Месяц: Октябрь 2019

Ведение горных разработок, особенно так называемых очистных выработок каменноугольных залежей, связано с опусканием грунтов, расположенных выше этих выработок.
Размеры очистных выработок столь значительны, что вышележащие грунты теряют равновесие и приходят в движение. Этим процессом в большинстве разработок каменноугольных месторождений, как правило, охватываются все грунтовые напластования от кровли выработки до поверхности. Вслед за выемкой породы обычно происходит обрушение кровли выработки. Исследования проф. М.Н. Гольдштейна показали, что после небольшой осадки грунта над выработкой давление в кровле резко уменьшается из-за перераспределения нагрузки на соседние участки. Процесс движения грунта протекает обычно медленно; в зависимости от глубины разработок и других факторов может продолжаться как в течение нескольких дней или недель, так и многих месяцев. Грунтовые напластования, разбитые трещинами, изгибаясь, опускаются. В слоях этих пород увеличивается объем пустот, пласты, получив в результате изгиба опору, «зависают». Процесс, не исчерпав себя, может замереть.
Наблюдениями за осадкой грунтов во многих каменноугольных месторождениях установлено, что по истечении 10 лет после окончания выработки значительные деформации уже не образуются. Принято считать, что наиболее активно процесс перемещения грунта над выработанным пространством происходит в первые шесть месяцев после выработки.
Большую опасность представляют перемещения грунтов покровной толщи при разработках соляных и калийных месторождений. От перемещений в этих выработках часто образуются тонкие трещины. Грунтовые воды, проникая в эти трещины, ускоряют подвижки грунта над местом выработки, поскольку вместе с водой увлекаются и твердые частицы грунта.
В практике наблюдались случаи внезапного обрушения поверхности после разработки слоев ископаемого большой мощности (10 ж и более) при глубине залегания до 100 м. При наличии слабых грунтов известны случаи деформации на поверхности при глубине выработок в 600 м.
Нарастание деформации поверхности не зависит от веса сооружения, возведенного на ней, так как вес самых тяжелых сооружений незначителен по сравнению с весом массива грунта.
Небольшие здания, расположенные в центре значительно превосходящих их по своим размерам мульд, обычно получают равномерную осадку, вследствие чего в этих зданиях повреждения не появляются. Так, в центральной части Донецкого бассейна, где понижение поверхности на большинстве участков происходит равномерно, величина осадки многих заводских корпусов превосходит 200 мм. Однако в связи с равномерностью этих осадок ни один из этих корпусов не пострадал. В Подмосковном бассейне, наоборот, понижение поверхности характеризуется отдельными скачками.
Характер смещения грунтов разнообразен и зависит, главным образом, от следующих факторов:
1) структуры грунтов и гидрологии месторождений;
2) угла падения ископаемых, мощности залежей и системы разработок;
3) скорости проходки забоя;
4) глубины разработок;
5) топографии местности и др.
Безосадочность грунтов, расположенных над выработкой, может быть достигнута только при условии своевременного заполнения выработанного пространства. При оставлении в выработке целиков последние должны располагаться близко друг от друга и иметь достаточные размеры, чтобы на поверхности не создавались отдельные мульды.
В последнее время на шахтах, разрабатывающих крутопадающие пласты, вместо выдачи породы на поверхность используют ее для заполнения образовавшихся пустот. Такое мероприятие повышает безопасность работ в забое, служит гарантией от образования мульд на поверхности, уменьшает расходы по поддержанию кровли, разгружает шахтный подъем, в результате резко снижается потребность в вагонетках и упрощаются работы на поверхности.
Незначительное влияние на осадку поверхности над выработками грунтов оказывают: 1) наличие в геологическом разрезе пластичных грунтов, способных прогибаться; 2) пологое падение при небольшой мощности ископаемого и при сплошной системе разработок; 3) большая скорость продвигания забоя; 4) значительная глубина разработок; 5) равнинная территория над выработкой и наличие естественного стока для атмосферных осадков.
К неблагоприятным факторам, оказывающим большое влияние на осадку поверхности, относятся: 1) наличие над выработкой жестких грунтов при высоком горизонте грунтовых вод; 2) крутое падение и мощный слой ископаемого; 3) малая глубина разработки.
Известно, что равномерная осадка зданий, в том числе и расположенных в районах горных разработок, не вызывает в них деформаций. Практически такие перемещения безопасны при эксплуатации этих зданий. Неравномерные осадки кирпичных зданий, имеющих не менее двух этажей и соотношение между шириной, длиной и высотой не более чем 1х2х1, с железобетонными панелями перекрытий, вызывают крен всего здания без образования повреждений в его стенах. В последнем случае основание всего здания остается в одной плоскости.
Чтобы осадки меньше влияли на величину деформаций зданий, длину последних следует ограничить; длинные здания разделяют на самостоятельные блоки осадочными швами. Каждый блок должен представлять жесткую пространственную систему, ограниченную в плане примерно размерами 1x2x1, которые позволили бы считать, что при неравномерных осадках они будут давать крек целиком, как монолит.
Конструкции несущих каркасов промышленных сооружений следует выполнять статически определимыми с учетом приводимых ниже рекомендаций по обеспечению выправления неравномерных осадок. Последние вызывают повреждения в статически неопределимых системах конструкций с опорами в виде отдельных башмаков. Значительно слабее сопротивляются неравномерным осадкам неармированные сводчатые перекрытия.
Хорошо сопротивляются неравномерным осадкам ленточные-железобетонные фундаменты, а еще лучше — сплошные железобетонные. Последние надо применять на участках, расположенных в местах перехода оседающей части поверхности к неоседающей, где грунты испытывают растяжение в горизонтальном направлении.
При определении толщины железобетонной плиты основания и ее армирования следует исходить из условий распределения нагрузки на всю площадь ее основания и сохранения неизменности расстояния между стенами здания.
Для воспринятая растягивающих напряжений по высоте расположения капитальных стен необходима установка железобетонных поясов или стальных связей как вверху стены, так и на уровней междуэтажных перекрытий или оконных перемычек. Эти связи увеличивают сопротивление стен изгибу в вертикальной плоскости.
Площадь поперечного сечения связей в междуэтажных перекрытиях, как расположенных ближе к нейтральной оси, может быть в 2—3 раза меньше площади сечения арматуры, заложенной в фундаменте или вверху стен здания. Верхние два пояса желательно скреплять между собой еще вертикальными связями.
Для увеличения общей прочности стен здания целесообразно вести их кладку на прочном, но в то же время пластичном (смешанном) растворе. Толщина слоя раствора как под арматурой, так и над ней должна быть не менее 1,0—1,5 см, а с внешних сторон стены — 2,5 см. Для увеличения поверхности сцепления связей с раствором кладки стен рекомендуется последние делать из тонкой полосовой стали или прокатных уголков.
Концы гибких связей следует заделывать в кладке при помощи вертикальных анкеров, а связей из уголков обрезками из таких же уголков, устанавливаемых перпендикулярно к связям (горизонтально или вертикально) с последующей их сваркой между собой. He следует считать, что только одни связи могут обеспечить прочность и устойчивость зданию. Вся его конструкция должна быть достаточно жесткой, а дверные и оконные проемы должны иметь ограниченные размеры.
В последние годы проводится экспериментальная проверка клиновидных фундаментов, в которых плоское основание заменено клиновидным. Такие фундаменты были впервые применены для слабых сильно сжимаемых грунтов инж. С. Беляевым. Предполагается, что клиновидные фундаменты сглаживают, выравнивают переходы участка с разными размерами осадок благодаря лучшему контакту фундамента с грунтом. Обычный, только значительно более утоненный фундамент будет вести себя так же, как и клиновидный.
В связи с более легким врезанием клиновидного фундамента в деформированный грунт происходит быстрое выравнивание величин осадок и уменьшается вероятность образования трещин в здании. Такие фундаменты опережают оседание поверхности земли и не теряют опоры в грунте в значительной части своего периметра. Благодаря этому снижаются напряжения в конструкциях зданий.
В конечном итоге здание получит такие же осадки, но с более плавными переходами и меньшими деформациями по сравнению с обычными фундаментами. Однако из-за высокой стоимости клиновидных фундаментов (их приходится делать из железобетона) они не получают распространение.
За изгибом поверхности следует изгиб фундаментов, что является наиболее частой причиной повреждения сооружений, расположенных над выработками. Поэтому строители при возведении сооружений на участках, где возможны большие неравномерные осадки, иногда предусматривают специальные устройства, позволяющие быстро выровнять сооружения под одну вертикальную отметку
Для этого в фундаментах зданий оставляют сквозные гнезда для установки в них домкратов, а в стенах при их возведении над этими домкратными гнездами устанавливают горизонтальную железобетонную поясную балку.
За рубежом в одном из горнопромышленных районов было построено здание почты с несущим стальным каркасом, в котором для противодействия осадкам была предусмотрена возможность регулирования вертикальных отметок его основания. Стальной каркас представлял собой замкнутую коробку, нижняя плоскость которой служила перекрытием и опиралась на фундаменты из отдельно стоящих столбов. На эти столбы с упором в нижнюю плоскость балок каркаса установили в опрокинутом состоянии винтовые ручные домкраты грузоподъемностью до 35 тс каждый.
Все коммуникационные трубопроводы, котел центрального отопления, боров и нижняя часть дымовой трубы были подвешены к перекрытию подвала. Присоединение внутренних сетей коммуникаций к городской сети было осуществлено гибкими шлангами.
Осадка каждого фундаментного столба обнаруживалась системой электрической сигнализации. Однако эту сигнализацию проще осуществлять замыканием электрической цепи при подъеме жидкости выше определенного уровня в отводных трубках системы водяной нивелировки.
Горизонтальность положения здания почты после постройки один раз регулировалась домкратами. Пристройка, возведенная одновременно со зданием почты (в последней не были предусмотрены регулирующие приспособления), оторвалась от основного корпуса здания и дала крен.
Угольные шахтные копры могут служить примерами устройства оснований с подвижными опорами, вертикальные отметки которых часто регулируют домкратами. По такому же принципу была построена известная Эйфелева башня в Париже, у которой одна из четырех опор закреплена неподвижно, а величину вертикальных отметок остальных трех опор регулируют установленными в их основании гидравлическими домкратами.
На рис. 88 приведена рекомендуемая конструкция крупноблочного фундамента со сквозным проемом для домкрата. Подобная конструкция целесообразна при больших неравномерных осадках для зданий высотой в два и более этажей. Каждый блок данной конструкции может быть самостоятельно загружен. Если один блок загрузить на 40—50% больше, чем на него приходится нагрузки от здания, то благодаря дополнительному уплотнению грунта увеличится расчетное сопротивление основания. Следовательно, обжатие грунта под фундаментами всего здания может быть произведено поочередным повышением нагрузки на фундаментные блоки. При временной повышенной загрузке блока (сверх приходящей на него нагрузки от стены) расположенная над домкратом рандбалка совместно с кирпичной кладкой стены должна обеспечить распределение в них этой превосходящей нагрузки. И только после поочередного обжатия грунтов основания под всеми блоками, в которых устанавливаются домкраты, приступают к подъему части здания, получившего наибольшую осадку. Благодаря выравниванию подъемом неравномерных осадок и дополнительно произведенному уплотнению грунтов основания, в будущем потребность во вторичном выравнивании, как правило, отпадает.

