Основные принципы устройства и конструктивные особенности золоотвалов в зоне распространения вечной мерзлоты

Северные территории наиболее чувствительны к загрязнению, что предъявляет особо высокие требования к надежности всех конструктивных элементов накопителей. Тип и конструкция ограждающей дамбы определяются рельефом площадки, криогенным строением и другими мерзлотно-геологическими особенностями основания, климатическими условиями района строительства, прогнозом теплового взаимодействия накопителя и мерзлых пород основания, условиями эксплуатации и другими факторами.

По мерзлотно-геологическим особенностям, криогенному строению и чувствительности к тепловому воздействию выделяют следующие типы оснований:

тип А – мерзлые или частично талые основания, сложенные относительно прочными и слабо-трещиноватыми скальными породами, прочностные, деформативные и фильтрационные свойства которых практически не изменяются при нарушении первичного криогенного строения и естественного температурного поля массива;

тип Б – мерзлые скальные и полускальные основания, характеризующиеся значительной трещиноватостью и льдонасыщенностью в верхней выветренной зоне; оттаивание таких оснований сопровождается заметной осадкой и резким возрастанием водопроницаемости после вытаивания льда в трещинах;

тип В – основания, сложенные плотными нескальными, в частности крупнообломочными, грунтами, оттаивание которых не сопровождается тепловой осадкой и резким изменением прочностных, деформативных и фильтрационных свойств;

тип Г – основания, образуемые толщей рыхлых, льдонасыщенных аллювиально-делювиальных четвертичных отложений ограниченной мощности, подстилаемых слабопроницаемыми и непросадочными после оттаивания породами;

тип Д – основания, характеризующиеся особо сложными мерзлотногрунтовыми условиями – наличием мерзлых льдонасыщенных отложений значительной мощности с крупными включениями подземного льда; оттаивание таких оснований в зоне теплового влияния накопителя сопровождается значительной осадкой и эрозионно-термокарстовыми процессами, резким снижением прочности и развитием интенсивной фильтрации в оттаивающих грунтах.

Исходя из особенностей грунта, ограждающие дамбы проектируют с сохранением мерзлого состояния грунта под низовым откосом и центральной частью профиля дамбы, либо с допущением оттаивания. Исходя из этого, назначается тип дамбы – мерзлый или талый.

Особенности дамбы мерзлого типа:

·  мерзлое состояние центральной части её профиля, низового откоса и основания, достигаемое естественным промораживанием слоев отсыпаемого или намываемого грунта либо с помощью охлаждающих устройств – воздушных замораживающих колонок и термосифонов.

·  отсутствие неконтролируемой фильтрации через промороженную дамбу и в основании; подрусловые талики должны быть полностью проморожены до начала заполнения емкости;

·  оттаивание основания верхового клина.

Особенности дамбы талого типа:

·  естественное оттаивание основания под дамбой в течение всего периода эксплуатации накопителя;

·  необходимость предпостроечного оттаивания зон льдонасыщенных грунтов и подземных льдов при строительстве дамбы;

·  увеличение водопроницаемости грунтов в оттаивающих зонах после разрушения их естественной криогенной текстуры;

·  необходимость противофильтрационного закрепления или уплотнения оттаивающих грунтов;

·  глубокое сезонное или многолетнее промерзание низового откоса, определяющее необходимость тепловой изоляции дренажей и борьбы с морозным пучением и трещинообразованием;

Дамбу талого типа целесообразно проектировать на основаниях типа А, Б или В, оттаивание которого не сопровождается значительным снижением несущей способности и возрастанием водопроницаемости грунтов в процессе эксплуатации накопителя. Для возведения дамбы талого типа на основаниях типа Г и Д, требуется проведения предпостроечной тепловой мелиорации, уплотнения или замены термопросадочнои толщи льдистых грунтов по всей площади основания дамбы что может оказаться нецелесообразным по технико-экономическим соображениям и по условиям эксплуатации накопителя.

Дамбу мерзлого типа можно проектировать на любом вечномерзлом основании. Основным условием является отсутствие незаполненных льдом трещин, пустот и зон сыпучемерзлых рыхлых грунтов, по которым возможно возникновение сосредоточенной фильтрации.

Рисунок 1 – принципиальная схема накопителя мерзлого типа с естественным послойным промораживанием намывного массива.

1 – первичная ограждающая дамба мерзлого типа; 2, 3 – мерзлые и талые намывные отложения; М, Т – мерзлая и талая зоны

После выбора типа дамбы, намывной массив возводится по тому же принципу что и дамба. Сочетание намывного и мерзлотного принципов по длине и высоте сооружения не допускается.

Основные схемы ограждающих дамб приведены на рисунках 2-6.

Рисунок 2 – Рекомендуемая схема первичной ограждающей дамбы

1 – однородное тело дамбы из связного грунта; 2, 3 – защитный слой и дамбочки наращивания из крупнообломочных грунтов; 4 – намывные отложения; 5 – граница мерзлой зоны в дамбе мерзлого типа в момент начала намыва; 6 – термосифоны (для варианта дамбы мерзлого типа)

Рисунок 3 – Рекомендуемая схема первичной ограждающей дамбы

1 – ядро из связного грунта; 2, 3 – упорные призмы и дамбочки наращивания из крупнообломочных грунтов; 4 – защитный слой; 5 – намывные отложения

Рисунок 4 – Рекомендуемая схема первичной ограждающей дамбы

1 – мерзлое ядро из связного грунта; 2 – термосифоны мерзлотной завесы; 3 – низовая призма из каменной наброски; 4, 5 – верховая призма и дамбочки наращивания из крупнообломочных грунтов; 6 – намывные отложения

Рисунок 5 – Рекомендуемая схема первичной ограждающей дамбы

1 – песчаное ядро и диафрагма из пленки; 2 – зуб из суглинка; 3, 4 – упорные призмы и дамбочки наращивания из крупнообломочных грунтов; 5 – намывные отложения