Страница 3: ВСН 291-72*. СН 291-72*. Инструкция по проектированию гидроотвалов из глинистых грунтов и прогнозированию их состояния (41693)

При высоте дамбы первичного обвалования более 3 м заложение откосов следует определять расчетом на устойчивость дамбы.

При проектировании гидроотвалов III класса заложение откосов дамбы первичного обвалования высотой до 3 м должно соответствовать углу естественного откоса грунта.

4.13. Выбор материала для возведения дамбы первичного обвалования должен производиться с учетом возможности использования местных грунтов, применения гидромеханизации, а также с учетом дренирующей способности материала.

Ограждающие дамбы необходимо возводить из песчаных грунтов. Применение суглинков и супесей требует специальных технико-экономических обоснований (СНиП II-53-73).

Грунты для устройства дамбы первичного обвалования следует выбирать с более высокими свойствами по сравнению с грунтами упорной призмы. Фильтрационный поток на отдельных участках при выходе в низовой откос дамбы первичного обвалования не должен вызывать фильтрационных деформаций.

4.14. Для надежного сопряжения тела первичной дамбы обвалования с основанием необходимо удалять со всей площади ее основания почвенно-растительный слой и слабые грунты.

Сопряжение ограждающей дамбы с водосбросными сооружениями должно предотвращать появление опасной для сооружения сосредоточенной фильтрации.

Проектирование водосбросных и водозаборных сооружений. Отвод поверхностных вод

4.15. Водосбросные сооружения предназначаются для отвода осветленной воды за пределы отвала. Они могут выполняться в виде сбросных колодцев, водозаборных плавучих насосных установок или передвижных насосных установок с плавучим водозабором.

Примечание. Необходимость в полном или частичном опорожнении прудка-отстойника может возникнуть в тех случаях, когда первичной дамбе или боковой призме отвала угрожает опасность разрушения вследствие переполнения прудка-отстойника, разрушения пляжа намыва от волновых воздействий, интенсивной фильтрации, сопровождающейся выпором грунта и др.

4.16. При проектировании водосбросных устройств для гидроотвалов овражного и балочного типов должен быть предусмотрен комплекс мероприятий, обеспечивающих пропуск ливневых и паводковых вод с водосбросной площади гидроотвала. Отказ от применения специального водосбросного устройства необходимо обосновать.

4.17. Сооружения и оборудование для сброса воды (водосбросные колодцы и насосные станции) должны быть расположены в зоне наиболее осветленной воды в центральной части прудка-отстойника. При этом необходимо учитывать возможность влияния ветро-волновых течений на процесс отстоя воды в прудке.

Для обеспечения слива верхнего, наиболее осветленного слоя воды на всасывающей трубе плавучих насосных станций рекомендуется предусматривать устройства в виде металлических ящиков, обеспечивающих слой слива толщиной 5 - 8 см.

4.18. Для возмещения потерь и регулирования положения горизонта воды в прудке-отстойнике (с целью обеспечения осветления воды) подпиточную воду необходимо подавать на возможно большем расстоянии от водосбросного колодца или насосной станции. Расход подпиточной воды следует принимать из расчета 0,6 - 1,0 м3 на 1 м3 карьерного грунта.

4.19. Качество осветленной воды при сбросе ее из гидроотвалов во внешние водоисточники должно удовлетворять «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» № 372-61 и нормам «Предельные допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов санитарно-бытового водопользования» № 847-70.

4.20. Сбросные колодцы следует рассчитывать согласно действующим типовым проектам. Для регулирования уровня воды в прудке-отстойнике на сбросных колодцах следует предусматривать шандоры.

4.21. Для повышения устойчивости откосов гидроотвала за счет снижения кривой депрессии и отвода фильтрационных вод при намыве во избежание обводнения района работ должны быть запроектированы дренажные устройства. Необходимость устройства дренажа на гидроотвалах, а также его конструкция и расположение должны быть обоснованы проектом в зависимости от типа гидроотвала, его высоты, инженерно-геологических условий основания, конструкций первичной дамбы и др. (СНиП II-53-73, пп. 2.53-2.65).

