Страница 5: ВСН 291-72*. Инструкция по проектированию гидроотвалов из глинистых грунтов и прогнозированию их состояния (46621)

Qс < Q

В случае Qс > Q следует предусмотреть выпуск избытка воды из гидроотвала.

При ориентировочных расчетах на 1 м3 грунта гидровскрыши можно принимать до 1 м3 воды подпитки. Минимальный объем прудка должен быть равен не менее чем двухсуточному объему воды, поступающей на гидроотвал с пульпой.

Расчеты гидроотвалов на фильтрацию

5.20. Гидроотвалы должны быть рассчитаны на фильтрацию в соответствии с положениями СНиП II-53-73 и рекомендациями Водгео.

5.21. Для определения положения депрессионной кривой, фильтрационного расхода и критической фильтрационной устойчивости гидроотвала в период намыва и по окончании намывных работ, а также при решении вопросов о целесообразности применения дренажа следует рассчитывать отвалы на фильтрацию, учитывая требования охраны окружающей среды.

5.22. Расчеты на фильтрацию (приложение 6) производят для отдельных, наиболее характерных поперечных сечений тела или основания гидроотвала шириной 1 м. Характерность поперечных сечений определяется высотой гидроотвала, положением прудка-отстойника, литологическими разрезами тела гидроотвала, рельефом местности, геологическим строением основания и очертанием врезки подошвы гидроотвала в его основание.

Эти расчеты могут быть выполнены, если во всех зонах поперечного профиля гидроотвала будут известны гранулометрический состав намытого грунта, объемная масса скелета грунта и коэффициент фильтрации.

5.23. Фильтрационный поток в теле гидроотвала подпитывается в основном за счет инфильтрации воды из намываемого слоя в пределах упорной призмы, а также за счет подпитки избыточной поровой водой из глинистых грунтов центральной зоны.

5.24. Отвалы на фильтрацию следует рассчитывать для различных отметок уровня воды в прудке-отстойнике, из которых наиболее неблагоприятной является отметка, когда намыв отвала завершается и прудок-отстойник занимает наивысшее положение.

Каждый расчетный случай положения кривой депрессии с учетом положения уровня воды в прудке-отстойнике должен быть разработан в проекте для ряда промежуточных стадий намыва в соответствии с его условиями. Это позволит выбрать оптимальный режим намыва, обеспечивающий устойчивость сооружения. Кроме того, при расчетах фильтрации следует учитывать, что наиболее высоким положение кривой депрессии будет при водонепроницаемом основании.

Расчеты отвалов на фильтрацию на проницаемом основании следует выполнять отдельно для гидроотвала и его основания.

5.25. Положение депрессионной кривой во время намыва определяется местоположением прудка-отстойника. Минимально допустимое расстояние от уреза прудка-отстойника до бровки наружного откоса, при котором не происходит выход фильтрационного потока на откос, рекомендуется вычислять по формуле В.А. Мелентьева (рис. 10):

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)

где        H0 - 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)

где        Jкр - 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)

где        Kфx 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)

где        m0 - 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.