Проектирование

Проектирование противофильтрационных завес (ПФЗ)

Проекты противофильтрационных завес - от расчётного обоснования на геофильтрационной модели до рабочей документации и авторского надзора. Траншейная «стена в грунте», буросекущиеся сваи, струйная цементация, инъекционные и шпунтовые завесы. Глубину, трассу и требуемую проницаемость тела завесы получаем расчётом, технологию - технико-экономическим сравнением вариантов.

Получить консультацию

Что такое противофильтрационная завеса

Противофильтрационная завеса - искусственная слабопроницаемая преграда в толще грунта, поставленная поперёк потока подземных вод, чтобы сократить фильтрацию на заданном участке. С её помощью уменьшают водоприток к котловану, карьеру или дренажной системе либо ограничивают вынос загрязнённых подземных вод за границы объекта. По пространственному положению завесы делят на вертикальные, наклонные и горизонтальные, по степени перекрытия водоносного горизонта - на совершенные и несовершенные.

Барьер работает на контрасте проницаемости. На одном из наших объектов водовмещающие пески средней крупности имеют коэффициент фильтрации 1,3-5,1 м/сут, а проектная проницаемость тела завесы из глиноцементобетона - 0,0005 м/сут: разница в три-четыре порядка. Контраст обесценивается, если у потока остаётся обходной путь: недоведённая до водоупора нижняя кромка, проницаемое окно на стыке секций, перелив поверх завесы в паводок.

Совершенная и несовершенная завеса. Заглубление в слабопроницаемый слой определяет, насколько сократится фильтрация и как перестроятся уровни по обе стороны барьера.

Цифры из проектов, описанных ниже в разделе «Из практики»:

2,3км

протяжённость траншейной завесы по периметру шламонакопителя: 1881 м разработано грейфером при средней глубине 11,1 м, 399 м - экскаватором при 6,2 м

1600м³/сут

приток к дренажу полигона ТКО без завесы - расчёт на модели показал, что барьер по периметру дешевле постоянной откачки и очистки этого объёма

0,0005м/сут

проектный коэффициент фильтрации тела завесы из глиноцементобетона против 1,3-5,1 м/сут у водовмещающих песков - разница в три-четыре порядка

80%

сокращение выноса соединений мышьяка и ртути за контур накопителя по геомиграционному расчёту - за счёт сорбции бентонитом в теле завесы

С чем приходят заказчики

Шесть типовых задач

Начинаем с фильтрационного расчёта, который показывает, сколько даст барьер и в каком контуре. Дальше идёт технико-экономическое сравнение технологий, и уже под выбранную технологию считаются конструкция и объёмы работ.

Ложе полигона ниже уровня подземных вод

Пункт 5.5 СП 320.1325800.2017 требует, чтобы основание ложа полигона ТКО располагалось не менее чем на 2 м выше расчётного горизонта грунтовых вод. На действующих и закрытых объектах это условие почти никогда не выполняется: поток входит на площадку, насыщается загрязнением и уходит к ближайшему водотоку. Завеса по периметру снижает приток к дренажу и локализует ореол в границах объекта.

Ликвидация накопленного вреда и объектов НВОС

Шламонакопители, хвостовые и золоотвалы, отработанные карты, промплощадки закрытых производств. Верхний экран останавливает инфильтрацию сверху, но не перекрывает боковой приток и подпор со стороны реки. Вертикальная завеса замыкает контур по периметру и, за счёт бентонита в теле, сорбирует часть загрязняющих веществ при протечках.

Дорогой водоотлив из карьера или рудника

Когда основной приток формируется по ограниченному фронту - через борт со стороны реки, по обводнённой зоне разлома, из напорного горизонта под дном карьера, - завеса на этом участке снимает нагрузку с системы водоотлива. Экономия считается на модели: капитальные затраты на барьер против приведённых затрат на перекачку и очистку за весь срок эксплуатации.

Фильтрация через основание и борта ГТС

Ограждающие дамбы хвостохранилищ и накопителей, плотины, каналы. Фильтрационный расчёт даёт фактические расходы и градиенты и сравнивает их с допустимыми для класса сооружения. Если норма не выдержана, завеса закладывается в основание дамбы или под её ядро; проектную проницаемость тела потом подтверждает контрольное бурение с отбором керна.

