СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТРАНШЕЙНОЙ ГЛИНИСТОЙ ЗАВЕСЫ
METHOD FOR CREATING A TRENCH-TYPE CLAY CURTAIN

Область техники
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности, к созданию противофильтрационных завес в грунтовых массивах для локализации и предотвращения миграции загрязняющих веществ из заглубленных, подземных и надземных объектов накопления (бассейнов, амбаров, хранилищ, резервуаров, емкостей, бункеров, полигонов, зданий и сооружений) и захоронения отходов различного класса.
Предшествующий уровень техники
Для создания противофильтрационных завес в грунтовых массивах весьма распространена инъекционная технология, суть которой заключается в нагнетании в грунт изоляционного затвердевающего или гелеобразующего материала. Подача материала может производиться с использование насосов среднего давления 5-20 атм, при этом ударно-вращательный механизм выполняет бурение грунта и подает раствор вглубь. Раствор, располагаясь в полостях, капиллярных трактах, в поровом пространстве грунта снижает, общий коэффициент фильтрации грунта.
Такой способ укрепления грунта раскрыт в патенте на изобретение RU 2439246, опубликованном 10.01.2012, который включает бурение скважин, установку в них инъекторов, имеющих перфорированную часть, нагнетание через инъекторы под пригрузом инъекционного цементного раствора в грунт с обеспечением его гидроразрыва при давлении 5-20 атм, причем инъекторы после укрепления грунта не извлекают из него. При этом в цементный раствор, состоящий из цемента и воды, добавляют, или глину бентонитовую, или жидкое стекло, или глину бентонитовую и жидкое стекло, или цементную пыль и жидкое стекло, или цементную пыль, глину бентонитовую и жидкое стекло, или цементную пыль, песок мелкой фракции и жидкое стекло.
Также известен патент на полезную модель RU 131747, опубликованный 27.08.2013, в котором описан противофильтрационный экран, выполненный в виде единого грунтоцементного армированного массива, состоящего из металлических, неизвлекаемых инъекторов в виде труб диаметром 32-92 мм, которые имеют глухую и перфорированную части, забитых в предварительно пробуренные скважины, расположенные в шахматном порядке в несколько рядов, а через инъекторы в грунт под пригрузом введен инъекционный глинобентонитово-цементный или цементно-песчаный раствор, причем расстояние между инъекторами находится в обратной зависимости от коэффициента фильтрации водонасыщенного грунта в месте производства работ. Инъекцию ведут под рабочим давлением от 5-15 атм.
Основным недостатком технологии инъектирования при давлениях 5-20 атм через стальные инъекторы является то, что изоляционный материал проникает неравномерно в грунтовый массив и образует элементы экрана (сваи) неправильной конфигурации и неравномерной толщины по длине, что усложняет проведение контроля качества работ и контроля расхода изоляционного материала, а также снижают общую надежность конструкции.
Для устройства противофильтрационных завес и экранов широко известны конструкции с применением буроинъекционных свай, например, противофильтрационная защитная конструкция, раскрытая в патенте на изобретение RU 2211283, опубликованном 27.08.2003, которая включает выполненные в грунте на расстоянии друг от друга буроинъекционные сваи. Сваи выполняют путем погружения в грунт тела вращения, затем в устье образованной скважины с вставленным телом вращения подают закрепный и/или противофильтрационный материал и производят вывинчивание тела вращения на дневную поверхность за счет его обратного вращения.
Недостатками свайных конструкций являются потребность в технике с рабочей массой более 50 т, для устройства свай, а также динамические воздействия на объекты, расположенные в зоне работы такой техники. Также, невозможно выполнять работы в условиях склонов, на скальных грунтах.
Также известна технология создания противофильтрационных завес из грунто-цементных свай с применением технологии струйной цементации «Jet-grouting».