Наиболее простой способ дренирования гидроотвала - возведение первичной дамбы обвалования из водонепроницаемого грунта, коэффициент фильтрации которого больше, чем у намываемых грунтов.

4.22. Для защиты гидроотвала от поступления ливневых и паводковых вод с прилегающей территории следует устраивать дренажные канавы. Сечение канав, уклоны и количество поступающей воды определяют в проекте с учетом площади водосброса, рельефа местности и гидрометеорологических условий.

5. РАСЧЕТЫ

Фракционирование связных грунтов при намыве

5.1. При расчете фракционирования (раскладки) связных намываемых грунтов необходимо учитывать следующие обстоятельства.

При намыве гидроотвалов происходит фракционирование грунта по крупности с уменьшением диаметра частиц по мере удаления от выпуска. Характер фракционирования при намыве связных грунтов зависит от степени неоднородности карьерного грунта, количества мелкодисперсных частиц, удельного расхода и консистенции пульпы, а также от изменения положения уреза воды в прудке-отстойнике.

Фракционирование в процессе намыва связных грунтов становится заметным при коэффициенте неоднородности грунта Kн = d60/d10 ?? 5 и зависит от расхода и консистенции пульпы.

Значительное влияние на характер раскладки фракций имеет положение границ прудка-отстойника. В упорной призме откладывается большая часть песчаных частиц. В промежуточной зоне (зоне колебания уреза воды в прудке) резко возрастает содержание глинистых фракций. В центральной (прудковой) зоне преимущественно осаждаются глинистые и пылеватые частицы, в местах поступления потока пульпы в прудок-отстойник - мелкопесчаные частицы (рис. 4, 5).

Рис. 4. Изменение гранулометрического состава грунта по длине откоса намыва:

I, II, III - зоны гидроотвала

5.2. Размеры зон гидроотвала и расчетные характеристики намываемого грунта следует принимать по гидроотвалам-аналогам, у которых способы намыва одинаковые, а разрабатываемый грунт близок по своим характеристикам к грунту, складируемому в проектируемый гидроотвал. При отсутствии гидроотвалов-аналогов рекомендуется использовать графические методы В.Н. Маслова, П.И. Гордиенко или разработанный ВНИИГС метод расчета фракционирования по откосу намыва для отвалов из связных грунтов (приложение 3).

Рис. 5. Изменение характера фракционирования по длине откоса намыва:

1 - d50; 2 - Kн; 3 - П (П - параметр фракционирования)

При проведении расчетов графическими методами можно руководствоваться следующими рекомендациями Б.А. Волнина по прогнозу распределения фракций намываемого грунта:

в упорной призме отвала будут откладываться частицы крупностью > 0,1 и ?? 0,05 мм при содержании в карьерных грунтах соответственно до 60 и до 25 % частиц менее 0,1 мм;

в центральной части отвалов в обоих случаях откладываются частицы размерами менее 0,1 мм.

5.3. Расстояние от начала намываемого откоса до центра распределения фракции без учета изменения плотности по откосу намыва можно вычислить по формуле В.А. Мелентьева:

(5)

гдеLi - длина каждой из зон LI, LII, LIII, M;

L - длина откоса намыва, м;

Фi - содержание фракций от di до dмакс в исходном грунте.

5.4. Ширину каждой зоны с учетом плотности грунта следует определить по формулам:

гдеL - длина откоса намыва от обвалования до центральной части прудка, м;

??i - коэффициент гидроразрыхления.

5.5. Длину пляжа необходимо проверять исходя из условий безопасного положения кривой депрессии (см. п. 5.25).

5.6. Средний уклон поверхности намыва грунтов зависит от удельного расхода пульпы на откосе намыва, ее консистенции, крупности частиц грунта и принимается по табл. 3.

