Этапы комплексной технологии для ликвидации вечной мерзлоты
На первом этапе выполняют бурение скважин по заданной сетке, как показано на рис. 8.12. Далее, в скважины последовательно погружают струйный монитор с размывающими насадками, фиксированными в двух направлениях, например, под углом 180° друг к другу, далее в монитор подаются напорная вода и сжатый воздух, и монитор медленно поднимают. Одновременно к монитору подается по гибкому рукаву песчаная пульпа высокой консистенции.
Рис. 8. 12 Сооружение сетки дренажных прорезей для размораживания
вечномерзлых грунтов
1-струйный монитор; 2-автокран; 3-головка монитора с
фиксированным направлением размыва; 4-напорная вода; 5-сжатый воздух; 6-песчаная
пульпа высокой консистенции; 7-технологическая скважина; 8-направляющее
устройство; 9-пульпа размытого грунта; 10-прорезь, заполненная песком
В процессе этих операций водяными струями в воздушном потоке образуются в грунте узкие щели средней шириной 100-150 мм, заполненные песком на всю глубину размораживаемого массива. В ходе технологического процесса размытый грунт выносится через рабочие скважины вместе с отработанными водой и воздухом. В результате последовательного выполнения указанных операций массив грунта оказывается разделенным на блоки квадратной (или иной) в плане формы дренажными прорезями, заполненными песком, как показано на рис. 8.13.
Рис. 8.13. Размораживание вечномерзлых грунтов путем создания
циркуляции теплой
1-технологическая скважина; 2-дренажные прорези,
заполненные песком- 3-канава для подачи воды; 4-теплая вода; 5-водопонизительная
скважина; б- коллектор во допонизительной системы; 7- откачиваемая вода
На втором этапе работ отрывают канаву глубиной, обеспечивающей пересечение ее с дренажными прорезями. В канаву подается прогретая солнечными лучами вода из естественного или искусственно сооруженного неглубокого водоема. Возможно также использование искусственно нагретой воды.
На третьем этапе, с противоположной стороны размораживаемого массива грунта, в скважинах, связанных с дренажной сетью, устраивается водопонижение с помощью иглофильтров и вакуумной установки. Таким образом, по всем дренажным прорезям организуется интенсивная циркуляция теплой воды, которая приводит к оттаиванию блоков мерзлых грунтов.
Все три этапа работ выполняются синхронно, так как для начала оттаивания грунтов нет необходимости ожидать завершения работ по устройству дренажных прорезей по всему массиву, достаточно выполнить прорези на нескольких сквозных рядах блоков.
Эта комплексная технология была проработана при составлении технико-экономического обоснования (ТЭО) мероприятий по стабилизации земляного полотна одного из участков Забайкальской железной дороги. На этом участке деформации из-за деградации мерзлоты отмечаются с 1949 г., и, вследствие этого, постоянное ограничение скорости движения поездов действует с 1969 г. Защищаемый участок пути имеет длину 300 м и ширину 24 м. Многолетнемерзлые породы залегают с глубины 1,5 м. Они представлены до глубины 4,1 м суглинистым илом слоистой криогенной текстуры, до глубины 7,8 м - среднезернистым песком массивной криотекстуры, с прослоем 30 см суглинка слоистой криотекстуры, до глубины 12,5 м - гравийным грунтом с песчаным заполнителем массивной криотекстуры, до глубины 13,5 м - дресвяным сыггучемерзльгм грунтом с суглинистым заполнителем.
Работы по искусственному оттаиванию массива просадочных грунтов в основании земляного полотна до глубины 12,5 м могут быть выполнены, согласно ТЭО, в течение одного летнего сезона (без учета времени на консолидацию). Расчетная стоимость работ существенно зависит от размеров размораживаемого грунтового блока, определяемых теплотехническим расчетом.
Несмотря на относительно высокую стоимость этого варианта стабилизационных мероприятий, он является наиболее радикальным, так как полностью устраняет саму основу дальнейших деформаций основания железнодорожной насыпи, и, с учетом больших ежегодных эксплуатационных затрат на выправление пути вследствие постоянных осадок насыпи, эти затраты должны окупаться за определенное время.
Наличие сетки дренажных прорезей при продолжающемся искусственном водопонижении после оттаивания грунтов, а также пригрузки от веса слоя основания, расположенного выше отметки вечной мерзлоты, должны способствовать эффективности интенсивной консолидации талых грунтов.
Описанная технология, при использовании ее в мерзлых
грунтах, практически имитирует естественные природные процессы, но с
многократным их ускорением.
Таким образом, описанная технология
размораживания мерзлых грунтов с последующей принудительной консолидацией талых
грунтов является альтернативой широко применяемой технологии искусственно
промораживания грунтов оснований зданий и сооружений. Можно надеяться, что в
условиях потепления климата наличие такой альтернативы представит определенный
интерес.
Описанная технология может быть особенно эффективной в тех случаях, когда мы имеем дело со слабыми глинистыми или илистыми грунтами. Для принудительной консолидации таких грунтов обычно требуется устройство песчаных дрен. Но, поскольку в данном случае мы имеем уже готовую дренажную систему, расходы на принудительную консолидацию существенно уменьшаются.
