Ремонт дренажных систем грунтовых сооружений

 

Повреждения дренажных систем грунтовых сооружений (из условий выполнения ремонтных работ) подразделяются на сле­дующие виды: повреждение дренажа грунтовых плотин; повы­шение кривой депрессии с выклиниванием ее на поверхность низового откоса; нарушение работы обратных фильтров, уло­женных на дне и откосах каналов; выход из строя дренажных скважин; заиление дренажных систем и т. д. Ниже приведены* примеры выполнения ремонтных работ по восстановлению дре­нажных систем.

Во время эксплуатации грунтовых плотин, как правило, осна­щенных дренажем у низового откоса, в ряде случаев наблюдала вынос песка из тела плотины в дренаж, вызванный плохим каче­ством укладки обратного фильтра дренажа, неудачным подбо­ром состава обсыпки перфорированных труб либо появлением значительных неравномерных осадок, расстроивших стыки дре­нажных труб. В случае, если дренаж перестает нормально функ­ционировать, фильтрующая вода просачивается на откос, резко» снижая его устойчивость. При этом возможно образование про­вальных воронок (Каркидонский гидроузел) и оползание откоса. Размеры оползней могут изменяться от нескольких метров до нескольких десятков метров. Нарушение работы дренажа — чрезвычайно серьезное повреждение. Ниже дана характерная последовательность выполнения ремонтных работ по дренажу, примененная на Горьковской плотине (В. Д. Жебраковская и

Н. Ф. Силантьев):

в верхнем и нижнем по течению смотровых колодцах на тру­бы ремонтируемого участка дренажа устанавливают деревянные заглушки (рис. 11.7, см. форзац) с тщательным законопачива- нием щелей; с вышерасположенного участка дренажа воду от­качивают из ближайшего к будущему котловану колодца насо­сом в нижерасположенный смотровой колодец;

во избежание оплывания откоса по всему периметру котло­вана забивают шпунт;

параллельно шпунтовой стенке с внешней стороны от нее монтируют иглофильтровую установку для откачки воды и по­нижения уровня грунтовых вод;

по всей длине ремонтируемого участка вскрывают котлован шириной по основанию 3...4 м в зависимости от конструкции и поперечного размера дренажа;

удаляют забитые песком дефектные трубы или другие по­врежденные части дренажа; расчищают основание до проектных отметок;

восстанавливают дренажные трубы и обратный фильтр, пос­ле чего водопонизительные установки отключают;

сверху дренажа насыпают хорошо фильтрующий грунт тол­щиной около 1 м, вытаскивают шпунт;

отсыпают откос с уплотнением и креплением его в соответ­ствии с проектом;

вытаскивают деревянные заглушки из труб смотровых колод­цев и отключают насос.

При выполнении ремонтных работ по дренажу обеспечивают хорошее состояние фильтров водопонизительной установки и круглосуточный водоотлив, так как в противном случае поднимается

Рис. 11.8. Схема устранения высачивания воды на низовой откос:

1 — прослойки супеси и суглинка; 2 — положение кривой депрессии до ремонта; 3 — зоны высачивания воды на откос; 4 — водопоглощающие скважины; 5 — дренаж; 6 — положение депрессионной кривой после ремонта

 

депрессионная кривая и откос обрушится в котлован. Нельзя погружать иглофильтры гидравлическим способом во избежание размыва откоса. Особое внимание уделяют качест­венной стыковке старых и новых слоев обратного фильтра.

Нарушения технологии возведения грунтовых плотин приво­дят к повышению кривой депрессии и выклиниванию ее на низо­вой откос во время эксплуатации сооружений. Так, в результа­те некачественных намыва плотины и очистки карьеров от вскрышных пород, отсутствия необходимого контроля качества карьерного материала и других нарушений в насыпи появляются прослойки из материалов с малым коэффициентом фильтрации. В таких условиях фильтрационный поток разделяется на от­дельные части, направленные в соответствии с ориентацией про­слоек. Как правило, эти потоки высачиваются на поверхность откоса.