С целью уменьшения нарушений во внутренних помещениях искусственное уплотнение подстилающих грунтов под наружными стенами и подъем этих стен до необходимого уровня рекомендуется вести с внешних сторон здания, а для внутренних стен с одной из сторон каждой стены. Гнезда для домкратов располагаются на высоте цоколя здания, или для них используются оконные проемы в подвалах (рис. 89).
Установка домкратов в гнезда внутренних стен производится из технического подполья. После проведения работ по подъему осевших стен и уборки домкратов все гнезда целесообразно закладывать кирпичом на известковом растворе. Рекомендуемая конструкция фундамента требует, чтобы домкраты имели большую грузоподъемность. Для зданий высотой до 5 этажей можно использовать домкраты ДГ-200-2. При установке под одним зданием более 10 домкратов применяют централизованную систему питания.
Для города, расположенного над горными выработками или на просадочных грунтах, достаточно при строительном тресте иметь специализированную бригаду, состоящую из 5—8 рабочих: 1 слесарь, 1 электромонтер, 1 каменщик, 1 плотник, 1 такелажник и 1 штукатур. Такая бригада осуществляет подъем, выполняя одновременно другие строительные работы.

Необходимое оборудование для подъема должно состоять из 10—20 домкратов; 20 шт поддомкратных стальных подкладок размером 400х400 мм, б=20 мм; 2 электронасосов (один запасной) высокого давления; 100 пог. м труб сечением 7—10 мм высокого давления; 2 баков (один запасной) открытых сверху, емкостью по 200—300 л; 3 распределительных коробок; 20—30 шт. запорнораспределительных кранов, устанавливаемых как на нагнетающем трубопроводе, так и в месте выпуска из домкрата жидкости; 2 предохранительных пружинных клапанов (один запасной) для снижения давления в системе до расчетного. Кроме того, резиновые трубки, стеклянные трубки и тройники для системы водяной нивелировки.
Все оборудование, работающее под высоким давлением, должно быть рассчитано на 400 ати. Стоимость всего перечисленного оборудования составляет от 3 до 5 тыс. руб. Работу по выпрямлению кирпичного здания следует начинать после достижения неравномерной осадки — 1,2 мм на 1 пог м стен, причем поднимать здание до его первоначальных отметок, как правило, нет необходимости. Эту работу рекомендуется вести в следующем порядке:
1) освободить гнезда в блоках фундаментов (цоколя) от закладки;
2) собрать трубопровод высокого давления и присоединить его к насосу (насос должен быть смонтирован на тележке);
3) установить в гнездах блоков на стальные подкладки гидравлические домкраты, присоединить их к трубопроводу и поднимать поршни домкратов до их упора в поясную балку;
4) смонтировать систему водяной нивелировки;
5) выпрямить крен;
6) заполнить образовавшиеся зазоры между блоками и поясной балкой сначала стальными клиньями, пластинками, а после окончания выпрямления кладкой, раствором;
7) разобрать трубопроводы, убрать домкраты и освободившиеся гнезда в блоках заполнить кладкой на слабом растворе;
8) произвести восстановительные работы.
На каждой такой работе на монтаж и демонтаж домкратов приходится 2 дня и на подъем — 2 дня. Следовательно, при потребности в производстве таких работ можно принять, что домкраты на одном объекте бывают заняты до пяти дней.
В нашей стране способ искусственного уплотнения основания фундаментов зданий был применен при прокладке туннелей еще в 1933—1934 гг. на строительстве первой очереди метрополитена (Москва). Уплотнение (обжатие) грунтов, подстилающих фундаменты зданий, расположенных вблизи туннелей, производилось гидравлическими домкратами грузоподъемностью 200 т каждый.
Так, трасса туннелей метро проходила по Волхонке под домом № 16 и вдоль его выступавших крыльев, внутренние угловые части которых оказались над туннелями. Для предохранения от какой-либо деформации (от появления трещин) еще до прокладки туннелей выступающие угловые части здания были вывешены подведенными под них горизонтально расположенными сварными стальными балками. Опорами балок служили установленные за пределами стен туннелей шпальные клетки, причем они были основаны на 1 м ниже рандбалок. И так как шпальные клетки примыкали к внешним граням туннеля, то подстилающий их грунт попадал в зону обрушения. Задача строителей сводилась к тому, чтобы поддержать опоры стальных балок на одной вертикальной отметке. Для этого под опорами горизонтальных балок, на шпальные клетки установили домкраты, которыми компенсировали малейшую осадку грунта, подстилающего шпальную, клетку. Благодаря учету дополнительного давления на стены туннеля от шпальных клеток и непрерывному (круглосуточному) наблюдению за вертикальными отметками зданий в течение всего времени строительства туннеля на этом участке и своевременной компенсации осадки здания, все работы были благополучно завершены, и в стенах дома не образовалось даже волосных трещин.
Повреждение небольших сооружений от осадок и сдвигов грунта может быть предотвращено устройством под ними фундаментов в трех точках. Причем, при определении размеров фундаментов надо считаться с возможными их перемещениями как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.
Кроме приведенных мероприятий, направленных на предупреждение осадки поверхности, расположенной над горными разработками, в некоторых случаях может оказаться целесообразным производить своевременное заполнение выработанного пространства не только породой, но и сухой каменной кладкой (без раствора) или песком. Нагнетание песка может быть произведено сжатым воздухом по шлангам специальным пескоструйным аппаратом.

Рейнский нефтегазоносный бассейн (или бассейн Рейнского грабена) расположен на территории Франции и ФРГ и имеет сравнительно небольшие размеры (рис. 12). Его ширина составляет 40—50 км при длине до 300 км. Бассейн приурочен к узкой внутриплатформенной впадине третичного возраста, вытянутой в субмеридиональном направлении и занятой в настоящее время долиной Рейна. Ограничение бассейна, имеющее отчетливое геоморфологическое выражение, образовано верхнепалеозойскими глыбовыми горными сооружениями. На западе расположены Вогезы (до 1400 м) и Пфальцские горы (до 700 м), на востоке — Шварцвальд (до 1500 м) и Оденвальд (600 м), на севере — Рейнские сланцевые горы (горы Таунус — до 800 м) и на юге — горы Эльзасской Юры (до 1000 м). Все эти горы, за исключением Эльзасской Юры, сложены кристаллическими и метаморфическими породами палеозоя, местами перекрытыми маломощными мезозойскими осадками. Эльзасская Юра с поверхности нацело сложена породами нижнего мезозоя.

