ЛОС обычно представляют собой целый комплекс очистных установок и всевозможных систем для того, чтобы принимать и очищать не только бытовые или хозяйственные стоки, но и сбросы в жидком виде от различных производств, промышленных предприятий или организации, а также сточные воды от ливневой канализации, талые или грунтовые воды.

Локальные очистные сооружения принято относить к разряду двух типов сооружений:

• состоящие в составе городской централизованной канализационной сети – обрабатывают сточные воды и направляют их в городские канализационные сети;
• являющиеся автономным образованием – обслуживает канализационную систему той или иной автономной канализации пансионата, санатория, частного дома, т.е. тех зданий, которые расположены на большом расстоянии от централизованной городской канализационной сети, к которой нет никакой возможности подключиться.

Промышленные ЛОС, судя по названию, обрабатывают и перерабатывают сточные воды, отходящие от различного вида производств, заводов, фабрик или каких-либо цехов, то есть, промышленных предприятий.

Они представляют собой городские канализационные масштабные сооружения, построены на специально отведенных местах за городской чертой, окружены санитарной зоной, на территории которой нельзя проживать, устраивать пикники и прочие мероприятия по отдыху.

Такие сооружения обязательно обслуживаются специальным техническим персоналом, оборудованием, и некоторые устройства системы требуют электропитания: насосы, аэротенки и прочие приспособления для чистки стоков.

Локальные очистные сооружения как автономные образования имеют уже гораздо меньшие габаритные размеры и, соответственно, наименее масштабные задачи. Такие ЛОС призваны обслуживать объекты сброса сточных хозяйственно-бытовых и промышленных отходов значительно меньших объемов, параметров и значений.

Рисунок 1. Городские канализационные ЛОС

ЛОС автономного образования выглядят менее масштабно, чем ЛОС городских сетей, а потому и называются несколько иначе:

• септики;
  
• аэротенки;
  
• биофильтры.
  

Эти установки обязательно должны дополняться фильтрационными сооружениями или приспособлениями, чтобы очищенная вода достигала наиболее высокой оценки очистки от 98 до 100%. Самостоятельно эти ЛОС могут существовать лишь для неполного цикла очищения сточных вод.[4]

Принцип работы ЛОС

Большинство ЛОС работают на многоступенчатом способе очищения сточных вод:

• механической;
• биологической;
• физико-химической;
• доочистительной.

В городских ЛОС первой ступенью всегда является механическая, где происходит улавливание и отстаивание механическим способом нерастворимых или плохо растворимых частиц, которые тяжелее водной массы.

Если ЛОС обслуживает ливневую канализацию или промышленную, то на первом этапе стоки будут очищаться от песка, камней, полиэтилена, стекла, волокнистых частиц и прочих видов мусора.

Механическая очистка стоков

Механическая обработка канализационных вод призвана обрабатывать исключительно «черные» стоки – так называемые первичные канализационные хозяйственно-бытовые или промышленные стоки, попадающие в первый отсек канализационного очистного сооружения.

Первый этап задержки и уловления мусора, позволяет ему не просто накапливаться в резервуарах через специальные решетки, но также и скапливается в резервуарах, корзинах и емкостях.

После того как тряпки, полиэтилен и прочий мусор накопится в корзинах, он отправляется в буккер, откуда вывозится на специальные полигоны или в цеха, оборудованные дробилками, которые мелко дробят мусор.

После дробления мусор может проходить следующие этапы сухой очистки. Тяжелые по весу камни, стекла, песок осаждаются на дне резервуаров, которые называются отстойниками-песколовками.

А вот вода, очищенная от крупных фракций мусора, перетекает в другой отсек, где проходит следующий этап механической обработки – очищение от плотных по структуре веществ типа нефтепродуктов и масел.

Благодаря легковесности жиров и нефтепродуктов, эти взвеси всплывают на поверхность, направляются потоками воздуха в специальные емкости, где накапливаются, образуя корку, а затем легко удаляются тем же механическим способом.

Отстойники для жироулавливания используются разного плана и параметров. Это могут быть широкомасштабные горизонтальные сооружения прямоугольной формы, изготовленные из железобетона или кирпича. А могут быть и круглые, цилиндрические приспособления в виде колодцев, пристроенных к приемным резервуарам.