В патенте на изобретение RU 2467126, опубликованном 20.11.2012, описывается способ устройства сваи, которую выполняют в два приема - прямого и обратного хода буровой колонны. Во время прямого хода производят бурение скважины. Буровой раствор поступает через открытый прямой клапан в буровой наконечник для удаления шлама в процессе бурения. В качестве бурового раствора используется вода, бентонитовый или цементный раствор. При обратном ходе буровой колонны с одновременным подъемом и вращением буровой колонны в сопла, расположенные на нижнем конце буровой колонны, под высоким давлением подают рабочую бетонную смесь с равномерно распределенным по объему смеси армирующим наполнителем, вес которого составляет от 1 до 4% от общего веса формируемой грунтобетонной сваи.
К недостаткам данной конструкции относятся: наличие «холодных» швов в бетоне между соседними сваями, переменный диаметр свай в зависимости от типа грунтов, высокий коэффициент фильтрации бетона свай вследствие смешивания его с местным грунтом и общего снижений качества цементного камня в структуре бетона. Так же данная грунтобетонная свая подвержена появлению трещин при деформациях и осадках грунта.
В патенте на полезную модель RU 146414, опубликованном 10.10.2014, описана монолитная железобетонная стена в грунте, состоящая в продольном направлении из отдельных монолитных железобетонных секций, соединенных между собой при помощи ограничителей, отличающаяся тем, что каждая монолитная железобетонная секция помещена в гибкую несъемную опалубку в виде объемного открытого сверху пенала из геосинтетического материала, например геомембраны.
Задача, поставленная в предлагаемой полезной модели, направлена на повышение долговечности монолитной железобетонной стены в грунте за счет повышения ее защищенности от воздействия грунтовых вод, а также на повышение гидроизоляции подземного или заглубленного сооружения, стены которого имеют такую конструкцию.
К недостаткам данной конструкции относятся: сложность выполнения работ, расширение номенклатуры применяемых материалов, а также есть риск повреждения текстильного материала при выполнении работ. Также в патенте применяются материалы, имеющие различные коэффициенты температурного расширения, что дополнительно может привести к разрушению защитного слоя. Данная конструкция ограничена по глубине разработки т.к. при глубинах свыше 20 м технологически обеспечить контроль целостности текстильных материалов невозможно.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является способ возведения в грунте водонепроницаемой стены, раскрытый в авторском свидетельстве SU 1392202, опубликованном 30.04.1988. Суть изобретения заключается в том, что в грунте отрывают траншею под защитой водно-бентонитовой суспензии. На дно траншеи подают цементный раствор и эрлифтом перекачивают цементный раствор в водно-бентонитовую суспензию с дальнейшей циркуляцией до образования однородной водно-цементно-бентонитовой смеси.
К недостаткам данной конструкции относятся: сложность выполнения работ по смешиванию для обеспечения высокой равномерности перемешивания. Есть технологические сложности по контролю качества готового элемента стены. Цемент, являясь коагулянтом для бентонитовой суспензии, приводит к снижению изоляционных свойств данного материала.
Раскрытие изобретения
-11
-12
Задачей изобретения является создание долговечного элемента противофильтрационного экрана - траншейной глинистой завесы с коэффициентом фильтрации в диапазоне 1×10 - 1×10 м/с, с применением которого возможно выполнение противофильтрационного экрана высокой сплошности.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является долгосрочная изоляция грунтовых вод и природного грунта от миграции загрязняющих веществ из объектов размещения отходов за счет применения противофильтрационного экрана, изготовленного из материалов на основе природной бентонитовой и/или другой глины.
3
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе создания траншейной глинистой завесы, включающем разработку траншеи по технологии «стена в грунте» с параллельным заполнением бентонитовым буровым раствором на основе бентонитового порошка и технической воды при их соотношении (5-10):(90-95), заполнение траншеи производят высокопластичным составом вяжущей композиции на основе природных минеральных компонентов из группы: смектитов, например, бентонитовых, бентонитоподобных, каолиновых, иллитовых, аттапульгитовых/палыгорскитовых смешаннослойных глин, и/или из группы цеолитов, цеолитоподобных минералов и воды, плотностью 1,20-1,25 г/см, под давлением 2,0-4,0 атм через подающие патрубки с замещением и параллельной откачкой бурового раствора отводящими патрубками.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что в качестве пластифицирующих добавок к высокопластичной вяжущей композиции используются фосфорсодержащие комплексоны, а в качестве гидрофобизирующих добавок к высокопластичной вяжущей композиции используются основные соединения щелочных и щелочноземельных металлов.
