2.8. Применение противофильтрационной цементации считается возможным, если:
а) удельное водопоглощение скальных пород превышает 0,01 л/минм2 [Л. 161, 168, 122]. Возможность и целесообразность применения цементации при меньшей водопроницаемости породы должны быть доказаны опытным путем и технико-экономическими расчетами;
б) действительная скорость движения грунтовых вод не более 600 м/сутки [Л. 162, 168]; при больших скоростях возможность цементации должна быть установлена на основании опытных работ [Л. 168];
в) химический состав грунтовых вод не препятствует процессам реакции схватывания и твердения цементного раствора, т.е. грунтовые воды не являются агрессивными в отношении вида цемента, применяемого для цементации [Л. 162].
2.9. При устройстве противофильтрационной цементации в растворимых породах необходимо проводить специальные исследования для выяснения достаточности срока службы зоны цементации.
3. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТАДИИ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА
Исходные материалы
3.1. Объем и состав исходных материалов, необходимых для проектирования дренажей и противофильтрационной цементации, определяются в зависимости от:
а) класса сооружения;
б) назначения дренажа и цементации;
в) инженерно-геологических, гидрогеологических и гидрологических условий;
г) стадии проектирования.
3.2. Для составления проекта дренажей и противофильтрационной цементации на всех стадиях проектирования необходимо иметь:
а) аналоги;
б) отчеты по геологическим, гидрогеологическим и гидрологическим изысканиям; сведения о климате;
в) отчеты по специальным исследовательским работам (в необходимых случаях);
г) основные данные проекта производства работ;
д) нагрузки, на которые рассчитаны обделки сооружений;
е) данные для составления единичных расценок и сметы.
3.3. Содержание и объем исходных геологических и гидрогеологических материалов должны отвечать инструкции по составу и объему изысканий для гидроэнергетического строительства [Л. 74] на соответствующей стадии проектирования.
Особое внимание должно быть обращено на получение следующих данных:
а) о водопроницаемости и трещиноватости отдельных литологических разностей породы и их фильтрационной анизотропии и неоднородности;
б) о фильтрационной устойчивости пород, возможности развития химической и механической суффозии;
в) о наличии и характере зон тектонических нарушений породы и качестве породы в этих зонах;
г) об агрессивности грунтовых вод к материалам конструкций дренажей и цементации;
д) о возможности химического кольматажа дренажных устройств;
е) об источниках питания грунтовых вод.
Примечание. Водопроницаемость пород характеризуется коэффициентом фильтрации (приложение 2), значения которого приближенно могут быть определены по величине удельного водопоглощения при нагнетании воды в скважины.
3.4. Материалами по специальным исследовательским работам являются:
а) отчеты по изучению фильтрации;
б) отчеты по опытным цементационным работам.
Содержание и объем специальных исследований устанавливаются в каждом конкретном случае.
3.5. В районе карста должна изучаться суффозионная устойчивость пород на специально устраиваемых для этих целей опытных участках [Л. 94]. Кроме того, целесообразно использовать скважины и другие выработки, послужившие для исследования водопроницаемости пород.
3.6. Данные по гидрологии должны содержать сведения:
а) о скоростях движения грунтовых вод;
б) о химическом составе речной воды, ее агрессивности и температуре;
в) о режиме колебаний уровней и скоростей воды в реке (озере) в районе строительства;
г) о количестве и составе наносов, транспортируемых рекой.
3.7. Сведения по производству работ в подземных сооружениях должны давать представление о строительно-монтажных работах, имеющих отношение к дренажу и противофильтрационной цементации.
Стадии и содержание проекта
3.8. Проект дренажей и противофильтрационной цементации является составной частью проекта подземного сооружения, разрабатывается одновременно с ним, рассматривается и утверждается в его составе.
3.9. Стадии проектирования дренажей и противофильтрационной цементации, а также состав и содержание проекта должны соответствовать таковым для проектируемого подземного сооружения.
3.10. При проектировании противофильтрационной цементации с использованием настоящих Указаний, ВСН 0.22-69 [Л. 16] и лабораторных исследований могут быть выбраны (п. 1.3.) и рассчитаны:
а) геометрическая форма, размеры и расположение зоны цементации породы;
б) водопроницаемость зоны цементации (по удельному водопоглощению или коэффициенту фильтрации);
в) градиент напора в зоне цементации.
