Применение силикатных растворов для снижения водопроницаемости трещиноватых гипсоносных пород // Проблемы инженерной геологии в связи с промышленно-гражданским строительством и разработкой месторождений полезных ископаемых: тез. докл. 5 Всесоюз. конф. – Свердловск, 1984. – Т. 1. – С. 272-275. — Лаборатория геологии техногенных процессов

Надежная работа противофильтрационной завесы в основании гидроузла обеспечивает условия для нормальной эксплуатации сооружения. Особенно важную роль выполняет завеса при наличии в основании плотины растворимых пород. В этом случае требуется максимальное снижение скорости фильтрации подземных вод для снижения растворения пород. Одним из способов создания противофильтрационных завес в основании гидротехнических сооружений является инъектирование пород различными растворами, такими как цементные, глиноцементные и др., а в последнее время в практику внедряются химические гелеобразующие растворы. Применение этих растворов, обладающих определенной химической активностью, для уплотнения растворимых пород, также активных в химическом отношении, вызывает различные процессы, которые могут влиять на эффективность работы завесы во времени. Такие процессы, протекающие при взаимодействии инъекционных материалов с породами и подземными водами и ведущие к существенному инженерно-геологическому изменению свойств закрепленного массива, получили название постинъекционные. При активном течении этих процессов эффективность завесы будет определяться не только показателями, достигнутыми на момент ее создания, а главным образом их стабильностью во времени. Прогноз и учет постинъекционных процессов даст возможность оценки перспективности применения того или иного раствора в конкретной инженерно-геологической обстановке, т.е. позволит дать оценку конечных результатов закрепления.

Рассмотрим необходимость учета постинъекционных процессов на примере Камской ГЭС. Для снижения скорости растворения гипсов, залегающих в основании этой ГЭС, проектом в комплексе с другими противофильтрационными мероприятиями предусмотрена цементационная завеса. Определение плотности завесы после ее создания показало, что завеса не удовлетворяет требованиям проекта по гашению напора. Повторная цементация, проведенная на отдельных участках, не дала существенных результатов. Низкая эффективность завесы связана с наличием тонкотрещиноватых пород в основании ГЭС, а цементные суспензионные растворы не могут проникать в трещины с раскрытием менее 0,1 мм. Как показали режимные гидрохимические и гидродинамические наблюдения, остаточная фильтрация через завесу привела к тому, что через некоторое время появились признаки выщелачивания гипса. В результате это го гашение напора на завесе снизилось, а на отдельных участках практически отсутствовало. В этом случае постинъекционные процессы примерно за 20 лет работы сооружения привели к существенному снижению плотности завесы.

Низкая эффективность цементации в данных условиях потребовала новых путей повышения плотности завесы. В результате научных исследований и опытных работ, выполненных Московским университетом, институтом Гидроспецпроект и В/о Гидроспецстрой Минэнерго СССР для доуплотнения цементной завесы, был предложен химический тампонажный щавелевоалюмосиликатный раствор, разработанный в проблемной лаборатории геологического факультета МГУ. Раствор состоит из двух компонент — силиката натрия и комплексного отвердителя, представляющего раствор сернокислого алюминия и щавелевой кислоты. Применение щавелевоалюмосиликатного раствора позволило снизить среднюю величину удельного водопоглощения завесы до 0,005 л/мин, что привело к существенному увеличению гашения напоров на завесе в тех водоносных горизонтах, где проводились инъекционные работы (табл. 1).

Таблица 1 Гашение напора на завесе, % (по данным службы наблюдения КамГЭС)

Рост гашения напора на завесе обусловил рост значений коэффициента запаса устойчивости сооружения на сдвиг (табл.2).

Таблица 2 Коэффициент запаса устойчивости плотины на сдвиг (по данным службы наблюдения Камской ГЭС)

Приведенные данные показывают, что после создания высокоплотной завесы происходит дальнейшее увеличение во времени гашения напора на завесе и рост коэффициента устойчивости сооружения, что является следствием протекающих в закрепленном массиве постинъекционных процессов. Проведенные авторами исследования позволяют говорить, что основными постинъекционными процессами, протекающими в основании Камской ГЭС и повышающими плотность завесы, являются следующие;

1. Химическое и физико-химическое взаимодействие минерализованных подземных вод с разбавленным в периферийной части завесы щавелевоалюмосиликатным раствором. Такое взаимодействие вызывает отверждение силиката, причел время гелеобразования в этом случае существенно больше, чем время гелеобразования инъекционного раствора.

2. Взаимодействие ионов кальция и магния подземных вод с гелем, вследствие чего происходит уплотнение геля за счет перехода этих ионов в твердую фазу.

3. Взаимодействие пород основания плотины (прежде всего гипса) с неотвержденным инъекционным раствором в зоне разбавления и компонентами, диффундирующими из геля. При этом взаимодействии на поверхности гипса образуются труднорастворимые соединения, которые предохраняют гипс от растворения и уменьшают фильтрующее сечение трещин.

Происходит самоуплотнение противофильтрационной завесы за счет внешних факторов. Высокий тампонажный эффект щавелевоалюмосиликатного раствора и надежность работы завесы после ее создания позволяет рекомендовать данный раствор для создания противофилътрационных завес в трещиноватых гипсоносных породах.