р,

Рассмотрение уравнений равновесия - суммы проекций всех сил на на­ правление пт и нормали к этому направлению - позволяет найти значение оползневого давления Eh передаваемого на следующий отсек:

где rj - коэффициент устойчивости.

Расчет начинают с первого верхнего отсека, для которого Е1Л= 0. Пере­ ходя от отсека к отсеку, достигают последнего отсека, который должен быть устойчивым при Еп < 0.

2.7. Расчет устойчивости складируемых отходов

Расчет устойчивости складируемых отходов для высоконагруженных полигонов выполняется на основе методов расчета откосов, изложенных выше. Однако необходимо учитывать тот факт, что отходы, как бытовые, так и промышленные, не являются однородным сплошным телом, а представля­ ют собой многофазную сложную анизотропную систему. Формирование по­ лигонов депонирования отходов происходит длительное время (от 20 до 100 лет) и за этот период, как правило, меняется сам состав отходов, степень их уплотнения, степень водонасыщения, пористость, процентное содержа­ ние газа. Складируемые отходы испытывают различные, часто неоднознач­ ные воздействия окружающей среды и человеческой деятельности. Поэто­ му складируемые отходы можно рассматривать, по аналогии с грунтами, как трехфазную систему, состоящую из минеральной части и пор, частично заполненных водой (жидкая фаза) и биогазом (газообразная часть). Однако в отличие от грунтов, формирование которых происходит миллионы лет, от­

ходы - относительно “молодая” структура, но более подвижная в плане пе­ рехода из одной фазы в другую и изменения своего морфологического и ге­ нетического состава. Необходимо также учитывать тот факт, что уплотне­ ние отходов под нагрузкой происходит в более короткие сроки по сравне­ нию с грунтами и может достигать 300-400% от первоначального объема, при этом происходит значительное выделение фильтрата и газа.

Таким образом, мы вправе говорить об ускоренной консолидации отхо­ дов под нагрузкой, сопровождающейся интенсивным отжатием фильтрата и биогаза из отходов. Поэтому справедливо применить к расчетам устойчиво­ сти теорию фильтрационной консолидации. Большую часть времени отхо­ ды находятся под постоянной нагрузкой (на стадии захоронения), продол­ жают уплотняться, перемещаться в массивах складирования, постоянно из­ меняя напряженно-деформированное состояние тела хранилища и соответ­ ственно влияя на устойчивость грунтового основания. Поэтому, по нашему мнению, отходы обладают определенными реологическими параметрами и для правильной оценки устойчивости хранилищ необходимо в расчетах учитывать явления ползучести и релаксации напряжений.

Все высказанные нами предположения, безусловно, с одной стороны, усложняют расчеты по обеспечению устойчивости хранилищ, но, с другой стороны, приближают используемые расчетные схемы к действительной ра­ боте массивов депонирования.

В настоящее время существуют различные прикладные программы, позволяющие рассчитывать устойчивость хранилищ с помощью вычисли­ тельной техники. При выполнении проектных работ по сооружению шламохранилища на Новоберезниковской ТЭЦ (г.Березники) и хранилища радио­ активных отходов в Осинском районе Пермской области использовался про­ граммный комплекс PLAXIS. Первая версия PLAXIS была разработана в 1987 году в Технологическом университете г.Дельф (Нидерланды) по заказу Министерства общественных работ Нидерландов с целью создания расчет­ ного аппарата для прогноза устойчивости дамб, плотин, грунтовых насыпей и других берегоукрепительных искусственных сооружений, с учетом дейст­ вующих Европейских норм по проектированию оснований и фундаментов, получивших название ЕВРОКОД-7. В создании всех последующих версий PLAXIS принимали участие специалисты еще четырех университетов: Ко­ лорадо (США), Гренобля (Франция), Оксфорда (Великобритания), Штут­ гарта (Германия). В дальнейшем программа PLAXIS охватила другие обла­ сти геомеханики, включая расчеты несущей способности и деформаций фундаментов, подпорных стенок, анкеров, геотекстильных элементов, тон­ нелей, консолидационный анализ грунтов и многое другое. С использовани­ ем PLAXIS ежегодно проектируются и возводятся десятки строительных объектов, к наиболее известным из которых можно отнести сооружение тоннеля под проливом Ла-Манш и строительство регуляционных сооруже­ ний в Роттердаме.

