Файл: Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах.pdf

Рис. V.3. План и разрез борта Златоуст-Беловского карьера, укреп­ ленного железобетонными сваями:

а — песчаник зеленовато-серый; 1,- 2, 3 — тектонические нарушения; 4 — желе­ зобетонные сваи; б — алевролит красновато-коричневый

типа Р-18 и Р-50 с заполнением свободного пространства щебнем крупностью 20—30 мм и последующим заполнением цементным раствором на основе портландцемента марки 500.

Несущая способность сваи определялась по формуле

Рис. V.4. Расчетная схема к укреплению участка пикета 22:

/—3 — блоки

Рис. V.5. Расчетная схема к укреплению участка пикета 13

162

площадь сечения арматуры, см2; Rб — расчетное сопротивление бе­ тона на срез, кгс/см2; F6— площадь сечения бетона, см2.

Расчеты показали, что на участках укрепления сваи необходи­ мо располагать на расстоянии 4—4,3 м при глубине расположения их около 12 м.

На основании расчетов был составлен паспорт укрепления осла­ бленных неустойчивых участков. Для безопасного производства работ сваи располагались на расстоянии 3 м от верхней бровки закрепляемого уступа при расстоянии между ними 4 м.

На капитальной траншее карьера были укреплены два участка протяженностью 45,9 и 95 м. В результате расчетов, проведенных после укрепления, было установлено, что коэффициент запаса устойчивости составлял 2—2,13.

Бурение скважин под сваи производилось станками БМК-4 с диаметром долота 150 мм и станками БУ-2 с диаметром долота 230 мм. После бурения и очистки скважин в них опускалась арма­ тура, в качестве которой служили бывшие в употреблении рельсы типа Р-18 длиной 8 м и Р-50 длиной 12,5 м. Спуск арматуры в скважины производился с помощью автокрана АК-7,5.

После спуска арматуры в скважины устье закрывалось бетон­ ной пробкой высотой 1,5—2 м с установкой в ней кондукторов, из­ готовленных из труб диаметром 50 мм и длиной 2 м, которые вы­ ступали над поверхностью массива на 10—20 см. Сверху к кон­ дуктору подсоединялся нагнетательный шланг с цементационной головкой, оборудованной проточной камерой с манометром для замера давления нагнетания.

Нагнетание цементного раствора производилось зажимным способом. Установка для укрепления откосов уступов состояла из растворомешалки типа С-289 с емкостью барабана 0,325 м3 и про­ изводительностью 45 м3 в смену, бункера емкостью 0,5 м3, всасы­ вающего и нагнетательного трубопроводов и растворонасоса диафрагмового типа С-317, рассчитанного на максимальное рабочее давление 15 кгс/см2, производительностью 6 м3/ч.

Растворомешалка устанавливалась на специальном помосте из шпал, на котором монтировался бункер для разгрузки готового цементного раствора. Из бункера раствор поступал в растворонасос, от которого по резиновым шлангам диаметром 39 мм рас­ твор транспортировался к скважинам.

Раствор приготовлялся на основе портландцемента марки 500. В первоначальный период нагнетания консистенция раствора со­

6* 163

1 м3 укрепленного массива составил 1,2 кг.

Общая сводка затрат на искусственное укрепление неустойчи­ вых участков приведена в табл. V.2.

Т а б л и ц а V.2

Затраты па проведение аналогичных работ на другом участке составили около 4600 руб. при удельных затратах на укрепление 1 м3 пород 0,26 руб.

Проведенные расчеты показали, что без применения искусствен­

ши 0,5 руб.). Таким образом, экономия от уменьшения объема вскрыши, полученная в результате укрепительных работ, состави­

транспорта; схема откатки — тупиковые съезды.

Участок северо-восточного борта сложен сильно трещиноваты­ ми дунитовыми серпентинитами. Наибольшее влияние на устой­ чивость откосов оказывают две системы трещин:

164

В большинстве случаев трещины заполнены кальцитом и таль­ ком; прочностные характеристики по этим плоскостям ослабления весьма низкие. Пересекаясь, эти две системы трещин делят мас­ сив на блоки, которые со временем обрушаются под влиянием вы­ ветривания и сотрясений, вызванных массовыми взрывами и дви­ жением железнорожных составов. Увлажнение контактов в весен­ ний период активизирует процесс обрушения. На участке северовосточного борта произошел ряд обрушений, частично захватив­ ших транспортную берму (гор. 378 м). Постоянные железнодорож­ ные пути были перенесены к нижней бровке вышележащего усту­ па, но в результате последующих обрушений ширина транспорт­ ной бермы уменьшилась местами до 3,5 м. Восстановление про­ ектной ширины бермы потребовало бы остановки на значительное время всего карьера и разноса борта высотой 60 м на участке протяженностью более 200 м; объем пород, подлежащий выемке при разносе, составил бы не менее 150—160 тыс. м3.

Для предотвращения дальнейших обрушений и обеспечения безопасной работы транспорта на горизонте 378 м по инициативе руководства рудоуправления и в соответствии с рекомендациями ВНИМИ было решено произвести искусственное укрепление уча­ стка длиной 150 м железобетонными сваями с одновременной це­ ментацией массива.

По материалам инструментальной съемки, выполненной геоло­ го-маркшейдерской службой карьера, был произведен обратный расчет устойчивости обрушившихся участков берм, по результа­ там которого определялись основные прочностные характеристики массива по плоскостям ослабления: угол трения по контакту р—12°; сцепление по контакту k' — 2 тс/м2.

В результате расчета устойчивости ослабленных участков было установлено, что они имеют фактический коэффициент запаса устойчивости ниже нормативного.