Для устранения высачивания воды (рис. 11.8) на откосе пло­тины бурят скважины диаметром 250...400 мм на глубину зало­жения прослоек (8...15 м), которые заполняют гравелистым или гравелисто-песчаным материалом. В плане водопоглощающие скважины размещают в шахматном порядке с расстоянием меж­ду ними 5... 10 м. Размеры и число их принимают в зависимости от конкретных инженерно-геологических условий. Для пониже­ния кривой депрессии на период ремонта применяют также игло­фильтровые установки, представляющие собой трубы диаметром 25 мм с перфорацией диаметром 4 мм по всей длине. Вокруг перфорированной трубы устраивают обратный фильтр (толщина слоев по 10...30 см в зависимости от конструкции дренажа).

Опыт эксплуатации открытых коллекторов магистральных, дренажных каналов, приплотинных кюветов и других сооруже­ний свидетельствует о том, что из-за некачественной отсыпки или подбора обратного фильтра, уложенного на откосы и дно канала, могут выходить из строя элементы его крепления. В этом случае ремонт выполняют следующим образом. Перемычками ограждают поврежденный участок. Из вышележащего участка канала в нижерасположенный воду перекачивают с помощью насоса или пропускают по обводному каналу. Вокруг ремонти­руемого участка устанавливают иглофильтры с круглосуточной откачкой воды, которые позволяют осушить канал и предохра­нить его откосы от оползания при воздействи гидродинамическо­го фильтрационного потока.

В отдельных случаях, когда уровень грунтовых вод находит­ся в пониженном состоянии, достаточно ограничиться поверх­ностным водоотливом, устроив для этой цели зумпф. На участке осушенного канала разбирают крепление и обратный фильтр. Откосы, дно канала, обратные фильтры и крепление восстанав­ливают в соответствии с проектом. При этом особое внимание уделяют правильной стыковке старых и новых слоев обратных фильтров и креплению канала. По окончании ремонтных работ осторожно разбирают перемычки и извлекают приспособления и используемое оборудование.

Для защиты территории от подтопления зачастую применяют дренажные скважины. Примером может служить система дрена­жа в районе Куйбышевского водохранилища, представляющая линейный ряд 408 скважин протяженностью 7,9 км, расположен­ных параллельно защитной дамбе на расстоянии 150 м от нее. Расстояние между скважинами составляет 12...25 м. Дренажные скважины могут выходить из строя в результате физической или химической кольматации фильтрового материала. Работо­способность дренажных скважин восстанавливают различными способами: пневмоимпульсным, микровзрывным, реагентным, комбинированным.

При обработке дренажных скважин пневмоимпульсным спо­собом используют пневмоснаряды, продвигающиеся вдоль филь­тра скважины. Принцип работы пневмоснаряда основан на авто­матическом выпуске порции сжатого воздуха из баллонов под давлением 6... 15 МПа. Под воздействием сжатого воздуха в фильтре скважины возникают импульсные ударные волны филь­трационного потока переменного направления, которые разру­шают закольматированный слой. На Куйбышевском гидроузле такой способ оказался приемлемым для скважин, срок службы которых не превышал 3...4 лет при межремонтном периоде не более полгода.

Для микровзрывов в дренажных скважинах используют де­тонирующий шнур. При взрыве его в воде по всей длине филь­тра скважины ударная и отраженная волны в сочетании с газо­выми пузырями нарушают сплошность кольматирующих продук­тов на фильтре и в прифильтровой зоне. В результате такой: обработки удельный дебит скважины увеличивается в 3...5 раз и более. Относительно первоначального значения

Рис. 11.9. Устранение фильтрации по контак­ту разгрузочной скважины:

1 — аварийная скважина; 2 — бетонная подушка; 3 — пробка из суглинка; 4 — глина; 5 — шпунтовое ограждение; 6 суглинок; 7 — рабочая часть фильт­ра; в — водоносные грунты; 9 — водопонизительные скважины

 

удельный дебит восстанавливается до 45...65% при сроке ее эксплуатации 5.. 10 лет. Межремонтный период составляет 6... 12 мес.

