Способ улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения

 

Изобретение относится к эксплуатации напорных гидротехнических сооружений, а конкретно к способу улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения. Способ заключается в том, что в пробуренные в основании гидротехнического сооружения скважины под высоким давлением нагнетают инертные к воде полимерные эпоксидные композиции с плотностью не менее 1,2 г/см³. Вязкость композиции регулируют в диапазоне 5000 - 20000 сПз в зависимости от характера трещин в инъецируемой зоне основания. Предварительно трещины и пустоты в основании промывают путем открытия инъекционных скважин, при этом контролируется состав изливающейся воды. Процесс инъецирования может быть проведен в несколько этапов, причем последующее инъецирование проводят при более высоком уровне воды в водохранилище, чем предыдущее. Технический результат: устранение суффозии скального грунта, повышение надежности и безопасной эксплуатации гидротехнического сооружения. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области эксплуатации напорных гидротехнических сооружений, а конкретно к способу улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения.

В некоторых случаях при наполнении водохранилища в основании гидротехнического сооружения возникают разуплотненные зоны. При этом, как правило, расход фильтрующей через основание воды резко увеличивается, например, на Саяно-Шушенской ГЭС он почти в 5 раз превысил предполагаемый по проекту расход. Результатом такого явления может быть интенсивная суффозия основания и как следствие - снижение надежности, а возможно и угроза безопасности гидротехнического сооружения.

Известен способ улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения, включающий бурение скважин, промывание трещин в основании и нагнетание в скважины инъецируемого материала для заполнения трещин и пустот в основании. Наиболее распространенным инъецируемым материалом является цемент в чистом виде или с различными добавками [1].

Известен также способ улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения, включающий бурение скважин и нагнетание в основание полимерной композиции, инертной к воде, на основе синтетической смолы [1, с. 261].

Недостатком известных способов является невозможность их реализации при большой скорости фильтрующей через основание воды, т.к. при меняемые инъецируемые материалы имеют недостаточную плотность и малую вязкость. В результате инъецируемый материал выносится фильтрующей водой из трещин основания, не успев затвердеть.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения в условиях высокоскоростного фильтрационного потока.

Поставленная задача решается созданием способа улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения, заключающегося в том, что в основании бурят скважины, промывают трещины и пустоты в основании и нагнетают в основание через скважины полимерную композицию, инертную к воде, а в качестве полимерной композиции, инертной к воде, используют эпоксидную композицию, имеющую плотность не менее 1.2 г/см³.

Такая минимальная величина плотности полимерной композиции была подтверждена в процессе опытного инъецирования. При повышении напора плотность инъецируемого материала необходимо увеличивать.

Эффективность предлагаемого способа повышается, если в зависимости от характера трещин в основании вблизи скважины, в которую нагнетают полимерную композицию, вязкость композиции в процессе нагнетания изменяют в пределах 5000-20000 сПз.

Для промывки трещин и пустот в основании можно оставить открытыми пробуренные скважины и контролировать состав изливающейся воды.

Инъецирование основания можно проводить в несколько этапов, причем последующее инъецирование проводят при более высоком уровне воды в водохранилище, чем предыдущее.

Высокое давление нагнетания, необходимое для инъецирования "тяжелой" и вязкой эпоксидной композиции, позволяет получить дополнительный положительный эффект - увеличить степень "обжатия" основания, в результате которого улучшается несущая способность основания.

В то же время регулирование вязкости эпоксидной композиции позволяет избежать опасности "разрыва пласта" - несанкционированного раскрытия трещин в основании.

Полимеры на основе эпоксидных смол образуются в результате реакции полимеризации. Для этого процесса характерны высокая чувствительность к примесям и невозможность возобновления реакции полимеризации, если она была хотя бы один раз оборвана. В связи с этим чрезвычайно важным является качественное промывание инъецируемых трещин. Тем более, что трещины и пустоты в основании, как правило, заполнены продуктами трения и илистыми отложениями. Промывание трещин и пустот в основании гидротехнического сооружения, находящегося под достаточным напором, может быть проведено путем использования транспортирующей способности фильтрующей воды. Для этого инъекционные скважины открывают на время, достаточное для промыва. Процесс контролируют по составу изливающейся воды.

В случае значительного разуплотнения основания при повышении уровня воды в водохранилище, как правило, возникает неблагоприятный фильтрационный режим в основании с большими фильтрационными расходами и напорами. В этом случае инъецирование целесообразно проводить в несколько этапов, причем последующее инъецирование проводят при более высоком уровне воды в водохранилище, чем предыдущее.

Предлагаемый способ был реализован при опытном инъецировании скального основания плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Из цементационно-дренажной галереи с использованием двойного колонкового оборудования были пробурены скважины диаметром 46 мм, глубиной до 30 м.

В устье скважин устанавливались тампоны с запорной арматурой. Непосредственно перед инъецированием краны открывались для промыва трещин и пустот в скальном массиве. Анализ проб изливающейся воды показал, что для условий Саяно-Шушенской ГЭС оптимальное время промыва, в течение которого состав проб воды стабилизируется, составляет от 24 до 48 часов.

Нагнетание эпоксидных композиций с требуемыми физико-механическими характеристиками проводилось в одну или несколько скважин одновременно при давлении в устье скважины до 35 МПа, что больше чем на порядок превышает пьезометрический напор в инъецируемой зоне. Эпоксидная полимерная композиция с плотностью 1.2-1.5 г/см³ готовилась непосредственно в процессе проведения инъекционных работ, а ее вязкость регулировалась в зависимости от характера трещин в основании и параметров нагнетания в пределах 5000-20000 сПз. Необходимая вязкость достигалась известными способами: добавлением разбавителей, в частности ацетона и подогревом композиции.

Работы выполнялись в два этапа: при низких отметках воды в водохранилище и при отметках, близких к нормальному подпорному уровню.

В результате проведенных по предложенному способу работ фильтрационный расход через основание обработанных секций уменьшился на 60-80%. Таким образом, угроза возникновения суффозии скального основания была устранена и цель - обеспечение надежной и безопасной эксплуатации гидротехнического сооружения - достигнута.

Литература 1. А. Н. Адамович. Закрепление грунтов и противофильтрационные завесы в гидроэнергетическом строительстве. М.: Энергия, 1980.

Формула изобретения

1. Способ улучшения эксплуатационных свойств основания гидротехнического сооружения, включающий бурение скважин в основании и нагнетание в них полимерной композиции, инертной к воде, отличающийся тем, что перед нагнетанием осуществляют промывку трещин и пустот в основании, а в качестве полимерной композиции, инертной к воде, используют эпоксидную композицию, имеющую плотность не менее 1,2 г/см³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вязкость эпоксидной композиции в процессе нагнетания изменяют в пределах 5000 - 20000 сПз.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для промывания трещин и пустот в основании пробуренные скважины оставляют открытыми и контролируют состав изливающейся воды.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что инъецирование основания проводят в несколько этапов, причем последующее инъецирование проводят при более высоком уровне воды в водохранилище, чем предыдущее.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2004

Извещение опубликовано: 20.05.2004        

---