Именно такие колодцы удобнее всего применять для жироулавливания потому, что в таких колодцах лучше всего жировые отложения накапливаются и поднимаются кверху, образуя корку, откуда потом и удаляются. Эти колодцы представляют собой конусообразные емкости с устроенными по периферии сборными желобами, по которым стекают в емкость нефтепродукты и жировые включения.

Биологическая очистка стоков

Вода, которая уже прошла очищение от тяжелых стоков называется «серыми» стоками. Эти серые стоки теперь обязательно должны пройти биологическую обработку колониями бактерий, которые способны переработать канализационную жидкость до такой степени, что она превратится в ил и воду.

Выглядят такие установки в виде септиков-отстойников, внутри или возле которых не установлены какие-либо дополнительные конструкции или устройства, как круглые искусственные пруды или открытые резервуары с активным илом, в котором содержаться необходимые микроорганизмы, обеспечивающие естественный ход очищения сточной воды.

Здесь очищение стоков происходит не до конца, а потому степень очистки после биологических прудов не высока. К тому же в зимнее время очищение на таких прудах при помощи бактерий невозможно, поэтому зимой применяются такие приспособления как аэротенки или биофильтры.

Органическая среда, присутствующая в активном иле, весьма требовательна к стокам, которые имеют следующие нежелательные включения или содержание:

• обязательное наличие в стоках питательных для бактерий веществ – воды должны быть грязными и содержать органические отходы, а агрессивная химическая среда стоков может убить жизнетворные бактерии некоторых видов;
• нежелательные типы загрязнений должны максимально отсутствовать в стоках, которые необходимо обработать бактериям – к таким загрязнениям может относиться хлорсодержащие, щелочные, кислотные и другие агрессивные химические вещества;
• обязательно должна выдерживаться необходимая для жизнедеятельности температура сточных вод – при температуре ниже +5˚С и выше +60˚С множество видов бактерий погибают;
• для аэробных бактерий обязательна оптимальная концентрация кислорода, а для анаэробных – практически полное отсутствие кислорода.

Локальные биофильтры в обязательном порядке содержат биосубстрат колоний бактерий, которые расположены в самом фильтре. Биологическая очистка стоков проходит также как и механическая, в несколько стадий, при которых идет постепенное очищение от таких веществ, содержащихся в воде, как: БПК (биологическое потребление кислорода), ХПК (химическое потребление кислорода), аммонийный азот, нитраты, нитриты, и прочие вредные вещества, которые наличествуют в очищаемых стоках.

Наиболее показательным преимуществом аэротенков и биофильтров по сравнению с искусственными прудами-отстойниками или септиками, является их высокая производительность в плане очистки стоков до наивысшей степени – 100%.

К тому же в биофильтрах, как и в аэротенках, стоки могут спокойно обрабатываться и зимой, а на прудах такая обработка невозможна в виду низких температур. Зато преимуществом септиков или очистительных прудов является неприхотливость их конструкций и сравнительная дешевизна установки и ее эксплуатации. [5]

Физико-химическая обработка стоков

После биологической очистки значительно осветленная вода попадает на такие сооружения, где она подвергается непосредственной обработке всевозможными химическими составами.

Этот этап очистки необходим потому, что в воде после обработки бактериями могут еще оставаться мелкие растворенные частицы, которые не пригодны для переработки бактериями.

Этими веществами могут быть: остатки нефтепродуктов, остатки продуктов распада пищевых отходов, кусочки нерастворенных частиц любого материала и другие мелкие включения.

После того как они к себе притянули частички они начинают слипаться друг с другом, образуя комки, а в некоторых случаях хлопья. Образовавшиеся комки и хлопья с успехом осаждаются на дно емкости ЛОС.

Химическая обработка стоков происходит в два этапа:

• смешение с реагентами;
• хлопьеобразование.

При смешении с реагентами создаются специальные рН условия, а также требуемая жесткость воды, чтобы эффект захвата частиц и образования комков или хлопьев коагулянтами или флокулянтами был наиболее эффективен.

Смешение реагентов с водой происходит либо при помощи гидравлических механизмов, либо при помощи механических усилий.