Реагенты целесообразно использо­вать в том случае, когда известен хи­мический состав кольматирующего ма­териала и экономически выгодно при­менять растворители. После химиче­ской обработки продукты реакции от­качиваются вместе с водой из скважи­ны и прифильтро'вой зоны. Реагентами служат кислотные, щелочные, солевые растворы или порошкообразные соста­вы. Для обработки скважин на Куйбы­шевском гидроузле использовали кон­центрированную соляную кислоту. Время обработки одной скважины со­ставляло не более 1 ч. Порошкообраз­ные реагенты в фильтр скважины по­дают при помощи сжатого воздуха от компрессора.

Комбинированный способ обработ­ки дренажных скважин с целью вос­становления их работоспособности по­зволяет в ряде случаев увеличить продолжительность межре­монтного периода до 2,5...3 лет. Однако вопрос целесообразности применения того или иного способа должен решаться в каждом отдельном случае с учетом конкретных условий.

С целью уменьшения напора грунтовых вод под сравнитель­но небольшим водоупорным слоем для повышения устойчивости основания устраивают разгрузочные скважины в виде фильтров. Во время эксплуатации может появиться фильтрация по контак­ту внешней поверхности обсадной трубы скважины с водоупор­ным слоем, что имело место на одной из плотин канала им. Москвы. Закрепление грунта вокруг трубы с помощью силика­тизации и забивка металлической обсадной трубы больших раз­меров для перекрытия зоны разрушенных грунтов вокруг сква­жины не всегда дают положительные результаты. В таком слу­чае фильтрацию устраняют следующим путем (рис. 11.9)

Вокруг аварийной скважины устраивают круговое ограждение из шпунта, забиваемого в водоупор. С внешней стороны шпун­тового ограждения устанавливают несколько (4...5) водопони­зительных скважин, оборудованных погружными насосами. Под прикрытием шпунтовой стенки вынимают грунт в зоне скважи­ны, не доходя до низа водоупора на 3...5 м, с тем чтобы не про­изошло прорыва оставшейся толщи водоупора. Водопонизитель­ные установки не только уменьшают приток воды в колодец, образованный шпунтом, но и понижают пьезометрический уро­вень напорных вод. В нижней и верхней частях колодца, как правило, устраивают бетонные подушки, а пространство между ними заполняют суглинком или глиной с качественным уплот­нением.

Трубчатый дренаж от заиления очищают способом промывки участков труб, расположенных между двумя смотровыми колод­цами, в направлении движения воды. Существуют самотечный и принудительный способы промывки. При самотечном способе перекрывают трубу в ниже- и вышерасположенном колодцах, заполняют водой вышераспсложенный колодец и проводят про­мывку. При резком открытии трубы (снятии пробки) в ниже­расположенном колодце поток, движущийся с большими скоро­стями по трубе, смывает наилок (наносы). После этого удаляют наносы из нижерасположенного колодца, и аналогичную опера­цию выполняют на следующем участке. Принудительный смыв наносов осуществляют путем подачи в трубу воды под напором через шланг и откачки ее из нижерасположенного смотрового колодца.

Для промывки коллекторов диаметром от 0,3 до 0,8 м при­меняют специальные машины типа ПК-0,8, Д-910А. В отдель­ных случаях их можно использовать для промывки дренажей. Существуют также очистные приспособления, служащие для удаления плотных наносов и представляющие собой ковшовые снаряды или специальные щиты, которые протаскивают по тру­бам с помощыа лебедок или под давлением воды. Технология выполнения операций по механической очистке коллекторов под­робно приведена в литературе [2, 13].