Приток в котлован и осадки соседней застройки

Ограждение котлована из буросекущихся свай или «стены в грунте» одновременно работает противофильтрационным контуром: приток внутрь сокращается, а понижение за пределами ограждения - вместе с ним осадки соседних зданий - остаётся в допустимых пределах. Параметры ограждения и остаточного водопонижения подбираются совместно.

Подтопление застроенной территории

Локальная отсечная завеса вдоль границы участка перехватывает поток со стороны источника - утечки, подпор от водохранилища, разгрузка со склона. Решение применяется там, где перехватывающий дренаж невозможно разместить или его эксплуатация обойдётся дороже разового устройства барьера.

Что должен показать фильтрационный расчёт

Параметры завесы - глубина, положение трассы, требуемая проницаемость тела - назначаются по результатам геофильтрационного моделирования. Сравниваются сценарии «без завесы» и «с завесой» при разной глубине и проницаемости барьера; для объектов размещения отходов к фильтрационной задаче добавляется геомиграционная - прогноз переноса загрязняющих веществ с учётом сорбции. Расчёт даёт четыре величины, которые потом попадают в пояснительную записку и в ответы экспертизе:

Сокращение притока - к дренажной системе, котловану или горной выработке в сравнении с вариантом без завесы; отсюда мощность и стоимость эксплуатации системы водоотведения
Требуемый коэффициент фильтрации тела завесы - предельное значение, при котором достигается заданный эффект; его закладывают в рецептуру и в программу контроля качества
Влияние на прилегающую территорию - подпор выше по потоку и сработка ниже, глубины залегания уровня у существующих зданий, оценка барражного эффекта
Сокращение выноса загрязнения - по каждому нормируемому компоненту, с учётом того, что бентонит удерживает полярные соединения существенно лучше неполярных органических

Расчётный случай выбирается по самому неблагоприятному состоянию. На объекте в пойме крупной реки таким случаем был паводок 10 % обеспеченности: под него назначались и отметка верха завесы - выше паводкового уровня, чтобы вода не поступала поверх барьера, - и прогнозные уровни подземных вод по участкам трассы, от 5,7 до 7,5 м. Там, где кровля водоупора оказалась выше прогнозного уровня и фильтрация через тело накопителя не ожидается, завеса не устраивалась вовсе, и около 550 м периметра из проекта ушли.

Технологии устройства противофильтрационных завес

Выбор технологии определяется геологическим разрезом, требуемой глубиной, наличием рядом откосов и застройки, агрессивностью подземных вод и тем, можно ли на площадке размещать извлечённый грунт. Ниже собраны технологии, которые мы применяем в проектах, с проектными параметрами из выполненных работ.

Основная технология для протяжённых контуров

Траншейная «стена в грунте»

Сплошная траншея шириной 0,6-1,5 м разрабатывается под защитой бентонитового раствора и заполняется глиноцементобетоном методом ВПТ. Глубина до 7 м - экскаватор «обратная лопата» с длинным ковшом, глубже - плоский широкозахватный грейфер. Сплошность контролируется в процессе работ, стыков секций мало.

Глубина: до 20-30 м
Проницаемость тела: 0,0004-0,0009 м/сут (глиноцементобетон)

+Высокая противофильтрационная эффективность, контроль глубины и сплошности прямо на захватке, доступная техника

−Извлекается большой объём грунта - на загрязнённых площадках его нужно размещать или обезвреживать; требуется форшахта

Когда рядом откос или существующая застройка

Буросекущиеся сваи (БСС)

Сваи Ø600-800 мм бурятся под защитой обсадной трубы в две очереди: при проходке свай второй очереди подрезается глиноцементобетон соседних свай первой, чем и обеспечивается сплошность стены. Обсадная труба опережает забой на 1,5-2,0 м, отклонение от вертикали - не более 0,5 % длины.

Глубина: до 30 м
Проницаемость тела: до 0,0005 м/сут

+Гарантированная устойчивость стенок скважины, минимальное динамическое воздействие, равномерный расход материала

−Больше стыков, чем у траншейного варианта; выше стоимость и требования к буровому оборудованию

Стеснённые условия и сложная конфигурация

Струйная цементация (jet grouting)

Сопрягающиеся грунтоцементные сваи создаются размывом грунта высоконапорной струёй раствора. Диаметр бурения от 150 мм, вывоз грунта не требуется. Для получения проектной непроницаемости обычно нужен двух- или трёхрядный контур; конструкции нормируются СП 291.1325800.2017.