Вода, таким образом, еще более осветляется и очищается и попадает в следующие резервуары для прохождения полного цикла очищения. Накопившиеся хлопья и комки из камеры удаляются и утилизируются. [6]

Доочистка стоков

На последнем этапе доочистки стоков осветленная или очищенная на 95-98% вода проходит окончательную обработку через специальные сорбирующие фильтры, достигая после обработки 100% степени очистки.

На этапе доочистки вода проходит:

• дезинфекцию – удаление остатков бактерий, которые вредны для здоровья человека при помощи хлора или УФ-лучей;
• обеззараживание – удаление химических веществ в виде остатков реагентов при помощи хлора или УФ-лучей;
• микрофильтрация – прочистка от мелких остатков реагентов или бактерий;
• фильтрация через сорбционные фильтры – вода очищается путем отделения от нее сорбционными веществами остатков вредных частиц или молекул.

Очищенная и обезвреженная вода полностью соответствует всем санитарным и экологическим нормам и может свободно использоваться в технических, хозяйственных работах, кроме пищевой промышленности и употребление такой воды как питьевой (она непригодна для питья). Также такую воду можно спокойно сбрасывать в водоемы, пруды или реки – она совершенно безвредна для окружающей природной среды.

Очистные сооружения ливневых стоков

Сточные воды имеют в своем составе достаточно много примесей природного состава, а также и химические включения, если на пути протекания ливневой канализации попадаются различные поверхности с содержанием химических покрытий или составов.

Все ЛОС для ливневых канализаций имеют достаточно высокую продуктивность и могут очищать стоки до 98%, что составляет наивысшую оценку по очищению стоков.

Также канализационные сооружения включают в себя и емкости-отстойники, где образуется осадок не только от твердых частиц типа камней, стекол, веток деревьев и прочего мусора, но также и мелких частиц, которые намываются путем движения потоков талых и ливневых вод.

Кроме бытовой ливневой канализации существует также и промышленная ливневая канализация. Такие ЛОС очищают стоки не только дождевых или талых вод, но и другие.

Например, эти очистные сооружения могут обслуживать такие объекты, как: автомойки, промышленные предприятия, заводские территории, парковочные площадки и автостоянки, территории развлекательных центров, территории бизнес центров, территории комплексов для отдыхающих и туристов и территории поселков и частных домов, в том числе.

Рисунок 2. промышленная ливневая канализация

Системы ливневых канализаций состоят из следующих элементов: распределительный колодец, пескоуловитель, нефтеуловитель или масло-бензоотделитель, сорбирующий фильтр, контрольный колодец для отбора проб очищенной воды.

Все эти конструкции могут быть монтированы и установлены как в виде раздельных емкостей, собранных в единую канализационную систему, так и находиться внутри одной большой емкости, которая называется станцией глубокой очистки ливневых стоков.

При монтаже всегда должны выполняться все условия, которые не просто сохранят сооружение от всевозможных вредных воздействий, но также и дадут отличную возможность ему работать наиболее длительное время без сбоев. [8]

Конструктивное описание подземных резервуаров ЛОС, предназначенных для сбора очистки поверхностных дождевых сточных вод, отводимых с площадки проектируемой автопарковки для стадиона в г.Краснодар

При проектировании строительных конструкций учтены геологические, гидрогеологические и сейсмические условия площадки строительства, способы возведения сооружения, которые рассматриваются в разделе организации строительства, а также требования всех действующих нормативных документов.

Конструкции подземных резервуаров ЛОС запроектированы из монолитного железобетона В20; F100; W6. Армирование выполнено отдельными стержнями стержневой арматурой класса АI(А240) и АIII (А400) по ГОСТ 5781-82. Поперечное сечение резервуаров имеет сложное пространственное построение.

Внутренние размеры и габариты помещений назначены исходя из их технологической взаимосвязи и предназначения, габаритных размеров и производительности размещаемого в них технологического оборудования.

Конструктивно сечение резервуаров представляет собой замкнутую многопролетную раму. Опирание плиты перекрытия на стены – шарнирное. Примыкание стен к плите днища – жесткое.

Конструктивная жесткость узлов примыкания обеспечивается соответствующим армированием. Толщина стен и плит днища и перекрытия приняты 300 мм.

В основании плиты днища предусмотрено устройство щебеночной подготовки (втрамбовыванием щебня фр. 20-40 мм в грунт основания) толщиной 100 мм. Поверх щебеночной выполняется устройство бетонной подготовки (кл. В7,5) толщиной δ=100 мм.

