Укрепление берега — ключевая мера защиты гидротехнических сооружений и прибрежных территорий от размыва и эрозии. Для этого применяют укрепление берега бетонными плитами, камнем или армированными конструкциями, эффективно защищающими реки, пруды, морские побережья и водохранилища. Горизонтальные и вертикальные укрепления предотвращают размыв, стабилизируют склоны и береговую линию, учитывая силу течения, высоту волн и тип грунта. Такое укрепление берега пруда, реки или моря снижает риски разрушений, сохраняет инфраструктуру и обеспечивает долговечность объектов.
Гидротехнические сооружения — инженерные конструкции для регулирования, распределения и использования водных ресурсов, а также для защиты территорий и объектов от воздействия воды. К ним относятся плотины, дамбы, каналы, водосбросы, очистные сооружения и водохранилища.
Прорыв дамб хвостохранилищ способен вызвать масштабные экологические катастрофы: загрязнение водоемов, разрушение экосистем и угрозу здоровью населения. Поэтому обеспечение надежной инженерной защиты таких объектов является критически важной задачей.
С учетом сложности и потенциальных угроз современные проекты требуют применения передовых технологий укрепления грунтов. Они обеспечивают высокую надежность, долговечность и экологическую безопасность, минимизируя воздействие на объекты и окружающую среду.
Технология укрепления берега
Струйная цементация (jet-grouting) - это технология укрепления грунта. Увеличение прочности и устойчивости грунта происходит за счет изменения его структуры и физико-механических
свойств. Существующий грунт разрушается и одновременного перемешивается высоконапорной струёй цементного раствором под высоким давлением, образуется новый материал грунтоцемент. После твердения, грунтоцемент обладает прочностными и деформационными характеристиками необходимыми для проведения последующих работ.
ОДНОКОМПОНЕНТНАЯ
JET‑1
- Диаметр: Ø400–800 мм
- Давление: > 4 атм
Однокомпонентная струйная цементация — для разрушения и перемешивания грунта посредством кинетической энергии струи одного компонента: цементного раствора. Благодаря Jet‑1 достигается наибольшая прочность грунтоцемента.
ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ
JET‑2
- Диаметр: Ø800–1500 мм
- Давление: > 4 атм
Двухкомпонентная струйная цементация — для разрушения и перемешивания грунта с использованием кинетической энергии струи двух компонентов: цемента и сжатого воздуха. Прочность грунтоцемента ниже на 10…15% чем Jet‑1, но и объём укрепляемого грунта больше.
Применение струйной цементации в гидротехническом строительстве:
- создание противофильтрационных завес и экранов
-
ремонт фильтрационных зон
-
устранение размывов и карстовых пустот
-
укрепление береговых откосов и подпорных стен
Илонакопитель No10
Назначение — для размещения осадков Биологических очистных сооружений г. Перми. В административном отношении участок работ расположен по адресу: Пермский край, Пермский район, б.н.п. Гляденово.
ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ В 1982 г.
|
Площадь
|
20 га
|
|
Нормативно санитарная зона
|
1 км
|
|
Мощность илонакопител
|
1 650 000 м3
|
|
На период обследования накоплено отходов
|
1 425 883,41 м3
|
|
Максимальная высота дамбы
|
19,7 м
|
|
Длина объекта
|
от 346 м до 577,5 м
|
|
Ширина объекта
|
от 75,4 до 316,7 м
|
Проблематика тела дамбы илонакопителя:
Техническое состояние сооружений илонакопителя No10 оценивается как ограниченно-работоспособное, с пикета ПК11+0.0 - ПК15+0.0 — аварийное
Фактическое состояние:
- Нарушение почвенного покрова
-
Фактическое заложение откосов не соответствует проектному
-
Малая устойчивость откосов насыпи
-
Утечки воды из пруда илонакопителя
-
Фильтрация воды через линзы песка
Выбор решения
|
№
|
Тип завесы
|
Отрицательные качества
|
Положительные качества
|
|
1
|
Водонепроницаемый экран из бетона
|
Требуется установка крупногабаритного оборудования на гребень дамбы. Высокая стоимость строительно-монтажных работ.
