СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ДАМБАХ ИЗ ОДНОРОДНОГО ГРУНТА
METHOD TO CLEAR DEFECTS IN DAMS OF HOMOGENEOUS SOIL

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.
2
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 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.
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
Грунтоцемент
Доля цемента, % от массы грунтосмеси
Количество добавки, % от массы грунтосмеси
Прочность, МПа
Коэффициент морозостойкости <img file="00000001.tif" he="12" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
песок
зола
высевка
Через 28 суток и полного водонасыщения, R<sub>28</sub>
После 50 циклов замораж. - оттаивания, R<sub>мор</sub>
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.
пром
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), приведенной по условиям теплопроводности, к толщине песчаного морозо-защитного покрытия, по формуле
,
п
где h - толщина защитного (морозозащитного) покрытия из песка, 50-70 см;
п
λ - коэффициент теплопроводности песка, 1,65 ккал/(м·ч·град);
гц
λ - 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.