Для защиты от негативного влияния инфильтрации атмосферных осадков и подъема уровня грунтовых вод в конструкции подземного железобетонного резервуара предусмотрено устройство замкнутого контура гидроизоляции – нанесением по подготовленной бетонной поверхности осмотического гидроизоляционного состава на цементной основе Российского производства типа «Idrosilex PRO» за 2 раза. Данная гидроизоляция обладает высокой механической прочностью и растяжимостью и не требует устройства защитных слоев после ее нанесения при установке арматуры днища и выполнения обратной засыпки пазух котлованов и на плите перекрытия.

Подземный резервуар ЛОС выполнен в виде двух сблокированных смежными стенами конструктивно независимых объемов, разделенных деформационным сейсмическим осадочным швом толщиной 30 мм на два раздельных блока.

Разделение на два раздельных конструктивных объема продиктовано технологической компоновкой очистного сооружения из двух разнозаглубленных технологических групп помещений, значительной длиной подземного резервуара (около 30 м), что не допустимо при сейсмичности 8 баллов и особенностью инженерно-геологического строения грунтового напластования в основании днища разнозаглубленных секций. [3]

Расчет очистных сооружений

В соответствии с Рекомендациями по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты, поверхностные сточные воды с проезжей части автомобильных дорог I категории, поступающие в сеть дождевой канализации, имеют следующие показатели по концентрации загрязнений у дождеприемника:

• взвешенные вещества в дождевых стоках – 400 мг/л;
• БПК5 – до 30 мгО₂/дм³.
• нефтепродукты – 40 мг/л.

Во время продолжительного дождя только первые порции поверхностного стока имеют высокие показатели по загрязняющим веществам. Далее в сеть поступают условно чистые воды с незначительным содержанием загрязняющих веществ.

В соответствии с п. 2.20 СНиП 2.04.03-85 максимальный, подлежащий очистке расход дождевого стока, отправляемый на очистку q_lim, определен согласно п. 2.11 при периоде однократного превышения интенсивности предельного дождя Р_lim = (0,05 – 0,1) года, обеспечивающем отведение на очистку не менее 70% годового объема поверхностных сточных вод.

Определение среднегодового объема поверхностных сточных вод

Среднегодовой объем поверхностных сточных вод (W_г) в м³ определяется по формуле (4) п.7.2.1 «Свод правил…»

W_г = W_д +W_т+W_м

,где W_д ,W_т ,W_м – среднегодовой объем дождевых, талых и поливо-моечных вод соответственно, м³.

Дождевые и талые сточные воды с территории промплощадки очищаются на локальной установке и собираются в сборнике чистых стоков. Полив территории осуществляется водой из данного сборника. В связи с этим объем поливомоечного стока в общий объем стока с территории не включается.

Среднегодовой объем дождевых W_д и талых W_т вод, стекающих с площадки АЗС определяется по формуле (5), (6) п.7.2.2 «Свод правил…»

W_д = 10хh_дxψ_дхF

W_д = 10хh_тxψ_тхF

,где F – площадь стока, F=16 га (с учетом перспективной застройки);

h_д – слой осадков, за теплый период года, определяется по СП 131.13330, h_д = 393 мм;

h_т – слой осадков, за холодный период года, определяется по СП 131.13330, h_т = 293 мм;

ψ_д – общий коэффициент стока дождевых вод, определяется как средневзвешенная ведичина в зависимости от постоянных значений коэффициента стока ψ_i для площадей стока с разными видами поверхностей, согласно указаниям п.п. 7.2.3.-7.2.4 таб.7 «Свод правил…». Расчет общего коэффициента стока дождевых вод (ψ_д).

ψ_т – общий коэффициент стока талых вод, согласно п.7.2.5 «Свод правил…», ψ_т= 0,5.

Таблица 3 – Расчет общего коэффициента стока дождевых вод (ψ_д)

W_д = 10хh_дxψ_дхF= 10х368х0,73х16=42982,4 м³/год

W_т = 10хh_тxψ_тхF= 10х293х0,5х16=23440 м³/год

Общий годовой объем поливомоечных вод (W_м),
м³, стекающих с площади стока, определяется по формуле:

W_м = 10m k F_м Y_м,

,где т − удельный расход воды на мойку дорожных покрытий (как правило, принимается 0,2−1,5 л/м² на одну мойку);

k − среднее количество моек в году (для средней полосы России составляет около 150);

F_м − площадь твердых покрытий, подвергающихся мойке, га(7,92 м²);

Y_м − коэффициент стока для поливомоечных вод (принимается равным 0,5).