|
Надёжная защита от протечек из пруда шлаконакопителя
|
|
2
|
Инъекционное закрепление грунта цементным раствором
|
Процесс по созданию ПФЗ трудно контролируется, не гарантируется герметичность экрана.
|
Возможность выполнения работ лёгким оборудованием
|
|
3
|
Струйная цементация — создание грунтоцементной стены из секущих элементов.
|
Нет
|
Контролируемый процесс по созданию вертикальной ПФЗ. Возможность выполнения работ легким оборудованием расположенный на гребне дамбы.
|
Выбор варианта: создание противофильтрационной завесы
методом струйной цементации
Расчет устойчивости дамбы
Расчетное сечение 1-1 выполнено в створе инженерно-геологических скважин по отчету 2020 года.
Расчет ведется в трех случаях:
-
Случай 1 - мембрана находится в целом состоянии без повреждений;
-
Случай 2 - в мембране имеются разрывы на верховом откосе насыпи;
-
Случай 3- инженерная защита из струйной цементации.
Рис. 1. Ситуационный план. Расчетное сечение.
Технологическая карта производства работ
1.Бурение лидерной скважины до проектной отметки
В зависимости от типов ИГЭ используют разные породоразрушающие инструменты. Бурение происходит на воде, либо под защитой специального раствора для избежания обвала стенок скважины. Буровой шлам выходит на поверхность по затрубному пространству. Для решения разных задач используют разное оборудования, от малогабаритных переносных до крупногабаритны самоходных буровых установок.
2. Приготовление и накопление рабочего раствора для струйной цементации грунта
Происходит смешивание воды и необходимых ингредиентов в автоматическом режиме. Рецептура раствора указана в проекте и подтверждена опытным путём. Готовый раствор перекачивается в накопитель. Для решения разных задач используют миксерные установки разной производительности.
3.Струйная цементация грунта
Насос высокого давления подаёт рабочий раствор из накопителя по рукавам высокого давления и буровую колонну на монитор. Вырываясь через форсунки, под давлением > 400 атм, раствор разрушает структуру грунта и перемешивает его. Далее буровая колонна медленно вращаясь поднимается и обрабатывает грунт до проектной отметки. Излишки грунтоцемента выходят по затрубному пространству на поверхность.
Контроль качества. Отбор кернов.
(Контроль сплошности завесы. Мониторинг параметров технологии во время производства работ.)
|
Маркировка образцов
|
Размеры образца, см
|
Характеристики образца
|
Коэффициенты по ГОСТ 28570-2019
|
Разрушающая нагрузка, кН
|
Прочность
на сжатие, R, МПа
|
|
Диаметр,
d
|
Высота,
h
|
Масса образца,
г
|
Площадь рабочего сечения,
F, см²
|
Объем образца, см³
|
Плотность, г/ см³
|
Ш
|
а
|
Прочность отдельного образца,
МПа
|
Среднее значение
|
|
ГСЦ
№ 555
|
1
|
11,5
|
9,9
|
1615
|
103,8
|
1027,8
|
1,57
|
0,96
|
1,00
|
58,7
|
5,43
|
4,27
|
|
2
|
11,2
|
10,0
|
1526
|
98,5
|
984,7
|
1,55
|
37,4
|
3,65
|
|
3
|
11,3
|
10,1
|
1576
|
100,2
|
1012,4
|
1,56
|
38,9
|
3,73
|
*Показатели строительной лаборатории — прочность на сжатие образцов-кернов, отобраны на 29 сутки
Илонакопитель после проведённых работ. Таким образом, метод струйной цементации позволяет увеличить безопасность
и срок эксплуатации существующих и строящихся гидротехнических сооружений.
