12.5. Намыв земляных сооружений

Сущность

Сущность – отложение (выпадение) в осадок твердых частиц из пульпы при снижении скорости. Снижение скорости происходит за счет растекания пульпы и частичной фильтрации воды в основание (рис. 12.9). У выпуска из трубы, где скорости еще высоки, отлагаются крупные частицы, постепенно их размер уменьшается по мере удаления от выпуска. Вода отводится искусственным путем или путем фильтрации.

Рис. 12.9. Гидравлическая схема намыва и отложения частиц грунта.

| - участок пляжа намыва, || - участок отстойника

1 – звенья пульпопровода; 2 – пульпа; 3 – воронка размыва; 4 – отложения различных фракций на пляже намыва; 5 – фильтрация воды; 6 – отстойник; 7 – слой осветленной воды; 8 – откачка насосами

Для обеспечения контура сооружения площадь намыва разделяется на отдельные карты, ограниченные дамбочками обвалования. Наружные дамбочки располагаются по наружному контуру насыпи, формируя откос (рис. 12.10).

Рис.12.10. Схема карты намыва плотины: 1 – дамбы обвалования; 2 – магистральный пульпопровод; 3 – распределительные пульповоды; 4 – прудок-отстойник; 5 – водоспускные колодцы; 6 – ядро плотины.

Способы намыва

Применяются следующие способы намыва: эстакадный и безэстакадный. Под способом намыва понимают метод размещения и перестановки труб, из которых выпускается пульпа.

а) безэстакадный б) эстакадный

Рис.12.11. Способы намыва: а) безэстакадный, б) эстакадный

1- дамба первичного обвалования; 2 – дамбы промежуточного обвалования; 3 – пульповод; 4 – кран для перестановки пульпопровода; 5 – пляж намыва; 6 – местоположение свободных звеньев пульповода; 7 – эстакада; 8 – регулируемые отверстия в пульповоде; 9 – лотки.

Безэстакадный способ намыва заключается в укладке труб непосредственно по намываемому грунту с сосредоточенным выпуском пульпы в конце – в торце трубопровода (рис.12.11а).

По мере намыва трубы постепенно наращиваются или разбираются краном, который челночно ходит по карте намыва параллельно линии наружного откоса на расстоянии 8 м от дамбы обвалования. Толщина намываемого слоя 0,15-1,0 м. Для быстроты сборки и разборки трубопровода применяют специальные быстроразъемные соединения. Способ применяется для всех грунтов, кроме глинистых и мелкозернистых, с плохой водоотдачей, когда невозможно движение кранов по намываемому слою.

Достоинства: практическое отсутствие потребности в лесе; высокая производительность; низкие затраты на производство (в 3-3,5 раза ниже, чем при эстакадном способе).

Недостаток: сосредоточенный выпуск пульпы ухудшает условия консолидации.

При эстакадном способе (рис. 12.11 б) трубы располагаются на эстакадах высотой до 3-5 м. Пульпа выливается через выпускные отверстия, расположенные по длине распределительного пульповода через 3-6 м. Для регулирования отверстия оборудованы задвижками. Чтобы исключить возможность размыва основания, под выпусками устанавливаются лотки.

Монтаж пульповодов осуществляется кранами-трубоукладчиками с удлиненной стрелой. Соединение звеньев осуществляется быстроразъемными самоуплотняющимися бандажными соединениями. После окончания намыва очередного слоя пульповоды переставляются на следующий ярус. Эстакады остаются, разбираются только горизонтальные связи. Способ мало механизирован и применяется в особых случаях, при намыве малофильтрующих грунтов с плохой водоотдачей, когда затруднительно или невозможно движение кранов по намываемому слою, как это делается при безэстакадном способе.

Разновидностью эстакадного является низкоопорный способ. Его отличие от эстакадного заключается в том, что распределительный трубопровод укладывается на низких инвентарных опорах. Гидросмесь выпускается сосредоточенно из торца или рассредоточенно через щели за счет смещения торцов труб на 1/3…1/4 поперечного сечения трубы. Толщина слоя 1-2 м, опоры высотой до 1,5 м. По характеру укладки способ при сосредоточенном выпуске близок к безэстакадному, при рассредоточенном – к эстакадному.

Для перекладки труб и выемки опор применяются специальные универсальные машины (трактор с навесным оборудованием).

Схемы намыва

При намыве применяются следующие схемы: двусторонняя; односторонняя; пионерно-торцевая; мозаичная.

Двухсторонняя схема заключается в выпуске гидросмеси с 2-х сторон намываемого сооружения (рис.12.12а). Пульповоды укладываются с двух сторон вдоль откосов сооружения.

Рис.12.12. Двусторонняя (а) и односторонняя (б) схемы намыва.

1 – дамба первичного обвалования; 2 – промежуточные дамбы обвалования; 3 - распределительные пульповоды; 4 – кран для перестановки звеньев пульповода; 5 – пляж намыва; 6 - прудок-отстойник; 7 – наращиваемый колодец для сброса осветленной воды; 8 – водосбосная труба.

После выпуска из трубы пульпа растекается, откладывая частицы по мере уменьшения скоростей. Наиболее крупные частицы укладываются вблизи выпуска, т.е. в боковых призмах. Мелкие частицы стекают в центр, где создается прудок для их отстоя. С течением времени эти мелкие частицы осаждаются, образуя ядро. Осветленная вода из пруда-отстойника отводится через сбросные колодцы и сбросные трубы. Часть очень мелких частиц (мельче 0,05-0,1 мм) отмывается и сбрасывается вместе с водой. Процент отмыва достигает 10%. Сбросные колодцы по мере намыва и роста сооружения наращиваются. Регулируя высоту колодца и толщину переливающегося слоя, можно регулировать глубину пруда-отстойника и процент отмыва мелких частиц.