Для условий карьера «Объединенный» величина расчетного ко­ эффициента запаса была принята равной два. Расчеты показали, что для обеспечения такого коэффициента запаса устойчивости необходимо приложить 12—15 тс дополнительного удерживающего усилия на 1 м длины участка. Такое дополнительное удерживаю­ щее усилие было рекомендовано создать на ослабленном участке протяженностью 150 м железобетонными сваями с одновременной цементацией массива (арматура — рельсы Р-43) при расположе­ нии свай в один ряд с расстоянием между сваями не более 4 м.

Бурение скважин диаметром 220 м, глубиной 12,5 и 25 м осу­ ществлялось станком БУ-2. Всего было пробурено 32 скважины, в том числе 13 — глубиной 25 м и 19 — глубиной 12,5 м. Расстоя­ ние между скважинами в ряду составляло 4—5 м. На укрепление

165

ление участка составили 5,5 тыс. руб. (или 0,125 руб. на 1 м3), а полученный экономический эффект — 51,4 тыс. руб.

После завершения работ по укреплению участка систематиче­ скими маркшейдерскими наблюдениями было установлено, что но­ вых трещин, по которым могут произойти обрушения, не появи­

(гор. 323—346 м) длиной около 200 м. На этом участке было установлено 73 сваи длиной 25 м, расположенных в два ряда в шахматном порядке и расстоянием между скважинами в ряду 5 м. Одновременно была произведена укрепительная цементация мас­ сива.

На С и б а й с к о м м е д н о р у д н о м к а р ь е р е для повы­ шения устойчивости уступов в скальных трещиноватых породах было произведено укрепление пяти участков цементацией с желе­ зобетонными сваями.

Скважины диаметром ПО мм для нагнетания цементного ра­ створа и установки железобетонных свай бурились станками БМК-4М. Глубина их принималась различной: от 15 до 20 м для скважин, пробуренных в сторону массива под углом 60° к верти­ кали, и от 26 до 30 м для скважин, пробуренных параллельно поверхности откоса. От бровки уступа скважины располагались в 2—3 м при расстоянии между отдельными скважинами 7—8 м.

Для укрепления применялся раствор на основе портландце­ мента марки 400 при водоцементном отношении 1:1. Приготовле­ ние раствора осуществлялось в растворомешалке, а транспорти­ ровка до скважин с помощью насоса С-263 по трубопроводу. Каж­ дая скважина оборудовалась кондукторами из отрезков металли­ ческих труб диаметром 89 мм, длиной 1—1,5 м. Нагнетание ра­ створа производилось зажимным способом при давлении .10— 13 кгс/см2. Расход цемента на каждую скважину составил

0,5—0,7 т.

Визуальные и инструментальные наблюдения за укрепленными участками показали, что борта на данных участках устойчивы.

Аналогичные работы по укреплению неустойчивых участков бортов с помощью цементации и железобетонных свай были успеш­ но проведены на Блявинском и Учалинском карьерах.

аргиллитами и углистыми сланцами, слои которых простирались диагонально к простиранию уступа. Сваи располагались в два ряда с расстоянием между ними 2,5 м при интервале между сква­ жинами в ряду 3 м.

После укрепления откоса была произведена опытная подра­ ботка укрепленного и неукрепленного участков уступа для про­ верки качества укрепления. Как показали маркшейдерские наблю­

166

дения, на укрепленном участке наблюдались лишь незначитель­ ные смещения пород, связанные с изменением их напряженного состояния, вызванного подработкой откоса, тогда как неукреплен­ ный участок полностью обрушился.

Н а В ы с о к о г о р с к о м к а р ь е р е Нижне-Тагильского ме­ таллургического комбината была предпринята неудачная попыт­ ка закрепить неустойчивые участки борта с помощью железобе­ тонных свай.

На этом участке общей длиной 70—80 м располагались адми­ нистративные и складские здания. Слагающие откос породы были представлены песчано-глинистыми отложениями и разрушенными до состояния дресвы мартитами, турьитами и бурыми железняка­ ми. Для предотвращения сползания этого участка было решено укрепить его с помощью железобетонных свай, для чего на уступе бурились скважины по сетке 3X3 м глубиной 12—16 м и диамет­ ром 200 мм. После прострелки скважин в них сбрасывался лом черных металлов и производилась заливка песчано-цементным раствором, в результате чего получались железобетонные столбы, расположенные в плане в шахматном порядке. Было пробурено

приостановить сползание уступа, но в дальнейшем при дополни­ тельном увлажнении пород образовалась подвижная глинистая масса, которая постепенно двигалась в карьер между установлен­ ными сваями.

Неудача опыта укрепления откоса на Высокогорском карьере обусловлена недостаточной изученностью физико-механических свойств пород и необоснованным выбором способа укрепления; породы между сваями не подвергались дополнительному укрепле­ нию; некоторые скважины имели недостаточную глубину, в ре­ зультате чего нижние части (замки )свай защемлялись не в плот­ ных, а в рыхлых породах выше поверхности скольжения и, сле­ довательно, эти сваи не создавали сопротивления сдвигу.

В практике строительства применялась цементация для укре­ пления структурных глинистых пород. Возможность упрочнения глинистых пород цементацией научно обоснована ироф., докт. техн. наук Н. Г. Трупаком [71] и подтверждена практикой работ при проходке канала в ФРГ.

Породы, пересеченные каналом, были представлены глинами нижнего мела, моренами ледникового периода, мергелем и делю­ виальными песками. Из-за тектонических нарушений в глинистых породах образовалось много трещин с большим количеством пло­ скостей скольжения. Интенсивная трещиноватость пород, атмо­ сферные и подземные воды вызвали на склонах канала оползне­ вые явления. Для предотвращения оползней откосы канала были значительно выположены, однако это не помогло и на одном уча­ стке протяженностью 400 м развился новый оползень. Для предот­

167