Граница бассейна почти на всем своем протяжении образована разрывами, протягивающимися в субмеридиональном и субширотном направлениях, т. е. параллельно бортам бассейна. По ним фундамент ступенчатообразно погружается к центральным осевым частям грабена, несколько смещенным к его восточному борту. Наибольшее опускание фундамента наблюдается в районе Гейдельберга, где оно превосходит 5 км и в южной части грабена. Наряду с осевой ориентацией отдельных блоков фундамента наблюдается и субширотная. Это приводит к образованию структурных порогов.

Рейнский бассейн выполнен породами пермского, триасового, юрского и третичного возраста, залегающих на герцинском складчатом основании (табл. 16).

Дотретичные отложения территориально развиты в определенной последовательности: от более древних на севере до более молодых на юге, т. е. от пермских в районе Дармштадта до кимериджских у подножия Эльзасской Юры, Однако подобный характер замещения древних пород более молодыми выдерживается не на всей площади бассейна.

Геологическое строение бассейна со снятым четвертичным покровом представляется в виде мозаики, составленной из отдельных блоков, чаще всего вытянутых параллельно продольной оси бассейна. Ряды горстов чередуются с грабенами. Их разделяют сбросы, плоскости которых наклонены или к востоку, или к западу (рис. 13). Отдельные блоки и глыбы иногда достигают крупных размеров и приобретают иногда форму выгнутых или перекошенных моноклиналей, сводов, полусводов и периклиналей. Известны крупные деформации слоев с большим радиусом изгибания, затрагивающие мезозойский покров фундамента, как, например, в районе Пешельбронна.

В районе Кольмар-Эрштейна, в области развития юрских отложений, перекрываемых третичными, последовательная смена напластования к югу нарушается поднятием слоев, при котором на поверхности обнажаются породы средней юры, окаймленные более молодыми образованиями. Эти приподнятые участки — структурные пороги Кольмар и Эрштейн, пересекающие грабен поперек и соответствующие блоковым поднятиям фундамента. Между этими структурными порогами намечается отчетливая зона современного прогибания — впадина Селеста. К северу от порога Эрштейн расположена Пешельброннская впадина, а к югу от порога Кольмар — так называемый «Калиевый соленосный бассейн». На самом юге выделяется еще одно крупное поднятие — Мюдузский горст.

В разрезе Рейнского бассейна известно несколько регионально нефтегазоносных толщ. Основным является олигоценовый комплекс, с которым связана нефтеносность во многих месторождениях. Нефтеносны также горизонты среднего и верхнего триаса, нижней, верхней и особенно средней юры (свита Большой оолит). Газопосны горизонты миоцена и плиоцена.

Зоны нефтегазонакопления связаны с крупными сбросами, развитыми в краевой и центральной частях бассейна. По этим сбросам происходит тектоническое экранирование слабо дислоцированных коллекторских слоев обычно падающих к осевой части грабена. Одна такая зона, с которой связано месторождение Пешельбронн, приурочена к сбросу, служащему западным ограничением бассейна. Другая зона связана с восточным тектоническим ограничением бассейна. С ней связаны месторождения Рот, Форс-Ваихер, Ваин-гартен и др. Несколько аналогичных зон нефтегазонакопления известно и в центральных частях бассейна. В пределах этих зон распространены главным образом месторождения отраженных поднятий с пластовыми тектонически экранированными залежами. В некоторых месторождениях (Штафельфельден и др.), где нефтеносны известняки Большого оолита (средняя юра), залежи в структурных выступах массивные. В третичных отложениях известны залежи пластовые, литологически и стратиграфически экранированные.

В южной части бассейна перспективы нефтегазоносности связываются с отложениями триаса и юры, где они имеют максимальное развитие. Третичные породы наибольший интерес представляют в северной части бассейна.

Различают несколько типов стальной круглой трубы, которые используются в строительстве. Их предпочитают применять из-за ряда преимуществ. Трубы подразделяются на несколько типов.

Достоинства

Есть несколько положительных сторон использования трубы:

• она немного весит;
• материал отличается большой прочностью;
• у трубы отличные эксплуатационные показатели;
• есть возможность ее гнуть и задать необходимое направление или угол;
• их очень легко устанавливать;
• у трубы хорошие коэффициенты герметичности.

Разновидности стальной круглой трубы

Подразделяется на несколько типов:

1. Профильная – за основу берется конструкционная сталь, трубы делают, используя электросварку. Отличаются друг от друга разным сечением.
2. Оцинкованная – она пропитывается с каждой стороны цинком для дополнительной защиты.
3. Бесшовные – они производятся при помощи особой температурной обработкой, у изделия в результате нет швов: ни сварных, ни продольных.
4. Электросварные – во время их производства применяются углеродистая либо низколегированная сталь. Делают их используя электросварку и формировку.

Бесшовные в свою очередь подразделяются на две группы:

1. Горячедеформированные – температура деформирования превышает температурный режим рекристаллизации.
2. Холоднодеформированные – их делают, используя холодную деформацию.

Сферы использования стальной трубы

Она нашла широкое использование в сфере строительства:

• труба круглая стальная применяется для сооружения локального трубопровода или кабельной системы во время строительства многоэтажного здания;
• их часто используют при монтаже магистральной трубопроводной сети;
• третий класс стальной круглой трубы отличается устойчивостью к высокому давлению и температурному режиму, ее часто применяют при обустройстве котельных в многоквартирных домах;
• применяются для обустройства водопроводной системы в частном доме.
• стальной трубопровод используется не только в строительстве, но и в нефтедобывающей сфере;
• при производстве мебели для дома применяют трубы круглые стальные пятого класса;
• для машиностроения подходит шестой класс, так как материал может выдержать высокую нагрузку.

Предпочтение отдается стальной круглой трубе из-за ее прочности, долговечности, надежности и удобстве при ее прокладке.

В настоящee время использование песчаного бетона в строительстве достаточно ограничено. Его внедрению препятствует ряд обстоятельств, среди которых одним из важнейших является повышенный по сравнению с тяжелым бетоном расход цемента.
Эта особенность песчаного бетона из-за высокой стоимости цемента является основным препятствием на пути внедрения материала. Практически песчаные бетоны М300 и выше изготавливаются с расходом цемента свыше 400 кг/м3 вне зависимости от технологии, требуемой марки бетона и необходимых физико-механических характеристик. Одной из причин высокого расхода цемента является применение природных, в том числе и мелких песков с повышенной загрязненностью и случайной гранулометрией.
Создание оптимальных структур песчаных бетонов требует специальной работы с заполнителями, причем очевидным является тот факт, что роль песка в песчаном бетоне более значима, чем роль песка в тяжелом бетоне. Пустотность песка, удельная поверхность и качество поверхности песчинок, минералогический состав, загрязненность — все эти свойства песка определяют расход цемента.
В настоящее время нет единого мнения о том, какой песок является наилучшим для изготовления конструкций из песчаного бетона, и что должно являться критерием качества песка. Приемлемыми для любых видов песчаных бетонов считаются пески, соответствующие ГОСТ 10268, а предпочтительными из них — пески с Mк>2,1.
Целесообразно поэтому было проведение исследовательских работ в двух направлениях: изучение свойств реальных песков и поиск песков оптимальной гранулометрии.
В связи с ограниченным количеством публикаций по этим вопросам ниже подробно анализируется ряд наиболее значимых работ.
В работе Сорокера В.И. и др. исследовались песчаные бетоны, приготовленные на четырех различных песках — Тучковского Mk = 2,44, Икшинского — 2,23; Окского — 1,52; Рублевского — 1,45 карьеров. Варьировали водоцементное отношение от 0,3 до 0,6 при постоянном водосодержании 180 л/м3. Во всех случаях прочность кубов уменьшалась с уменьшением Мк песка, причем бетон на Тучковском песке имел прочность на 150-200% выше, чем бетоны на песках Окского и Рублевского карьеров. Разница увеличивалась с уменьшением расхода цемента.
Еще более значительная разница получена в опытах Баженова Ю.М., где при низких В/Ц бетоны на мелких песках с Mк = 1,0-1,2 показали прочность в 2-3 раза меньшую, чем на песке с Mк = 2,4, причем и здесь минимальная прочность была в тощих смесях, а песок для песчаного бетона содержал достаточное количество как крупных, так и мелких зерен. В жирных смесях мелкие пески также понижают прочность бетона, несмотря на достаточное количество цементного теста, т.к. увеличение поверхности песка ведет к увеличению зоны контакта цементный камень — заполнитель. Заметно также снижение прочности при загрязнении песков. В этой же работе даны рекомендации по оптимальной гранулометрии песка: минимальную пустотность имел песок, содержащий 60% фракции 2-5 мм, и 40% зерен размерами до 0,5 мм. При необходимости получить максимальные величины прочности на сжатие соотношение этих фракций рекомендуется изменить, соответственно, на 80:20.
В работе Вознесенского В.А. при расходах цемента 450-550 кг/м3 рекомендуется в качестве оптимального следующее соотношение фракций песка: 1,2-2,5 — 40%; 0,6-1,2 — 10%; 0,3-0,6 — 10%; 0,15-0,30 — 40%.
В ряде работ предлагается применять для жестких и малоподвижных цементно-песчаных смесей песок прерывистой гранулометрии с отсевом средней фракции.
В статье Сильченко П.Г. приведены расчетные формулы для проектирования состава песчаного бетона при заданном В/Ц с учетом характеристик песка — пустотности в уплотненном состоянии, удельной поверхности, водопотребности, а также нормальной густоты цементного теста. Толщина прослоек цементного теста между зернами заполнителя задается коэффициентом, зависящим от крупности песка.
В работе Ушаковой И.Н. и др. показано, что добавка мелкого песка (Люберецкого) в песок средней крупности (Тучковский) улучшает плотность упаковки зерен, оптимальное количество добавки мелкого песка — 10%.
Большой объем исследований по выявлению оптимальной гранулометрии песка для песчаного бетона выполнен в работе Шадрина А.А. Принято деление песка на 3 фракции по стандартным ситам: крупную — 1,25-5 мм, среднюю — 0,31-1,25 мм и мелкую — менее 0,31 мм. Измерена пустотность различных искусственных песков. Для всех исследуемых песков вычислена величина модуля эффективности M по методике Галактионова.