Раствор на основе бентопорошка строительных марок при бурении выполняет функцию стабилизации стенок траншеи и снижения гидростатического давления грунтовых вод в водонасыщенных грунтах.
Для обеспечения максимальной сплошности тела завесы заполнение траншеи необходимо производить снизу - вверх.
-11
-12
При создании траншейной глинистой завесы происходит заполнение траншеи и пустот обрабатываемого грунта гелеобразной структурой. Активное поглощение грунтовой воды материалом грунтоглинистой сваи происходит по кристаллическому и осмотическому механизмам набухания за счет присутствия в составе высококоллоидального компонента. Связывание поглощенной воды за счет электростатических сил компонентами состава приводит к снижению коэффициента проницаемости грунта. Получаемое в результате устойчивое гелеобразное тело имеет коэффициент фильтрации в диапазоне 1×10 - 1×10 м/с.
Краткое описание фигур чертежей
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена технологическая схема приготовления и подачи глинистого состава к траншее;
на фиг.2 - технологическая схема устройства траншейной глинистой завесы.
Вариант осуществления изобретения
Состав работ по устройству траншейной глинистой завесы включает:
1. Приготовление бентонитового бурового раствора;
2. Приготовление высокопластичной вяжущей композиции ;
3. Разработка траншеи с параллельным заполнением буровым раствором;
4. Установка подающего патрубка в нижнее положение, не доходя до дна траншеи на 200 - 1500 мм;
5. Подъем подающего патрубка с одновременной подачей высокопластичного вяжущего состава и удалением вытесняемого бурового раствора;
6. Извлечение подающего и отводящего патрубков и перемещение агрегата на новую точку.
Приготовление высокопластичного вяжущего состава осуществляется в результате диспергирования агента на основе природных минеральных компонентов, который хранится в силосе (1) в водной фазе.
Высокопластичный вяжущий состав на основе бентонитового порошка из силоса (1) и техническая вода из емкости для воды (2) подаются в миксерную установку (3), где происходит перемешивание в смесителе (4) при скорости вращения 10000 об/мин в течение 10 мин и при их соотношении (5-10):(90-95), после чего в полученную суспензию последовательно вводят микронаполнитель, пластифицирующую добавку и гидрофобизирующую добавку. Время перемешивания суспензии после введения каждой из добавок составляет 5 мин. Готовую высокопластичную вяжущую композицию направляют насосом для перекачки (5) в накопитель раствора (6).
3
Из накопителя (6) высокопластичная вяжущая композиция плотностью 1,20-1,25 г/см посредством насоса для перекачки (7) подается в траншею (8) под давлением 2,0-4,0 атм через подающий патрубок (9) с замещением и параллельной откачкой бурового раствора отводящими патрубками (10), через которые удаляются остатки бурового раствора.
Выполненная заявленным способом траншейная глинистая завеса (11) по сравнению с наиболее близким аналогом SU 1392202 имеет следующие преимущества:
1) Противофильтрационный экран из траншейной глинистой завесы не имеет холодных швов, характеризуется высокой сплошностью и перекрываемостью соседних элементов, что значительно увеличивает изоляционные свойства экрана.
2) Траншейная глинистая завеса имеет гелеобразное состояние и имеет потенциал для набухания глинистого наполнителя вследствие чего обладает более высокой устойчивостью к вибрационным воздействиям, а также к деформациям грунта.
3) При применении в качестве изоляционного агента высокопластичных глинистых материалов готовая траншейная глинистая завеса не оказывает негативного воздействия на окружающую среду, не подвержена старению и коррозии, поскольку в конструкции не используются металлические армирующие элементы.
4) Траншейная глинистая завеса за счет применения изоляционного агента высокопластичных глинистых материалов обладает высокой сорбционной емкостью к основным радионуклидам и тяжелым металлам.