Глубина: до 30 м
Проницаемость тела: 0,001-0,005 м/сут

+Работа в стеснённых условиях и под существующими сооружениями, без вывоза грунта

−Скрытые работы: сплошность подтверждается выборочными контрольными скважинами, возможны проницаемые окна; критический градиент напора у грунтобетона на порядок ниже, чем у глиноцементобетона

Трещиноватые породы и карст

Инъекционные завесы

Многорядная цементация, инъекция тонкодисперсными микроцементами, двухрастворная силикатизация. Раствор заполняет трещины и поры, снижая проницаемость массива. Область применения - трещиновато-блоковые породы и закарстованные разрезы, где механическая проходка сплошной стены невозможна.

Глубина: по проекту
Проницаемость тела: зависит от приёмистости массива

+Работа на большой глубине и в скальных породах, гибкая корректировка по результатам опытных нагнетаний

−Нестабильные результаты в переслаивании песков, суглинков и техногенных грунтов; требуются опытные работы и лабораторный подбор состава

Временные и малозаглублённые барьеры

Шпунтовое ограждение

Шпунт Ларсена или пластиковый шпунт с лидерным бурением либо погружением по методу гидроразмыва с вибропогружателем. Цемент и бентонит применяются только для бурового раствора.

Глубина: обычно до 15-20 м
Проницаемость тела: определяется плотностью замков

+Быстрое погружение, отсутствие мокрых процессов, извлекаемость временного ограждения

−Фильтрация через повреждённые при погружении замки, отсутствие сорбционных свойств, коррозия в агрессивных подземных водах, стоимость и сроки поставки металла

Временное решение и аварийные ситуации

Искусственное замораживание

Ледогрунтовое ограждение создаётся замораживающими колонками по контуру выработки. Применяется при проходке стволов и тоннелей, а также как аварийная мера при прорыве воды.

Глубина: по проекту
Проницаемость тела: практически водонепроницаемый контур

+Полная водонепроницаемость контура, применимость в любых обводнённых грунтах

−Работает только при постоянной работе холодильной установки; высокие эксплуатационные затраты; морозное пучение и осадки при оттаивании

Отдельно стоят проницаемые реакционные барьеры - противомиграционные завесы, которые пропускают поток, но удерживают загрязняющие вещества сорбцией или химическим преобразованием. Их применяют, когда перекрывать поток нельзя по гидрогеологическим условиям, но требуется убрать из него конкретные компоненты.

Материал завесы: глиноцементобетон

Для траншейных завес и буросекущихся свай заполнителем служит глиноцементобетон на портландцементе, бентонитовой глине, песке и щебне фракции 5-20 мм с добавками. Требования к нему установлены пунктом 7.16 СП 103.13330.2012: прочность на сжатие затвердевшего раствора не ниже 1,5 МПа, выход камня при затвердении не менее 98 %, стабильность не более 0,5 г/см³, коэффициент фильтрации не выше 0,005 м/сут. Прочность выше 1,5 МПа достигается при водовяжущем отношении не более 1,2; в применяемых рецептурах цемента 75-200 кг/м³, бентонита - более 40 кг/м³.

Бентонит в смеси отвечает за фильтрационные свойства тела завесы и одновременно работает природным сорбентом. Для объектов с загрязнением рецептуру поэтому подбираем в сторону максимального содержания бентонита на кубометр завесы. Из добавок применяются жидкое стекло (снижает пористость и повышает стойкость к кислотам и щелочам), кальцинированная сода для диспергации глинистых частиц, лигносульфонат как пластификатор и противоморозные добавки для работ в холодный период. Солевые добавки требуют строгого соблюдения технологии затворения: нарушение порядка ввода вызывает коагуляцию бентонита и падение прочности ниже проектной.

К песчаному заполнителю тоже есть требования. Для долговременных экологических объектов закладывается состав с содержанием частиц 0,08 мм и мельче в пределах 20-30 %, частиц крупнее 0,4 мм - не менее 30 % при коэффициенте неоднородности менее 10. Итоговый состав подбирает специализированная лаборатория до начала работ - на подземных водах с минерализацией в единицы и десятки граммов на литр и сульфатной агрессивностью рецептура «по аналогу» не работает.

