CC BY
42
2. Боев В.М., Верещагин Н.Н., Дунаев В.Н. Определение атмосферных загрязнений по результатам исследования снежного покрова. //Гигиена и санитария. № 5. 2003. 69 с.
3. Ревич Б.А. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами /Б.А. Ревич, Ю.И. Сает, Р.С. Смирнова, Е.П. Сорокина //Москва, 1982. ИМГРЭ, 111с.
Bibliograficheskiy spisok
1. RD.52.04.186-89. Rukovodstvo po kontrolyu zagryazneniya atmosfery. Moskva, 1991. 409 s.
2. Boev V.M., Vereshchagin N.N., Dunaev V.N. Opredelenie atmosfernykh zagryazneniy po rezultatam issledovaniya snezhnogo pokrova. //Gigiena i sanitariya. № 5. 2003. 69 s.
3. Revich B.A. Metodicheskie rekomendatsii po geokhimicheskoy otsenke zagryazneniya territorii gorodov khimicheskimi elementami /B.A. Revich, Yu.I. Saet, R.S. Smirnova, Ye.P. Sorokina //Moskva, 1982. IMGRE, 111s.
Кара-Сал Ирина Дарымаевна - кандидат географических наук, старший преподаватель, Тувинский государственный университет, г. Кызыл, E-mail: [email protected]
Kara-Sal Irina - candidate of geographical sciences, professor, head of the «engineering disciplines», Tuvan State University, Kyzyl, e-mail: [email protected]
УДК [65.011.8:693]:[628.4.032/036:628.472.3]
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ПРИРОДООХРАННЫХ ОБЪЕКТОВ (ПОЛИГОНОВ ТБО)
Кысыыдак А.С.
Тувинский государственный университет, Кызыл
PERSPECTIVE TECHNOLOGICAL DECISIONS OF CONSTRUCTION
OF NATURE COUSERVATION OBJECTS (LAND FILL OF SOLID HOUSEHOLD WASTE)
Kysyydak A.S.
Tuvan state university, Kyzyl
В статье обоснованы рациональные технологические решения изоляционной системы и материалы при сооружении полигонов ТБО. Рассмотрены синтетические рулонные материалы в откосах и основании полигона, применение которых позволяет в короткий срок создать изоляционный слой вне зависимости от гидрологических особенностей района строительства.
Ключевые слова: полигон твердых бытовых отходов.
In the article the rational technologies and materials for the construction of household waste, the special features of using of slag as the inert layer between waste instead of sand for the economy of natural material are founded. The synthetic materials in the escarpments and the base of land fill are examined, the use of wich allows to construct the isolation layer in short time apart of hydrological features of construction place.
Key words: firing fields of solid household heaps.
Тувинский государственный университет
Безопасное удаление и переработка отходов становится одной из важнейших проблем современного общества, от решения которой зависит здоровье людей и экология природной среды, решение вопросов вторичного использования материальных ресурсов и энергосбережения.
Актуальной является проблема разработки современных экологически безопасных и экономичных технологий при проектировании, строительстве и эксплуатации полигонов по обезвреживанию твердых бытовых отходов, не требующих при их сооружении больших капитальных затрат.
Классическая схема захоронения твердых бытовых отходов (ТБО) на полигонах предусматривает укладку отходов, уплотнение слоев высотой 2 м и промежуточную их засыпку инертным материалом (песком) слоями толщиной 0,25 м. Общая высота толщи может достигать 20 и более метров.
При проектировании полигонов ТБО важнейшим элементом является изоляционная система. В повышении геоэкологической безопасности определяющую роль играют защитные экраны основания, откосов, поверхности и другие методы защиты, которые предотвращают проникновение загрязнителей в окружающую среду. Важнейшим элементом в этих конструкциях является материал, придающий экрану гидроизоляционные свойства [1; 2; 3; 4; 5].
В последнее время в гидроизоляционной системе произошли коренные изменения вследствие создания новых синтетических (геосинтетических) материалов и конструкций на основе широкого использования полимеров, среди которых наиболее распространены арамид (AR), полиамид (PA), полиэфир (PES, PET), полиэтилен (PE), поливинилхлорид (PVC), полипропилен (PP) [1 6; 1; 2; 7;
4].
