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

корки на отдельных участках, которые с течением времени про­ грессировали. Такое покрытие должно постоянно ремонтироваться, что снижает его эффективность.

Немаловажное значение имеет изыскание рациональных спосо­ бов укрепления пород в условиях вечной мерзлоты. Как показы­ вает практика эксплуатации карьеров в районах Крайнего Севера, наиболее интенсивные процессы выветривания пород протекают в толще вечномерзлых пород.

На одном из участков южного борта карьера «Айхал» (Якут­ ская АССР) уступ, представленный мергелями и заоткошенный под углом 80°, через некоторое время выположился до угла естествен­ ного откоса пород, т. е. 35—37°. Анализ применяемых способов укрепления пород откосов показал, что для данных условий тех­ нически приемлемым и рациональным является комбинированный способ укрепления из железобетонных штанг и набрызгбетонного покрытия по металлической сетке, навешиваемой на выступающие концы штанг; при этом замок штанг должен располагаться в мас­ сиве вечномерзлых пород [45]. На опытном участке железобетон­ ные штанги длиной 2—2,5 м закладывались в шпуры, пробурен­ ные на расстоянии 1—2 м от основания и от верхней бровки усту­ па. Расстояние между штангами по высоте откоса принималось равным 1 м, а по длине откоса— 7 м. Замок штанг длиной не ме­ нее 0,5 м закладывался в мерзлых породах.

Вместо набрызгбетона при опытных работах применяли де­ ревянные щиты, которые укрепляли на выступающих концах штанг. Был укреплен небольшой участок, и в дальнейшем опыты были прекращены.

П ри с т р о и т е л ь с т в е - А с у а н с к о й п л о т и н ы по про­ екту и под руководством института «Оргэнергострой» были прове­ дены работы по укреплению неустойчивых откосов, сложенных сильнотрещиноватыми, выветрелыми гранито-гнейсами. Укрепле­ ние откосов высотой 25 м было произведено набрызгбетоном толщиной от 5 до 20 см, общая площадь укрепления составила

800 м2.

§ 5. У К Р Е П Л Е Н И Е О Т К О С О В Р Ы Х Л Ы Х П О Р О Д

В настоящее время способ укрепления фильтрующих откосов песчано-глинистых пород путем их пригрузки щебнем скальных пород уже прошел экспериментальную проверку на ряде карьеров и может рекомендоваться к широкому внедрению.

Технологически более проста пригрузка щебнем крутых отко­ сов песчано-глинистых пород, когда она осуществляется непосред­ ственно вслед за отработанной экскаватором последней заходки по границе карьера. Первые опыты такого укрепления проведены на карьерах Кривого Рога для укрепления фильтрующих откосов суглинка, подстилаемого водоупорными жирными глинами.

На Зыряновском карьере уступы верхних горизонтов юго-запад­ ного борта пройдены в песчано-глинистых наносах. В результате

189

фильтрации воды откосы деформировались, и для их восстановле­ ния требовались периодическая подсыпка и планировка поверхно­ сти берм и откосов. В последние годы начали широко практико­ вать пригрузку поверхности песчано-глинистых откосов скальными породами вскрыши. Вначале производят планировку поверхности откосов, а затем с верхней площадки уступа насыпают скальные породы. В процессе отсыпки происходит распределение материала различной крупности по высоте откоса, благодаря чему крупные куски скатываются к его основанию. Пригрузочная призма в по­ перечном сечении имеет форму треугольника.

На Михайловском железорудном карьере проводились экспери­ ментальные работы по укреплению песчано-глинистых пород энер­ гией малых камуфлетных зарядов ВМ; образованная полость за­ полнялась бетоном [9]. В результате этого в массиве образуются бетонные шпоны, окруженные уплотненными породами.

Первый эксперимент проводился на уступе южного борта карь­ ера, который сложен неоком-нижневолжскими песчаными глина­ ми с прослойками песка, пластичных глин и келловейскими плот­ ными глинами. Уровень подземных вод был зафиксирован на глу­ бине 2,5—3,4 м от верхней площадки уступа.

Скважины диаметром 150 мм бурили в 16 м от верхней бровки уступа без обсадных труб. Всего было пробурено семь скважин на расстоянии 5—5,5 м друг от друга. В процессе бурения контро­ лировались влажность и гранулометрический сост.ав пород. Для определения влияния взрывных волн на устойчивость уступов была заложена маркшейдерская наблюдательная станция. Скважины

После взрыва провели серию маркшейдерских наблюдений и заме­ рили глубины скважин; две заполнили бетоном, а остальные песком, причем расход этих материалов фиксировался.

Наблюдения и замеры показали, что стволы скважин не нару­ шились, интервалы между реперами сохранились, глубина увели­ чилась на 0,3—0,5 м, а вода из них ушла.

Вскрытие четырех скважин показало следующее. В концах скважин образовались полости грушевидной и сферической форм. Диаметр их составил 1,1—0,5 м, а объем полостей— 1—0,4 м3. Тре­ щин вокруг полостей обнаружено не было.

Исследование образцов пород, отобранных из уплотненной зоны, свидетельствует об увеличении сопротивления их сдвигу на

10— 20% .

Второй эксперимент был проведен на западном борту карьера на участке действующего оползня. В этот раз было пробурено пять скважин диаметром 150 мм, глубиной 10—15 м.

