надежность укрепления земляных насыпей обводненных гидротехнических сооружений.

Направление подачи твердеющей смеси в скважинах, определенное направлением вектора гидравлического напора, включает в процесс формирования плоских упрочненных элементов усилие гидравлического напора, действующего в обводненных гидротехнических сооружениях на поверхность земляной насыпи.

Превышение давления подачи твердеющего материала в скважинах внутренних вертикальных рядов, осуществляемое для формирования плоских упрочненных свайных элементов в уплотненных крайними рядами грунтах, позволяет повысить преднапряженность грунта насыпи, что определяет прочностные характеристики геотехногенной структуры, формируемой в теле насыпи, и повышает надежность укрепления насыпи.

Заявляемый способ реализован в “Предложении по усилению дамбы Шапсугского межрегионального водохранилища республики Адыгея”, сущность которого приводится в качестве примера, поясняемого прилагаемыми чертежами.

На фиг.1 представлен поперечный разрез одного из упрочняемых участков земляной насыпи.

На фиг.2 - вид в плане одного из упрочняемых участков насыпи.

На фиг.3 - эскиз двухщелевого инъектора, используемого при формировании упрочненных элементов в вертикальных и наклонных скважинах.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. Способ укрепления земляной насыпи гидротехнических обводненных сооружений предусматривает производство работ по укреплению в два этапа. На первом из которых в пригребневой зоне тела насыпи 1 и верхней зоне откоса насыпи 1, с максимальным приближением к ее гребню, формируют прорезающие тело насыпи 1, в том числе и оползневый участок 2 верхней части откоса насыпи 1, заанкеренные нижней кромкой в минеральное дно 3 вертикальные протяженные, расположенные не менее чем в три ряда и не менее чем по три в каждом ряду, плоские массивы 4 закрепленного твердеющим материалом 5, например песчаноцементной смесью, грунта. Массивы 4 образуют путем погружения непосредственно в грунт насыпи 1 или в образованные в нем скважины 6, с тампонированием их устьев, двухщелевых инъекторов 7, соединяемых быстроразъемными соединениями с технологическими трубопроводами подачи твердеющего материала (на чертежах не показаны). Щели инъекторов 7 ориентируют перпендикулярно направлению вектора гидравлического напора в укрепляемой зоне насыпи 1.

Формирование упрочненных свайных элементов 4 в скважинах 1 вертикальных рядов осуществляют инъектированием твердеющего материала 5 по горизонтам сверху вниз или снизу вверх под давлением. Высота упрочняемых горизонтов при этом составляет от 1,0 до 2,0 м. Перед подачей твердеющего материала 5 через инъектор 7 скважину 6 тампонируют грунтом для предотвращения прорыва твердеющего состава 5 по затрубному пространству. Количество горизонтов определяется высотой укрепляемой дамбы и глубиной залегания пород минерального дна гидротехнического сооружения.

При этом вначале производят инъектирование под давлением 5-15 атм и минимальной скорости подачи твердеющего материала 5 в инъекторы 7 одного из крайних рядов, начиная с крайних инъекторов 7 в этом ряду, в последовательности, по крайней мере, через один. После этого производят подачу твердеющего материала 5 в пропущенные в этом ряду инъекторы 7, после чего в той же последовательности производят подачу твердеющего материала 5 в инъекторы другого крайнего ряда, а затем в инъекторы 7 среднего или средних рядов под давлением 10-20 атм. После набора твердеющим материалом 5 массивов 4 не менее 70% прочности начинают второй этап укрепления. На втором этапе в пределах оставшейся части откоса насыпи 1 формируют протяженные плоские, заанкеренные в минеральное дно 3 массивы 8 закрепленного грунта, которые располагают также не менее чем в три ряда, не менее чем по три в каждом ряду, под углом к горизонтали, превышающим угол наклона к горизонтали поверхности откоса насыпи 1. Массивы 8 также образуют через двухщелевые инъекторы 7, щели которых также ориентируют перпендикулярно направлению вектора гидравлического напора в укрепляемой зоне насыпи 1. Инъектирование твердеющего материала 5 в рядах производят в приведенной выше последовательности, а давление подачи твердеющего материала 5 устанавливают равным расчетному технологическому давлению, достаточному для направленной подачи твердеющего материала 5 через щели инъекторов 7 и меньшему давления нагнетания твердеющего материала 5 при формировании вертикальных протяженных плоских массивов 4 закрепленного грунта на первом этапе.

Протяженные плоские массивы 4 и 8 закрепленного твердеющим материалом 5 грунта выполняют с соотношение длины и ширины поперечного сечения, составляющим не менее чем 5:1.

Предлагаемый способ укрепления земляных насыпей обводненных гидротехнических сооружений благодаря созданию или восстановлению в теле насыпи ядра и замка в виде геотехногенной структуры, заглубленной в минеральное дно 3 сооружения, позволит укрепить дамбы давно эксплуатируемых водохранилищ, при этом значительно сократятся время устройства земляных насыпей и энергетические затраты на их сооружение, благодаря упрощению процесса формирования ядра и замка в теле уже отсыпанных насыпей. Использование предлагаемого способа возможно и при строительстве новых гидротехнических сооружений.