Стабилизация траншеи бентонитовым раствором

Устойчивость стенок глубокой траншеи при разработке поддерживается вязким бентонитовым раствором: уровень раствора держат у поверхности земли и не менее чем на метр выше уровня подземных вод. Типовые параметры - 5 % бентонита по массе, плотность 1,05-1,10 т/м³. По мере ухода раствора в грунт на стенках формируется тонкая фильтрационная корка, которая останавливает дальнейшие потери и создаёт перепад напора, удерживающий стенку; взвешенные при разработке частицы утяжеляют раствор и дополнительно повышают устойчивость траншеи. Пункт 14.1.21 СП 45.13330.2017 допускает применение полимерных растворов; в наших проектах для стабилизации использовался полиакриламид в количестве 2 % от массы бентонитовой глины.

Технологию ограничивает глубина копания техники. Экскаваторы с длинным ковшом берут порядка 10 м, дальше нужен грейфер, и трассу приходится делить на участки по глубине залегания водоупора. Разработка траншеи ведётся непрерывно, захватки ограничиваются разделительными шаблонами, а вытесняемый заполнителем раствор с удовлетворительными свойствами передаётся в соседние секции.

Чертежи, схемы и расчётные материалы

1 / 10

Конструкции и технологические схемы завес, планы трасс, расчётные разрезы и карты из выполненных проектов. Листайте ленту; нажмите на изображение, чтобы открыть его крупно. Чертежи публикуются с защитным размытием.

Типовое сечение траншейной противофильтрационной завесы: тело завесы прорезает водонасыщенную толщу и заглубляется в водоупор не менее чем на 1 м

Технологическая схема устройства траншейной ПФЗ: разработка траншеи под защитой бентонитового раствора, разделительные шаблоны, бетонирование методом ВПТ

Трасса завесы на карте мощности водоупорных отложений: участки устройства ПФЗ назначены там, где мощность водоупора не менее 2 м

Расчётная схема: завеса отсекает инфильтрационные воды, поступающие в тело накопителя по поверхности водоупора со стороны склона

План противофильтрационной завесы по периметру полигона ТКО, совмещённый с изолиниями кровли водоупора и разведочными скважинами

Разрезы по завесе из буросекущихся свай Ø800 мм: форшахта, тело сваи, заглубление в юрские глины на 1 м

Технологическая схема устройства буросекущихся свай первой и второй очереди: бурение под обсадной трубой, бетонирование глиноцементобетоном, подрезка соседних свай

Фрагменты плана «стены в грунте» в трёх вариантах: струйная цементация, буросекущиеся сваи Ø800 мм, секции плоского грейфера

Результат моделирования: изменение уровней подземных вод при работе противофильтрационной стены - подпор с внешней стороны и сработка с внутренней, м

Осреднённая гранулометрическая кривая песчаного заполнителя завесы с зоной допустимых значений

Контроль качества и приёмка

Готовую завесу нельзя осмотреть, а переделка обойдётся дороже устройства. В проекте мы прописываем шаг отбора проб, перечень определяемых характеристик и формы отчётных документов.

В процессе работ

Входной контроль бентонита: химический состав, влажность, вязкость раствора
Контроль качества раствора в траншее с удалением некондиционного
Контроль литологии вскрываемых грунтов с фиксацией положения кровли водоупора по каждой захватке
Контроль глубины, вертикальности скважин и сплошности стены, непрерывности бетонирования
Контроль плотности, подвижности и соответствия рецептуре глиноцементобетона, отбор контрольных образцов

После устройства

Контрольное колонковое бурение Ø127 мм по телу завесы с шагом не более 100 м
Отбор керна на всю глубину: 3-6 проб в точке, шаг по глубине не более 3 м
Лабораторное определение коэффициента фильтрации, прочности на сжатие и плотности
Буровой журнал, журнал бетонирования, акты освидетельствования скрытых работ, исполнительный разрез
Наблюдательные скважины по обе стороны барьера - подтверждение проектного эффекта в эксплуатации

Допуски при устройстве сооружений способом «стена в грунте» установлены пунктом 14.1.29 СП 45.13330.2017: смещение осей в плане ±5 см, отклонение от вертикали 0,5 %, отклонение по толщине и глубине +20 см. При толщине завесы 1 м допуск по толщине достигает 20 %, поэтому в ведомость объёмов мы закладываем запас на отклонения геометрии, в наших проектах 15 %. Без этого запаса фактический расход материала расходится со сметой уже на первых захватках.