Мировая практика показывает, что при решении гидроизоляционных систем полигонов ТБО наиболее целесообразным является использование полимерных строительных материалов, которые могут выполнять функции гидроизоляции, фильтрационного материала, дренирования, армирования, разделения толщи на слои и их защиты [2; 4]. В зависимости от функциональных назначений они имеют различные свойства и технические характеристики, такие как прочность при растяжении, плотность, относительное удлинение, толщина, водопроницаемость и т.д. Классификация геосинтетических материалов в зависимости от их функционального назначения, особенностей материалов, определяемых составом сырья и технологией изготовления, представлена в таблице 1. Они разделены на три класса: водопроницаемые, водонепроницаемые и геокомпозиционные [4].
Тканые геотекстили (GTX) обладают высокой прочностью, малой деформируемостью и водопроницаемостью. Они используются в качестве армирующих элементов для повышения прочности и несущей способности грунтовых сооружений и оснований, а также при устройстве защитных экранов полигонов для захоронения отходов. Нетканые геотекстили (GTX-N) обладают невысокой прочностью и большим растяжением. Применяются в качестве разделительных слоев, препятствующих перемешиванию грунтов, фильтров в
конструкциях дренажей, защиты гидроизоляционных элементов от механических повреждений [6; 4].
Гидроизоляцию основания участка и бортов (откосов) котлована под складирование отходов полигона ТБО выполняют, применяя природные материалы с малой гидравлической проницаемостью (глины с коэффициентом фильтрации не более 10-7см/с) и специальные синтетические материалы в виде пленок из полиэтилена или геокомпозита [3; 7; 4].
Таблица 1
Геосинтетические материалы (С8У)
КЛАСС
Классификация геосинтетических материалов
Применение одного из известных инженерных решений устройства гидроизоляционных систем при проектировании полигонов является нецелесообразным. Набор решений в зависимости от потенциальной суммарной нагрузки на геологическую среду и характеристики грунтовых условий должен быть разным, но в каждом случае необходимо не допускать распространения загрязнителей за пределы отведенного под полигон участка.
Для большей надежности в работе гидроизоляции необходимо использовать комбинированные гидроизоляционные системы, в которых чередуются слои из синтетических и естественных, в том числе дренирующих материалов. Последнее важно для того, чтобы обеспечить перемещение фильтрата.
Конструкции гидроизоляции из полиэтилена должны быть двухслойными или комбинированными. Двухслойное пленочное покрытие может состоять из
Тувинский государственный университет
двух пленочных элементов, разделенных дренажным слоем, можно заменить нижний пленочный элемент слоем уплотненного глинистого грунта, толщиной не менее 0,6 м, плотностью в сухом состоянии более 1,6 т/м3 [3; 7].
Комбинированная пленочная гидроизоляция состоит из пленочного элемента, уложенного поверх него слоя глинистого грунта, а также подстилающего и защитного слоев.
При наличии в подстилающем и защитном слое частиц, которые могут повредить пленку, допускается применение геотекстильных материалов в качестве защитного слоя, фильтрующего дренажного слоя.
Перечень свойств материалов, наиболее значимых для строительства полигонов по захоронению ТБО приведен в таблице 2 [8].
Таблица 2
Физико-механические характеристики полимерных изоляционных материалов
Свойство Параметр
Прочность Предел прочности на разрыв
Деформация Относительное удлинение
Водопроницаемость Коэффициент фильтрации
Химическая стойкость Стойкость к концентрированным солевым растворам, кислотам, растворителям
Биологическая стойкость Стойкость к воздействию микроорганизмов
Теплофизические характеристики Температурный рабочий интервал
Стоимость Цена 1 кг
Вес Масса на единицу площади кг/м2
Наиболее эффективными и технологичными являются экраны из полимерных геомембран на основе полиэтилена высокой и низкой плотности (поливинилхлоридные, полипропиленовые). В таблице 3, например, указаны физико-механические показатели полимерной геомембраны.
Проектирование экрана и выбор оптимального выбора геомембраны требует тщательного анализа всех известных параметров, таких как [2; 3]:
- гидрогеологические характеристики площадки строительства;
- состав складируемых отходов;
- срок службы полигона;
- характер и величина механической нагрузки;
- геометрия, тип и размеры котлована;
- климатические условия;
- особые требования к эксплуатации объекта.
