Страница 5: ВСН 291-72*. СН 291-72*. Инструкция по проектированию гидроотвалов из глинистых грунтов и прогнозированию их состояния (41693)

Рис. 10. Расчетная схема минимально допустимого расстояния от уреза отстойного прудка до бровки наружного откоса m0 в зависимости от положения депрессионной кривой m

Lмин = H0(m - m0),(11)

гдеH0 - высота от основания гидроотвала до поверхности рассматриваемого яруса гидроотвала;

m - отношение горизонтальной проекции кривой депрессии к превышению уровня воды в прудке над основанием гидроотвала;

m0 - отношение горизонтальной проекции наружного откоса к его высоте.

Значение

(12)

гдеJкр - критический градиент фильтрационного потока в теле гидроотвала.

Критические градиенты фильтрационного потока и соответствующие им заложения кривой депрессии можно принять исходя из состава и текстуры намытого грунта (табл. 9).

Таблица 9

Влияние анизотропности намытого грунта, обусловленной тонкослоистой текстурой, на положение депрессионной кривой можно не учитывать, если коэффициент анизотропии А ?? 4. Коэффициент анизотропии определяется отношением Kф в продольном направлении относительно напластований грунта к Kф в нормальном направлении.

При А > 4 влияние анизотропии следует оценивать на основе расчетов или моделирования по методу электрогидродинамических аналогий (ЭГДА).

В расчетах фильтрационных расходов действительного профиля гидроотвала следует учитывать усредненный коэффициент фильтрации.

,(13)

гдеKфx и Kфy - коэффициенты фильтрации тела гидроотвала соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Значение коэффициента фильтрации (м/cутки), учитывающего анизотропию намытого грунта, можно проверить по формуле И.П. Федоренко:

,(14)

где?? - эмпирический коэффициент (принимается равным 500 и 1000 соответственно для мелкозернистых и крупнозернистых песков);

de - эффективный диаметр частиц, отражающий фильтрационные свойства намытого грунта, мм;

(15)

5.26. На основании выполненных расчетов фильтрации следует определять выход фильтрационного потока:

на откос с дамбы обвалования или в дренаж;

в местах примыкания дамбы обвалования к коренному берегу или основанию гидроотвала.

5.27. Результаты расчетов на фильтрацию проверяют в ходе наращивания гидроотвала по данным пьезометрических наблюдений, а также наблюдений за выходом фильтрационного потока на внешний откос. Проверочный расчет устойчивости откоса гидроотвала необходимо производить с учетом уточненного положения кривой депрессии.

В случае отклонения положения фактической депрессионной кривой от допустимой проектом гидроотвал наращивать не следует, а принятые расчетные характеристики необходимо пересмотреть.

Расчеты устойчивости гидроотвала

5.28. Расчеты устойчивости внешнего откоса гидроотвала состоят в определении минимального коэффициента запаса устойчивости при принятых высоте, заложении откосов, положениях кривой депрессии, а также геотехнических характеристик намываемых грунтов.

5.29. Устойчивость следует рассчитывать для наибольших по высоте поперечных сечений упорной призмы при наивысшем положении уровня воды в прудке-отстойнике и с учетом наиболее слабых участков основания. Расчетные створы назначают при проектировании в наиболее характерных местах с учетом застройки территории и возможных зон прорыва.

5.30. Расчеты устойчивости (приложение 7) гидроотвалов типа А, Б, В следует производить для двух случаев:

при наращивании гидроотвалов I и II классов капитальности;

при завершении намыва гидроотвалов всех классов.

5.31. Минимальный коэффициент запаса устойчивости Kзап в зависимости от класса гидроотвала не должен быть ниже указанного в п. 5.8 СНиП II-53-73 (табл. 10).

Таблица 10

Примечание. Полученные расчетные значения коэффициентов запаса при основных нагрузках не должны превышать значений, указанных в табл. 10, более чем на 15 %.

