Способ укрепления откосов Советский патент 1990 года по МПК E02D17/20 

2 Д

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при строительстве каналов, отводящих русла рек от карьерных полей. Цель - обеспечение безопасности и сокращение объема вскрышных работ в массиве с зоной тектонического разлома (ТР) 3, сложенной слабыми породами (СП) при формировании уступов карьера. Для этого на ширину ТР 3 бурят вертикальные и наклонные ряды скважин 4 ниже потенциальных поверхностей скольжения 6 и 7 укрепляемого 8 и нижележащего 9 уступов вдоль их верхних бровок. С верхней площадки откоса уступа устанавливают в скважины 4 сваи 5. Причем нижние концы свай 5 заглубляют ниже потенциальных поверхностей скольжения 6 и 7 двух смежных уступов. Затем ведут выемку СП до поверхности равноустойчивого контура откоса на ширину ТР 3 и соединяют верхние концы свай 5 плитой. Формируют на плите из твердеющей смеси промежуточный контур подпорной стенки (ПС) вышележащего уступа. Под защитой этого промежуточного контура бурят скважины, устанавливают сваи, вынимают СП и скрепляют сваи плитой на нижележащем уступе и формируют на нем промежуточный контур ПС. После этого формируют предельный контур ПС вышележащего формируемого уступа с углом откоса, равным углу откоса этого уступа в скальных породах. Цикл работ повторяют до возведения предельных контуров ПС на всех уступах. Одновременно с формированием предельного контура нижнего уступа формируют сопряжение последнего нижнего уступа с нижележащим горизонтом карьера. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

А:. .& ШШ

..4.

;;::fi:;;:;::;f

i: ;--:m

.: r: ::;: ::i- Л-:- А:; .:...л:.; ;:4А ; .:::-л ;. ; Д;; -.. -.Д

:д::

-:

-.: r: ::;: ::i- А:; .:...л:.; ;:4А ; .:::-л ;. ; Д;; -.. -.Д

сл

00 XI

-тЛ

ь

00

тур подпорной стенки (ПС) вышележащего уступа. Под защитой этого промежуточного контура бурят скважины, устанавливают сваи, вынимают СП и скрепляют сваи плитой на нижележащем уступе и формируют на нем промежуточный контур ПС. После этого формируют предельный контур ПС вышележащего формируемого уступа с углом

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при строительстве каналов, отводящих русла рек от карьерных полей, а так же при укреплении бортов карьеров.

Цель изобретения - обеспечение безопасности и сокращение обьема вскрышных работ в массиве с зоной тектонического разлома, сложенной слабыми породами.

На фиг.1 изображена фаза бурения вертикальных и наклонных рядов скважин и установка свай на первом уступе, вертикальный разрез; на фиг.2 - фаза формирования железобетонной плиты на верхних концах свай; на фиг.З - фаза наращивания промежуточного контура- будущей подпорной стенки первого уступа и фаза установки свай и железобетонной плиты на втором уступе; на фиг.4 - фаза формирования пре- дельного первого и промежуточного контура второго уступа; на фиг.5 - фаза формирования предельных контуров уступов; на фиг.6 - фаза формирования сопряжения нижнего уступа с нижележащим горизонтом; на фиг.7 - фаза укрепления подпорной стенкой, вид сверху.

Способ осуществляют следующим образом.

Вне зоны тектонического разлома, ело- жеиной слабыми породами, производят выемку пород известными техническими средствами до горизонта 1. До вскрытия участка тектонического разлома, сложенного слабыми породами 2, определяют проек- тное положение верхней бровки 3 первого (верхнего) укрепляемого уступа и производят бурение вертикальных и наклонных рядов скважин 4, устья которых располагают на всей ширине тектонического разлома. Скважины 4 бурят на глубину, обеспечивающую возможность крепления нижних концов свай 5 ниже потенциальных поверхностей 6 и 7 скольжения будущих укрепляемого 8 и нижележащего 9 уступов. Расположение в массиве потенциальной поверхности 6 скольжения первого 8, пооткоса, равным углу откоса этого уступа в скальных породах. Цикл работ повторяют до возведения предельных контуров ПС на всех уступах. .Одновременно с формированием предельного контура нижнего уступа формируют сопряжение последнего нижнего уступа с нижележащим горизонтом карьера.2 з.п. ф-лы, 7 ил.

верхности 7 скольжения второго 9 уступов в тектоническом разломе определяют известным способом.

Количество рядов и свай 5 в рядах определяют в зависимости от ширины В тектонического разлома и действующего оползневого (горного) давления. В скважины 4 опускают сваи 5, коны которых заглубляют на 3-5 м ниже потенци.альной поверхности 7 скольжения и закрепляют их в породах цементацией. До установки свай 5 определяют положение вогнутой поверхности 10 равноустойчивого откоса первого уступа в рыхлых породах, которая по конфигурации и местоположению близка к потенциальной Поверхности 6 скольжения. Длину свай 5 выбирают таким образом, чтобы их верхние концы можно было связать железобетонной плитой .11 толщиной не менее; 1 м. Длину вертикальной сваи определяют по формуле

Ь+ Ah + т, где Е- длина сваи, м:

1з - длина замка сваи, м;

m - толщина железобетонной плиты,- м;

Ah - разность отметок в точках пересечения вогнутой поверхности равноустойчивого откоса и поверхности 7 скольжения первого и второго уступов по оси вертикальной скважины (отметки получают в результате графоаналитического построения указанных поверхностей), м.