Таблица 3
Физико-механические показатели полимерной геомембраны (на основе полиэтилена низкого давления)
Показатели Нормы Методы измерения
Толщина, мм, не более 1,0 1,5 2,0 2,5 ГОСТ 17035 - 71
Прочность при растяжении, МПа, не менее 28 41 55 69 ГОСТ 11262 - 76
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее 700 700 700 700 ГОСТ 11262 - 76
Анизотропность в двух направлениях,% 0,6-2,0 0,2-1,0 0,2-1,0 0,3-1,0 ГОСТ 11262 - 76
Водопроницаемость 0 0 0 0 ГОСТ 2678 - 94
Устойчивость к низкой температуре, С -60 -60 -60 -60 ГОСТ 2678 - 94
Полимерные геомембраны характеризуются высокими антикоррозийными и гидроизоляционными свойствами, гибкостью, трещиностойкостью, химической стойкостью к воздействию широкого спектра загрязняющих веществ, имеют высокие механические характеристики, на свойства материала не оказывают влияния колебания температур. Они обладают высокой технологичностью, простотой транспортировки и укладки [2; 8].
Само по себе качество материала не гарантирует качества и надежности гидроизоляции сооружения, так как существенную роль играет ее технологичность и тщательность укладки пленочных и покровных материалов. Должны быть применены такие технологии укладки рулонов и их сварки, которые позволяли бы эффективно контролировать качество производства работ.
Укладка материала производится с помощью экскаватора, снабженного траверсой. На траверсу крепится рулон материала, и экскаватор по мере своего движения перемещает рулон в направлении на себя. Рабочие раскатывают рулоны и контролируют точность перехлеста стыков. После укладки рулонов места стыков свариваются с использованием сварочных машин, формирующих двойной шов с воздушным каналом в центре (рис. 1а). Канал позволяет тестировать швы на проницаемость под высоким давлением. Для контроля качества выполненных швов используется вакуум-тест и электрофизические методики.
Укладка бентонитовых геосинтетических материалов представляет собой, в отличие от геомембран, более простой технологический процесс, так как не нужно сваривать швы. Соответственно, не требуется специального оборудования для сварки и контроля качества шва, что обеспечивает низкие трудозатраты. Материал разворачивается на выровненное основание и перехлестывается на боковых стыках примерно на 30 см. Для надежности изоляции места перехлеста просыпаются слоем бентонитового порошка (рис. 1б).
Тувинский государственный университет
а) Полимерных геомембран
Рис. 1. Рациональные стыки из полимерных геомембран и бентонитовых рулонных материалов: 1 - стыкуемые полотнища полимерных геомембран; 2 - шов с воздушным каналом; 3 -сварочные швы; 4 - стыкуемые полотнища; 5 - шов бентонитовых рулонов, просыпанный слоем
бентонитого порошка
Рис. 2. Производство изоляционных работ на полигоне ТБО. Общий вид
Кроме гидроизоляции основания полигона ТБО устраивают гидроизоляцию по всему контуру. Ее в основном применяют при размещении полигона в гидрогеологических условиях, характеризующихся проницаемой толщей грунтов, проектирование и устройство контурных противофильтрационных завес представляет собой выполнение по той или иной технологии вер-тикальных водонепроницаемых стенок, заглубленных в водоупор на 0,3-0,5 м [5].
В мировой практике наиболее распространенная глубина тонких стенок составляет около 10 м при толщине 10-15 см; материал завес - пластичный бетон с низким модулем деформации, производительность работ колеблется от 4 до 12м2/ч [9; 10; 5].
Для контурной гидроизоляционной защиты котлована по периметру полигона ТБО отрывают траншею, которую заполняют глиняным материалом, и таким образом создают в толще грунта противофильтрационную завесу-диафрагму.
а) б)
Рис. 3. Схемы устройства гидроизоляции из рулонного материала по дну и откосам оврага а) 1-поготовленное основание; 2-рулон б) 1-канава для размещения концов гидроизоляционного материала; 3-откоки рулонов гидроизоляционного материала; 2-сты-сы и днище покрытые гидроизоляционного материала; 3-рулон гидроизоляционным материалом. 4-котлованы для будущих дренажных колодцев; 5-направление хода работ.