где V1 — объем цементного теста, потребный для заполнения пустот в 1 литре заполнителя, л,
V2 — объем цементного теста для обмазки зерен песка в 1 л заполнителя, равный, л:

где δ — условная толщина обмазки зерен песка цементным тестом, мм,
γn — объемный вес 1 л уплотненного песка, кг,
Sn — удельная поверхность песка, м2/кг,
Va6c — абсолютный объем единицы бетонной смеси.
Толщина обмазки δ в расчетах была принята равной 0,005 мм. При этой величине δ минимальное значение Мэфф было получено для песка с соотношением крупной, средней и мелкой фракции К:С:M = 70:0:30. Показано, что этот песок имел и минимальную пустотность. Там же приведены результаты испытаний образцов из песчаного бетона на различных песках, а также плит перекрытий, изготовленных на фракционированном песке. Основной вывод этой работы: для песчаного бетона наилучшими являются пески с прерывистой гранулометрией, полученной в результате отсева средней фракции.
Аналогичные данные были положены в основу ведомственных технических условий, рекомендующих применять классифицированные пески с соотношением К: С: M = 80:0:20 или 80:20:0. Рекомендованные там составы бетона рассчитаны на смеси умеренной жесткости (20-40 сек), а коэффициент избытка цементного теста равен 0,9-1,0. Авторы работы пошли по пути использования тощих смесей и, следовательно, уменьшения расхода цемента за счет неполного заполнения межзерновых пустот. Рекомендовано использование таких составов для песчаного бетона марок 200, 300 и 400.
Работа Осипова А.Д. посвящена подбору песков для песчаного бетона M100-200, приготавливаемого из малоподвижных смесей (жесткость 10/20 сек) при водоцементном отношении 0,83. Наилучшие результаты получены для песка с соотношением фракций К:С:M = 55:35:10.
Обобщая приведенные данные, можно отметить, что часть упомянутых выше работ посвящена поиску оптимальной гранулометрии песка, в основном, по признаку наилучшей упаковки заполнителя, в остальных работах получены сравнительные результаты, показывающие преимущество крупных песков над мелкими. Обзор опубликованных работ показал также, что применение фракционированных песков с хорошо подобранной гранулометрией — один из наиболее рациональных приемов экономии цемента.
Поэтому выявление возможностей улучшения показателей песчаного бетона за счет подбора гранулометрии песка, являлось основной целью приведенных ниже: исследований.
He менее важна и вторая из поставленных задач — разработка рекомендаций по оценке качества природных песков для изготовления изделий и конструкций из песчаного бетона.

Окись алюминия (Al2O3) встречается в природе в виде корунда. Она редко оказывается абсолютно чистой и обычно загрязнена Fe2O3, Cr2O3, TiO2 и другими примесями. Отдельйые разновидности корунда («наждаки») применяют в качестве шлифовального средства. Прозрачные кристаллы особо правильной формы, окрашенные следами окислов, представляют собой драгоценные камни высокой стоимости (белый и голубой сапфир, кроваво-красный рубин).

Природный, в особенности искусственный, корунд благодаря значительной твердости (9 по Моосу) и высокой температуре плавления (2050°) имеет большое значение в технике. Приготовить искусственный корунд можно плавкой или спеканием. Исходным материалом является чистая окись алюминия (>99,5% Al2O3, примеси SiO2, Na2O, CaO, Fe2O3), извлекаемая из бокситов обработкой щелочами. Крупные, в большинстве случаев окрашенные кристаллы корунда переплавляют в специальных печах и применяют для украшений, в виде часовых камней и для различных небольших деталей с высокой износостойкостью.

Полученный плавкой в дуговых электропечах в большей или меньшей мере загрязненный электрокорунд (фирменные обозначения: алундум, абразит, корубин и пр.) является, наряду с карборундом, важнейшим сырьем для промышленности шлифовальных средств, а также используется как присадка в огнеупорах.

Так называемый спеченный корунд («зинтеркорунд») получают обычными способами керамического производства. Чистую окись алюминия переводят соответствующей предварительной обработкой, чаще всего мокрым измельчением с разбавленной соляной кислотой, в частично пластичное состояние и затем перерабатывают шликерным способом. С незначительной добавкой жидкости этот корунд перерабатывают на профиль мундштучным прессованием или же с незначительным увлажнением прессуют из него обычным образом фасонные изделия. Окончательное спекание высушенного, предварительно спеченного готового изделия производят при температурах, превышающих 1900°, в специальных муфельных печах (из окиси магния) с газовым обогревом.

При изготовлении износоустойчивых деталей и режущих инструментов к окиси алюминия добавляют немного Cr2O3. Твердый раствор с красно-фиолетовой окраской (спеченный синтетический рубин) несколько тверже, чем обычный бесцветный спеченный сапфир. Спеченный рубин практически беспорист, обладает поликристаллической структурой (диаметр кристаллита около 15 u).

Благодаря высокой твердости и исключительной химической устойчивости спеченные корунд и рубин являются превосходными материалами для изготовления изнашивающихся деталей. Уже в 1913 г. было предложено готовить из этого материала волоки. Широкого распространения такие волоки тогда не получили, но в настоящее время их применение вновь пропагандируется. Хорошо оправдали себя в текстильной промышленности раскладчики различной формы из корунда. Они почти не изнашиваются под воздействием природного и искусственного волокна (например, искусственного волокна, содержащего TiO2) и вполне устойчивы в агрессивных осадительных прядильных ваннах. К другим износоустойчивым деталям, изготовленным из спеченного корунда, относятся, например, направляющие проводки в кабельных машинах, а также высоконагруженные подшипники и направляющие втулки, которые должны работать без заедания.

Другим применением спеченного рубина являются различной формы волоки, небольшие шлифовальные круги, а также правильные ролики из рубинов вместо алмаза.

Высокая твердость корунда, в особенности спеченного рубина, позволяет считать, что его можно использовать также для обработки резанием различных материалов. Препятствием для подобного применения является в данном случае весьма высокая хрупкость; кроме того, режущие пластинки трудно соединять с металлической державкой резца. Эти пластинки монтируют в зажимах или же скрепляют пластмассами. Было предложено также соединение посредством соответствующих эмалей. Согласно Конопицкому, пластинки из окиси алюминия можно закреплять, используя разновидность «пайки в зажимах».

При обработке резанием стали и чугуна резцы из спеченного рубина себя не оправдали из-за незначительного сопротивления изгибу и большой чувствительности к. ударным нагрузкам. Предпринимавшиеся во время второй мировой войны попытки обтачивать гранаты а помощью пластинок из спеченного корунда были прекращены вследствие очень быстрой поломки резцов. Напротив, при обработке материалов, оказывающих сильное изнашивающее воздействие на инструмент (некоторые пластмассы, картон, синтетический уголь, графит, прессованная древесина, слюда и т. п.), спеченный рубин как режущий материал оказывается более подходящим, чем даже твердые сплавы. Так, например, если при обточке графита твердосплавными резцами удавалось обработать всего лишь 23 заготовки, применение инструментов с керамическими вставками позволило обработать 89 заготовок без заметного износа резцов.