Длину наклонных свай определяют по формуле

Гп /cosa , где fn - длина наклонной сваи, м;

о.- угол наклона скважины, град.

После установки свай 5 по первому уступу 8 производят выемку слабых пород 2 на участке 12 по всей ширине тектонического разлома до зоны крепких (скальных) пород 13 и до вогнутой поверхности 10 равноустойчивого контура откоса, обнажая при этом верхние концы свай 5, к которым закрепляют арматуру, устанавливают опалубку 14 и формируют железобетонную плиту 11 (монолитное тело ростверка). Затем

опалубку 14 наращивают при послойной укладке твердеющей смеси, с помощью которой формируют промежуточный контур 15 будущей подпорной стенки первого уступа

8(с выпуском арматуры на поверхность для окончательного формирования будущего предельного контура уступа 8 на последующем этапе работ), а с верхней площадки 16 второго уступа 9 бурят скважины 4 и устанавливают сваи б для укрепления второго уступа 9 на ширину В тектонического разлома аналогично, как для первого уступа. После установки свай б и закрепления их нижних концов ниже потенциальной поверхности 17 скольжения, построенной для вто- рого 9 и нижележащего 18 уступов, производят на участке 12 выемку из второго

9уступа слабых пород до вогнутой поверхности 10 равноустойчивого откоса, обнажая при этом верхние концы свай б . Концы сзай связывают железобетонной плитой 1l , толщину которой выбирают с учетом нагрузок от .первого уступа. Наращивая опалубку 14 на железобетонной плите 11, формируют промежуточный контур 15 откоса второго 9 уступа и снизу вверх наращивают подпорную стенку 19 первого уступа 8, начиная с зоны 20 сопряжения. Для этого устанавливают опалубку 21 и формируют предельный контур 22 первого уступа 8 и производят дозакладку его тела твердеющей смесью, тем самым формируя предельный контур первого уступа, обеспечивающий угол откоса на участке тектонического разлома равным углу откоса в Скальных породах.

Учитывая, что опасным сечением подпорной стенки является зона 20 сопряжения, ее усиливают арматурой или более прочным материалом с учетом возможности увеличения толщины будущей стенки в за- висимости от действующего оползневого дааления.

Укрепление нижележащих уступов производят в той же последовательности аналогичным путем, а на последнем (нижнем) уступе 23 промежуточный контур 15 и его сопряжение 24 с нижележащим горизонтом 25 и предельный контур 22 формируют из твердеющей смеси (возможно с добавкой водостойкого цемента) в один прием с до- закладкой выработан1:)ого пространства и формированием предельного контура вышележащего уступа. При этом сопряжение 24 последнего уступа с нижележащим горизонтом 25 усиливают из расчета действующих нагрузок от оползневого давления и реакций от укрепленной вышележащей зоны.

Минимальную толщину подпорной стенки 19 в зоне сопряжения 20 двух нижних уступов определяют из соотношения

0,,

где ai - ширина призмы обрушения, м;

bi - минимальная толщина массивной 10 подпорной стены в 1-й зоне сопряжения двух уступов, м;

QI - оползневое (горное) давление в 1-й зоне сопряжения уступов, МПа;

п - коэффициент запаса, доля единицы: 15 В - ширина тектонического разлома, м; R - сопротивление срезу подпорной стенки из твердеющей смеси, МПа.

Для повышения эффективности укрепления после вскрытия горизонтов в зоне 20 тектонического разлома создают щель по будущему контуру 26 откоса скального уступа и призматические врубы 27, которые при формировании промежуточного контура заполняют твердеющей смесью. 25Пример. Реализация предлагаемого

способа рассмотрена на примере строительства отводного канала при следующих исходных данных: высота Н борта канала на участке пересечения крупного крутопадаю- 30 щего тектонического нарушения 40 м; количество уступов 3: высота уступов 14, 15 и 12 м: углы наклона откосов уступов в скальных породах 75 град,в рыхлом заполнителе 20-30 град: угол падения тектонического на- 35 рушения 85 град. Горизонтальная (по простиранию уступов) мощность тектонического нарушения, включающего рыхлый наполнитель гпг 20м, горизонтальная (вкрест простирания уступов).тк более 200 м, 40 вертикальная (от кровли, отм. + 69, до почвы, отм. + 24 м, рыхлого наполнителя), те до 45 м. Прочностные свойства скальных пород: сцепление 100 МПа, угол внутреннего трения 26 град, рыхлого заполнителя: сцеп- 5 ление 0,1 МПА, угол трения 10 град, твердеющей закладки: сцепление 1,6 МПА, угол трения 26 град. Ширина а бермы рбрушения 12 м: оползневое давление Q 0,05 МПа; сопротивление R срезу подпорной стены из 0 твердеющей закладки, R 0,5 МПа: коэффициент п запаса устойчивости укрепленного уступа 1,5 доля ед.