Рекомендуются три решения устройства таких завес-диафрагм [2; 3]:
- заполнение отрываемой траншеи тощим глинистым раствором, который затем вытесняется укладываемым в траншею тяжелым раствором-заполнителем;
- заполнение раствором с большим содержанием глины, который после завершения работ остается в траншее, образуя водонепроницаемую завесу;
- заполнение траншеи, отрываемой без использования глинистого раствора, глиняным материалом в нетекучем состоянии с последующим уплотнением.
Глиняные диафрагмы обеспечивают коэффициент фильтрации завесы около 10-8 см/с [9; 10; 5].
Выбор технологии сооружения противофильтрационной завесы зависит от геологического строения, глубины залегания водоупорного слоя, обеспечения материалами и наличия того или иного оборудования.
Наиболее простым вариантом является устройство завесы с применением землеройной техники. В этом случае технология предусматривает отрывку траншеи с помощью экскаватора, оборудованного лопатой с удлиненной рукоятью и зауженным до ширины 60 см ковшом, а также последующее ее заполнение (или замещение) глиняным материалом является коэффициентом фильтрации (рис. 4).
ж
4 5
Рис. 4. Схема устройства траншеи для противофильтрационной завесы с помощью экскаватора, оборудованной специальной направляющей с разделительной стенкой 1-экскаватор, обратная лопата с удлиненной рукоятью; 2-специальная направляющая; 3-твердый раствор; 4-глинистый раствор; 5-разделительная стенка. Н-высота траншеи равная 6 м.
и.бм
Тувинский государственный университет
По сравнению с предыдущим способом более современной по расходу материалов является струйная технология устройства контурной гидроизоляции.
Струйная технология (рис. 5) разработана для условий отечественной практики НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. При использовании по оси трассы завесы в грунте до водонепроницаемой толщи предварительно бурят под глинистым раствором скважины с шагом 1,5-2 м. Затем в них последовательно через одну опускают до забоя на штанге рабочий инструмент, который имеет в нижней части гидромониторную головку с насадками и присоединенными к ней подводящими трубопроводами. При подъеме штанги вытекающие из насадок в противоположные стороны высоконапорные растворо-(водо-) воздушные струи размывают в грунте прорези до соседних скважин, через которые шлам выносится на поверхность. Одновременно с этим через нижнее отверстие в гидромониторной головке в образовавшуюся прорезь подают тяжелый раствор-заполнитель [9; 10; 5].
Производительность работ по струйной технологии составляет 150-200 м2 завесы в смену при толщине гидроизоляционной диафрагмы 10-20 см [9; 5].
При изготовлении противофильтрационных завес погружение и извлечение элемента, с помощью которого образуется щель в грунте, осуществляется либо ударными методами, либо средствами вибрационной техники.
Ударные методы погружения инвентарного элемента для образования щели в грунте применялись на первых стадиях освоения метода устройства тонких стенок и эффективно использовались в грунтах, в которых не содержатся каменистые включения, при глубине сооружаемой стенки до 12 м. При изготовлении противофильтрационных завес по этому методу вплотную друг к другу забивают стальные сваи двутаврого сечения вдоль линии сооружаемой диафрагмы. Затем первую забитую сваю извлекают, перемещают на новое место и вновь забивают как направляющую [9; 5].
Рис. 5. Схема гидромонитора (1 - насадка; 2 - раствор; 3 - воздух; 4 - вода; 5 - штанга) и сквозная (а), тупиковая (б) схемы (1 - вода, 2 - воздух, 3 - раствор, 4 - пульпа)
Вибрационная технология устройства противофильтрационных завес, разработанная ВНИИГС, основана на последовательном вибрационном погружении в грунт закрытых снизу инвентарных элементов, связанных между собой шпунтовыми замками. Внутри инвентарных элементов оборудованы каналы для подачи материала-заполнителя. При вибрационном извлечении элемента в грунте образуется щель шириной 10 см и длиной 0,5 м, в которую подается глинистый раствор. Поочередное непрерывное погружение и извлечение по контуру защищаемого объекта нескольких инвентарных элементов обеспечивает сооружение сплошной завесы из водонепроницаемого материала (рис. 6) [3; 10].
