Требования и методы оценки инженерно-геологических свойств глинистых грунтов для противофильтрационных экранов

Верхний водоем Днестровской ГАЭС

В составе энергетической системы Украины предусмотрено строительство Днестровской гидроаккумулятивной электростанции для компенсации пиковых потреблений электроэнергии, территория строительства которой расположена на месте впадения р. Сокиряны в р. Днестр, в 15 км от г. Могилев-Подольский. В составе основных сооружений ГАЭС находится верхний водоем площадью более 3 млн. м 3 и полезным объемом 32,7 млн. м 3. Исходя из гидрогеологических расчетов, выполненных Институтом геологических наук Академии наук Украины, инфильтрация в основании верхнего водоема ГАЭС не вызовет нарушение водного режима с активизацией экзогенных геологических процессов, если фильтрация через противофильтрационный глинистый экран по дну верхнего водоема не превысит среднемноголетнюю норму естественной инфильтрации. Поэтому водопроницаемость экрана должна быть обеспечена коэффициентом фильтрации глинистых грунтов, из которых он будет возводиться, значениями не более 1•10-5 м/сут.

Противофильтрационный экран запроектирован из глинистых грунтов, которые предусматривается брать из полезных выемок котлована верхнего водоема и расположенных рядом изысканных грунтовых месторождений. К этим грунтам относятся делювиальные верхнечетвертичные отложения (dQ4) и делювиальнопролювиальные средне верхнечетвертичные образования (d-pQ3-4). Для обоснования применения глинистых грунтов в качестве грунтового материала для противофильтрационного экрана в рамках инженерногеологических изысканий были выполнены исследования водно-физических свойств глинистых грунтов (см. табл. 6).

Таблица 6

На рис. 6 и 7 представлены воднофизические характеристики глинистых грунтов, которые могут быть применены к грунтам при устройстве противофильтрационного экрана. Полученные характеристики были сравнены с контрольными параметрами этих же грунтов, утвержденных проектом для возведения противофильтрационного грунтового экрана (искусственного геологического барьера) по дну верхнего водоема Днестровской ГАЭС. В таблице 7 приведено сравнение характеристик грунтов по предложенной методике с характеристиками, представленными в проекте.

Таблица 7

Как видно из таблицы 7, проектные требования к характеристикам глинистых грунтов имеют более узкие интервалы значений, чем получены по предложенной методике. Тем не менее, значения плотностивлажности и коэффициента пористости практически совпадают, что определяют одинаковое значение коэффициента фильтрации. Малые интервалы значений показателей грунтов, принятых в проекте, потребуют более тщательного производства работ по подбору, подготовке и укладке грунтов в противофильтрационный экран, что может отразиться на увеличении стоимости строительства.

Общие выводы

Изложенный в настоящей работе материал показывает всю сложность и многообразие проблем в исследовании инженерногеологических свойств глинистых грунтов при проектировании противофильтрационных грунтовых экранов или обосновании геохимических барьеров для хранилищ жидких отходов и воды. Отсутствие систематических инженерногеологических требований к глинистым грунтам при проектировании противофильтрационных экранов создает сложность при реализации проектных решений и, как следствие, некоторую неопределенность в прогнозировании состояния природной среды от негативного воздействия при утилизации жидких промышленных отходов или эксплуатации водохранилищ. Тем не менее, в результате выполненных работ сделаны следующие выводы:

1) Основываясь на зарубежном и отечественном опыте строительства хранилищ и полигонов систематизированы требования к глинистым грунтам, которые рекомендуется учитывать при разработке регламентов по возведению экранов. Предложено использовать глинистые грунты любого минерального состава при условии разработки инженерных мероприятий против различных негативных геологических проявлений.

2) На основе выполненных фильтрационных испытаний и литературных источников установлено, что связь между коэффициентом фильтрации, числом пластичности и коэффициентом пористости глинистых грунтов можно выразить в виде математической зависимости. Эта зависимость выражается логарифмической функцией. В диапазоне числа пластичности от 7 до 30 были построены номограммы для определения коэффициента фильтрации по физическим показателям. Представленные номограммы позволяют на начальных этапах инженерногеологических исследований оценивать водопроницаемость глинистых грунтов различного минерального состава в допустимых пределах точности. При ограниченных объемах инженерногеологических исследований на любом этапе изысканий и на предварительных стадиях проектирования сооружений 34 класса капитальности предложенные номограммы можно использовать для оценки коэффициента фильтрации грунтов. Для сокращения дорогостоящих фильтрационных испытаний грунтов при проведении геотехнического контроля так же могут быть использованы полученные номограммы. Тем не менее, следует проводить дальнейшие фильтрационные исследования для корректировки и уточнения уравнения связи коэффициента фильтрации с физическими характеристиками, а также коэффициентов в этом уравнении. Несмотря на то, что к настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал по исследованию фильтрации различных водных растворов и рассолов через глинистые грунты, эти исследования не систематизированы и не обобщены, что затрудняет оценивать водопроницаемость глинистых грунтов при оценке их в качестве геохимического барьера или в противофильтрационном экране в процессе инженерногеологических исследований.