Как мы работаем

Анализ исходных данных. Разбираем изыскания по трассе: положение и мощность водоупора, коэффициенты фильтрации по каждому инженерно-геологическому элементу, уровни и их сезонная амплитуда, агрессивность вод и грунтов. Дефицит данных закрываем программой дополнительных исследований - разведочные скважины по створу, опытно-фильтрационные работы, геофизика.
Фильтрационный расчёт. Строим геофильтрационную модель, считаем сценарии с разной глубиной и проницаемостью барьера, оцениваем сокращение притока и выноса загрязнения, подпор и сработку на прилегающей территории.
Сравнение вариантов с технико-экономическим обоснованием (ТЭО). Конструктивно-технологические варианты завесы сравниваются по эффективности, контролируемости качества, потребности в материалах и технике и стоимости работ. В сравнение включаем и альтернативы завесе - дренаж, экраны, комбинации, - чтобы в проект не попал заведомо избыточный барьер.
Трассировка и конструкция. Назначаем положение трассы по критериям мощности водоупора и границам загрязнённых грунтов, отметки верха и низа завесы, толщину, рецептуру заполнителя, разбивку на захватки и участки по типу разработки.
Документация. Проектная или рабочая документация: планы, продольные разрезы по трассе, типовые сечения, технологические схемы, ведомости объёмов работ и материалов, требования к контролю качества и природоохранные мероприятия.
Сопровождение. Ответы на замечания экспертизы, авторский надзор, программа мониторинга уровней и качества подземных вод, которая подтверждает, что построенный барьер работает так, как показывал расчёт.

Из практики

Объекты защищены соглашениями о конфиденциальности, поэтому названия не приводим - только тип объекта, регион и цифры.

Траншейная завеса - объект накопленного вреда

Шламонакопитель бывшего химического производства в Нижнем Поволжье: 2,3 км траншейной завесы

Накопитель площадью около 25 га в пойме крупной реки, в 200-400 м от русла: заполнение начато в 1950-х годах, накоплено порядка 4 млн т шламов, в разрезе - собственно шлам, известьсодержащие и строительные отходы. В паводок подпор реки водонасыщает загрязнённые грунты, со стороны склона в тело накопителя поступают инфильтрационные воды по поверхности водоупора. Расчётный случай - паводок 10 % обеспеченности.

Сравнены семь конструктивно-технологических вариантов: буросекущиеся сваи, траншейная стена грейфером и экскаватором, струйная цементация, инъекция микроцементами, два варианта шпунта Ларсена и фильтрующая завеса с сорбентом
Принята траншейная завеса с глинобетонным заполнителем, дифференцированная по глубине: 1881 м разрабатывается грейфером при средней глубине 11,1 м, 399 м - экскаватором при 6,2 м; ширина траншеи 1 м, глубина до 20 м, площадь по развёртке 19,4 тыс. м²
Трасса назначена по критерию мощности водоупорных грунтов не менее 2 м с заглублением тела завесы не менее 1 м; на 548 м периметра, где кровля водоупора выше прогнозного уровня, завеса не устраивается
Проверено отсутствие барражного эффекта: завеса ограничивает фильтрацию в тело накопителя при подпоре со стороны реки и не перекрывает основной аллювиальный горизонт
По геомиграционному расчёту вынос соединений мышьяка и ртути сокращается примерно на 80 %, остальных компонентов - на 30-50 %; от модификации бентонита активированным углём отказались: рост стоимости тела завесы до 50 % при неподтверждённой эффективности

Модельная часть этого объекта описана на странице полигонов и объектов размещения отходов.

Буросекущиеся сваи - рекультивация полигона ТКО

Закрытый полигон ТКО ~15 га в Московской области: завеса вместо постоянной откачки

Основание полигона расположено ниже уровня подземных вод: поток входит на площадку, приобретает загрязнение и движется в сторону реки. Пункт 5.5 СП 320.1325800.2017 требует, чтобы ложе полигона находилось не менее чем на 2 м выше расчётного горизонта грунтовых вод; по результатам моделирования обеспечить это только дренажом означало принять приток 1600 м³/сут с постоянной откачкой, очисткой и переустройством очистных сооружений.