W_м = 10хm хkх F_мх Y_м= 10х0,2х150 х7,92х0,5=1188 м³/год

Тогда средний годовой объем поверхностных сточных вод с территории составляет:

W_г = W_д +W_т +W_м = 42982,4+23440+1188=67610,4 м³/год

Определение расчетных объемов поверхностных сточных вод при отведении на очистку

Объем дождевого стока от расчетного дождя (W_оч) в м³ определяется по формуле (8) п.7.3.1 «Свод правил…»

W_оч = 10хh_aхFxψ_mid

,где F – площадь стока, F = 16 га;

h_a – максимальный слой осадков за дождь, h_a = 10 мм;

ψ_mid – средний коэффициент стока для расчетного дождя, (определяется как средневзвешенная величина в зависимости от постоянных значений коэффициента стока ψ_i для разного вида поверхностей по данным таблицы 14 п.7.4.7 «Свод правил…»). Расчет ψ_mid приведен в таблице 4.

Таблица 4 – Расчет среднего коэффициента стока дождевых вод (ψ_mid)

Таким образом общий объем составляет:

W_оч = 10х10х16×0,865=1384 м³.

Максимальный суточный объем талых вод

Максимальный суточный объем талых вод (W_т.сут) в середине периода снеготаяния определяется по формуле(9) п.7.3.5 «Свод правил…»

W_т.сут = 10хh_т.р.хах ψ_тхFхК_у

где F – площадь стока, F = 16 га;

h_т.р – слой осадка заданной повторяемости, h_т.р= 5,5 мм ( определяется по карте районирования снегового стока)

а – коэффициент, учитывающий неравномерность снеготаяния, а = 0,8

К_у = 1-F_у/F = 1- F_у/F=1-8/16= 0,5;

,где F_у – площадь, очищаемая от снега

W_т.сут = 10х5,5х0,8х0,5х16х0,5 =176м³/сут. [2]

Объем резервуара накопителя поверхностных сточных вод составляет W=1400м3

Производительность очистных сооружений рассчитываемая по дождевому стоку Q ос,д л/c определяется по формуле:

Q _Ос.Д = Wо_с,д×W_тп /3.6(T_оч-T_отст-T_тп)

где: Q_{Ос Д} − расчетный расход поверхностного стока при отведении на очистку (расчетная производительность блока очистки сооружений поверхностных сточных вод), л/с;

Wоч − объем дождевого стока от расчетного дождя, отводимого на очистные сооружения, м3;

Wт.п − суммарный объем загрязненных вод, об-разующихся при обслуживании технологичес-кого оборудования очистных сооружений в те¬чение нормативного периода переработки объ¬ема дождевого стока от расчетного дождя, м3;

Точ − нормативный период переработки объема дождевого стока от расчетного дождя, отводимого на очистные сооружения с селитебных территорий и предприятий, ч;

Тотст − минимальная продолжительность отстаивания поверхностных сточных вод в аккумулирующем резервуаре, ч;

Тт.п − суммарная продолжительность технологических перерывов в работе очистных сооружений в течение нормативного периода переработки объема дождевого стока от расчетного дождя, ч.

Q _Ос.Д = 1400-60/3.6×(24-4-1) =19,6 л/с. [1]

Выводы:

1. Выполненные расчеты для сбора и очистки поверхностных дождевых сточных вод, отводимых с площадки проектируемой автопарковки для стадиона в г.Краснодар показали, что производительность локальных сооружений должна быть не менее 19,6 л/с.
   
2. В соответствии с полученными расчетами были предложена конструкция локальных сооружений автономного образования с механической очисткой.

Сущность технологии заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания грунта с цементным раствором в режиме «mix-in-place» (перемешивание на месте). После твердения раствора образуется новый материал – грунтобетон, обладающий высокими прочностными и деформационными характеристиками.