Согласно Конопицкому, при обработке резанием легких сплавов хорошие результаты дадут также пластинки, из спеченного корунда, обеспечивая повышение скорости обточки.

Само собой понятно, что безупречная пришлифовка резцов к корундовым пластинкам, в особенности тонкая шлифовка и доводка, возможны лишь с помощью алмазных кругов.

В заключение можно сказать, что спеченный корунд известен как износостойкий материал; его применение для резания весьма ограничено.

При строительстве дорог для отделения проезжей части улиц от тротуаров широко используются хорошо зарекомендовавшие себя в эксплуатации бортовые камни из песчаного бетона, которые изготавливаются по технологии вибропрессования на автоматизированных технологических линиях.

Анализ работы бортовых камней в стадии эксплуатации, транспортировки и монтажа показал, что существующая конструктивная форма изделия не полностью соответствует его работе на воздействие нагрузок и неэкономична.
Предложена новая конструкция бортового камня, отличающегося от стандартного наличием выемки специальной формы со стороны, примыкающей к тротуару (рис. 6.29). Указанная конфигурация обеспечивает несущую способность бортового камня в соответствии с требованиями норм и снижение материалоемкости изделия на 30 %. Одновременно предлагаемый бортовой камень дает возможность снизить расход монолитного бетона, используемого при монтаже. Установка стандартного бортового камня в стадию эксплуатации производится на специально подготовленное основание в соответствии с рис. 6.30, где также показана схема установки бортового камня новой конструкции и объем бетона, сэкономленного на стадии строительства.

Предлагаемая форма выемки позволяет также:
— обеспечить более надежное, чем в существующей конструкции, соединение бордюра с засыпкой под тротуар,
— увеличить партию бортовых камней, перевозимых одной автомашиной,
— снизить трудозатраты на стадии установки бортового камня, повысить производительность груда.
В процессе разработки предлагаемого бортового камня были проведены необходимые научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, завершившиеся выпуском двух опытно-промышленных партий изделий объемом 1300 и 2200 штук. Образование выемки с внутренней стороны изделия осуществлялось с помощью насадки жестко закрепленной на пуансоне вибропресса.
Проведенные испытания подтвердили соответствие несущей способности бортового камня требованиям стандарта.
Обе партии изделий установлены на грузонапряженной магистрали города (ст. м. «Университет») и на внутриквартальном проезде (Матвеевская ул.).
Через 2 года после установки комиссией, включающей представителей института НИИМосстрой — базовой организации по стандартизации этих изделий, произведено обследование состояния бортовых камней.
Комиссия сочла возможным использование предлагаемого бортового камня вместо стандартного без ограничений.
Бортовой камень с уменьшенной материалоемкостью в течение 6 лет выпускался на опытном заводе треста «Мособлоргтехстрой».
Выпуск изделий общим объемом 22,0 тыс, м3 в год производился в соответствии с ВСН-34-76. Завод не имел рекламаций по качеству продукции.
Экономия, рассчитанная на производительность завода ЖБИ № 17 ППО МПСМ в ценах 1982 г. при стоимости материалов на изготовление 1 м3 бетона для бортовых камней 23,55 руб., составила 585,4 тыс. руб. (табл. 6.36).

Другой путь экономии материалов — создание двухслойных дорожных изделий.
Как известно, основные разрушения в дорожных одеждах происходят в результате размораживания поверхностного сдоя бетона, его истирания, механического разрушения. Стремясь избежать этого, проектные организации назначают высокие (не ниже М400) марки бетона. Неэкономичность этого приема очевидна. Поэтому изготовление двухслойных конструкций, где слой из низкомарочного бетона нe соприкасается с наружным воздухом, — реальный путь экономии материалов.
На рис. 6.31 приведена новая конструкция бортового камня, состоящего из опорного и накрывного элементов, соединенных клеящей прослойкой. Для обеспечения надежной работы бортового камня в процессе эксплуатации и для увеличения возможности восприятия усилий от наезда транспорта соединение смежных вертикальных граней реализовано по схеме «зуб—паз».

Опорный блок устанавливается в бетонную подушку — основание дорожного покрытия и воспринимает основные силовые воздействия. Опорный блок не подвергается непосредственному воздействию атмосферы и поэтому может изготавливаться из бетона, марки по прочности и морозостойкости которого более низкие, чем у материала накрывного элемента.
Накрывной элемент изготавливается из высокопрочного бетона, что позволяет бортовому камню воспринимать атмосферные воздействия и не разрушаться от солевой коррозии.
Указанная конструкция бортового камня обладает еще рядом преимуществ, в том числе — дает возможность ремонта путем замены накрывного камня, позволяет монтаж ограждения разной несущей способности, когда накрывной элемент устанавливается в виде непрерывной ленты, а опорный — с разрывами. Соединение «зуб—паз», с одной стороны, увеличивает длину клеящей прослойки, с другой — препятствует «выворачиванию» накрывного элемента при наезде автотранспорта.

Одним из самых важных типов инженерных изысканий, которые нужно выполнить ещё до начала строительных процедур, называют экологические изыскания. Подобные мероприятия можно осуществлять как одновременно с иными изысканиями, так и отдельно, принимая во внимание техническое задание заказчика.

Основным предназначением экологических изысканий, детальнее о них вы узнаете вот здесь: https://stp72.ru, называют оценку текущего положения дел в природной среде, а также прогнозирование, какие перемены местности и среды могут случиться вследствие негативного воздействия нагрузок техногенного характера.

Итоги выполненных инженерно-экологических изысканий являются основанием для экологического обоснования выполнения строительных процедур либо же любой иной хозяйственной деятельности на выбранном земельном наделе. Выполнять инженерно-экологические изыскания нужно для того, чтобы гарантировать экологическую безопасность людей, строений, зданий и т.д.

Если мы говорим по поводу главных этапов инженерно-экологических изысканий, то среди них стоит обозначить:

• Стадия подготовки;
• Полевые работы;
• Камеральный этап.

Во время подготовительных процедур важно собрать все необходимые сведения, который относятся к участку застройки, проанализировать текущие параметры. В это же время определяется срок, на протяжении которого должны быть выполнены экологические изыскания, рассчитывается их окончательная стоимость.

Во время полевой стадии изысканий берутся пробы земли и воды, исследуется воздух, проводится анализ полученных образцов в лабораторных условиях. Специалисты составляют свободные таблицы имеющихся параметров, чертят все необходимые схемы, собирают информационную базу, которая потребуется во время обработки всех полученных сведений.

Камеральная стадия экологических изысканий является последним этапом работ. В это время специалисты анализируют и обрабатывают данные, полученные во время прошлых этапов работ, составляют отчётную документацию, отвечающую требованиям нормативно-правовых актов. В этом же отчёте делают выводы по поводу состояния окружающей среды.

В 1973 г. ООН был принят список наиболее опасных для человека 15 веществ, среди которых значились сернистый газ, оксид и диоксид углерода, оксид азота, углеводороды, хлор-органические соединения (ДДТ, ПХБ и др.), микотоксины, нитраты, нитриты, нитрозамины, аммиак, ртуть, свинец, кадмий, а также взвешенные в воздухе пылевые частицы, концентрирующие различные металлы.
В России содержание химических веществ начали контролировать еще в 1925 г., когда были определены первые ПДКрз, в настоящее время установленные почти для всех элементов и многих соединений; ПДКСС и ПДКмр впервые введены в 1949 г., а ПДК для воды — в 1950 г.
ПДК для токсичных элементов, утвержденные Минздравом России, в настоящее время действуют для >1300 веществ в воздухе и >1100 — в воде. Они уточнялись, дополнялись и в настоящее время приобрели достаточную стабильность, являясь наиболее жесткими в мире. Часть из них приведена в табл. 1. Общее количество веществ, отнесенных к токсичным, в настоящее время близко к 3000, большинство — органические соединения. За это же время Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в рамках Международной программы химической безопасности опубликованы «Гигиенические критерии состояния окружающей среды» для Hg, Be, Pb, Sn, Mn, As, Ti и других Металлов, которые также использованы в работе.
В 1956 г. при ООН был создан Научный комитет по действию атомной радиации (НКДАР), который периодически опубликовывал данные о мощностях доз облучения от различных источников и их критические значения, приведенные в, табл. 2.
Данные по токсичности и биологичности химических элементов показаны в периодической системе Д. И. Менделеева с выделением трех блоков элементов (рис. 1) — непереходных s-, р-(верхний), переходных d-(средний) и f-(нижний). Различаются высокотоксичные элементы, имеющие I и II классы опасности, общетоксичные (III и более низкие классы опасности) и слабо изученные с неясной токсичностью (см. табл. 1).