Проектом принята совершенная завеса по технологии «стена в грунте» из буросекущихся свай Ø800 мм с шагом 0,6 м по периметру полигона протяжённостью около 1350 м
Завеса перекрывает активную зону фильтрации в песках средней крупности и замыкается на кровле юрских глин с заглублением не менее 1 м; глубина до 30 м, отметка верха назначена с учётом сезонной амплитуды уровня в 1 м
Требования к глиноцементобетону: коэффициент фильтрации до 0,0005 м/сут, прочность 0,2-0,4 МПа на 7 сутки и 0,5-1,0 МПа на 28 сутки, плотность 1,7-1,9 г/см³, подвижность по осадке конуса 20-24 см
Умеренная прочность заполнителя задана намеренно: она позволяет качественно подрезать сваи первой очереди при бурении второй и получить сплошную стену в обводнённых песках
Выпущена рабочая документация: план завесы, разрезы, развёртка по оси, технологические схемы устройства свай обеих очередей, ведомости объёмов и материалов

Состав работ

Анализ гидрогеологических условий и оценка применимости завесы на конкретном разрезе
Геофильтрационный и, при необходимости, геомиграционный расчёт сценариев с барьером и без него
Технико-экономическое сравнение конструктивно-технологических вариантов завесы и альтернативных мероприятий
Трассировка, назначение отметок верха и низа, толщины, требуемой проницаемости тела завесы
Подбор рецептуры заполнителя и требований к материалам, программа лабораторных работ
Проектная и рабочая документация, ведомости объёмов, программа контроля качества и мониторинга

Что вы получите

Количественный ответ, сколько даст завеса: кубометры сокращённого притока и проценты сокращения выноса загрязнения
Технико-экономическое сравнение технологий с расчётными показателями по каждому варианту
Оценку влияния барьера на прилегающую территорию и здания - до того, как он построен
Комплект чертежей и технологических схем, по которым подрядчик может работать
Программу контроля качества, по которой построенную завесу можно принять
Документацию, подготовленную к экспертизе, и сопровождение при прохождении её

Нормативная база

СП 103.13330.2012 «Защита горных выработок от подземных и поверхностных вод» - требования к противофильтрационным завесам и материалам заполнения: коэффициент фильтрации не выше 0,005 м/сут, прочность на сжатие не ниже 1,5 МПа, выход камня не менее 98 %, стабильность не более 0,5 г/см³ (п. 7.16)
СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» - раздел 14 «Стена в грунте»: глинистые и полимерные растворы для стабилизации траншеи (п. 14.1.21), допуски при возведении сооружений способом «стена в грунте» (п. 14.1.29), контроль фильтрационных свойств материала заполнения отбором образцов из тела завесы
СП 291.1325800.2017 «Конструкции грунтоцементные армированные» - проектирование конструкций, выполняемых струйной цементацией
СП 250.1325800.2016 «Здания и сооружения. Защита от подземных вод» - противофильтрационные мероприятия при защите заглублённых частей
СП 320.1325800.2017 «Полигоны для твёрдых коммунальных отходов. Проектирование, эксплуатация и рекультивация» - требование о заложении основания ложа не менее чем на 2 м выше расчётного уровня грунтовых вод (п. 5.5), противофильтрационные устройства
СП 127.13330.2023 «Объекты размещения отходов производства. Основные положения по проектированию» - геологический барьер и противофильтрационные устройства шламонакопителей, отвалов и хвостохранилищ
СП 104.13330.2016 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления» - противофильтрационные завесы в составе средств защиты от подтопления
СП 116.13330.2012 «Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов» - основные положения по выбору мероприятий
СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» - расчёт оснований, прогноз изменения гидрогеологических условий при освоении
ИТС 17-2016 «Размещение отходов производства и потребления» - противофильтрационные завесы как альтернатива экранам, условия применимости и преимущество строительства на действующем объекте
ГОСТ 31384-2017 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии» - оценка агрессивности подземных вод и грунтов, определяющая марку цемента и рецептуру

Завеса окупается там, где расчёт показал заметное сокращение притока или выноса загрязнения, а водоупор по трассе залегает на достижимой глубине. Когда эти условия не выполняются, мы сообщаем об этом до начала проектирования. Пришлите материалы изысканий по площадке, и мы оценим применимость барьера и назовём порядок объёмов работ.

Смежные услуги

Полигоны ТКО и ТБОГидрогеологическое обоснование полигонов и защита от фильтрата

Противомиграционные завесыЗащита подземных вод от распространения загрязнения

Геофильтрационное и геомиграционное моделированиеЧисленные модели - расчётное ядро наших проектов

ВодопонижениеВременное снижение уровня подземных вод на период строительства

Хвостохранилища и накопителиГидрогеологическое обоснование накопителей промышленных отходов

Частые вопросы

Чем противофильтрационная завеса отличается от противофильтрационного экрана?

