способ устранения дефектов в дамбах из однородного грунта

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 (h_пром), приведенной по условиям теплопроводности, к толщине песчаного морозо-защитного покрытия, по формуле

,

где h_п - толщина защитного (морозозащитного) покрытия из песка, 50-70 см;

_п - коэффициент теплопроводности песка, 1,65 ккал/(м·ч·град);

_гц - 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.