Рис. 6. Технологическая схема производства работ при устройстве противофильтрационной завесы вибрационным методом:
а) последовательное погружение в грунт набора инвентарных элементов; б) извлечение первого из общего числа погруженных инвентарных элементов с заполнением образующейся полости раствором; в) погружение извлеченного элемента по замку крайнего из набора ранее погруженных инвентарных элементов: 1-инвентарный элемент; 2-вибропогружатель; 3-стреловой кран; 4-насос для подачи раствора.
Противофильтрационные завесы, сооружаемые по вибрационному методу, рационально применять при строительстве в неоднородных песчаных и супесчаных грунтах с прослойками глин и суглинков текучей и мягко пластичной консистенции.
Средняя производительность работ по сооружению противофильтрационных завес этим методом составляет около 40 м2/смену. Работы выполняют с использованием 3-5 инвентарных элементов. При погружении элементов обязательно подавать раствор под давлением 0,2-0,3МПа, но не более 0,5МПа, чтобы облегчить процесс погружения и предотвратить забивание грунтом инъекционных отверстий в башмаке инвентарного элемента.
При инъецировании раствора в процессе извлечения необходимо поддерживать давление не менее 0,2МПа по манометру, установленному на насосе для подачи раствора. Такое давление соответствует оптимальной скорости извлечения элемента и характеризуется выходом небольшого
Тувинский государственный университет
количества раствора вдоль элемента на поверхность. В случае попадания элемента на крупные каменистые включения его следует извлечь и вновь погрузить в замок с соседним элементом под углом, изменив тем самым конфигурацию завесы в плане. Действуя таким образом, обходят включение.
Для погружения и извлечения инвентарных элементов применяют вибропогружатель В-402 [5]. Работы ведут с помощью стрелового крана грузоподъемностью не менее 16т при высоте подъема крюка, большей длины инвентарного элемента, скрепленного с вибропогружателем.
Инъецируемый раствор состоит из цемента, глины, песка, воды и химических добавок, он должен иметь в процессе производства работ плотность 1,25-1,35 г/см3 [5].
Анализ различных методов устройства гидроизоляции на полигонах ТБО позволил выделить три основных направления решения этой проблемы:
- выбор участка под полигон;
- гидроизоляция основания полигона ТБО;
- контурная гидроизоляция полигона ТБО.
При проектировании гидроизоляции полигона требуются специальные исследования по изучению состава, свойств, количества фильтрата, образующегося в период строительства и эксплуатации.
Даже при наличии мощного слоя глины в основании полигона необходимы исследования по определению ее фильтрационных свойств и химической стойкости к воздействию агрессивных веществ фильтрата.
Выбор конструкции гидроизоляции полигонов ТБО осуществляется на основании технико-экономического обоснования.
Работы по гидроизоляции полигонов по захоронению ТБО требуют хорошей технической оснащенности и квалификации персонала, контроля качества всех мероприятий, начиная с контроля исходных материалов, качества изготовления изоляции, работы всей системы.
Библиографический список
1. Бочков Е.Л. Геомембраны: системный подход / Е.Л Бочков // Стройпрофиль. 2004. № 3 (33). С.88-89.
2. Гладштейн О.И. Применение полимерных геомембран в гидротехническом строительстве / О.И. Гладштейн // Стройпрофиль. 2003. №2 (24). С.43.
3. Противофильтрационные экраны на основе глин для различных геотехнологий // Стройпрофиль. 2002. № 8 (22). С.66-67.
4. Щербина Е.В. Геосинтетические материалы: Классификация, свойства, область применения / Е.В. Щербина, В.И. Теличенко, А.А. Алексеев, Б.В. Смутчук // Изв. вузов. Стр-тво. 2004. №5. С.50-55.
5. РТМ 36.44.12.4-93. Проектирование и строительство полигонов твердых бытовых отходов / ВНИИ гидромеханизации, санитар.-техн.и спец.строит. работ. СПб., 1993. 78 с.
6. Батероу К. Геосинтетические строительные материалы: основы, выпускаемые типы материалов, возможности их применения // Критические технологии в строительстве: сб. докл. конф. М., 1998. С.46-48.