Экологическое значение химических элементов обычно многоплановое. В частности, среди токсичных металлов по биологической важности выделяются главные жизненно необходимые Mg, Ca, Mn, Fe, Na, К, Co, Cu, Zn, Mo, а также возможно жизненно важные, но слабо изученные (см. рис. 1), среди которых известны металлы с уже установленными полезными функциями для некоторых растений и животных (Al, As, Li, Ni, Rb, Se, Sr, Ti, V и др.) и с прогнозируемыми (Be, Cd, Si, Cr, Sc, Ba, Cs).
Имеются данные по нормальным и экстремальным недостаточным и избыточным содержаниям некоторых элементов в почвах и растениях (табл. 3), а также для сельскохозяйственных животных (табл. 4). Эти оценки изменчивы и показывают лишь возможный примерный уровень содержаний.
Наиболее сложной и слабо изученной проблемой является медико-санитарное нормирование воздействия элементов на жизнедеятельность. ПДК и другие нормы выведены эмпирически, при отсутствии общей теории вопроса. Они не учитывают даже главные особенности химизма природных и техногенных систем, для которых предназначены, и не всегда привязаны к определенным соединениям или формам нахождения элементов. He решены вопросы суммарного влияния нескольких элементов — эффектов их антагонистического (снижающегося) или синергетического (увеличивающегося) взаимодействия. Эта проблема наиболее остра, так как обычно в экогеохимических системах присутствуют ассоциации большого числа элементов. А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас обобщили имеющиеся данные по этому вопросу для растений (микроорганизмов). Они сделали вывод, что наиболее полно антагонизм изучен для Fe, Mn, Cu, Zn, а также для Cr, Mo, Se; антагонизм и синергизм нередко сменяют друг друга. Синергизм между микроэлементами в растениях обычно не доказан. В частности, упомянутые авторы подвергают сомнению данные о синергизме Cd с Pb, Fe, Ni. Для животных таких обобщений еще не выполнено, за исключением исследований по совместному действию различных радионуклидов.

При совместном присутствии в экологической системе нескольких токсичных веществ (1, 2, …, n) сумма их концентраций не должна превышать единицы при расчете по формуле: C1/ПДК1 + С2/ПДК2 + … + Сn/ПДКn ≤ 1, где C1,2, …, n — фактические концентрации токсиканта, ПДК1,2, …, n — предельно допустимые концентрации тех же веществ в соответствующей экосистеме.
Поскольку одним из основных регулирующих факторов экологической роли элементов является степень их подвижности и время присутствия в конкретной среде (лито-, гидро-, атмо-, био-), это необходимо учитывать во всех геоэкологических построениях.
Впервые научное значение разделения геосфер и физико-химических сред Земли установил В.И. Вернадский, который показал, что их различия имеют большее значение, чем сходства. О главном сходстве уже говорилось, а различия становятся очевидными, если обратиться к составу и свойствам объектов: твердой среды—литосферы (минералов, руд, пород, почв), жидкой — гидросферы (типов вод), газовой — атмосферы.

Биосфера, объединяющая всюду проникающим живым веществом все перечисленные косно-минеральные составляющие верхней части Земли, также специфична по составу, состоянию и времени обращения химических элементов и их соединений. He только биос, но и минеральное вещество проникает во все различные физические среды поверхности Земли, определяя микроэлементный состав воды (взвесь) и воздуха (аэрозоль), и это также объединяет различные геоэкологические среды. Наиболее комплексным и реагирующим на изменение состава всех составляющих объектов являются почвы. В их составе отмечаются все циклические главные компоненты и многие микроэлементы, степень накопления — выноса которых показана в табл. 5. Видно, что для одного и того же элемента величина привноса — выноса меняется и зависит от условий среды. Многочисленные факты большого влияния различных геохимических, геоморфологических, климатических, ландшафтных и других факторов на эндогенную и экзогенную миграцию элементов приведены в работе далее.
В свое время В.И. Вернадский для количественного выражения геохимических зависимостей использовал понятие кларк концентрации элемента (отношение конкретного содержания элемента в объекте или системе к кларку элемента). Это понятие широко вошло в отечественную литературу и в память о В.И. Вернадском и для краткости названо нами вернад. В качестве оценок кларков земной коры для большинства элементов в работе приняты средние значения, полученные K.Н. Овчинниковым из всех имеющихся оценок кларков (табл. 6). Приведенные в табл. 6 кларки биосферы выведены М.А. Глазовской и Н.Ф. Глазовским, кларки гидросферы — по А.П. Виноградову, В.В. Гордееву, В.Н. Иваненко, A.П. Лисицину, биоса — по А.П. Виноградову, Н. Боуэну, B.В. Добровольскому.

В настоящей работе введены новые понятия, характеризующие экогеохимические и геоэкологические особенности элементов: их литотоксичность (табл. 7), а также гидротоксичность — атмотоксичность (табл. 8), геоэкофильность и показатели геоэкологичности.
На основе коэффициентов литотоксичности Тя подсчитаны значения литоэкологичности различных объектов. Элементарный экогеохимический параметр литоэкологичности элемента ГЭ = ВТл, где В — кларк концентрации (вернад) элемента. Для глобальных построений используется кларк элемента земной коры или биосферы, для региональных — ферсм, для локальных — фон. Суммарный экогеохимический показатель литоэкологичности минерала ГЭм рассчитывается следующим образом:

где Y — показатель устойчивости минерала, учитывающий химическую, механическую и гидроаэродинамическую устойчивость и имеющий три градации: высокую (Y=10), среднюю (Y=5) и низкую (Y=1). Этот показатель дает представление об относительной потенциальной экологической неблагоприятности минерального литообъекта или территории. Средние значения могут быть подсчитаны для всех минералов, месторождений и т. д. Для минералов самый высокий ГЭм ртути самородной 1*10в8, киновари 5*10в6, теллуридов и селенидов n*10в6, галхаита 7*10в5, галенита и арсенопирита 5*10в5, акташита 3*10в5, халькопирита и сфалерита 5*10в4, антимонита и блеклых руд 3-104, молибденита 2*10в4; среди минералов классов оксидов и солей кислородных кислот наиболее неблагоприятны хризоберилл 5*10в6, бертрандит 5*10в6, уранинит 8*10в4, торианит 5*10в4, торит 4*10в4, берилл 4*10в4, целестин, стронцианит, барит, витерит и флюорит 3*10в4, шеелит, лопарит и эвдиалит 2*10в4, пирохлор 1*10в4 и т. д.; для кальцита ГЭм=1—5.

Аналогичные средние оценки получены для типов пород и месторождений (как суммы минералов), а также площадей — аномальных геохимических и рудных районов разных типов и масштабов (для пород и месторождений показатели ГЭл приведены в соответствующих разделах).
Гигиенические оценки токсичности химических элементов (ПДК и др.), используемые при экологических исследованиях, не учитывают геохимические параметры (кларки, ферсмы и др.). При сопоставлении имеющихся значений ПДК и степени токсичности металлов (I, II классы опасности, общетоксичные) с их положением в периодической системе и значениями кларков в земной коре общих зависимостей не обнаружено. В менделеевской системе супер- и высокотоксичные металлы (Be, Co, Hg, Tl, Pb, U и др.) соседствуют с общетоксичными, а распространенные металлы нередко имеют ПДК близкие или даже более низкие, чем редкие. Можно лишь отметить, что особенно насыщена наиболее токсичными металлами II группа периодической системы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Cd, Hg), а также длинные периоды (4-й и 6-й) и актиноиды (возможно, лантаноиды), где установлена высокая токсичность V, Cr, Co, Ni, Th, U и др.
Обращает внимание факт наибольшей токсичности микроколичеств ряда редких металлов. Возможно, это связано не с геохимическими особенностями самих металлов, а со слабой адаптацией живых организмов к редким металлам, техногенные концентрации которых относительно недавно появились в окружающей среде.