Детальное описание:
Укрепление берега — ключевая мера защиты гидротехнических сооружений и прибрежных территорий от размыва и эрозии. Для этого применяют укрепление берега бетонными плитами, камнем или армированными конструкциями, эффективно защищающими реки, пруды, морские побережья и водохранилища. Горизонтальные и вертикальные укрепления предотвращают размыв, стабилизируют склоны и береговую линию, учитывая силу течения, высоту волн и тип грунта. Такое укрепление берега пруда, реки или моря снижает риски разрушений, сохраняет инфраструктуру и обеспечивает долговечность объектов.
Гидротехнические сооружения — инженерные конструкции для регулирования, распределения и использования водных ресурсов, а также для защиты территорий и объектов от воздействия воды. К ним относятся плотины, дамбы, каналы, водосбросы, очистные сооружения и водохранилища.
Прорыв дамб хвостохранилищ способен вызвать масштабные экологические катастрофы: загрязнение водоемов, разрушение экосистем и угрозу здоровью населения. Поэтому обеспечение надежной инженерной защиты таких объектов является критически важной задачей.
С учетом сложности и потенциальных угроз современные проекты требуют применения передовых технологий укрепления грунтов. Они обеспечивают высокую надежность, долговечность и экологическую безопасность, минимизируя воздействие на объекты и окружающую среду.
Технология укрепления берега
Струйная цементация (jet-grouting) - это технология укрепления грунта. Увеличение прочности и устойчивости грунта происходит за счет изменения его структуры и физико-механических
свойств. Существующий грунт разрушается и одновременного перемешивается высоконапорной струёй цементного раствором под высоким давлением, образуется новый материал грунтоцемент. После твердения, грунтоцемент обладает прочностными и деформационными характеристиками необходимыми для проведения последующих работ.
ОДНОКОМПОНЕНТНАЯ
JET‑1
- Диаметр: Ø400–800 мм
- Давление: > 4 атм
Однокомпонентная струйная цементация — для разрушения и перемешивания грунта посредством кинетической энергии струи одного компонента: цементного раствора. Благодаря Jet‑1 достигается наибольшая прочность грунтоцемента.
ДВУХКОМПОНЕНТНАЯ
JET‑2
- Диаметр: Ø800–1500 мм
- Давление: > 4 атм
Двухкомпонентная струйная цементация — для разрушения и перемешивания грунта с использованием кинетической энергии струи двух компонентов: цемента и сжатого воздуха. Прочность грунтоцемента ниже на 10…15% чем Jet‑1, но и объём укрепляемого грунта больше.
Применение струйной цементации в гидротехническом строительстве:
- создание противофильтрационных завес и экранов
-
ремонт фильтрационных зон
-
устранение размывов и карстовых пустот
-
укрепление береговых откосов и подпорных стен
Илонакопитель No10
Назначение — для размещения осадков Биологических очистных сооружений г. Перми. В административном отношении участок работ расположен по адресу: Пермский край, Пермский район, б.н.п. Гляденово.
ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ В 1982 г.
|
Площадь
|
20 га
|
|
Нормативно санитарная зона
|
1 км
|
|
Мощность илонакопител
|
1 650 000 м3
|
|
На период обследования накоплено отходов
|
1 425 883,41 м3
|
|
Максимальная высота дамбы
|
19,7 м
|
|
Длина объекта
|
от 346 м до 577,5 м
|
|
Ширина объекта
|
от 75,4 до 316,7 м
|
Проблематика тела дамбы илонакопителя:
Техническое состояние сооружений илонакопителя No10 оценивается как ограниченно-работоспособное, с пикета ПК11+0.0 - ПК15+0.0 — аварийное
Фактическое состояние:
- Нарушение почвенного покрова
-
Фактическое заложение откосов не соответствует проектному
-
Малая устойчивость откосов насыпи
-
Утечки воды из пруда илонакопителя
-
Фильтрация воды через линзы песка
Выбор решения
|
№
|
Тип завесы
|
Отрицательные качества
|
Положительные качества
|
|
1
|
Водонепроницаемый экран из бетона
|
Требуется установка крупногабаритного оборудования на гребень дамбы. Высокая стоимость строительно-монтажных работ.
