Тонкие противофильтрационные завесы, экраны с помощью струйной геотехнологии

Сооружение тонких плоских конструкций и протяженных сооружений из таких конструкций осуществляется многими западными компаниями. В Японии тонкие плоские стенки выполняют обычно с помощью трехкомпонентной технологии. При этом максимальная длина одной секции, сооружённой по сквозной схеме, достигает 1,25 - 1,8 м.

Такие сооружения выполнялись, например, японской компанией «Каджима корпорейшн» в качестве противофильтрационной завесы глубиной 7 м для защиты от подтопления площадки предприятия по выработке ядерного топлива в Японии, префектура Ибараджи. В другом случае, при строительства шоссе в Иокогаме, этой же компанией, совместно с компанией «Кемикал граутинг Ко» была выполнена тонкая стенка высотой 30 м для перекрытия открытого пролета шириной 5,5 м в вертикальной подпорной стенке из стальных труб.

Европейские компании сооружают тонкие плоские конструкции, как правило, по однокомпонентной технологии и по тупиковой двусторонней схеме. При этом длина односторонней секции не превышает 0,6 м.

Так, германской компанией «ГКН Келлер», на плотине Сезе, Германия, была выполнена таким образом противофильтрационная мембрана, примыкающая по всей боковой поверхности к ранее сооруженной некачестннной бетонной диафрагме в теле земляной плотины (рис. 2.1).

Толщина двусторонних пересекающихся секций мембраны была 20 см, максимальная глубина - 55 м. Площадь мембраны составила 4925 м2, общая «липа рабочих скважин - 4275 м. На сооружение мембраны было израсходовано 550 т цемента и 92 т бентонита. Коэффициент фильтрации мембраны составлял 1,3...3,3х10-7 см/с. В результате сооружения мембраны ранее большие потери воды через диафрагму уменьшились на 87-92%.

Рис. 2.1. Сооружение противофильтрационной мембраны по однокомпонентной технологии на плотине Сезе
а - поперечный разрез плотины с бетонной диафрагмой и примыкающей к ней мембраной; б - продольный разрез по бетонной диафрагме; темные участки -мембрана; в - сооружение секций мембраны по двусторонней тупиковой схеме; г - графики утечек воды через диафрагму, л/с в зависимости от отметки подпертого уровня в водохранилище - до и после сооружения мембраны

В 1994 г., в Китае компания «Шандунг Тайан граутинг Ко» совместно с Шандунгским институтом водных ресурсов выполнили работы по сооружению тонкой противосуффозионной завесы в теле грунтовой дамбы на строительстве насосной станции (объект «Три ущелья») на р. Янцзы. Насыпная дамба была выполнена из песка с включением большого количества крупных камней и глыб выветренных каменных пород. В основании дамбы находились болотные грунты мощностью 13 м, далее аллювиальные илистые нсски, слой разрушенных каменных пород, далее слой сильно выветренных пород и, гребню - 10 м, максимальная высота относительно пни реки - 68,5 м. Дамба была сооружена путем отсыпки в воду с берегов выветренного песка, без укатки. Плотность скелета материала тела дамбы составляла от 1680 до 1980 кг/м3.

Тонкая противосуффозионная завеса выполнялась вдоль оси дамбы, в пределах расстояния 1 м от нее, на глубину 67,5 м. Согласно проекту, завеса должна была пересекать верхний слой донного грунта и заглубляться на 5 м в аодоупор. Проектная толщина завесы составляла более 30 см, а проектный коэффициент фильтрации - менее 10-5 см/с. 28-дневная прочность на сжатие материала завесы должна была составить 6 МПа, а прочность на срез - более 0,6 МПа. Проектное расстояние между смежными технологическими скважинами составляло 1,5 м. Завеса выполнялась по двусторонней тупиковой схеме с плановым расположением секций под углом 20° к оси дамбы. Зигзагообразное расположение секций завесы повышало ее устойчивость при наличии сдвигающих сил.

Согласно проекту, расчетный расход фильтрующегося через дамбу с завесой потока составлял 133 м3/ч, расчетный гидравлический градиент составлял 0,159 - меньше его допустимого значения 0,20...0,22. В результате было достигнуто значение коэффициента устойчивости дамбы К = 1,64. Работы по сооружению завесы были выполнены за 62 дня. Площадь завесы составила и 48961 м2. Технологические скважины выполнялись диаметрами от 127 до I 16 мм.

Завеса выполнялась по трехкомпонентной технологии, размыв грунта производился под давлением воды 32 МПа, с расходом 75 л/мин, сжатый воздух подавался под давлением 0,7...0,8 МПа, с расходом от 50 до 80 м3/ч. Цементный раствор подавался под давлениями от 0,05 до 0,5 МПа, с расходом 80 л/мин. Скорость подъема монитора составляла от 6 до 12 см/мин. Всего было пробурено 35 технологических скважин. При бурении скважин на глубинах т 54,5 до 60,5 м часто встречались очень крупные камни. В таких случаях пробуривались дополнительные скважины - для обеспечения сплошности завесы. Для ускорения твердения раствора в него добавлялся хлорид кальция.

В результате выполнения завесы утечка воды через дамбу составила 40% м3/ч - против проектного значения 133 м3/ч. Фактический средний коэффициент фильтрации составил 2,8х1СГ5 см/с. Фактическая прочность на сжатие материала завесы составила от 6,5 до 12,1 МПа, прочность на растяжение -от 0,91 до 1,25 МПа. Значение коэффициента Пуассона составило от 0,17 до 0,23. Значение модуля упругости составило 7783 МПа. Дамба сдерживала паводок с расходом 28700 м3/с. Однако в июле 1994 г. паводок с расходом 30000 м3/с размыл часть тела дамбы на ширине 3-4 м, при этом оказался обнаженным участок завесы длиной 7 м и высотой от 1 до 1,5 м. В результате появилась возможность установить фактическую толщину завесы - от 25 до 60 см. Было также установлено, что в тело завесы были прочно включены камни размерами от 20 до 50 см.

Тонкие противофильтрационные завесы часто выполняются с помощью струйной геотехнологии в США для гидрогеологической изоляции открытых полигонов захоронения вредных отходов.