9. Строительство, наращивание и эксплуатация накопителей

9.1. Строительство накопителей

Наиболее широко при строительстве накопителей используется способ возведения дамб с укладкой грунтов насухо с уплотнением. Технология возведения насыпи, способы подготовки основания и условия сопряжения дамбы с бортами (для овражно-балочных накопителей) должны разрабатываться в проекте.

Строительство накопителей включает следующие основные этапы: подготовку ложа емкости и основания дамб; подготовку и разработку карьеров; монтаж водосбросных сооружений; устройство дренажных систем; устройство негрунтовых противофильтрационных элементов; транспортировку, отсыпку, разравнивание и уплотнение грунта ограждающих дамб; грунтовых ядер и экранов, устройство покрытия гребня и откосов дамб; монтаж разводящих пульпопроводов и выпусков пульпы и другие работы.

При подготовке ложа производится отвод поверхностного стока, лесосводка, расчистка от кустарника и мелколесья, снятие и складирование растительного слоя.

Ответственным этапом при проектировании и строительстве накопителей является подготовка оснований ограждающих сооружений. Способ сопряжения дамбы с основанием и технологию его подготовки выбирают, исходя из инженерно-геологических условий и на основании технико-экономических расчетов. При наличии в основании слабых грунтов (водонасыщенные торф, ил, линзы мерзлых льдонасыщенных грунтов) нужно рассматривать варианты удаления таких грунтов или повышения их прочности и снижения деформируемости путем ускорения консолидации, устройства фильтрующей пригрузки, использования геотекстильных материалов, устройства вертикальных дрен. Во многих случаях может оказаться экономически целесообразным вместо перечисленных мероприятий уположить откосы дамбы.

При наличии в основании просадочных грунтов должны быть проведены мероприятия по предварительному замачиванию основания с уплотнением грунтов тяжелыми трамбовками и т.п.

При наличии в основании дамбы песчаных грунтов и расположении противофильтрационного устройства за пределами дамбы необходима проверка суффозионной прочности грунтов основания.

При проведении земляных работ (разработка карьеров, транспортировка, укладка и уплотнение грунта) в соответствии с объемами работ следует использовать наиболее высокопроизводительные механизмы. От качества уплотнения глинистых грунтов существенно зависят их фильтрационные свойства.

Толщина укладываемых слоев грунта и число проходов уплотняющих механизмов должно определяться на месте строительства по результатам проведения опытной укатки для каждого вида грунта и каждого типа уплотняющих механизмов.

Размеры опытной площадки следующие: ширина 12–15 м, длина 40 м; площадка разделена на три отсека, в каждом из которых укладывается слой разной толщины. Участок опытной насыпи по длине делится на три части, в которых производится увлажнение грунта до разных значений влажности. В результате отбора проб грунта строятся кривые плотности в зависимости от влажности грунта для каждого типа уплотняющих механизмов, числа проходов и толщины слоя отсыпки.

В некоторых случаях целесообразно проводить уплотнение основания чаши накопителя тяжелыми пневмокатками или виброкатками для снижения коэффициента фильтрации.

При необходимости доувлажнения карьерного грунта в карьере расход воды на 1 м³ грунта определяют по формуле

, (9.1)

где – плотность «сухого» грунта в карьере; – оптимальная или требуемая влажность грунта; W – природная влажность грунта; К=1,1 – коэффициент, учитывающий потери на испарение.

При увлажнении грунта на месте укладки необходимое количество воды на увлажнение 1 м² поверхности грунта может быть определено по формуле

(9.2)

где h – толщина слоя укладываемого грунта; W – влажность грунта в карьере; – коэффициент разрыхления (обычно принимают = 1,25).

Перед отсыпкой грунта должна быть выполнена разбивка осей дамбы и границ откосов. Технологическая транспортная схема отсыпки должна предусматривать дополнительное уплотнение проходящим груженым автотранспортом.

При отсыпке дамбы должен осуществляться технологический и геотехнический контроль. Контрольные пробы грунта на плотность и влажность должны отбираться равномерно в плане и по высоте сооружения: на каждые 100–200 м³ уложенного глинистого и песчаного грунтов и на 200–400 м³ гравелисто-галечных и мелкозернистых грунтов с крупными включениями назначается одна проба. При определении остальных характеристик (прочностных, деформационных, фильтрационных) отбирается одна проба на 20–50 тыс. м³ уложенного грунта. Контроль зернового состава крупнообломочного грунта проводится для каждых 1–2 тыс.м³ уложенного грунта, при отсыпке каменной наброски для каждых 30 тыс.м³. Допустимые отклонения уменьшения плотности грунта не должны превышать 0,05 г/см³, при отклонении в сторону больших значений – не более 10 % от общего числа определений.

При устройстве водосбросных сооружений необходимо предусматривать противофильтрационные диафрагмы в местах пересечения трубопроводов с телом дамбы. При этом должны оформляться акты на скрытые работы. При проектировании водосбросных коллекторов и колодцев необходимо производить проверку на всплытие.

При строительстве водосбросных колодцев необходимо контролировать качество выполнения их фундаментов. При прокладке коллекторов и установке водосбросных колодцев на намытом из отходов основании необходимо устраивать гибкие (податливые) стыки трубопровода.

Использование некоторых видов отходов для наращивания дамб является резервом экономии капиталовложений, которая может составить от 1/3 до 1/2 стоимости варианта с применением только привозного грунта.

Использование легких уплотняющих механизмов при «сухом» складировании отходов позволяет увеличить плотность отсыпаемого материала в 1,1–1,25 раза по сравнению с ее самоуплотнением. Соответственно требуются значительно меньшие площади для складирования и достигаются лучшие физико-механические характеристики уплотненного материала (более низкие коэффициенты фильтрации, повышенные прочностные и деформативные характеристики), в целом улучшаются экологические характеристики отвалов.

Экологическое преимущество «сухого отвала» по сравнению с гидроотвалом очевидно. Количество воды, используемой при сухом складировании (увлажнение материала, технологическое пылеподавление) и поступающей в «сухой отвал» в виде атмосферных осадков, значительно меньше, чем в системах гидроудаления. Соответственно значительно меньше и возможные фильтрационные утечки.