Таблица 3

Профиль отложения пляжной зоны имеет вогнутую форму с общим уклоном от места выпуска пульпы к прудку-отстойнику.

Профиль поверхности намытых грунтов ниже уровня воды также имеет вогнутую форму с постепенным уполаживанием откоса по мере удаления от уреза воды прудка.

Расчетные физико-механические характеристики грунтов, укладываемых в отвал

5.7. Для проектирования и возведения гидроотвала необходимо установить расчетные физико-механические характеристики грунтов основания, дамбы первичного обвалования и грунтов, подлежащих укладке в гидроотвал.

5.8. Расчетные характеристики грунтов следует устанавливать по данным:

инженерно-геологических и гидрологических изысканий карьера, подлежащего разработке, и района, отведенного под складирование пород в гидроотвал;

расчета фракционирования карьерного грунта в гидроотвале;

лабораторного определения характера изменения физико-механических свойств карьерного и намытого в гидроотвал грунтов;

материалов полевых и лабораторных исследований складирования глинистых грунтов в аналогичных условиях.

Примечание. Если проектируемый гидроотвал располагается в районе действующих гидроотвалов, то необходимо использовать результаты исследований этих отвалов.

5.9. Основными расчетными характеристиками грунтов при проектировании гидроотвалов должны быть:

гранулометрический состав грунтов;

число и пределы пластичности глинистых грунтов (текучести Wт и раскатывания Wр) и максимальная молекулярная влагоемкость Wм;

плотность грунта ??;

объемная масса скелета грунта ??ск;

влажность грунта W;

коэффициент фильтрации Kф;

коэффициент внутреннего трения tg??;

удельное сцепление C;

коэффициент уплотнения ??.

Кроме указанных характеристик, для намываемых грунтов устанавливают средневзвешенный диаметр частиц dср, действующий диаметр d10, меньше которого имеют 10 % массы всех частиц, диаметры d60 и d90 меньше которых имеют соответственно 60 и 90 % массы всех частиц.

5.10. Расчетные характеристики грунтов при проектировании гидроотвала устанавливают отдельно для основания гидроотвала, дамбы первичного обвалования и упорной призмы.

5.11. Расчетные характеристики грунтов основания гидроотвала устанавливают по результатам статистической обработки материалов инженерно-геологических изысканий на площади, отведенной для намыва отвала.

При определении расчетных характеристик грунтов основания особое внимание должно быть уделено прочностным свойствам.

Коэффициент запаса прочности основания определяют как отношение предельной нагрузки Pп к расчетной Pр:

.(6)

Для неслабых грунтов основания на стадии технического проекта расчетные характеристики разрешается устанавливать по аналогии, а также по усредненным значениям характеристик, приведенным в табл. 4.

5.12. Для дамб первичного обвалования расчетные характеристики грунтов следует принимать исходя из физико-механических свойств грунтов, планируемых для использования при строительстве дамбы.

Для определения расчетных характеристик грунта необходимо установить его гранулометрический состав на основании лабораторных определений проб, отобранных из грунта (местного или привозного), предназначенного для строительства дамбы обвалования.

Основные расчетные характеристики грунтов для выполнения расчетов фильтрации и устойчивости откосов дамбы первичного обвалования: плотность, объемная масса скелета, массовая влажность грунта (в долях единицы), коэффициент фильтрации, коэффициент сопротивления сдвигу (угол внутреннего трения и сцепления), пределы и число пластичности, консистенция.

После возведения дамбы первичного обвалования перед заполнением гидроотвала принятые в расчетах характеристики грунтов необходимо проверить на основе контрольных лабораторных определений. В случае расхождения расчетных и фактических характеристик грунта в рабочие чертежи следует внести исправления.

5.13. Расчетные физико-механические характеристики намываемого грунта упорной призмы назначают в зависимости от технологии намыва и физико-механических свойств грунтов карьера по аналогии с ранее намываемыми отвалами. Это допускается при совпадении гранулометрического состава карьерных грунтов.

Таблица 4