Очистить дренаж от железистых отложений можно химиче­ским способом. Для этого в закрытый пробками участок дренажа вводят на сутки водный раствор серной кислоты и бисульфата натрия с концентрацией 1,2...2% или двуокиси серы при наличии: воды в трубе.

Для борьбы с зарастанием дренажных систем корнями ис­пользуют гербициды сельскохозяйственного назначения. Однако к такому способу прибегают очень редко в целях охраны окру­жающей среды. Устранение общих и местных повреждений бетонных массивных сооружений

Разрушение бетонных гидротехнических сооружений проис­ходит в результате физико-химической, физико-механической коррозии, кавитационных воздействий, местных деформаций, ис­тирания наносами и крупногабаритными предметами, ударов и т. д. Обычно повреждения представляют собой раковины, вы­боины, сколы, трещины, эрозионные впадины.

Работы по устранению местных повреждений подразделяют на четыре основных цикла: подготовку бетонной поверхности для ремонта, приготовление бетонной смеси, бетонирование и уход за бетоном.

Подготовка бетонной поврежденной поверхности проводится для обеспечения прочного сцепления нового бетона со старым. Существует механическая и химическая подготовка поверхности. Наиболее применима механическая, которая выполняется в та­кой последовательности. Снимают цементную пленку с ремон­тируемой поверхности, если она имеется, и делают ее шерохо­ватой путем насечки старого бетона с помощью металлических щеток, перфораторных молотков, пескоструйных агрегатов и др. Разделывают до прочного бетона раковины, трещины и каверны. Удаляют до чистого бетона жирные пятна мазута, битума, неф­ти, масла. Очищают от ржавчины обнаженную арматуру. При необходимости бурят скважины, устанавливают анкеры и до­полнительную арматуру. Перед бетонированием очищают от пыли сжатым воздухом поверхность бетона, смачивают или про­мывают ее струей воды.

Для обеспечения повышенной прочности шва на обрабаты­ваемую поверхность рекомендуется наносить промежуточный (адгезионный) слой, выполненный из жирного цементного рас­твора, коллоидно-цементного раствора или коллоидно-цементно­го клея.

Бетонную смесь уплотняют вибраторами. При этом не допус­кается укладывать бетон на основание с его температурой ниже + 5°С. Температурный режим твердения бетона под наблюде­нием обеспечивают до получения 50% марочной прочности, то^; есть 7... 14 сут. При температуре воздуха до —10 °С бетонируют в открытых блоках методом «термоса», то есть укладывают теп­лый бетон на поверхность с положительной температурой, а за­тем укрывают теплоизоляционным материалом. При температу­ре воздуха ниже —10 °С бетон укладывают в тепляках, где под­держивается положительная температура не ниже +5...10^оС.,

Уход за бетоном осуществляют все время до набора им

50...60% прочности. Чтобы предупредить трещинообразование

предусматривают защиту открытых поверхностей от всех видов; воздействий, систематическую поливку водой бетона на порт­ландцементе в течение 7 сут, с пластифицирующими добавка-; ми — 14 сут.

При неглубоких повреждениях поверхности бетона для ее восстановления широко используют торкретирование, которое впервые было применено в СССР на Волховской ГЭС. Однако ^с без арматурной сетки оно недолговечно (3...5 лет). Арматурная сетка позволяет обеспечить качественное покрытие на 15...20 лет и более. Вместе с тем качество торкрета в значительной степени зависит от квалификации персонала, выполняющего работы. Поверхность, подвергающуюся торкретированию, тщательно очищают от загрязнений, рыхлых, пористых и трещиноватых слоев, промывают и продувают сжатым воздухом. Арматуру очи­щают от прилипшего бетона, грязи и ржавчины. Поверхность обрабатывают перфораторными молотками или грубыми карбо­рундовыми кругами. Работы по подготовке поверхности и ее торкретированию проводят: для вертикальных плоскостей — с подвесных люлек, а для наклонных — с подвижных салазок» управляемых с гребня.