3.ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ УСТРОЙСТВА ПОЛИГОНОВ

ИХРАНИЛИЩ

3.1. Нормативные требования к устройству полигонов в Австрии

Согласно действующим экологическим нормам Австрийской респуб­ лики на строительство и проектирование хранилищ отходов (ONORM S2070-S2076 [29-37]), устройство таких сооружений представляет собой оп­ ределенную опасность для здоровья человека и окружающей среды. Поэто­ му инженеры-строители должны обязательно учитывать специфические требования к эксплуатации таких сооружений на стадии как проектирова­ ния, так строительства и эксплуатации.

Рассмотрим основные положения австрийских норм.

1.Требования к грунтовым основаниям. Находящиеся на поверхности материалы должны быть удалены со всей площади строительства полигона; также должны быть удалены включения, которые препятствуют требуемой величине уплотнения грунта основания свалки.

2.Площадка полигона. Является подготовленным для строительства сооружения местом, где основание имеет удовлетворительные грунтовые характеристики для сооружения хранилища.

Замена грунта основания или наращивание грунта до предусмотренной проектом высотной отметки должны производиться материалом в соответ­ ствии с ONORM S2070.

3.Механические свойства грунтов. Грунты основания должны соответ­ ствовать ONORM S2074 части 1 и 2

4.Основание и откосы. Основание хранилища, вне зависимости от ре­ льефа местности, должно иметь горизонтальную поверхность с уклонами для отвода фильтрационных вод. Откосы хранилищ имеют заложение не бо­ лее 1:2. Основание хранилища и откосы должны быть в полной мере защи­ щены от вредного воздействия отходов.

5.Отвод фильтрационных вод. Фильтрационные воды должны быть от­ ведены самотеком по свободному наклону основания из места хранения от­ ходов в отстойник.

6.Атмосферные воды. Также должны быть отведены от места склади­ рования отходов.

7.Уплотнение минерального грунта. Требуемые коэффициенты уплот­ нения минерального грунта основания полигонов должны соблюдаться по всей площади полигона. Требуемые механические свойства уплотнитель­ ных слоев грунта должны обеспечиваться в течение всего времени эксплуа­ тации полигона.

8. Гидроизоляционные материалы. При укладке полимерных гидроизо ляционных материалов должны соблюдаться условия укладки для гидро­ изоляционных материалов в соответствии с ONORM S2074 часть 2 и дирек­ тивы укладки в соответствии с ONORM S2076.

Австрийские нормы различают следующие типы хранилищ отходов. Тип 1. Хранилище для загрязненных грунтов, шламовых отходов, стек­

лобоя. Допустимо свободное просачивание фильтрационных вод со свалки. Устройство защитного экрана необязательно. Свалка должна быть рекульти­ вирована и предложена к дальнейшему использованию.

Тип 2. Хранилище для бытовых отходов. Его необходимо обустраивать и эксплуатировать таким образом, чтобы во время укладки мусора фильтра­ ционные воды не попадали в грунт в большом количестве. Просачивание фильтрационных вод допустимо при соблюдении следующих критериев:

-фильтрация должна происходить по возможности равномерно, макси­ мальный расход не должен превышать 100 л на м2 площади фильтрации в день. Необходимо предусмотреть противоэрозионные мероприятия;

-рекультивационное покрытие хранилища, а также завершающий уп­ лотнительный слой определяют в зависимости от хранящихся отходов и за­ планированного последующего использования. Покрытие должно обеспе­ чить быстрый и надежный отвод атмосферных вод от хранилища.

Тип 3. Хранилище для бытовых и промышленных отходов (строитель­ ный, промышленный мусор) пониженной степени опасности.

Минимальные требования к уплотнению грунтового основания обеспе­ чиваются при следующих условиях.

Днище хранилища. Необходимо предусмотреть как минимум экран, со­ стоящий из двухслойного минерального защитного слоя, включающего уп­ лотненный грунт с минимальной толщиной 20 см (в уплотненном состоя­ нии с коэффициентом фильтрации Kj-<10-9 м/с) и дренажный слой общей толщиной более 40 см.