Были подсчитаны величины отношений генеральных оценок средних содержаний токсичных металлов (соединений) Кл в определенных природных средах к их ПДК в соответствующих средах — воздухе ПДКсс, воде ПДК., а также коэффициенты геоэкофильностй элементов (ГЭФ), представляющие собой отношение Кл: ПДК. Оценки получены для токсичных металлов, охарактеризованных соответствующими величинами в атмосферной и (или) водной средах. Кларки для водной среды приняты по оценкам С. Тейлора и других исследователей в реках, для атмосферы подсчитаны нами по данным Ф.Я. Ровинского с соавторами, С.Г. Пушкина, В.А. Михайлова, А. Кабата-Пендиас, А.А. Волох и других исследователей для различных индустриальных территорий (Северная и Западная Европа, Япония, Северная, Южная, Центральная Америка, бывш. СССР).
По снижению значений ГЭФг в водной среде (гидроэкофильность) получен следующий ряд: Li 0,1; Mg, Fe 0,08; Mn, Cu 0,07; Se 0,06; Be 0,05; As 0,04; Sr 0,035; Ti, Pb 0,03; Al, Tl, Ba 0,01; Cr 0,01—0,002; V 0,009; Ag 0,007; Ni 0,005; Zn 0,004; Nb 0,003; Mo 0,002; Hg, Cd, Sb 0,001; Th<0,001; W 0,0006; Co 0,0001; для атмосферного воздуха (атмоэкофильность) ряд такой: Ni 0,28; Be 0,18; Cr 0,066; Cu 0,023; Pb 0,018; Mn 0,016; As 0,009; Hg 0,004; Zn 0,0037; V 0,0027; Co 0,0012.
Параметры гидро- и атмоэкофильности позволяют перейти к соответствующим коэффициентам степени экотоксичности (Tг и Tа), которые можно использовать для определения относительной суммарной оценки состояния геоэкологичности воздушных и водных сред. Элементы с высокими значениями ГЭФ (0,01—0,n — см. табл. 8) вносят больший вклад, поэтому для них условно приняты высокие показатели — Эг = 100-20: Li 100; Mg, Al 90; Fe, Mn, Be 80; Cu 70; Se, As, S 60; Sr, Ra 50; Pb 40; Ti, Cr 30; Ba, Tl 20; Эа = 100-40: Be 100; Ni 90; Cu 80; Pb 70; Cr 60; Mn 50; As, Ca 40. Для элементов с меньшими ГЭФ (<0,01) принят Эг = 10 (Fe, Ba, Mn, Cr, V, Ti, Th, Nb, Sn, Mo, As, Pb, Zn, Sb, Hg, Cd, V, Co, U) и Эа = 10 (Ca, Cr, Zn, As, V, Co, Hg, F).
В отличие от ГЭл (литоэкологичности) объектов и систем соответствующие показатели гидроэкологичности ГЭг и атмоэкологичности ГЭа подсчитываются по следующим формулам: ГЭг = Σ(ГЭ*Э)i = ГЭ1Эг + … + ГЭnЭг; ГЭа = Σ(ГЭ*Э)i = ГЭ1Эa + … + ГЭnЭa. При расчетах ГЭi значения В берутся для соответствующей среды — водной или воздушной, значения Tг и Tа из табл. 8, а Эг.а — из приведенного ряда.
Для геоэкологической характеристики микроэлементов существенное значение имеют сведения о их патологичности П при избытке и недостатке в окружающей среде. В первом приближении такое понятие дают ряды снижающейся относительной патологичности П микроэлементов при их избытке или недостатке, составленные исходя из количества установленных типов заболеваний и патологий для каждого элемента: при его избытке — Hg (21), Ba (20), As (19), Tl (17), Ni (15), Be, Cd, Pb (по 14), F (13), Co (12), Br (11), Fe, Cu (10), Se, Al (9), V, Cr, Mo, В (8), Mn (7), Li (6), Si (5), I, Bi, Sr, Pt (4), In (3), Zn, Ag (2), W, Sn (1?); при недостатке — Zn (14), Fe, Cu (по 13), I, Se (10), Co, Mn (8), Mo (5), Ni (4), F, Pb (3), Cd, Si (2), В, Br (1), Al(?)… Для макроэлементов детальные обобщения отсутствуют, однако известно огромное значение как недостатка, так и избытка главных биоэлементов — Ca, Na, К, С, S, Mg, Р, N и др.
Приведенные выше первые оценки коэффициентов геоэкологичности элементов являются полуколичественными, но дают общее представление о состоянии соответствующих сред. Одновременно они заставляют обратиться к данным по геохимии токсичных веществ, чтобы использовать их для расширения рядов ГЭ, Т, ГЭФ и других и выявления главных экогеохимических свойств элементов. Исходя же из приведенных данных можно сказать, что важным, вероятно, окажется сочетание нескольких свойств, среди которых, кроме значительного превышения или недостатка по сравнению с кларковой распространенностью В, будут геоэкологические особенности и миграционная способность элементов и соединений.

Технология заводнения включает в себя закачивание воды по нагнетательным скважинам в истощенный нефтяной коллектор (см. рис. 27.1). Его можно проводить как до, так и после полного истощения первоначального режима коллектора. Вода вытесняет некоторую часть оставшейся нефти в направлении эксплуатационных скважин. С помощью заводнения можно добыть от 5 до 50% оставшейся в коллекторе нефти.

Для закачки обычно используют добытый из скважины рассол, отделенный в сепараторах, а также очищенную воду из других источников. Вода должна быть совместима с нефтеносными пластами и не являться причиной реакций, снижающих проницаемость пород заводняемой формации. Взвешенные твердые частицы, которые могут перекрывать поры, предварительно удаляют фильтрацией. Органические вещества и слизеобразующие бактерии нейтрализуют с помощью биоцидов. Для предотвращения коррозии оборудования из воды удаляют кислород.

Воду в скважину либо закачивают под давлением, либо спускают из располагающихся выше (например, на холме) резервуаров под действием силы тяжести. Нагнетательные скважины могут быть пробурены в индивидуальном порядке или переоборудованы из эксплуатационных скважин (см. рис. 27.2).

В зависимости от схемы расположения скважин различают заводнение по геометрической сетке (площадное) и по линейному контуру (линейное заводнение). Обычно применяется пятиточечная схема площадного заводнения, при которой вокруг эксплуатационной скважины по вершинам квадрата располагаются нагнетательные (см, рис. 27.3а). Пятиточечная схема неодноратно повторяется на месторождении, и таким образом каждую эксплуатационную скважину окружают четыре нагнетательные, и наоборот: каждую нагнетательную — четыре эксплуатационные. При семиточечной схеме каждая эксплуатационная скважина окружена шестью нагнетательными (см. рис. 27.3б), а при обращенной семиточечной схеме каждая нагнетательная скважина окружена шестью эксплуатационными (см. рис. 27.3в). При линейном заводнении линии нагнетательных и эксплуатационных скважин чередуются, при этом возможна рядная (см. рис. 27.3г) либо шахматно-рядная система (см. рис. 27.3д). При законтурном заводнении нагнетательные скважины расположены по краям месторождения. Закачанная вода заставляет нефть двигаться вверх и к центру, в направлении эксплуатационных скважин.

Заводнение обычно становится экономически нецелесообразным и его прекращают, когда содержание воды в добываемых флюидах составляет 90—99%. Заводнение особенно эффективно в коллекторах с режимом растворенного газа, где с помощью первичной добычи удается извлечь относительно малое количество нефти. В некоторых случаях заводнение может продолжаться не менее двух лет, пока уровень добычи достигнет нужного значения. Такое время заполнения требуется для сжатия пузырьков газа в порах коллектора и их повторного растворения в остатках нефти.

Однако на многих нефтяных месторождениях коллектор не является однородным и заводнение теряет свою эффективность. Флюиды, в том числе вода, всегда перемещаются по пути наименьшего сопротивления. В коллекторе может присутствовать область высокой проницаемости, например пласт однородного песчаника либо пористого и трещиноватого известняка. По мере просачивания сквозь коллектор вода проходит по наиболее проницаемой зоне (зоне поглощения) и достигает эксплуатационной скважины, где происходит ее прорыв в скважину, После этого оставшаяся часть воды будет протекать также, минуя нефть, находящуюся в менее проницаемых участках породы. Чем быстрее произойдет прорыв воды в скважину, тем менее эффективным будет заводнение.

Сила тяжести тоже влияет на эффективность заводнения. Так как вода тяжелее нефти, она стремится протекать преимущественно у подошвы коллектора из-за гравитационного разделения. Это приводит к тому, что нефть остается нетронутой у кровли коллектора.

В одном из вариантов заводнения в скважины закачивают горячую воду, для того чтобы придать нефти большую текучесть. В воду можно добавлять полимеры (длинные, тяжелые молекулы в Виде цепочек), повышающие ее вязкость. Заводнение раствором щелочи предполагает добавление в воду химического реагента, например гидроксида натрия. Химический реагент взаимодействует с нефтью коллектора и повышает уровень нефтеотдачи.