3) По результатам лабораторных испытаний глинистых грунтов определены границы консистенции, при которой рекомендуется использовать глинистые грунты в качестве экранов или геохимических барьеров. Уточнена граничная влажность, которая соответствует максимально допустимой консистенции исследуемых глинистых грунтов. Установлено, что глинистые грунты в экранах или геохимических барьерах должны быть полутвердой - тугопластичной консистенции. При этом, степень влажности должна быть не менее 0,8.

4) В результате проведенных исследований определена система воднофизических свойств и установлена область проявления этих свойств для прогноза эффективной водопроницаемости глинистых грунтов при проектировании противофильтрационных грунтовых экранов.

5) Представленная многокомпонентная система физических свойств уже на предварительных стадиях инженерногеологических изысканий или при поисках и разведке глинистых грунтов позволяет прогнозировать их водопроницаемость и степень уплотненности, тем самым, на ранних стадиях проектирования появляется возможность оценки применимости изучаемых глинистых грунтов для возведения противофильтрационных грунтовых экранов водохранилищ, различных хранилищ жидких отходов или обоснования использования естественно залегающих глинистых грунтов, как геохимических барьеров.

6) На основе предложенных результатов исследований инженерногеологических свойств глинистых грунтов при проектировании могут быть рассмотрены новые решения по конструктивным особенностям глинистых экранов, варианты применения грунтов разного генезиса с различным числом пластичности. Кроме этого, в зависимости от условий эксплуатации объекта и вида хранения жидких отходов возможно уменьшение толщины экранов, тем самым удешевляя стоимость строительства и эксплуатации будущего объекта.

7) При проектировании водохранилищ, применяя предложенный подход к оценке инженерногеологических свойств глинистых грунтов, появляется возможность регулирования фильтрации воды из водоема, тем самым, предотвращая негативное влияние на природную среду, в особенности проявления или активизации экзогенных геологических процессов, в частности подтопления прилегающих территорий.

Разработанные решения были апробированы на реконструированных иловых площадках КОС, а также при геотехническом контроле в период возведения верхнего водоема Днестровской ГАЭС и получены удовлетворительные результаты.

Список публикаций по теме диссертации

1. Борткевич С.В., Воронин С.Г., Иванников В.М. Хомяк Р.В. Исследования фильтрационных свойств грунтового экрана верхнего водоёма Днестровской ГАЭС на опытном фрагменте для оптимизации технологии его возведения//Научно-технический и производственный сборник. - 2004. - Вып. 14. - С. 139 - 145.

2. Борткевич С.В., Воронин С.Г. Фильтрационные исследования глинистых грунтов экрана верхнего водоема Днестровской ГАЭС при высоких градиентах напора//Научно-технический и производственный сборник. - 2005. - Вып. 15. - С. 188 - 200.

3. Аверьянов В.Н., Воронин С.Г. О применении глинистых грунтов четвертичных отложений в противофильтрационных экранах гидротехнических сооружений//Гидротехническое строительство. - 2009. - № 8. - С. 52 - 55.

4. Воронин С.Г. Основные аспекты нормативных требований к глинистым грунтам при проектировании противофильтрационных грунтовых экранов хранилищ жидких отходов и воды//Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. - 2010. - № 3. - С. 276 - 281.

5. Воронин С.Г. Определение коэффициента фильтрации глинистых грунтов аналитическим методом в процессе геотехконтроля при строительстве экрана верхнего водоема Днестровской ГАЭС//Известия высших учебных заведений "Геология и разведка". - 2010. - № 4. - С. 43-47.

6. Воронин С.Г. Определение допустимого интервала влажности глинистых грунтов в противофильтрационных грунтовых экранах хранилищ жидких отходов и воды//Известия высших учебных заведений "Геология и разведка". - 2011. - № 1. - С. 30 - 34.

Размещено на Allbest.ru