Скважины заряжались рассредоточенными зарядами ВМ в ко­ личестве 2,4—4,4 кг. Общая масса зарядов в пяти скважинах со­ ставила 15,6 кг. Обследование после взрыва показало, что камуфлетные полости имеют цилиндрическую форму (в соответствии с

190

общей длиной рассредоточенного заряда). Глубина скважин уве­ личилась на 0,4—0,7 м, а диаметр полостей составил 1—1,5 м. Две скважины после взрыва заполнили бетоном.

На закрепленном участке была пробурена наблюдательная скважина, через которую в течение года провели три серии наблю­ дений за изменением режима плотности — влажности пород. Заме­ ры и наблюдения, выполненные через год после укрепления, пока­ зали, что на смежных участках произошли значительные сдвиже­ ния пород, в то время как на закрепленном участке таковых не наблюдалось. На этом участке деформировалась лишь поверх­ ность откоса; наблюдались отдельные вывалы по старым трещи­ нам и осыпи пород.

Экспериментальная проверка укрепления фильтрующего откоса суглинка электроосмосом на Кумертаусском угольном разрезе показала его неэффективность. Постоянная работа установки делает этот способ слишком дорогим при необходимости длитель­ ного обеспечения устойчивости откосов, но для укрепления откосов строительных котлованов этот способ достаточно эффективен.

На Сибайском карьере на юго-западном и западном бортах наблюдались оползания рыхлых пород и оседания транспортных берм. Однажды произошло оседание неустойчивого участка желез­ нодорожного капитального заезда протяженностью 40 м.

Сооружение двух подпорных стенок из шпунтов (набивные трубы и железобетонные сваи), заглубленных на 3—7 м, не пред­ отвратило сдвижения пород уступов. Для повышения устойчиво­ сти ослабленных участков было проведено комплексное комбини­ рованное укрепление. На бермах неустойчивых участков карьера и поверхности, прилегающей к контуру карьера, для уменьшения влияния атмосферных вод было посажено 2560 саженцев тополя и клена, 7000 саженцев акации и высеены многолетние травы. Это позволило на поверхности откосов создать более устойчивый слой и снизить до минимума влияние поверхностных вод на откосы.

Биологический способ укрепления откосов рыхлых пород широ­ ко распространен в железнодорожном строительстве.

Институтом ВИОГЕМ проведены лабораторные исследования по упрочнению песчано-глинистых пород укрепительными раство­ рами на основе синтетических смол.

После лабораторных исследований были проведены промыш­ ленные испытания на одном из уступов Михайловского карьера КМА. Уступ укрепленного участка был сложен апт-неокомовыми глинами, альбскими песками мощностью 0,7—1,5 м, с коэффициен­ том фильтрации 2 м/сут.

На опытном участке бурили скважины, в каждую из них нагнетали 2—2,5 м3 раствора. В качестве отвердителя применяли хлорное железо или соляную кислоту. Для указанной разновидно­ сти пород положительных результатов достигли, применив в каче­ стве отвердителя хлорное железо; при этом были получены сле­ дующие показатели укрепленных песков: радиус распространения

191

раствора составлял 0,4—1 м, величина сцепления 5—7 кгс/см2 вме­ сто 1—2 кгс/см2 до упрочнения, угол внутреннего трения с 33 воз­ рос до 40°, а коэффициент фильтрации составил 0,1—0,0001 м/сут.

На Зыряновском карьере в течение ряда лет велась борьба с оползнями рыхлых пород на северо-западном борту карьера, при­ чем применялись различные способы их стабилизации. В результа­ те подрезки контакта суглинков с коренными породами на усту­ пах началась деформация борта карьера, сложенного рыхлыми от­ ложениями. В начале размеры оползня составляли 30 м по фронту и 20 м в направлении движения; общий объем оползня равнялся 1—1,2 тыс. м3. Весной в связи с возобновлением вскрышных ра­ бот начались оползневые явления в рыхлых отложениях, зале­ гающих на правом борту древнего, погребенного под наносами лога.

Для предотвращения оползания пород были проведены работы по планировке поверхности откоса в районе оползня с выполаживанием угла до 15—25°. Однако эти мероприятия не остановили развития деформаций и к концу года размер оползня объемом 400 тыс. м3 составил в направлении движения ПО м и по фронту — 175 м. При этом в зону сдвижения оползня попало одно из зданий промплощадки.

На основании дополнительно проведенных инженерно-геологи­ ческих изысканий в районе северо-западного борта карьера для стабилизации оползня был выполнен проект противооползневых мероприятий:

1)разгрузка оползневого массива;

2)выемка наносов для отсыпки контрфорсов;

3)отсыпка западного и восточного контрфорсов;

4)перенос петли внутрикарьерной автодороги на 160 м восточ­ нее проектного положения;

5)планировка поверхности в районе северо-западного борта карьера;

6)укрепление рыхлых пород методом электросиликатизации. При разгрузке оползневого массива было вынуто 460 тыс. м3.

наносов.

Затем были отсыпаны западный и восточный контрфорсы объ­ емом скальных пород соответственно 134 и 89 тыс. м3. В процессе выемки наносов и отсыпки западного контрфорса произошли сме­ щения оползневых масс, в результате чего выемка породы под западный контрфорс не была закончена, и часть контрфорса была уложена на глины. Удерживающая способность его оказалась меньше, чем было предусмотрено проектом. К разработке меро­ приятий, направленных на стабилизацию неустойчивого массива, был привлечен институт ВНИМИ, рекомендации которого преду­ сматривали увеличение объема западного контрфорса и отсыпку дополнительно в осевой части погребенной ложбины Центрального контрфорса объемом около 100 тыс. м3 скальных пород. Исследова­ ниями ВНИМИ было установлено, что при выемке породы объемом

192