Вместо минерального экрана может быть уложен полимерный гидро­ изоляционный материал в один слой минимальной номинальной толщиной 2 мм в соответствии с ONORM S2073. В отличие от условий укладки в со­ ответствии с ONORM S2074 часть 2 величина коэффициента фильтрации должна составлять А^<10-9 м/с.

Откосы необходимо строить из одного минерального уплотненного слоя минимальной толщиной 20 см с Kf <10'7 м/с.

Вместо минерального слоя может быть уложен один слой полимерного гидроизоляционного материала минимальной номинальной толщиной 2 мм

всоответствии с ONORM S2073.

В течение всего срока действия полигона необходимо обеспечивать ра­ ботоспособность дренажных слоев и упорядоченный отвод фильтрацион­ ных вод.

Наклон грунтового основания к месту сбора фильтрационных вод дол­ жен составлять минимум 3%.

Вся основная горизонтальная поверхность должна быть покрыта дре­ нажным слоем из промытого щебня фракции 16-45 толщиной, как мини­ мум, 30 см (см.также ONORM S2074 часть 2). Это дренажное покрытие должно также регулироваться встроенной системой дренажных труб.

Тип 4. Хранилище предназначено для промышленных отходов средней степени опасности.

Основное полотно свалки должно быть выполнено при соблюдении ге­ отехнических требований в соответствии с ONORM S2074 части 1 и 2.

Минимальные требования к конструкции обеспечиваются выполнени­ ем следующих работ.

Днище хранилища. Необходимо выполнить, как минимум, трехслойный минеральный экран: толщина каждого отдельного слоя не менее 20 см (в уп­ лотненном состоянии); величина А^<10-9 м/с; общая толщина пласта более 60 см. Вместо минерального экрана может быть выполнен комбинирован­ ный, состоящий из одного двухслойного минерального слоя (толщина каж­ дого отдельного слоя 20 см с коэффициентом Kf< 10-9 м/с) и одного слоя по­ лимерного гидроизоляционного материала минимальной номинальной тол­ щины 2 мм в соответствии с ONORM S2073.

Откосы должны быть выполнены из минерального слоя толщиной ми­ нимум 20 см и А^<10-8 м/с. Вместо минерального слоя может быть уложен один слой полимерного гидроизоляционного материала минимальной тол­ щиной 2 мм в соответствии с ONORM S2073. Kj- должен быть менее 10-7 м/с.

В течение всего срока действия хранилища необходимо обеспечивать работоспособность дренажных слоев и упорядоченный отвод фильтрацион­ ных вод.

Наклон основания к месту сбора фильтрационных вод должен состав­ лять не менее 3%. Вся основная горизонтальная поверхность должна быть покрыта дренажным слоем из промытого щебня фракции 16-45 толщиной не менее 30 см (см.также ONORM S2074 часть 2). Это дренажное покрытие должно также регулироваться встроенной системой дренажных труб.

Так как не исключено образование газов в хранилище, то, в случае необ­ ходимости, следует предусмотреть соответствующую систему отвода газов.

Тип 5. Хранилище предназначено для промышленных отходов высокой степени опасности.

Чаша хранилища должна быть выполнена при соблюдении геотехниче­ ских требований в соответствии с ONORM S2074 части 1 и 2.

Минимальные требования к основным конструкциям осуществляются выполнением следующих работ.

Днище хранилища. Комбинированный экран должен состоять из одно­ го, минимум трехслойного, минерального слоя (толщина каждого отдельно­ го слоя не менее 20 см; Kf< 10-9 м/с; общая толщина более 60 см) и одного слоя полимерного гидроизоляционного материала минимальной номиналь­ ной толщиной 2 мм в соответствии с ONORM S2073.

Откосы должны быть произведены из одного слоя минерального экра­ на толщиной минимум 20 см с А^<10’8 м/с.

Вместо слоя минерального грунта может быть уложен один слой поли­ мерного гидроизоляционного материала минимальной номинальной толщи­ ны 2 мм в соответствии с ONORM S2073. В отличие от условий укладки, предусмотренных ONORM S2074 часть 2, величина Kj- должна быть не бо­ лее 10"7 м/с.

В течение всего срока действия хранилища необходимо обеспечивать работоспособность фильтрационных слоев и упорядоченный отвод фильт­ рационных вод.