Завеса - вертикальный или наклонный барьер в толще грунта, перекрывающий поток подземных вод поперёк направления фильтрации. Экран - горизонтальный или пологий слабопроницаемый слой в основании либо на поверхности сооружения: глиняный, грунтоцементный, из геомембраны. Экран работает против вертикальной фильтрации - инфильтрации осадков сверху и утечек в основание. Завеса перекрывает боковой приток и вынос загрязнения по водоносному горизонту. На объектах размещения отходов их часто применяют вместе: верхний экран отсекает атмосферное питание, завеса по периметру замыкает контур. По ИТС 17-2016 завеса рассматривается и как самостоятельная альтернатива экрану, поскольку её можно построить на действующем или уже закрытом объекте, не вскрывая тело отходов.

На какую глубину завеса должна заходить в водоупор?

Завеса, доведённая до слабопроницаемого слоя и заглублённая в него, называется совершенной. Типовое проектное требование - заглубление не менее 1 м в водоупорные грунты, при этом сам водоупор должен иметь достаточную и подтверждённую изысканиями мощность: на наших объектах критерием трассировки принималась мощность не менее 2 м. Несовершенная завеса, не достигающая водоупора, поток не перекрывает, а лишь удлиняет путь фильтрации под нижней кромкой. Её эффект бывает приемлемым, но величину этого эффекта даёт фильтрационный расчёт для конкретного разреза. Общего правила здесь нет. Поэтому положение кровли водоупора по трассе подтверждают разведочным бурением до начала работ и фиксируют в журнале по каждой захватке.

Какой коэффициент фильтрации должен быть у тела завесы?

Пункт 7.16 СП 103.13330.2012 устанавливает для твердеющих и пластичных заполнителей завес коэффициент фильтрации не более 0,005 м/сут. Этот же документ задаёт прочность затвердевшего глиноцементного раствора на сжатие не ниже 1,5 МПа, выход камня при затвердении не менее 98 % и стабильность не более 0,5 г/см³. Проектные значения обычно назначают с запасом: в наших проектах закладывались 0,0005 м/сут для глиноцементобетона буросекущихся свай, а для траншейной завесы ожидаемая проницаемость по литературным и лабораторным данным составляла 0,00043-0,00086 м/сут. Требуемое значение получают не из норматива, а из геофильтрационного расчёта: моделью подбирают такую проницаемость и глубину барьера, при которых достигается заданное сокращение притока или выноса загрязнения.

Не вызовет ли завеса подтопление соседней территории - барражный эффект?

Такой риск есть всегда, когда барьер перекрывает транзитный поток: выше по потоку уровни поднимаются, ниже - снижаются. Оценивается это на геофильтрационной модели в сценарии «с завесой»: рассчитываются подпор и сработка, глубины залегания уровня на прилегающей территории и их влияние на существующие здания и коммуникации. Барражный эффект удаётся исключить конструктивно. Например, завеса перекрывает только верхнюю обводнённую зону и не затрагивает основной транзитный горизонт; либо замыкается в контур вокруг объекта, оставляя транзитный поток в стороне. Если подпор всё же ожидается, в проект закладывают перепускные устройства или дренаж со стороны подпора.

Как выбрать технологию устройства завесы?

Мы выполняем технико-экономическое сравнение вариантов по пяти критериям: достигаемая противофильтрационная эффективность, возможность контроля сплошности и качества в процессе работ, потребность в материалах и энергоресурсах, потребность в технике и персонале, стоимость устройства. По одному из объектов сравнивались семь конструктивно-технологических вариантов - буросекущиеся сваи, траншейная стена грейфером и экскаватором, струйная цементация, инъекция микроцементами, два варианта шпунта и фильтрующая завеса с сорбентом. Помимо стоимости на выбор влияют устойчивость стенок траншеи, глубина водоупора по трассе, агрессивность подземных вод, наличие рядом откоса или застройки, а на загрязнённых площадках - объём извлекаемого грунта, который придётся размещать.

Как проверяют качество и сплошность построенной завесы?