Технологию выполнения ремонтных работ бетона активиро­ванным торкретом разработал ВНИИГ. При этой технологии применяют поверхностно-активное вещество — пластифицирую­щую добавку: сульфатно-дрожжевую бражку, вводимую вместе с водой.

Активированный торкрет используют при ремонте раковин условным диаметром до 10 см, при создании поверхностей, сопротивляющихся истирающему и ударному воздействию воды. Его запрещается наносить на гибкое и жесткое основание, при температуре воздуха и основания ниже + 5°С, во время дождя или ветра, имеющего скорость более 10 м/с. Для торкрета при­меняют цемент марки не ниже 400, песок обычно кварцевый или кварцево-полевошпатный. Основное оборудование для нанесения торкрета — цемент-пушка с соответствующими приспособления­ми (рис. 11.10). При длине шланга 25...30 м давление воздуха в цемент-пушке должно составлять 0,25...0,3 МПа. На последую­щие 20 м шланга давление увеличивают на 0,025 МПа. Давле­ние воды должно быть больше рабочего давления в цемент-пуш­ке на 0,1...0,15 МПа. Максимальная толщина одновременна наносимых слоев на вертикальную поверхность сотавляет 40 мм, а на горизонтальную: снизу вверх — 20 мм и сверху вниз — 100 мм. Очередной слой наносят только после схватывания пре­дыдущего. При оптимальных параметрах торкретирования коли­чество отскакиваемого материала не должно превышать 20...25% при нанесении на вертикальную поверхность, 10...20% —на гори­зонтальную снизу вверх и 3,5...5%—на горизонтальную свер­ху вниз.

Рис. 11.10. Схема оборудования для нанесения торкрета:

У — склад песка; 2 — сушильный барабан; 3 — бункера с песком и цементом; 4 — склад цемента; 5 — дозаторы; 6 — вибромельница; 7 — смеситель; 8 — цемент-пушка; 9 — компрессор; 10 — бак для воды; // — сопло

При торкретировании вертикальной неармированной поверх­ности сопло держат перпендикулярно к поверхности, а горизон­тальной — несколько отклоняют от вертикали. Армированную поверхность торкретируют с отклонением сопла от перпендику­лярного направления на 15...20°, располагая его на расстоянии 65…80 см. Уложенный торкрет поддерживают во влажном состо­янии не менее 3...5 сут.

При значительных по глубине и протяженности поврежде­ниях в зоне переменного уровня ремонт выполняют с помощью опалубки и бетононасоса. В обработанные повреждения устанав­ливают анкеры, на которые прикрепляют арматуру. Опалубку применяют металлическую или деревянную, в которую вставля­ют патрубок с фланцем в виде штуцера. По высоте опалубки устраивают несколько отверстий, служащих для выхода воды во время бетонирования. Бетон подают насосом через отдельный патрубок, к которому прикрепляют трубу с краном. Под давле­нием 0,2...0,3 МПа бетонная смесь поступает в нижнюю часть повреждения. По мере ее выхода из отверстий их закрывают деревянными пробками. Работы выполняют при максимальном снижении уровня воды.

В подводной части бетон тщательно очищают от плесени, ила, продуктов обрастания; опалубку закрепляют водолазы.

Для ремонта поврежденных мест бетона, требующих устра­нения или уменьшения фильтрации, используют бетон с добав­ками алюмината натрия (А1₂0з-Ыа₂0), представляющего смесь гидрата глинозема и технического едкого натрия. Препарат вы­пускают заводы в виде раствора с плотностью 1,34... 1,44 т/м³. Растворы с алюминатом натрия обладают быстрым схватывани­ем, повышенными водопотребностью и стойкостью против размы- иа водой. Они не расслаиваются и не отделяют воду. Бетон с добавками алюмината натрия применяют также для заделки мокрых каверн в бетонных конструкциях, устройства водонепрони­цаемых штукатурок по сырым поверхностям бетона, наносимым торкретированием или обычным способом, нагнетания в трещины и т. д.