Обводненность грунтов в процессе строительства вызывает технологические сложности. В процессе эксплуатации подземного сооружения подземные воды порождают архимедову силу взвешивания, которая при недостаточной нагрузке сверху может привести к всплытию сооружения. Кроме того, опасность для конструкций представляют агрессивные подземные воды. Наличие напорных вод на контакте с сооружением требует тяжелых и дорогих видов гидроизоляции. Водопонижение — это система мер по снижению уровня грунтовых или напора межпластовых вод. Элементами водопонижения являются: дренаж — система дрен и фильтров, собирающих подземную воду и отводящих ее от котлована или сооружения, водоотлив — откачивающая система (насосы, трубопроводы), водозадщита — преграда на пути поверхностных и подземных вод.
Поверхностная водозащита котлованов от попадания атмосферных вод состоит в устройстве обвалования по контуру котлована и водоотводящих канав с нагорной стороны котлована.
В качестве глубинной водозащиты применяют противофильтрационные диафрагмы и завесы, а также льдогрунтовые ограждения, создаваемые методом искусственного замораживания грунтов. Диафрагмы устраивают по способу «стена в грунте», а завесы выполняют путем инъекции тампонажных и закрепляющих растворов в грунт. Диафрагмы и завесы могут быть временными и постоянными, льдогрунтовые ограждения — временными. Для постоянных диафрагм и завес обычно принимают коэффициент фильтрации 0,001 м/сут, а для временных — 0,01 м/сут.
Водозащитные ограждения подразделяют на совершенные и несовершенные. Совершенные ограждения полностью пересекают (перехватывают) пути фильтрация за счет их заглубления в водоупорный слой грунта. Несовершенные ограждения не полностью перекрывают пути фильтрации из-за недостаточного заглубления.
Замкнутые ограждения перекрывают фильтрационный поток со всех сторон сооружения. Незамкнутые могут использоваться при локальном источнике поступления воды. Водозащитные ограждения должны обладать необходимыми противофильтрационными свойствами и сохранять эти свойства в течение всего периода функционирования.
В наибольшей степени этим требованиям отвечают диафрагмы, различают по характеру статической работы пластичные, жесткие и эластичные диафрагмы. Пластичные диафрагме выполняются из глин, тяжелого суглинка, глиногрунтовых и других естественных или искусственных нетвердеющих материалов. Жесткие диафрагмы выполняются из твердеющих материалов — грунтоцемента, грунтобетона, бетона, в особых случаях — из железобетона и металла. В настоящее время за рубежом широко применяют полимерные жесткие диафрагмы (рис. 5.18). Главный элемент эластичных диафрагм — синтетическая пленка. Для ее защиты от механических повреждений и грызунов используют дешевые местные строительные материалы.

Самым надежным решением противофильтрационной защиты является устройство совершенного и замкнутого ограждения. Однако не всегда требуется полная ликвидация фильтрации. В большинстве случаев необходимо лишь ограничить водоприток.
Решение о выборе водозащитного ограждения должно производиться на основании технико-экономического расчета, исходя из требования минимума совокупных затрат на устройство ограждения и откачку профильтровавшейся через него воды.
Простейшим и древнейшим методом осушения котлованов является открытый водоотлив (рис. 5.19). В этом случае воду откачивают насосами непосредственно из котлована. Для организации открытого водоотлива на дне котлована устраивают систему водосборных канавок глубиной 0,3-0,6 м, по которым воду отводят в приямки (зумпфы) глубиной 0,5-0,7 м, откуда она систематически откачивается насосом. Мощность насоса принимается в зависимости от ожидаемого фильтрационного притока воды, который, в свою очередь, зависит от градиента напора воды и фильтрационных свойств грунтов и наиболее точно устанавливается пробной откачкой при гидрогеологических изысканиях. Приблизительно фильтрационный приток воды на 1 м2 дна котлована (м /ч) можно принимать следующим:

При откачке необходимо следить, чтобы зумпфы не переполнялись и вода не покрывала дна котлована, так как это может привести к ухудшению свойств грунтов в основании.
В принципе применение открытого водоотлива не имеет ограничений в зависимости от видов грунта и их фильтрационных свойств, но в мелкозернистых грунтах его применение может привести к оплыванию откосов котлована и разрыхлению грунта основания. Чтобы избежать этих нежелательных последствий открытой откачки воды, откосы котлованов приходится пригружать песчано-гравийной смесью, а канавки выкладывать щебнем или гравием, что значительно усложняет и удорожает строительство. Поэтому на практике открытый водоотлив применяют при вскрытии котлованов только в скальных, обломочных и гравийно-галечных грунтах, а в случае мелкозернистых грунтов — глубинный водоотлив, который исключает просачивание подземных вод через откосы и дно котлована.
Недостатками открытого водоотлива являются попадание грунтовых вод в котлован, размокание грунта, а при интенсивных притоках -суффозия и разуплотнение грунта.
Предварительное понижение уровня грунтовых вод до откопки котлована позволяет существенно улучшить условия ведения котлованных работ.
Глубинный водоотлив заключается в искусственном понижении уровня подземных вод в районе котлована. Водопонижающие работы выполняются чаще всего с помощью иглофильтров. В тех случаях, когда погружение иглофильтров невозможно или приток воды велик, например, если вблизи имеется водоем, водопонижение осуществляется откачкой воды из трубчатых колодцев, оборудованных глубинными насосами.
Иглофильтр представляет собой стальную трубу диаметром 38-50 мм, собранную из отдельных звеньев. Нижнее звено на конце оборудовано специальным фильтрующим устройством, через которое производятся всасывание и откачка воды. Фильтрующее устройство не пропускает даже мельчайшие частицы грунта, что обеспечивает водопонижение без нарушения структуры грунтов в районе котлована. Поскольку при глубинном водопонижении вода откачивается из зоны, расположенной ниже дна котлована, то возникающее при движении воды гидродинамическое давление способствует уплотнению грунтов, а следовательно, улучшению их строительных свойств.
Для осуществления водопонижения иглофильтры располагают по периметру будущего котлована, погружая их на 3-7 м ниже его дна. В результате откачки уровень воды вокруг иглофильтров понижается, образуя депрессионную воронку. При расположении иглофильтров с шагом 0,75-1,5 м депрессионные воронки соединяются и уровень подземных вод становится ниже дна котлована, как это показано на рис. 5.20, а, в результате чего земляные работы и устройство фундаментов ведутся насухо.
Иглофильтры погружают в грунт под действием собственного веса благодаря интенсивному подмыву водой или в специально пробуренные скважины.
Отдельные иглофильтры водопонижающей установки соединяют с коллектором из труб диаметром 100-200 мм гибкими шлангами. Коллектор, в свою очередь, соединяется с одной или несколькими насосными установками.
В зависимости от фильтрационных свойств грунтов и необходимой глубины водопонижения применяют различные типы иглофильтровых установок.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) служат для понижения уровня подземных вод на глубину 4-5 м в песчаных отложениях. При необходимости понижения подземных вод на большую глубину иглофильтры располагают в несколько ярусов (рис. 5.20, б) или применяют специальные эжекторные иглофильтры (водоструйные насосы, создающие большое разрежение около фильтрующего элемента, что способствует увеличению всасывания), позволяющие при их однорядном расположении понизить уровень подземных вод на глубину до 25 м.
ЛИУ отличаются мобильностью, возможностью быстрого погружения иглофильтров в грунт в собранном виде, простотой и надежностью эксплуатации. Их применение наиболее эффективно в крупных, средних и мелких песках. Эжекторные иглофильтры как более мощные применяют в пылеватых песках и супесях с коэффициентом фильтрации более 0,1 м/сут.
При осуществлении водопонижения в грунтах, имеющих коэффициент фильтрации меньше 0,1 м/сут, используют специальные методы водопонижения — вакуумырование и электроосушение.
При применении вакуумного метода в скважинах и на наружной поверхности фильтров создается и непрерывно поддерживается вакуум. Этот метод, требующий повышенных затрат электроэнергии, используют при осушении мелкозернистых грунтов (пылеватые и илистые пески, супеси, легкие суглинки, илы, лессы) с коэффициентом фильтрации не ниже 0,01 м/сут при требуемом понижении уровня подземных вод до 20 м. Вакуумные скважины отличаются от открытых водопонизительных скважин тем, что их устья герметизируются и из них откачиваются вода и воздух.
Электроосушение (электроосмотическое водопонижение) применяют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей. Способ электроосушения основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием постоянного тока (электроосмос). Для электроосушения по периметру котлована вдоль его бровки забивают стальные стержни из арматуры или труб. Затем на расстоянии 1,5…2 м от бровки котлована погружают иглофильтры, располагая их в шахматном порядке относительно стержней (рис. 5.21).

Стержни подключают к положительному полюсу источника постоянного тока с напряжением 30-60 В, а иглофильтры (через коллектор) -к отрицательному. Под воздействием пропускаемого тока, перемещаясь от анода к катоду, грунтовая вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом. Практика показала, что на 1 м осушенного грунта расходуется от 5 до 40 кВт-ч электроэнергии.
Применение электроосушения требует соблюдения соответствующих правил техники безопасности.