По сравнению с традиционными технологиями инъекционного закрепления грунтов струйная цементация позволяет укреплять практически весь диапазон грунтов – от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и илов. Другим важным преимуществом технологии является чрезвычайно высокая предсказуемость результатов укрепления грунтов.[1]

Область применения технологии.

Наиболее широкое применение технологии:

– устройство одиночных свайных фундаментов;

–устройство ленточных фундаментов и сплошных фун-даментных плит из взаимно пересекающихся грунтоцементных свай;

– сооружение подпорных стен для повышения устойчивости склонов и откосов;

– закрепление слабых и обводненных грунтов вокруг строящихся подземных городских сооружений – колодцев, коллекторов, тоннелей.

– сооружение противофильтрационных завес.

К преимуществам технологии относится:

– высокая скорость сооружения грунтоцементных свай;

– возможность работы в стесненных условиях – в подвальных помещениях вблизи существующих зданий, на откосах и т.д. В этом случае на объекте устанавливается только малогабаритная буровая установка, а весь инъекционный комплекс располагается на более удаленной удобной площадке;

– отсутствие ударных нагрузок, так как в отличие от забивания железобетонных свай устройство грунтоцементных свай не сопровождается негативным ударным воздействием на фундаменты близко расположенных зданий и сооружений. [2]

Сущность технологии.

Устройство свай из грунтобетона выполняют в два этапа – в процессе прямого и обратного хода буровой колонны.

Во время прямого хода производят бурение лидерной скважины до проектной отметки. Буровой раствор поступает через открытый клапан в буровой наконечник для удаления шлама в процессе бурения. В качестве бурового раствора используется вода, бентонитовый или цементный раствор.

В процессе обратного хода в сопла монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны, подают под высоким давлением цементный раствор и начинают подъем колонны с одновременным её вращением.

При создании высокого давления прямой клапан закрывается, преграждая проникновение цементного раствора в буровой наконечник, поэтому весь цементный раствор поступает исключительно в сопла монитора.

Основные этапы технологии представлены на рис.1.

Рис.1. Основные этапы технологии.

а-прямой ход, б, в, г-обратный ход, д-установка арматуры.

В настоящее время существует три основных разновидности технологии.

Однокомпанентная технология JET-1. В этом случае разрушение грунта производят струей цементного раствора. Давление нагнетания раствора 400-600 атм. В процессе размыва грунта происходит его перемешивание с цементным раствором. После твердения образуется новый материал – грунтоцемент, обладающий по сравнению с первоначальным грунтом повышенными прочностными, деформационными и противофильтрационными характеристиками. Технология JET-1 наиболее проста в исполнении, требует минимального комплекта оборудования – миксера и цементировочного насоса, однако диаметр получаемых свай является наименьшим по сравнению с другими вариантами технологии. Например, в глинах диаметр колонн не превышает 0,6 м, в суглинках и супесях – 0,7-0,8 м, в песках – до 1,0 м.

Двухкомпонентная технология JET-2. В этом варианте для увеличения длины водоцементной струи используют энергию сжатого воздуха. Для раздельной подачи в монитор цементного раствора и сжатого воздуха применяют двойные концентрические полые штанги. По внутренним штангам подают цементный раствор, а по внешним – сжатый воздух. Монитор также имеет более сложную конструкцию, включающую сопло для водоцементного раствора и дополнительное кольцевое сопло для формирования воздушной рубашки, окружающей струю. Воздушная рубашка, защищающая водоцементную струю, резко снижает сопротивление окружающей среды по боковой поверхности струи и тем самым увеличивает её разрушающее действие. Диаметр получаемых колонн по этой технологии в глинах достигает 1,2 м, в суглинках и супесях – 1,5 м, в песчаном грунте – 2,0 м.

Трёхкомпонентная технология JET-3. Этот вариант отличается от предыдущих тем, что водовоздушная струя используется исключительно для размыва грунта и образования в нём полостей, которые впоследствии заполняются цементным раствором. Преимуществом данного варианта является получение колонн из чистого цементного раствора. К недостаткам следует отнести сложность технологичсекой схемы, требующей применения тройных штанг для раздельной подачи воды, сжатого воздуха и цементного раствора, а также дополнительного технологического оборудования – компрессора и цементировочного насоса. [3]

Графически разновидность технологий приведена на рис.2.