Поверхности, разрушенные кавитацией или механическим воздействием наносов, иногда ремонтируют с помощью пласто­бетона, представляющего разновидность специального бетона, в котором вместо цемента используется синтетическая смола в ви­де фурфурольно-ацетонового мономера, продукта конденсации фурфурола с ацетоном в щелочной среде. Скорость его тверде­ния в зависимости от состава может изменяться от нескольких десятков минут до нескольких месяцев. Пластобетон примерно- в 10 раз более стоек к истиранию, чем обычный бетон. Уклады­вают его на обработанную чистую и осушенную поверхность, что позволяет обеспечить максимальное сцепление со старым бето­ном.

Кавитационные повреждения бетона чаще заделывают эпок­сидными смолами, эпоксидно-каучуковыми материалами, полимербетонами, полимеррастворами, полимерными клеями, мастич­ными полимерными лакокрасочными покрытиями и т. д. Водо­сливная поверхность, разрушенная кавитацией, после ремонта должна быть прочной, однородной, гладкой, без выступов. Раковины, появившиеся в результате кавитационной эрозии,, разделяют на три группы в зависимости от их глубины: I груп­па— глубиной >20 см, И —от 5 до 20 см, III группа — <5 см. При ремонте раковин I группы применяют арматурные сетки со стержнями диаметром 25 мм и шагом 25x25 см, которые при­варивают к специально установленным анкерам диаметром: 32 мм, с шагом 50X50 см. Ремонт раковин II группы выполняют с анкерами диаметром 20 мм, шагом 50X50 см, к которым при­варивают арматурные стержни диаметром 10 мм и шагом: 10X10 см. Раковицы глубиной до 5 см заделывают без анкеров- ки и армирования.

Схема ремонта массивных бетонных сооружений, предложен­ная Гидропроектом, показана на рисунке 11.11. На водосливной поверхности при ремонте используют передвижную тележку 2_У оборудованную лебедкой 3 (рис. 11.11,а). Строительные матери­алы и приспособления подают с помощью крана или лебедки. Схема ремонта местного повреждения на вертикальной грани приведена на рисунке 11.11,6. Опалубку прижимают к старому бетону брусьями, прикрепленными к дополнительным анке­рам 10.

Разрушения быков на Волжской ГЭС глубиной от 10 до 40 см в зоне переменного уровня (высота 9 м) бетонировали, а более мелкие повреждения заделывали торкретом. Вокруг

Рис. 11.11. Схема ремонта массивных бетонных сооружений:

а — наклонной водосливной грани; б — местного повреждения на вертикальной грани; о — быка; / — ремонтируемый бетонный элемент; 2 — нередвижная тележка; 3 — ле­бедка; 4— передвижной бункер; 5 — блок; 6 — опалубка; 7 — арматурная сетка; 8 — бетоновод; 9 — контур разрушения; 10 анкеры; 11 — зона торкретирования; 12 — ко­зырек; 13 — накладки; 14 — закладные уголки. Размеры в см

быков устанавливали криволинейную металлическую опалубку тол­щиной 8... 10 мм, которую снизу приваривали к существующей (в нижней части) металлической облицовке, а со стороны па­зов— к закладным уголкам (рис. 11.11, в). Дополнительно опалубку приварили к анкерам диаметром 28 мм с шагом 60X60 см, установленным в специально пробуренные шпуры глубиной 30 см. Последние пробуривали под углом 30° к гори­зонтальной поверхности, а анкеры после их установки отгиба­лись в горизонтальное положение. В верхней части опалубки для удобства бетонирования прикрепили козырек. Для бетонирова­ния использовали бетон В22,5, W8, F300 на мелком гравийном заполнителе (размер частиц 5...20 мм). Металлическую облицов­ку оставили и после ремонта, так как в ней была необходимость.