Технология работ при досыпке грунтовых водоподпорных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология работ при досыпке грунтовых водоподпорных сооружений

Согласно мирового регистра плотин, в мире построено более 100тыс. водоподпорных сооружений. Среди них более 80% составляют грунтовые плотины и дамбы, значительная часть которых относится к средне- и низконапорным [1-7].

По данным Росприроднадзора и Ростехнадзора продолжительность эксплуатации этих сооружений составляет 30-50 лет, средний процент износа более 50%, их аварийность превысила среднемировой показатель более чем в два раза, ежегодно на них происходит 50-60 аварий, ущерб от которых исчисляется миллиардами рублей [3,7].

К числу основных причин аварий и разрушений грунтовых водоподпорных сооружений следует отнести несвоевременное устранение дефектов (просадок гребня, размывов, обрушений и оползаний откосов, трещин, фильтрационных ходов и др.) и некачественное выполнение ремонтно- восстановительных работ, из-за использования низкоэффективных технологий. Ведь применяемые в настоящее время технологии ремонтно- восстановительных работ предусматривают досыпку тела плотин и восстановление обрушенных откосов производить грунтом того же состава что и тело сооружения, а заделку трещин, фильтрационных ходов, нор и других подобных дефектов осуществлять им же или суглинком, глиной, смесью суглинка (глины) с навозом, мешками с грунтом и т.п. Но со временем, из-за низкой прочности, водо- и морозостойкости досыпанных и восстановленных элементов плотин (дамб), их защитные свойства (прочностные, противофильтрационные, теплоизоляционные и др.) будут утрачены и дефекты появятся вновь.

Ниже предложены технологии ремонтно-строительных работ по восстановлению грунтовых плотин и дамб путём их досыпки до требуемых отметок грунтосмесями, улучшенных высевкой и золой, способствующих образованию высокопрочной и водостойкой камневидной структуры в восстановленных элементах (откосах, гребне), обладающих повышенной сопротивляемостью к дефектообразованию [8].

Необходимость досыпки (наращивания) гребня и откосов плотины возникает в случае потребности в увеличении высоты плотины или при просадке её тела ниже проектных отметок (рисунок 1) .

а)

б)

а, б - для случаев, соответственно, подъёма высоты гребня плотины и ликвидации просадки гребня и откосов 1-плотина; 2,3 -поперечное сечение плотины, соответственно, до и после проведения ремонтных работ

Рисунок 1 - Схема поперечного сечения плотины

досыпка строительный водоподпорный сооружение

Для приготовления грунтосмеси рекомендуется использовать грунтосмесительную установку типа, например, ДС-50 с дополнительным бункером для золы (рисунок 1). Перечень ремонтно-строительных операций по досыпке гребня и откосов плотины до требуемых (увеличенных, проектных) отметок приведён в таблице 1.

Таблица 1 - Перечень ремонтно-восстановительных операций по досыпке гребня и откосов плотины до проектных отметок

1-бункер цемента; 2- бункер золы; 3- цистерна с насосными установками;

4- бункера грунта и заполнителей; 5- транспортёр; 6 -смесительный агрегат

Рисунок 2- Технологическая схема модернизированной грунтосмесительной установки ДС-50

При пологих откосах плотин (m =4ч6 ) смешивание высевки с грунтом (рисунок 3), а затем с цементом и золой (рисунок 4) может производиться и на месте проведения работ - откосе или гребне. Для этого грунт на откосе измельчают, подвозят и равномерно распределяют по нему высевку, перемешивают фрезой, по принятым дозировкам вносят цемент и золу, вновь перемешивают, увлажняют до оптимальной влажности и уплотняют.

1 - плотина; 2 - верховой откос; 3 - фреза; 4 -измельчённая и перемешанная фрезой смесь высевки с грунтом; 5- высевка, 6- грунт

Рисунок 3- Схема перемешивания высевки с грунтом на откосе специальной фрезой

1 - плотина; 2 - верховой откос; 3 - фреза; 4 -перемешанная фрезой смесь высевки и грунта с цементом и золой; 5- цемент, зола, 6- смесь высевки с грунтом.