5.32. Внешние откосы гидроотвалов должны иметь заложение, обеспечивающее их устойчивость при намыве и в период эксплуатации гидроотвала. При этом следует учитывать, что устойчивость откосов зависит от:

высоты и заложения внешних откосов гидроотвала;

размеров зон фракционирования;

геотехнических свойств грунтов отдельных зон гидроотвала и его основания;

положения депрессионной кривой;

объема текучих глинистых грунтов центральной зоны и степени их консолидации.

5.33. При проектировании уклоны внешних откосов гидроотвала необходимо назначать по табл. 11 или по формуле

m0 = 1,3 ctg ????Kзап,(16)

гдеm0 - заложение внешнего откоса, равное отношению горизонтальной проекции наружного откоса к его высоте;

?? - угол внутреннего трения грунта, намытого в упорную призму, град;

Kзап - коэффициент запаса устойчивости внешнего откоса гидроотвала (см. табл. 10).

Таблица 11

5.34. Расчеты устойчивости откоса рекомендуется вести по методу круглоцилиндрических поверхностей сдвига способом массового давления Р.Р. Чугаева (ВСН 04-71 Минэнерго СССР).

В случае переслаивания грунтов различного состава и прочности в упорной призме при водоупорном основании и большом объеме текучих грунтов в центральной части отвала необходимо произвести проверочный расчет устойчивости откоса с применением метода ломаных поверхностей скольжения.

5.35. Коэффициент запаса устойчивости гидроотвала следует определять для наиболее опасной поверхности скольжения, при которой он имеет минимальное значение. Эту поверхность отыскивают методом последовательных приближений с учетом положения граничных зон фракционирования (см. п. 5.4).

5.36. При расчете устойчивости откоса следует учитывать, что грунт центральной части гидроотвала находится в состоянии «тяжелой» жидкости (глинистой суспензии с объемной массой скелета ??ск < 0,60??0,70 г/см3 и коэффициентом бокового давления ?? = 1) только до глубины 9-10 м. Ниже указанной глубины объемная масса скелета грунта увеличивается, и коэффициент бокового давления уменьшается.

Для наиболее опасных зон (узких сечений) упорной призмы средних и высоких гидроотвалов типа Б и В необходимо производить проверочные расчеты устойчивости откосов по методу разжиженного ядра (Рекомендации по проектированию хвостовых хозяйств предприятий металлургической промышленности. М., Стройиздат, 1975).

6. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ГИДРООТВАЛОВ

6.1. Состояние гидроотвалов прогнозируют для оценки устойчивости откосов и своевременного выявления возможных оползаний и выпоров разжиженного намытого грунта, решения вопросов о возможности дальнейшего его наращивания по высоте, а также для предотвращения аварий и улучшения условий производства работ.

Прогнозирование следует производить перед сдачей в эксплуатацию всех гидроотвалов независимо от класса капитальности и в ходе наращивания гидроотвалов I и II классов (см. п. 1.5).

6.2. При прогнозировании состояния гидроотвалов необходимо учитывать следующие обстоятельства.

При срезке грунта с наружного откоса гидроотвала для устройства повторного обвалования в процессе наращивания обнажается намытый в упорную призму грунт, поэтому путь фильтрации в наружный откос сокращается. Выход воды на откосах является следствием нарушения технологических правил - продолжительности, периодичности или тонкослойности намыва. Интенсивное просачивание воды в наружный откос указывает на слабое уплотнение намытых грунтов упорной призмы, связано с выносом грунтовых частиц и влечет за собой еще большее разуплотнение грунта.

В теле гидроотвала грунты консолидируются неравномерно: супесчаные грунты упорной призмы (до ??ск = 1,55 г/см3) уплотняются в течение нескольких суток, консолидация же текучего глинистого грунта в центральной зоне протекает десятилетия (см. приложение 2).