СП 45.13330.2017 требует контролировать фильтрационные свойства материала заполнения - плотность, гранулометрический состав, коэффициент фильтрации - отбором образцов из тела завесы и их лабораторными испытаниями. В проектах мы задаём конкретную программу: контрольное колонковое бурение по телу завесы с шагом не более 100 м на всю глубину, 3-6 проб в точке с шагом по глубине не более 3 м, определение коэффициента фильтрации, прочности на сжатие и плотности. В процессе работ ведутся буровой журнал и журнал бетонирования, фиксируется положение кровли водоупора по каждой захватке, оформляются акты освидетельствования скрытых работ и исполнительный разрез. Допуски при устройстве «стены в грунте» установлены пунктом 14.1.29 СП 45.13330.2017: смещение осей в плане ±5 см, отклонение от вертикали 0,5 %, отклонение по толщине и глубине +20 см.

Из чего состоит материал завесы?

Глиноцементобетон: портландцемент, бентонитовая глина, песок, щебень фракции 5-20 мм, вода и добавки. В применяемых рецептурах количество цемента находится в пределах 75-200 кг/м³, бентонита - более 40 кг/м³. Прочность на сжатие выше 1,5 МПа достигается при водовяжущем отношении не более 1,2. Из добавок применяются пластификаторы, жидкое стекло для снижения пористости и повышения химической стойкости, кальцинированная сода для диспергации глинистых частиц, полиакриламид для стабилизации бурового раствора, противоморозные добавки при работах в холодный период. Состав подбирает лаборатория до начала работ, потому что на подземных водах с высокой минерализацией и агрессивностью рецептура, взятая по аналогии, работать не будет.

Может ли завеса задерживать загрязнение, а не только воду?

Бентонит в теле завесы - природный сорбент, и часть загрязняющих веществ задерживается в барьере. Эффективность зависит от химической природы компонента: полярные соединения и ионы сорбируются хорошо, неполярные органические - например, хлорированные углеводороды - существенно хуже. По геомиграционному расчёту одного из объектов устройство завесы сокращало вынос соединений мышьяка и ртути примерно на 80 %, а по остальным компонентам - на 30-50 %, преимущественно за счёт ограничения конвективного переноса. Модификация бентонита поверхностно-активными веществами или ввод активированного угля теоретически улучшают сорбцию неполярных соединений, но на том объекте от них отказались: добавка до 5 % по массе увеличивала стоимость тела завесы примерно наполовину при неподтверждённой эффективности и неизученном влиянии на долговечность глинобетона. Если задача - именно перехват загрязнения, применяют проницаемые реакционные барьеры, которые пропускают воду и удерживают компоненты.

В каком разделе проектной документации разрабатывается ПФЗ?

Место в составе документации по постановлению Правительства РФ № 87 зависит от назначения завесы. Для инженерной защиты территории решения обосновываются в разделе 2 «Схема планировочной организации земельного участка» - подпункт «д» пункта 12 требует описания решений по инженерной подготовке и защите территории. Конструкции завесы как сооружения идут в раздел 4 «Конструктивные и объёмно-планировочные решения», технология и организация работ - в раздел 6 «Проект организации строительства». Для объектов размещения отходов и объектов накопленного вреда завеса входит в состав проекта рекультивации или ликвидации вместе с экраном, дренажом и системой мониторинга. На сложных объектах мы выпускаем отдельный том противофильтрационной завесы с фильтрационными расчётами, планами, разрезами и технологическими схемами - так расчёты и графика по завесе лежат в одном томе, и эксперту не приходится собирать их по трём разделам.

Какие исходные данные нужны для проектирования завесы?

Материалы инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий по трассе будущей завесы с достоверным положением кровли водоупора и его мощностью, результаты опытно-фильтрационных работ или лабораторные определения коэффициентов фильтрации по каждому инженерно-геологическому элементу, данные режимных наблюдений за уровнями, химический анализ подземных вод и грунтов на агрессивность, топографическая съёмка и сведения о существующих коммуникациях. Для объектов размещения отходов дополнительно нужны состав и мощность техногенных отложений и данные о составе фильтрата. Если данных не хватает - а чаще всего не хватает именно положения водоупора по трассе, - мы составляем программу дополнительных изысканий: разведочные скважины по створу, опытные откачки, геофизический профиль.

Обсудить вашу задачу

Пришлите исходные данные - оценим объём задачи, предложим состав работ и сроки в течение одного-двух рабочих дней.

Получить консультацию