Долгих С. Н., начальник гидротехнического отдела института «Якутнипроалмаз» ПАО АК «Алроса»;
Путивский А. Н., технический директор ГК «ТехПолимер»
Аннотация. Показаны современные конструктивные решения с применением геосинтетических материалов, обеспечивающие возведение гидротехнических объектов в условиях криолитозоны и дефицита инертных материалов, а также существенно сокращающие сроки строительства. На примере строительства водозабора ковшового типа обосновывается эффективность применения геосинтетических материалов в качестве противофильтрационного экрана при строительстве на многолетнемерзлых грунтах.
Природно-климатические особенности месторождений
Поверхностные водотоки — единственный источник водоснабжения при разработке месторождений на Крайнем Севере. Опыт эксплуатации плотин на вечной мерзлоте показал их высокую стоимость и высокие эксплуатационные затраты, но, поскольку забор воды непосредственно из рек затруднен из-за их промерзания, необходимо создание искусственных водоемов. Такие конструктивы использованы в системах водоснабжения пос. Мыс Шмидта, Диксон, Баренцбург и др.
Новое месторождение алмазов ПАО АК «Алроса» на р. В. Муна находится в Оленекском районе Республики Саха (Якутии), в 160 км на северо-восток от г. Удачного и в 180 км на юго-восток от п. Оленек и расположено на западе республики, между 70 и 65 с. ш. и 106 и 122 в. д. (рис. 1). Климатический район разработки месторождения — 1А. Расчетная зимняя температура наружного воздуха −57 °С. Территория месторождения относится к зоне сплошного распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ). Расчетная глубина се-зонного оттаивания в таких грунтах изменяется от 1,3 до 4,5 м.
Геокриологическая обстановка территории изысканий оказывает неоднозначное влияние на инженерно-геологические условия. С одной стороны, при малом изменении геокриологической обстановки горные выработки характеризуются устойчивостью, с другой стороны — наличие льдистых включений значительно усложняет инженерно-геологическую обстановку. Даже незначительное по времени изменение температурной обстановки вызывает вытаивание льда и сложные деформации пород.
Предпроектные варианты гидротехнических сооружений
В предпроектных проработках специалисты ПАО АК «Алроса» рассматривали вариант строительства традиционного плотинного гидроузла с береговым трубчатым водосбросом и вариант берегового ковшового водозабора с сезонным заполнением из расчета водообеспечения месторождения в зимний период.
Сравнение сметной стоимости по-казало, что плотинный вариант до-роже ковшового водозабора почти в 3 раза, в связи с этим для строительства первой временной емкости для водоснабжения изыскателей в 2015 г. предпочтение было отдано варианту берегового ковшового водозабора с использованием геосинтетических материалов в качестве противофильтрационого экрана, а именно геомембраны (рис. 5, 6).
В соответствии с нормативными документами и рекомендациями производителей геосинтетических мате-риалов, для устройства противофильтрационного экрана из геомембраны требовалось подготовить подстилающий слой грунта толщиной 0,3–0,5 м, очищенный от камней и острых включений, диаметром более 5 мм. Однако на строительной площадке отсутствовали традиционные мелкозернистые несвязанные грунты (песок или ПГС), необходимые для подготовки основания под укладку геомембраны.
Инженерами ГК «ТехПолимер» в качестве альтернативы традиционному подстилающему слою грунта было предложено решение с использованием геокомпозитного мата ГИДРОМАТ 2D (СТО 56910145-005-2011), который состоит из высокопрочной трех-мерной полимерной сетки, покрытой нетканым геотекстилем (рис. 3). Под воздействием нагрузки ГИДРОМАТ 2D способен сохранять толщину и сжиматься лишь незначительно, что позволяет применять его в качестве демпфирующего слоя, выравнивающего поверхность и исключающего повреждение геомембраны. Были проведены опытно-промышленные испытания для подтверждения возможности применения ГИДРОМАТА 2D в качестве замены подстилающего слоя, после чего было принято решение о его использовании.
Конструкция противофильтрационного экрана временной емкости для водоснабжения получилась следующей: по слою геокомпозитного мата ГИДРОМАТ 2D были уложены листы полимерные (геомембрана «ТехПолимер») из полиэтилена высокой плотности (HDPE) толщиной 2 мм (рис. 4). Данное конструктивное решение способствовало сокращению сроков производства земляных работ и строительства объекта в целом, что особенно актуально при коротком строительном сезоне в северном регионе.
С момента запуска первой временной емкости на месторождении прошло два года, конструкция ковшового водозабора с использованием геосинтетических материалов в качестве противофильтрационного экрана доказала свою надежность, и в 2017 г. было принято решение выполнить проект водохранилища с плотиной и водосбросом на ручье Безымянный-1 по такому же принципу (рис. 2).
Общий объем водоема при нормально-подпертом уровне 319,50 м (абс) составляет 129,07 тыс. м³, из которого полезный объем — 115,47 тыс. м³, мертвый объем — 13,6 тыс. м³. Наполнение емкости в период весеннего паводка происходит за счет работы подводящего и отводящего каналов длиной не более 15 м (рис. 2).
Нормативные сроки строительства подобных объектов составляют 29 месяцев, строительство всех сооружений водохранилища выполнено значительно быстрее — за 24 месяца. При этом земляные работы велись буровзрывным способом только в зимний период с октября 2017 г. по апрель 2018 г. включительно и в результате составили:
- объем выемки 257 тыс. м3;
- объем насыпи 88,5 тыс. м2;
- объем планировки 90,7 тыс. м2.
Планировка поверхности и укладка геосинтетических материалов «ТехПолимер» производилась с кон-ца марта по конец апреля 2018 г. на слой скального грунта толщиной 1 м и средним диаметром фракции 40 мм. Работа велась круглосуточно в две смены (рис. 7, 8).
Для соединения листов геомембраны между собой при монтаже использовался метод термической сварки с образованием двойного шва с контрольным каналом. Сварка листов выполнялась двумя основными типами аппаратов швейцарской фирмы LEISTER: аппаратом сварки нагретым газом TWINNY Т и ручным экструдером WELDMAX. По факту выполнения сварочных работ осуществлялась проверка герметичности сварного шва путем подачи избыточного давления воздуха в проверочный канал.
Для пригруза геомембраны от всплытия применили вышедшие из эксплуатации железобетонные изделия — подпятники для временных линий электроснабжения. Наполнение емкости произведено в паводковый период в мае—июне 2018 г. (рис. 9).
Заключение
Данный проект получил положительное заключение негосударственной экспертизы и реализован в кратчайшие сроки.
Использование современных геосинтетических материалов позволило существенно сократить стоимость и сроки возведения гидротехнических сооружений, а так-же максимально снизить влияние на экологию ручья Безымянный-1 и реку В. Муна в районе строительства.
Дальнейший опыт эксплуатации таких сооружений послужит совершенствованию конструктивов и может быть использован как при-мер для строительства водозабор-ных сооружений на вечномерзлых грунтах.