Анализ аварий на гидроотвалах показывает, что они происходят в основном вследствие усиленной фильтрации воды через тело ограждающей дамбы, неравномерной осадки основания гидроотвала, оползневых явлений в массиве гидроотвала, неисправной работы водосбросных колодцев, деформации дамб обвалования и нарушения схемы намыва, предусмотренной проектом, перелива потока пульпы через гребень и размыва обвалования.

6.3. При наращивании гидроотвалов для прогнозирования устойчивости верхних ярусов необходимо сравнить расчетные характеристики грунта, принятые в проекте, с фактическими, установленными по результатам контроля за качеством намыва нижнего яруса. При расхождении значений более чем на 10 % следует пересматривать расчеты по фракционированию и устойчивости откосов.

6.4. При расчетах устойчивости наращиваемых гидроотвалов следует учитывать поровое давление, возникающее ниже депрессионной кривой (по методу Водгео). Для грунтов с коэффициентом фильтрации Kф > 0,01 м/сутки поровое давление не учитывают.

6.5. Устойчивость гидроотвала необходимо рассчитывать с учетом процессов консолидации глинистых грунтов промежуточной и центральной зон и основания гидроотвала лишь в случаях, когда глинистый грунт имеет степень влажности g??0,85 с коэффициентом консолидации ?? < 1??107 см2/г. (СНиП II-Б.3-62).

Коэффициент консолидации следует вычислять на основе данных геотехнического контроля (см. приложение 2):

(17)

гдеa - коэффициент уплотнения, см2/кг;

??1 - начальный коэффициент пористости;

??в - плотность воды, равная 0,001 кг/см3.

6.6. Для прогнозирования устойчивости наращиваемых гидроотвалов I и II классов необходимо проводить натурные наблюдения c помощью контрольно-измерительной аппаратуры. На гидроотвалах III класса можно ограничиться только визуальными наблюдениями.

Размещение контрольно-измерительной аппаратуры и методика наблюдений в строительный и эксплуатационный периоды должны осуществляться в соответствии с инструкцией, прилагаемой к проекту. Для прогнозирования состояния откосов опасных зон (особенно в районе населенных пунктов) следует предусматривать не менее трех створов по откосу намыва, располагаемых через 50-100 м.

6.7. Для уточнения геологического строения тела и основания гидроотвала, а также с целью отбора образцов грунтов по створам следует пробурить скважины - не менее трех в упорной призме и по одной в промежуточной и прудковой зонах. Глубину скважин необходимо задать на всю мощность намытых грунтов до основания гидроотвала. При бурении следует отбирать пробы грунта через 1-2 м для определения объемной массы скелета, коэффициента фильтрации, угла внутреннего трения и сцепления. При оформлении документации должны быть указаны даты намыва грунта и отбора проб. Для определения плотности намытых грунтов периодически следует выполнять динамическое зондирование в упорной призме и статическое - в промежуточной зоне. К выполнению бурения и зондирования следует привлекать специализированные изыскательские организации.

6.8. Для сопоставления фактического и проектного положений фильтрационного потока необходимо проводить наблюдения за уровнем воды в пьезометрах, устанавливаемых предпочтительно в местах, где основание гидроотвала сложено водоупорными грунтами, а упорная призма имеет максимальную высоту при минимальных размерах пляжа. Глубину заложения и оборудование водоприемной части пьезометров выбирают исходя из конкретных условий. Расчетное положение депрессионной кривой следует проверять по результатам наблюдений за уровнем воды в пьезометрах.

Коэффициенты фильтрации и анизотропии намытых грунтов необходимо определять методом налива в шурфы.

6.9. Для определения степени консолидации намытых грунтов и возможных деформаций откосов на гидроотвале следует устанавливать осадочные марки. Результаты наблюдений деформаций в вертикальном и горизонтальном положениях сравнивают с нормативными данными, принятыми для земляных сооружений. В случае значительных расхождений наращивание гидроотвала не производят.