Рис.2. Разновидность технологий струйной цементации

Практическое применение технологии «Jet-grouting» на примере искусственного водопонижения подземного резервуара в г.Краснодар.

Подземный монолитный железобетонный резервуар состоит из двух объемов, разделенных между собой деформационным швом (Рис.3)

Объем №1 (в осях А-Ж/1-2) имеет размеры в плане 21,5 х 20,6 м, среднюю габаритную высоту – 5,7 м. Объем резервуара – 2500 м³, железобетонных вес конструкций – 1450 т, приведенная плотность – 0,58 т/м³, площадь опирания – 443 м^2, давление на грунт в незаполненном состоянии – 3,27 т/м².

Объем №2 (в осях А-Ж/3-4) имеет размеры в плане 21,5 х 8,1 м, среднюю габаритную высоту – 4,15 м. Объем резервуара – 720 м³, железобетонных вес конструкций – 430 т, приведенная плотность – 0,60 т/м³, площадь опирания – 175 м^2, давление на грунт в незаполненном состоянии – 2,45 т/м². Глубина заложения объема №1 составляет 6,0 (23,0) м, глубина заложения объема №2 4,2 (24,8) м от существующей поверхности земли. Согласно проектной документации расчет резервуара по условиям всплытия в незаполненном состоянии не производился, дополнительная анкеровка в грунт не предусматривалась.

Согласно данных инженерно-геологических изысканий резервуар расположен в массиве суглинков, изначально по консистенции находящихся в полутвердом состоянии.

В период изысканий (октябрь 2015 г) подземные воды вскрыты на глубине 6,5 м, установились на глубине 5,2 м, что соответствует абсолютным отметкам 23,25-23,30 м.

Питание горизонта грунтовых вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков. В периоды интенсивного выпадения осадков возможно повышение уровня подземных вод на 1,0 м от замеренного, до отметок 24,25-24,30 м и образование вод типа верховодки на глубине 0,5-0,7 м от поверхности земли.

Строительно монтажные работы по устройству резервуара выполнялись в открытом котловане, в качестве выравнивающего слоя основания и выполнения обратной засыпки применена песчано-гравийная смесь. [4]

После выпадение обильных дождевых осадков (январь 2016г.) произошло всплытие обоих объемов резервуара, сопровождающееся развитием кренов в двух направления. Схема развития деформаций, построенная по данным геодезического мониторинга (28.01.2016) приведена на рис.4.

Рис.3. План подземного резервуара с закрепленными точками геодезического мониторинга.

Рис.4. Схема развития деформаций по данным на 28.01.2016 г.

Исходя из условия, что резервуар представляет жесткую конструкцию коробчатого сечения, его собственными деформациями можно пренебречь, в этом случае величина дифферента объема №1 составляет 3,7 град., угол отклонения от продольной оси – 50 град; для объема №2 величина дифферента составляет 2,3 град.

Причина возникновения неблагоприятной ситуации.

В ходе выпадения обильных осадков с большой долей вероятности произошло поднятие уровня подземных вод и смыкание вод зоны аэрации (верховодка) и зоны водонасыщения (грунтовая вода), при этом возникло полное водонасыщение грунта обратной засыпки.

Гидростатическое давление пульпы в этом случае составляет в проектном уровне подошвы объема №1 p_w = 5,28 т/м², объема №2 pw = 3,69 т/м², что в 1,5 раза превышает давление от собственного веса конструкций.

В связи с переходом грунта обратной засыпки в полностью водонасыщенное состояние, его можно рассматривать как «тиксотропную рубашку» и трением по боковой поверхности конструкций о грунт, можно пренебречь.

В этом случае произошло неравномерное всплытие резервуаров и перемещение водогрунтовой пульпы из обратной засыпки в основание.

В основание объема №1 – 450 м³, объема №2 – 130 м³, общий объем – 580 м³, что составляет около 50% от общего объема обратной засыпки в плотном теле – 1130 м³.

Равновесное положение давлений собственного веса конструкций и гидростатического давления воды устанавливается на глубине 4,0 метра для объема №1 и 3,0 метра для объема №2, что в целом соответствует максимальным уровням подъема 2,0 и 1,0 м.

Таким образом фактическое положение резервуара соответствует модели поведения пустотелой конструкции, плавающей в вязкой жидкости. [5]

Техническое решение по устранению неблагоприятной ситуации.