Примечание. Геометрические формы противофильтрационной цементации могут быть в виде плоских вертикальных или наклонных завес и экранов, криволинейных экранов, экранов, расположенных вокруг сооружения, и т.д.
3.11. Выбор остальных элементов цементации (диаметр, шаг, длина и рядность скважин, составы и марка раствора и др.), а также проектирование организации и производства работ производится по [Л. 7 - 11, 161, 168].
3.12. Проекты дренажей и цементации, кроме конструктивной части, должны содержать:
а) требования к производству работ по их осуществлению (раздел 9) и способы контроля качества работ; в особых случаях составляются специальные технические условия на производство работ;
б) указания по эксплуатации и способам контроля работы, ремонта и восстановления дренажей и цементации в период эксплуатации (раздел 10);
в) перечень и размещение контрольно-измерительной аппаратуры для проведения натурных наблюдений за дренажем и цементацией.
4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
4.1. При проектировании дренажа и противофильтрационной цементации их геометрический, гидродинамические и гидравлические элементы следует назначать на основании фильтрационных расчетов (раздел 8).
4.2. Параметры дренажей и цементации назначаются такими, чтобы градиенты напора в породе (заполнителе трещин) и зоне цементации не превышали допустимых.
Примечание Величина допустимых градиентов напора в породе (заполнителе трещин) определяется лабораторными или полевыми исследованиями.
4.3. Допустимые средние градиенты напора Jдоп в зоне противофильтрационной цементации в зависимости от перепада напора H в этой зоне, ее водопроницаемости, характеризуемой удельным водопоглощением q (и соответствующим ему коэффициентом фильтрации k), принимаются не более величин градиентов, приводимых в табл. 1.
Примечание.
1. Данные табл. 1 относятся к цементным растворам в скальной породе.
2. Под термином «зона противофильтрационной цементации» понимается объем зацементированной породы в пределах проектного очертания зоны цементации.
3. Под средним градиентом напора понимается отношение потери напора в зоне противофильтрационной цементации к толщине этой зоны.
4. В цементации, замкнутой вокруг сооружения (туннель, шахта и др.), величину максимального градиента напора Jмакс на внутреннем контуре зоны цементации разрешается принимать в два раза больше среднего градиента. Величину максимального градиента определяют по формуле
где r, R - радиусы соответственно внутреннего и внешнего контуров цементации.
Таблица 1 *
|
H, м |
При обеспечении плотности (водопроницаемости) зоны цементации с удельным водопоглощением q, л/минм2, не более |
При коэффициенте фильтрации k, м/сутки, не более |
Допустимый средний градиент Jдоп, не должен превышать |
|
Менее 30 |
0,05 |
0,05 |
10 |
|
От 30 до 100 |
0,03 |
0,03 |
15 |
|
Более 100 |
0,01 |
0,01 |
20 |
|
* В табл. 1 значения q и Jдоп взяты из [Л. 122, 162], а соответствующие величины k определены путем умножения q на пересчетный коэффициент, приближенно принятый равным единице [Л. 115]. |
4.4. Если к цементации предъявляется требование защиты обделок от агрессивного воздействия грунтовых вод или защиты от фильтрации в растворимых породах, то величина удельного водопоглощения не должна быть более 0,01 л/минм2.
4.5. Допустимую величину фильтрационных потерь воды из напорного туннеля или шахты рекомендуется определять путем энергоэкономического расчета, учитывающего стоимость противофильтрационных мероприятий, с одной стороны, и теряемой выработки электроэнергии вследствие утечки воды - с другой.
При проектировании противофильтрационной цементации в напорных туннелях и шахтах следует также иметь в виду, чтобы утечки воды из них, отнесенные к 1000 м2 их внутренней поверхности, определенные при рабочем давлении воды и отнесенные к 1 кгс/см2 ее давления, не превышали 0,1 - 0,5 л/сек при действующем напоре H ≥ 100 м и 0,5 - 1,0 л/сек при H ≤ 100 м [Л. 161].
4.6. Если дренируемые сооружения располагаются в карстующихся породах, следует иметь в виду, что выщелачивание пород ослабляет их структурные связи, увеличивает общую скважность, расширяет трещины.
4.7. При проектировании дренажей в трещиноватых породах, содержащих растворимые соли, рекомендуется основывать прогноз устойчивости пород главным образом на детальном изучении геологических и гидрогеологических условий.