Рисунок 4 - Схема перемешивания цемента и золы с высевкой и грунтом

Для определения прочностных свойств затвердевшей грунтосмеси были проведены экспериментальный исследования, позволяющие с помощью математических моделей, изменяя входные параметры, оценивать качество грунтосмеси.

В основу решения был положен двухфакторный [9] симплекс - суммируемый план типа правильного шестиугольника. В качестве двух варьируемых факторов были выбраны: расход цемента - Ц, % от массы грунтосмеси; расход (количество) грунта - ГР, % от массы грунтосмеси.

Расход цемента и количество грунта в плане эксперимента варьировались, соответственно, от 3,0 % до 15% и от 40% до 85%, что соответствует результатам предварительных исследований и априорной информации о рациональном дозировании вышеуказанных компонентов грунтосмеси [10].

Для приготовления грунтовых смесей использовались материалы (компоненты) со следующими показателями: Новороссийский портландцемент марки 400; грунт - лёгкий слабоводопроницаемый суглинок; высевка - отход камнедробления известняка фракции 0-5мм с модулем крупности М_кр=2,98; зола- унос сухого отбора с электрофильтров Новочеркасской ГРЭС. Условия кодирования и варьирования факторов представлены в таблице 2.

Таблица 2- Кодирование и варьирование факторов

Графический план эксперимента представлен на рисунке 5.

Из рисунка видно, что точки принятого плана эксперимента имеют координаты вершин правильного шестиугольника, построенного в пределах варьирования факторов ± 1в кодированной форме. План удобен тем, что переход от кодированных значений факторов к натуральным и наоборот можно осуществить графически по соответственным осям. По результатам семи опытов (шесть вершин и центр шестиугольника) вычислялись неизвестные коэффициенты уравнения регрессии второго порядка:

Рисунок 5 -План эксперимента на шестиугольнике

,

где

;

;

;

. (1.1)

Матрица и результаты эксперимента приведены в таблице 3.

Таблица 3- Реализация плана эксперимента

По формулам (1.1) были подсчитаны коэффициенты уравнения регрессии второго порядка:

;

;

;

;

;

;

Для прочности образцов через 28 суток твердения и полного водонасыщения получено регрессионное уравнение вида:

(1.2)

Регрессионный анализ модели (1.2) произведём после определения ошибки эксперимента и расчёта ошибок коэффициентов уравнения. С учётом 3-ёх кратной повторности опытов дисперсия воспроизводимости и ошибка эксперимента по воспроизводимости составят:

, .

Таблица 4 -Расчет ошибок коэффициентов

где T_i - расчётные коэффициенты для оценки ошибок коэффициентов регрессии;

t - критерий Стьюдента, t =1,761 [2].

Таблица 5 -Регрессионный анализ модели

Сумма квадратов SS:

.

Средний результат каждого опыта возводим в квадрат и эти величины суммируем:

Проводим проверку адекватности модели при риске б = 0,05, и числе степеней свободы f_на =7-6=1 и f_э = N (n-1) =14. Сумма квадратов SS_на:

,

дисперсия неадекватности:

,

критерий Фишера:

,

Таким образом, можно допустить, что модель (1.2) с риском б = 0,05 адекватно описывает результаты эксперимента.

Инварианты кривой второго порядка составят:

- сумма коэффициентов при квадратичных членах:

; (1.3)

- определитель, составленный из коэффициентов при старших членах:

; (1.4)

- определитель третьего порядка, составленный их всех коэффициентов:

. (1.5)

Коэффициенты канонической формы вычисляем через инварианты:

;

;

;

. 1.6)

С учётом вычисленных коэффициентов каноническая форма уравнения (1.2) примет вид:

, (1.7)

а полуоси эллипсов определятся следующим образом:

;. (1.8)

Геометрический образ модели y_R (R₂₈) изображен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Геометрический образ модели y_R прочности грунтобетона через 28 суток твердения и полного водонасыщения

Анализ математической модели и её графического представления (рис.5) позволяет сделать следующие выводы:

1. Прочность затвердевшей через 28 суток грунтосмеси (грунтобетона) повышается при уменьшении количества грунта в составе грунтосмеси и увеличении расхода цемента и высевки.