Наклон грунтового основания к месту сбора фильтрационных вод дол­ жен составлять не менее 3%. Вся основная горизонтальная поверхность должна быть покрыта дренажным слоем из промытого щебня фракции 1645 толщиной не менее 30 см (см.также ONORM S2074 часть 2). Это дренаж­ ное покрытие также должно регулироваться встроенной системой дренаж­ ных труб.

Так как не исключено образование газов в хранилище, то в случае не­ обходимости следует предусмотреть соответствующую систему отвода га­ зов. Бокового проникновения газов по откосам хранилища не должно быть.

Рекультивационное покрытие выбирают в зависимости от хранящихся отходов и в соответствии с запланированным последующим использовани­ ем местности. Покрытие должно быстро и надежно отводить воду, выпада­ ющую в виде атмосферных осадков.

Тип 6. Хранилище предназначено для промышленных отходов повы­ шенной степени опасности (радиоактивные, токсичные отходы). Открытое непродолжительное по времени влияние данного вида отходов на окружаю­ щую среду и человека может привести к катастрофическим последствиям и смертельным случаям.

Для такого хранилища требуется многослойный экран основания с це­ лью контроля требуемого уплотнения в соответствии с запроектированной укладкой отходов. Минимальным требованием является отвод фильтраци­ онных вод, просачивающихся в случае повреждения экрана.

Целесообразно использование дорогостоящих систем, обеспечиваю­ щих мониторинг сооружений. Основное полотно свалки должно быть вы­ полнено при соблюдении геотехнических требований ONORM S2074 части 1 и 2.

Между основным экраном хранилища и грунтовым основанием необ­ ходимо предусмотреть специальные устройства, обеспечивающие постоян­ ный контроль защитного экрана.

Минимальным требованием является следующая постановка системы контроля. Под всю чашу хранилища необходимо проложить один минераль­ ный уплотненный слой толщиной не менее 20 см с величиной Л^<10*9 м/с или полимерный гидроизоляционный материал минимальной номинальной толщиной 2 мм и соответствующий ONORM S2073. Величина Kj- должна быть не более 10-8 м/с. Сверху должен быть устроен водопроницаемый дре­ нажный слой толщиной 30 см и с фракцией из зерен 16-45. Дренажный слой должен обеспечивать работоспособность в течение всего срока действия свалки.

Система контроля хранилищ типа 6 должна иметь как минимум двух­ ступенчатый уровень. Минимальные требования к основным конструкциям включают в себя проведение последующих мероприятий.

Днище основания. Должно быть выполнено комбинированное основа­ ние, состоящее из одного минимум трехслойного минерального слоя (тол­ щина каждого отдельного слоя не менее 20 см, Л^<10_9 м/с, общая толщина более 60 см) и одного слоя полимерного гидроизоляционного материала ми­ нимальной номинальной толщиной 2 мм в соответствии с ONORM S2073.

Откосы необходимо строить из двухслойного минерального слоя с ми­ нимальной толщиной каждого слоя 20 см и Л^<1(И м/с. Может быть соору­ жен комбинированный слой, состоящий из одного минерального слоя мини­ мальной толщиной 20 см, величиной Л^<109 м/с и одного слоя полимерно­ го гидроизоляционного материала номинальной толщиной 2 мм в соответ­ ствии с ONORM S2073.

В течение всего срока действия хранилища необходимо обеспечить ра­ ботоспособность водопроницаемых слоев и упорядочить отвод фильтраци­ онных вод.

Наклон грунтового основания хранилища к месту сбора фильтрацион­ ных вод должен составлять не менее 3%. Вся основная горизонтальная по­ верхность должна быть покрыта дренажным слоем из промытого щебня фракции 16-45 толщиной не менее 30 см (см.также ONORM S2074 часть 2). Это дренажное покрытие должно регулироваться встроенной системой дре­ нажных труб.

Так как не исключено образование газов в хранилище, то в случае не­ обходимости следует предусмотреть соответствующую систему отвода га­ зов. Бокового проникновения газов по откосам хранилища не должно быть.

Рекультивационное покрытие выбирают в зависимости от хранящихся отходов и в соответствии с запланированным последующим использовани­ ем местности. Покрытие хранилища должно быстро и надежно отводить во­ ду, выпадающую в виде атмосферных осадков.