Техническое решение, предложенное специалистами предприятия, заключалось в следующих основных технологических этапах:

1. Удаление обратной засыпки по периметру котлована на глубину до 5,0 метров и устройство угловых приямков (глубиной ниже проектной отметки дна резервуара) для сбора водогрунтовой пульпы. Это позволит снять гидростатическое давление и обеспечит пространство для вытеснения пульпы из под днища.
   
2. Выполнить дифферентовку резервуара по схеме перемещения жидких грузов в отсеках. Для этого при помощи превенторов выполнить перфорацию железобетонного днища резервуара и управляемо заполнить внутренние отсеки резервуара водогрунтовой пульпой
   
3. После выполнение дифферентовки выполняется погружение резервуара равномерным принятием водогрунтовой смеси во все отсеки, через технологические отверстия в железобетонном днище. Управляемое затопления достигается использованием превенторов: Тип 1 – для перфорации днища и Тип-2 для регулирования притока водогрунтовой пульпы. Для установления отрицательной плавучести требуется принятие около 600 м³ водогрунтовой пульпы, общая глубина затопления отсеков около 1,5 метров. В этом случае также создается вертикальное давление на пульпу в основании резервуара и происходит ее выдавливание в дренажную полость по периметру котлована.
   

   После возвращения резервуара в работоспособное состояние необходимо выполнить его анкеровку в грунте, для предотвращения повторного всплытия и стабилизацию грунтов в основания для снижения воздействия гидростатического давления воды на железобетонное днище резервуара.
   

4. Анкеровка резервуара в грунте выполняется с помощью устройства анкерных грунтоцементных элементов ГЦЭа1 и ГЦЭа2 диаметром 0,6м. Длина анкерных ГЦЭа составляет 10,0м.
   

Стабилизация грунтов в основании резервуара предусмотрена путем армирования природного грунта жесткими грунтоцементными цилиндрическими элементами ГЦЭ1 и ГЦЭ2 диаметром 0,6м. Длина элементов ГЦЭ составляет 3,0м.

Грунтоцементные элементы ГЦЭ и анкерные грунтоцементные элементы ГЦЭа выполняются по однокомпонентной технологии струйной цементации грунтов «jet-grouting», основанной на использовании энергии струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания природного грунта с частичным замещением его цементным раствором. Замещенный грунт вместе с цементным раствором в виде пульпы изливается через устье технологических скважин. После твердения образуется новый материал – грунтоцемент, обладающий по сравнению с природным грунтом повышенными прочностными и деформационными характеристиками.

Основные параметры струйной цементации грунтов при производстве работ:

• Бурение технологических скважин ведется колонковым способом с промывкой водой. Диаметр породоразрушающего инструмента – 112мм;
  

• Предварительный размыв полости в грунте водой осуществляется с расходом воды 400л/п.м.;
  
• В/Ц = 1, плотностью (ρ) – 1,51г/см3. Расход цемента на 1п.м элемента – 220кг. Цемент – марка ЦЕМ II/А-П 42.5Н СС по ГОСТ 31108-2003. Для ускорения схватывания раствора применена добавка жидкого стекла по ГОСТ 13078-81 в объеме 1,5% от веса цемента. Цемент ЦЕМ II/А-П 42.5Н СС по ГОСТ 31108-2003 допускается заменять на ПЦ500 по ГОСТ 10178-85.
  
• Давление нагнетания раствора – 450 атм.

Рецептурно-технологические параметры струйной цементации приняты по опыту работы предприятия ООО «Нью Граунд» в аналогичных грунтах и подтверждаются в процессе опытных работ. [6]

Заключение.

В процессе проработки проекта производства работ была достигнута основная цель – привидение железобетонного резервуара в работоспособное техническое состояние в системе «сооружение-основание»; выполнено укреплённое основание под резервуар с его дальнейшей стабилизацией на площадке.

Исходное состояние резервуара и достигнутый результат водопонижения графически представлены на рис.5 – рис.8

Рис.5. До закрепления грунтов основания.

Резервуар находится в обводненном состоянии

Рис.6. До закрепления грунтов основания.

Резервуар находится в обводненном состоянии

Рис.7. После закрепления грунтов основания.

Рис.8. После закрепления грунтов основания.