2. Дозировка цемента и высевки в высокопрочных (13-15 МПа) грунтобетонах должна быть, соответственно, не менее 8,0-10,0% и не менее 25-30% от массы грунтосмеси.

3. Уменьшение дозировки цемента в равнопрочных грунтобетонах следует компенсировать увеличением расхода высевки в составе грунтосмеси. Одинаковыми прочностными свойствами обладают затвердевшие грунтосмеси с нижеприведёнными расходами компонентов (цемента, грунта, высевки, золы):

Ц=9,0% , ГР=46-48%, Выс=37-39%, З=6,0%;

Ц=10,5% , ГР=63-65%, Выс=20-22%, З=4,5%;

Ц=12,0% , ГР=69-71%, Выс=14-16%, З=3,0% и т.д.

4. Использование высевки и золы-унос для экономного расхода цемента в равнопрочных грунтобетонах в количестве, соответственно, 20-40% и 4-6% от массы грунтосмеси, следует считать оптимальным.

5. Уменьшение количества высевки ниже 20% и увеличение дозировки золы cвыше 6%, не обеспечивают затвердевшей грунтосмеси высокой прочности без увеличения расхода цемента. Ниже, в таблице 6 представлены результаты сравнительных испытаний образцов цилиндров после 28 суток твердения и 50 циклов замораживания - оттаивания. Определены пределы прочности образцов при сжатии Rмор и коэффициенты морозостойкости, подтвердившие соответствие грунтосмесей с высевкой критериям морозостойкости (Rмор/R28> 0,95) [3].

Таблица 6 - Результаты испытаний стандартных образцов

Как следует из приведённых в таблице данных наличие в составе грунтосмеси высевки не только обеспечивает повышение прочности на 30-40%, но и даёт существенный прирост водо- и морозостойкости (на 20-30%), что предотвратит или существенно снизит фильтрационные просачивания воды через тело водоподпорных сооружений, так как высокопрочный и морозостойкий грунтобетон, будучи уложенным на откос (при восстановлении обрушенных откосов) и гребень (при досыпке и наращивании до или сверх проектных отметок), надёжно защитит тело плотин (дамб) от просадки, размыва, выпучивания, суффозии и других деформаций.

Литература

досыпка строительный водоподпорный сооружение

1. Шкура В.Н., Мордвинцев М.М. Мелиорация вод и водных объектов. Терминология и классификация. Новочеркасск: изд. НГМА, 1999. - 34с.

2. Bruun P. Breakwaters ror Coastal Protection, Hydraulic Principkes in Design. Sec. 2, Question 1, XVIII International Congress, Rome, 1953. - SII - Q1

3. Leila Sharifi, Mohamad Karami.Assessment of suitable Location for Con struction of groundwater dams. Life Science Journal 2012;9(4). - p.p. 1233 - 1236

4. Ачкасов Г.П., Иванов Е.С. Технология и организация ремонта мелиоративных гидротехнических сооружений. - М.: Колос, 1984. - 174с.

5. Щедрин В.Н., Косиченко Ю.М. О проблемах безопасности гидротехнических сооружений мелиоративного назначения.// Гидротехническое строительство, 2011, №5. - С. 33 - 38.

6. Патент 2419705, РФ. Способ устранения дефектов в дамбах из однородного грунта / Е.В. Васильева, В.М.Федоров. Опубл.27.05.2011. - Бюл. № 15.

7. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 262с.

8. Горелышев Н.В., Гурячкова И.Л., Пинус Э.Р. Материалы и изделия для строительства дорог. - М.: Транспорт, 1986. - 287с.

Размещено на Allbest.ru