|
Надёжная защита от протечек из пруда шлаконакопителя
|
|
2
|
Инъекционное закрепление грунта цементным раствором
|
Процесс по созданию ПФЗ трудно контролируется, не гарантируется герметичность экрана.
|
Возможность выполнения работ лёгким оборудованием
|
|
3
|
Струйная цементация — создание грунтоцементной стены из секущих элементов.
|
Нет
|
Контролируемый процесс по созданию вертикальной ПФЗ. Возможность выполнения работ легким оборудованием расположенный на гребне дамбы.
|
Выбор варианта: создание противофильтрационной завесы
методом струйной цементации
Расчет устойчивости дамбы
Расчетное сечение 1-1 выполнено в створе инженерно-геологических скважин по отчету 2020 года.
Расчет ведется в трех случаях:
-
Случай 1 - мембрана находится в целом состоянии без повреждений;
-
Случай 2 - в мембране имеются разрывы на верховом откосе насыпи;
-
Случай 3- инженерная защита из струйной цементации.
Рис. 1. Ситуационный план. Расчетное сечение.
Технологическая карта производства работ
1.Бурение лидерной скважины до проектной отметки
В зависимости от типов ИГЭ используют разные породоразрушающие инструменты. Бурение происходит на воде, либо под защитой специального раствора для избежания обвала стенок скважины. Буровой шлам выходит на поверхность по затрубному пространству. Для решения разных задач используют разное оборудования, от малогабаритных переносных до крупногабаритны самоходных буровых установок.
2. Приготовление и накопление рабочего раствора для струйной цементации грунта
Происходит смешивание воды и необходимых ингредиентов в автоматическом режиме. Рецептура раствора указана в проекте и подтверждена опытным путём. Готовый раствор перекачивается в накопитель. Для решения разных задач используют миксерные установки разной производительности.
3.Струйная цементация грунта
Насос высокого давления подаёт рабочий раствор из накопителя по рукавам высокого давления и буровую колонну на монитор. Вырываясь через форсунки, под давлением > 400 атм, раствор разрушает структуру грунта и перемешивает его. Далее буровая колонна медленно вращаясь поднимается и обрабатывает грунт до проектной отметки. Излишки грунтоцемента выходят по затрубному пространству на поверхность.
Контроль качества. Отбор кернов.
(Контроль сплошности завесы. Мониторинг параметров технологии во время производства работ.)
|
Маркировка образцов
|
Размеры образца, см
|
Характеристики образца
|
Коэффициенты по ГОСТ 28570-2019
|
Разрушающая нагрузка, кН
|
Прочность
на сжатие, R, МПа
|
|
Диаметр,
d
|
Высота,
h
|
Масса образца,
г
|
Площадь рабочего сечения,
F, см²
|
Объем образца, см³
|
Плотность, г/ см³
|
Ш
|
а
|
Прочность отдельного образца,
МПа
|
Среднее значение
|
|
ГСЦ
№ 555
|
1
|
11,5
|
9,9
|
1615
|
103,8
|
1027,8
|
1,57
|
0,96
|
1,00
|
58,7
|
5,43
|
4,27
|
|
2
|
11,2
|
10,0
|
1526
|
98,5
|
984,7
|
1,55
|
37,4
|
3,65
|
|
3
|
11,3
|
10,1
|
1576
|
100,2
|
1012,4
|
1,56
|
38,9
|
3,73
|
*Показатели строительной лаборатории — прочность на сжатие образцов-кернов, отобраны на 29 сутки
Илонакопитель после проведённых работ. Таким образом, метод струйной цементации позволяет увеличить безопасность
и срок эксплуатации существующих и строящихся гидротехнических сооружений.