4.8. Если грунтовые воды в районе подземного сооружения могут подпитываться атмосферными осадками или поверхностными водами и если подпитка может заметно увеличить напор грунтовых вод, то при проектировании дренажных и противофильтрационных мероприятий необходимо учитывать это увеличение.
Если удорожание дренажа, вызванное этим увеличением напора грунтовых вод, будет значительным, следует рассмотреть мероприятия по предупреждению просачивания в горный массив атмосферных осадков или поверхностных вод. Этими мероприятиями могут быть:
а) планировка местности с покрытием ее водонепроницаемым покровом;
б) устройство сети канав с непроницаемой одеждой для отвода вод атмосферных осадков;
в) отвод поверхностных вод или придание их руслу водонепроницаемости.
Вариант защитного мероприятия выбирается на основании технико-экономического сопоставления.
4.9. Вспомогательные туннели и шахты, пройденные для строительства основных подземных сооружений, могут являться (при условии сообщения упомянутых туннелей и шахт с верхним бьефом после окончания строительства):
а) путями подпитки грунтовых вод;
б) причиной значительного увеличения напоров грунтовых вод и скоростей фильтрации в местах примыкания вспомогательных туннелей и шахт к дренируемым сооружениям, что следует учитывать при проектировании дренажных и противофильтрационных мероприятий.
4.10. Для осмотра и ремонта дренажей (например, замены фильтров) необходимо, где это возможно, предусматривать устройство смотровых колодцев, лазов, люков и т.п. или делать дренажи проходимыми.
4.11. Вся система дренажа, по возможности, должна быть разбита на изолированные друг от друга участки (с учетом положения и уклона пьезометрической поверхности грунтовых вод), имеющие отдельные выходы, при помощи которых возможно осуществление промывки и регулирования напора самостоятельно на каждом участке.
4.12. При выборе типа дренажа должны быть обеспечены наиболее экономичные решения. Конструкция дренажей должна обеспечивать возможность применения новых строительных материалов и передовых методов строительства.
4.13. Скважины дренажа следует располагать в таком направлении, чтобы пересечь возможно большее количество наиболее проницаемых трещин.
4.14. Конструкция дренажей должна обеспечивать их сохранность от засорения и затекания цементного раствора при производстве бетонных и цементационных работ в случае сооружения дренажа до окончания этих работ.
4.15. Дренажи следует проектировать так, чтобы исключить возможность замерзания воды в них и в водоотводных устройствах [Л. 74,а].
4.16. Если дренажи имеют связь с потоком воды в туннеле, необходимо принимать во внимание возможность передачи пульсации давления в потоке на обделку со стороны породы (рис. 2, 3 и 4).
4.17. В сейсмических районах дренажные устройства необходимо проектировать с учетом требований СНиП II.А.12.62 (например, дренажные туннели, водоотводящие устройства и др.).
5. КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ДРЕНАЖЕЙ И ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ
Дренажи
5.1. По воздействию на фильтрационный поток, местоположению, конструкции, режиму работы и ряду других признаков дренажи классифицируются следующим образом.
1. По способности снижать депрессионную поверхность фильтрационного потока:
а) общие - снижающие давление грунтовых вод на обделки благодаря понижению депрессионной поверхности потока в зоне расположения защищаемого сооружения (рис. 5 - 17);
б) местные - снижающие давление грунтовых вод на обделки за счет потери напора при фильтрации в дренажи, расположенные в непосредственной близости от поверхности, разгружаемой от давления грунтовых вод (рис. 1 - 3 и 19 - 22).
Примечание. Общие дренажи применяются при любом заложении, местные, как правило, - при глубоком положении дренируемых сооружений под уровень грунтовых вод.
2. По расположению относительно направления потока грунтовых вод и относительно защищаемых сооружений:
а) верховые, располагаемые на расстоянии от сооружения с верховой, по отношению к потоку, стороны дренируемого массива (рис. 8). Особенно эффективны при расположении на водоупоре. Применяются в достаточно проминаемых породах для узких, вытянутых в длину сооружений, в которых получение сравнительно узкой депрессионной воронки отвечает поставленным задачам. Могут быть однолинейные без поперечных дрен, однолинейные с поперечными дренами, двухлинейные. Применяются в качестве общих дренажей;
