Лаборатория геологии техногенных процессов
Воронкевич С.Д., Евдокимова Л.А., Емельянов С.Н., Максимович Н.Г., Сергеев В.И. Создание противофильтрационной завесы высокой плотности в гипсоносных карбонатных породах основания Камской ГЭС // Строительство на закарстованных территориях: Тез.докл.Всесоюз.совещ.-М.,1983.-С.123-125. /0,2/
СОЗДАНИЕ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОЙ ЗАВЕСЫ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ В ГИПСОНОСНЫХ КАРБОНАТНЫХ ПОРОДАХ ОСНОВАНИЯ КАМСКОЙ ГЭС
С. Д. Еоронкевич, Л. А. Евдокимова, С. Н. Емельянов, Н. Г. Максимович, В. И. Сергеев
Строительство напорных гидротехнических сооружений на гипсоносных породах требует надежных противофильтрационных мероприятий с целью предохранения гипса от растворения в процессе эксплуатации сооружения. В практике гидротехнического строительства известны случаи, когда растворение гипса в основании плотин приводило к их разрушению, как например, плотины Сент-Френсис в США. В последние годы проблемы, связанные с наличием в основании гипса, возникали на строящихся или проектируемых плотинах таких как Рогунская, Ирганайская, Нижне-Кафирниганская в СССР, Хадата в Ираке.
Камская ГЭС с напором 21 м, построенная в 1954 году, является первым в СССР крупным объектом, содержащим в основании гипс. В зону влияния ГЭС входят сульфатно-карбонатные породы (P2sol) мощностью 40—45 м, перекрытые сверху терригенными отложениями (P2ss) мощностью 5—10 м. Сульфатно-карбонатные породы содержат гипс в различных формах: в дисперсном состоянии, в виде кристаллов, заполнителя трещин, прослоев и линз мощностью до 0,5 м. Содержание гипса по весу в отдельных пластах достигает 35%. Ниже залегает толща ангидритов (P1ir). Моноклинальное залегание пород с углом падения около 1° обуславливает их погружение в сторону нижнего бьефа. В естественных условиях на участке створа плотины отсутствовали условия для развития карста, так как при данном залегании пород происходила разгрузка высокоминерализованных подземных вод из нижележащих водоносных горизонтов в долину реки, а сверху гипсоносные породы перекрыты слабоводопроницаемыми в вертикальном направлении терригенными отложениями.
Учитывая возможность растворения гипса в основании ГЭС при изменении гидрогеологических условий после создания водохранилища, проектом был предусмотрен ряд противофильтрационных мероприятий: водонепроницаемый понур, вертикальный дренаж для перехвата пресных вод, фильтрующихся из водохранилища, многорядная цементационная завеса При создании завесы удалось снизить удельное водопоглащение до 0,1—0,05 л/мин. Более низкие значения получить не удалось, ввиду того, что цементные суспензионные растворы не могут проникать в трещины с раскрытием менее 0,1 мм. Как показали режимные гидрохимические и гидродинамические наблюдения, при таком остаточном удельном водопоглощении через некоторое время появились признаки выщелачивания гипса, что привело к падению процента гашения напора на завесе на отдельных участках до 3—5% при проектной величине 33%
Для повышения плотности цементационной завесы, в Проблемной лаборатории Геологического факультета МГУ был разработан химический гелеобразующий раствор, обладающий начальной вязкостью близкой к вязкости воды. Раствор, называемый щавелевоалюмосиликатным, готовится из двух составляющих — силиката натрия (жидкого стекла) и комплексного отвердителя, представляющего водный раствор сернокислого актиния и щавелевой кислоты. Нагнетание раствора в тело цементационной завесы производилось из инъекционных скважин, пройденных в один ряд из цементационной потерны. Длина фронтального участка завесы составляет 465 м. Расстояние между скважинами 1,5 м, их глубина 26 м. Скважины обрабатывались четырьмя очередями путем поэтапного снижения расстояний между ними до проектного. Инъекция проводилась нисходящими зонами мощностью 3—7 м. Выполнены также две боковые завесы длиной около 100 м каждая. Плотность завесы определялась гидроопробованием контрольных скважин.
Благодаря высокой проникающей способности раствора получен существенный тампонажный эффект. Удельное водопоглощение на завесе не превышает 0,005 л/мин., а на некоторых участках снизилось до нулевых значений. Это в свою очередь привело к увеличению процента гашения напора на завесе к 1980 г. по сравнению с 1973 г. (до начала работ) в 1-й секции с 25,4 до 37,2, во 2-й секции с 5,9 до 23,3, в 3-й секции с 12,5 до 33,2. Вопрос коэффициент устойчивости плотины на сдвиг. Следует отметить, что гашение напора на завесе растет во времена, в то время как после цементации, как отмечалось выше, оно снижалось.
В соответствии с имеющимися представлениями после окончания инъекции в закрепляемом массиве определенное значение могут иметь физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии геля и раствора с породами и подземными водами, усиливающие тампонажный эффект данной рецептуры. Проведенными исследованиями установлено, что главными из таких процессов являются: 1) гелеобразование неотвержденного в зоне разбавления силиката натрия под действием коагулирующего влияния минерализованных подземных вод, характерных для сульфатно-карбонатных массивов; 2) переход в твердую фазу компонентов отвердителя, не участвующих в реакции гелеобразования, при взаимодействии с подземными водами; 3) взаимодействие гипса с разбавленным инъекционным раствором с образованием на его поверхности пленок, уменьшающих фильтрующее сечение трещин и предохранявших гипс от растворения.
Выполненные работы позволяют сделать следующие выводы.
1. Многолетний опыт эксплуатации Камской ГЭС показывает, что при проектировании напорных гидротехнических сооружений на гипсоносных трещиноватых основаниях необходимо предусматривать в комплексе противофильтрационных мероприятий создание завес высокой плотности с применением методов химического инъекционного уплотнения пород.
2. Использованный на Камской ГЭС щавелевоалюмосиликатный раствор обладает необходимыми технологическими свойствами, обуславливает процесс самоуплотнения завесы во времени за счет физико-химического взаимодействия с подземными водами и гипсом, оказывает положительное влияние на устойчивость гипса к растворению.
3. Опыт, накопленный при создании высокоплотной завесы в основании Камской ГЭС, позволяет рекомендовать щавелевоалюмосиликатный раствор для широкого применения при создании противофильтрационных завес в трещиноватых породах, содержащих гипс.
|
|
|