Последовательность операций по формированию проектного контура борта кана- 5 ла (с параметрами, соответствующими окальным породам на участке крупного крутопадающего тектонического нарушения) следующая. После вскрытия кровли кристаллического фундамента и крупного тектонического нарушения производят предварительное щелеобразование и заоткоску стенок тектонического нарушения буровзрывным способом. Предварительное щелеобразование обеспечивает заоткоску первого скального уступа под требуемым углом. Производят оформление клиновидных врубов (в крутопадающих стенках) со сходящейся гранью, падающей в сторону массива. Затем выполняют выемку рыхлого заполнителя тектонического нарушения за предельным контуром на глубину ниже подошвы первого уступа на 0,2-0,3 высоты этого уступа. При этом угол наклона равно- устойчивой вогнутой поверхности в рыхлом заполнителе определяют с коэффициентом запаса устойчивости, равным 1. Ширина клиновидного вруба равна ширине бермы, vron наклона грани призмы с падением в сторону массива не более 75°. а расстояние от контурного ряда скважин, образующих грань, до бровки тектонического нарушения, определяется по формуле а 1,65- hjX X ctg75° 0.45 hi.

Затем производят слоями заполнение выемки твердеющей смесью на всю ширину тектонического нарушения. При этом со стороны откоса (по предельному контуру) возводят опалубку до отм.гор. + 54 м. Далее возводят опалубку выше гор. + 54 м с оформлением искусственного откоса 1-го уступа твердеющей смесью.

По окончании сроков охватывания твердеющей смеси опалубка снимается и используется до возведения искусственного нижележащего уступа гор. + 39 м. Для чего предварительно производят выемку до рав- ноустойчивого контура рыхлых пород после производства предварительного щелеобра- зования для заоткоски уступов в скальных породах VS создания клиновидных врубов в стрнках тектонического нарушения. Глубина может достигнуть кровли кристаллического фундамента или при условии его глубокого залегания может быть определена по формуле

Ьг Нз + ДЬ, где Ah 2/3 ha.

Расстояние ha от равноустойчивого контура в рыхлых породах тектонического нарушения до предельного контура уступа нижнего горизонта определяется положением нижней бровки второго уступа и равно ширине бермы на гор. + 39 и 27 м. Основание третьего уступа полностью заполняется твердеющей смесью, т.е. в пределах всей выемки.

Минимальная толщина массивной подпорной стены в зоне сопряжения двух уступов определяют по формуле

50,3a,bi L:fll,

где bi 0,3; ai 3,6 м или bi 3 м. Формула изобретения 1. Способ укрепления откосов, включающий вскрытие укрепляемого участка усту0 па, бурение вертикальных и наклонных рядов скважин ниже потенциальной поверхности скольжения уступа вдоль его верхней бровки, установку в них свай с верхней площадки откоса уступа, выемку слйбык по5 род и возведение подпорной стенки, отличающийся тем, что, с целью обеспечения безопасности и сокращения объема вскрышных работ в массиве с зоной тектонического разломе, сложенной слабыми по0 оодами при формироаании уступов карьера, скважины бурят на ширину тектонического разлома, а установку свай производят до вскрытия укрепляемого участка формируемого уступа, причем нижние концы свай

5 заглубляют ниже потенциальных поверхностей скольжен1 я двух смежных уступов, а выемку слабых пород ведут до поверхности равноустойчивого контура откоса на ширину указанного тектонического разлома, по0 еле чего соединяют верхние концы свай плитой и формируют на ней из твердеющей смеси промежуточный контур подпорной стенки вышележащего формируемого уступа, затем под защитой указанного промежу5 точного контура производят бурение скважин, установку свай, выемку слабых пород и скрепление свай плитой на нижележащем уступе и формируют на нем промежуточный контур подпорной стенки,

0 после чего формируют предельный контур подпорной стенки вышележащего формируемого уступа с углом откоса, равным углу откоса указанного уступа в скальных породах, затем цикл работ повторяют до возве5 дения предельных контуров подпорных стенок на всех уступах.

:.Д- :га- .л::.;::-д:5г

А :. . i

::i -;;:: :.V F-:: -f:л;:; д; .л :::;;:4г-:-.:;;::Л;:;; :- Д

-;,;::; .s

г:д ;-:-;л:: -::- .:::.....;.д

4

..--d.-r.V -Л vfl . -.-. . :-.

-4/--N.-.:::- -.d::

:: :6- -й : :&. .V- . j-« /. -v «J «. -j

; - 4 - 4; .-. л,- :;. ,;.

- /7

i

Г

.u ; .. л

:.::;:..д,.

L--,A; .--i..:.

13 П

г

Фиг. 5

Фиг.1