В зависимости от грансостава грунта при двусторонней схеме возможен намыв плотины с ядром и без ядра. Для возможности создания ядра намываемые грунты должны иметь определенный коэффициент неоднородности, а именно:

, , (12.15)

где D60 , D10 – диаметры частиц, меньше которых в грунте содержится 60 и 10 % соответственно. При возможны только однородные плотины.

Двусторонняя схема намыва наиболее распространена при возведении профильных сооружений, в частности, намывных плотин.

Односторонняя схема намыва заключается в укладке трубопровода и подаче пульпы с одной стороны сооружения. При этом специально формируется только один наружный откос с помощью дамб обвалования, а второй формируется за счет свободного растекания (рис.12.12 б). Применяется как при подводном, так и надводном намыве.

Уклоны откосов при свободном растекании зависят от гранулометрического состава грунта и условий намыва (подводный или надводный). Для надводного намыва уклоны колеблются в пределах от 1:10 (крупнозернистые пески) до 1:50 (мелкозернистые пески). При подводном намыве откосы круче – 1:5…1:8.

Пионерно-торцевая схема намыва заключается в торцевом выпуске пульпы при намыве под воду (рис. 12.13 а). Плотность намытого грунта пи этом вначале невелика, но с течением времени и консолидации она увеличивается, приближаясь к средней (относительная плотность 0,4-0,5).

Рис.12.13. Пионерно-торцевая (а) и мозаичная (б) схемы намыва.

1 – естественная поверхность; 2 – звенья пульпопровода; 3 – надводный откос ; 4 - подводный откос ; 5 – горизонт воды в водоеме; 6 – отдельные участки намыва.

Мозаичная схема намыва заключается в сосредоточенных выпусках пульпы в тело отдельных конусов с перекрытием их в плане и по высоте в шахматном порядке (рис.12.13б). Применяется обычно при намыве территорий и при необходимости получения однородного намытого грунта, близкого по грансоставу к естественному (например, бурты стройматериалов).

Грунты для намыва

Для намыва профильных земляных сооружений используются различные по механическому составу грунты (рис.12.15). Непригодны только грунты с большим содержанием пылеватых и глинистых частиц (более 20%), а также крупногравелистые и галечные грунты, не содержащие достаточного количества песчаных частиц.

Из однородных по составу грунтов (К60/10<3) намывают однородные плотины, из неоднородных (К60/10>3) – неоднородные плотины с ядром.

В боковые призмы откладываются частицы d >0,25 мм, в ядро – мелкозернистые пески, крупнопылеватые отмываемые фракции >0,001 мм и частично фракции 0,01-0,001 мм. Прогноз раскладки – на основе опыта и специальных расчетов (например, по способу Маслова В.Н.).

Рис.12.14. Типы намывных плотин и грунты для них: а) однородная плотина, б) плотина с ядром, в) границы зон грансостава грунтов для намыва:

| - глинистые грунты (практически непригодные для намыва); || - ||| - зоны однородных супесчаных и песчаных грунтов для однородных плотин; |\/ - зона неоднородных песчано-гравийных грунтов для плотин с ядром.

Последовательность намыва

Грунт в тело сооружения намывают отдельными участками – картами намыва, обслуживаемыми одним - двумя земснарядами. Размеры карт должны быть увязаны с потоком грунта и геометрическими размерами сооружения:

, , (12.16)

где Fк – площадь карты; Псут – суточная производительность земснаряда по грунту; bк – средняя ширина карты, м; Δht – заданная интенсивность намыва по высоте, м/сутки; Lк – длина карты намыва.

Интенсивность намыва по высоте Δht = φ (грансостав грунта):

- для мелкозернистых песчаных грунтов – 0,2-0,3 м/сутки;

- при средней крупности – до 0,5 м/сутки;

- для крупнозернистых – до 1,0 м/сутки.

При хорошо фильтрующем основании интенсивность можно увеличить.

Карты оконтуриваются дамбами обвалования. Для создания таких дамб используются бульдозеры, а лучше специальные обвалователи ОПМ-2М.

Общие технологические схемы представлены на рис.12.15 а, б.

Рис.12.15. Общая технологическая схема возведения плотины способом гидромеханизации при разработке грунта в карьере:

а) гидромониторами, б) земснарядами.

1 – место укладки (плотина); 2 – река; 3 – насосная установка; 4 – напорный водовод; 5 – карьер; 6 – гидромонитор; 7 – канава для сбора пульпы; 8 – приямок; 9 – землесосная установка; 10 – напорный пульпопровод; 11 – распределительный пульпопровод; 12 – сбросные колодцы; 13 – карта намыва; 14 – земснаряд; 15 – плавучий пульповод; 16 – магистральный пульповод

Гидромеханизация в зимнее время

Данный процесс сопряжен с большими трудностями, связанными с замерзанием грунта и воды в забое, водоводах, пульповодах и на укладке. В основном зимой ведут добычу из подводных карьеров и намывают подводные сооружения. Но и в этих случаях необходимо поддерживать воду в незамерзающем состоянии около земснарядов. При остановках необходимо освобождать от воды все пульповоды или их утеплять.

Таким образом, применение гидромеханизации зимой допустимо при достаточно большой интенсивности, гарантий качества и экономической целесообразности.