7. Шлее Ю. Никогосов Х.Н., Ткачев А.А. Современные технологии строительства полигонов для захоронения отходов с использованием геосинтетических материалов / Ю. Шлее, Х.Н. Никогосов, А.А. Ткачев // Экология и пром-сть России. 2003. №1. С.18-22.
8. Минчукова М.Е. Кысыыдак А.С. Современные материалы и технологии изоляции источников загрязнения окружающей среды / М.Е. Минчукова, А.С. Кысыыдак: Технология и организация строит. пр-ва/ Межвуз. темат. сб. тр. СПб. 2005. С. 52-58.
9. Верстов В.В. Современные строительные технологии для охраны окружающей среды и энергосбережения при утилизации отходов на полигонах / В.В.Верстов // Монтаж. и спец. работы. 1996. №10. С.7-13.
10. Верстов В.В. Устройство котлованов под полигоны твердых бытовых отходов / В.В.Верстов, В.М. Лукин, И.В. Смирнов // Монтаж. и спец. работы. 1993. №4. С.21-23.
Bibliograficheskiy spisok
1. Bochkov Ye.L. Geomembrany: sistemnyy podkhod / Ye.L Bochkov // Stroyprofil. 2004. № 3 (33). S.88-89.
2. Gladshteyn O.I. Primenenie polimernykh geomembran v gidrotekhnicheskom stroitelstve / O.I. Gladshteyn // Stroyprofil. 2003. №2 (24). S.43.
3. Protivofiltratsionnye ekrany na osnove glin dlya razlichnykh geotekhnologiy // Stroyprofil. 2002. № 8 (22). S.66-67.
4. Shcherbina Ye.V. Geosinteticheskie materialy: Klassifikatsiya, svoystva, oblast primeneniya / Ye.V. Shcherbina, V.I. Telichenko, A.A. Alekseev, B.V. Smutchuk // Izv. vuzov. Str-tvo. 2004. №5. S.50-55.
5. RTM 36.44.12.4-93. Proektirovanie i stroitelstvo poligonov tverdykh bytovykh otkhodov / VNII gidromekhanizatsii, sanitar.-tekhn.i spets.stroit. rabot. SPb., 1993. 78 s.
6. Baterou K. Geosinteticheskie stroitelnye materialy: osnovy, vypuskaemye tipy materialov, vozmozhnosti ikh primeneniya // Kriticheskie tekhnologii v stroitelstve: sb. dokl. konf. M., 1998. S.46-48.
7. . Shlee Yu. Nikogosov Kh.N., Tkachev A.A. Sovremennye tekhnologii stroitelstva poligonov dlya zakhoroneniya otkhodov s ispolzovaniem geosinteticheskikh materialov / Yu. Shlee, Kh.N. Nikogosov, A.A. Tkachev // Ekologiya i prom-st Rossii. 2003. №1. S.18-22.
8. Minchukova M.Ye. Kysyydak A.S. Sovremennye materialy i tekhnologii izolyatsii istochnikov zagryazneniya okruzhayushchey sredy / M.Ye. Minchukova, A.S. Kysyydak: Tekhnologiya i organizatsiya stroit. pr-va/ Mezhvuz. temat. sb. tr. SPb. 2005. S. 52-58.
9. Verstov V.V. Sovremennye stroitelnye tekhnologii dlya okhrany okruzhayushchey sredy i energosberezheniya pri utilizatsii otkhodov na poligonakh / V.V.Verstov // Montazh. i spets. raboty. 1996. №10. S.7-13.
10. Verstov V.V. Ustroystvo kotlovanov pod poligony tverdykh bytovykh otkhodov / V.V.Verstov, V.M. Lukin, I.V. Smirnov // Montazh. i spets. raboty. 1993. №4. S.21-23.
Кысыыдак Алена Санчайевна - кандидат технических наук, доцент, заведующий
кафедрой Общеинженерных дисциплин Тувинского государственного университета, г.
Кызыл, E-mail: [email protected]
Kysyydak Alaina - candidate of technical sciences, professor, head of the «engineering
disciplines», Tuvan State University, Kyzyl, E-mail: [email protected]
