Не пустить отходы под откос: эксперт «СГ» о геотехнических аспектах современных технологий защиты мусорных полигонов

Иван БОГДАНОВ, технический директор «ГЕОИЗОЛ Проект»:

Геотехнические методы проектирования могут быть эффективно использованы для решения специфических задач, возникающих при строительстве и эксплуатации объектов размещения отходов. Прежде всего это касается вопросов обеспечения устойчивости грунтовых массивов.

Отвал не по сценарию

Объекты размещения отходов — мусорные полигоны твердых бытовых отходов (ТБО), шламо- и хвостохранилища, отвалы горных пород и другие — являются сложными инженерными сооружениями, оказывающими негативное воздействие на окружающую среду. Нарушение их работоспособности чревато серьезными экологическими последствиями и зачастую несет реальную угрозу жизни и здоровью людей.

Среди потенциальных опасностей, которым могут быть подвержены объекты размещения отходов, следует выделить вероятность деформации склонов и откосов, а также сопутствующие риски при особых сочетаниях условий, среди которых сложный рельеф, близкое расположение водных объектов, обильные осадки. Причинами возникновения негативного сценария могут послужить несоответствие параметров отвала нормативам, необоснованное увеличение высоты отвала, неравномерность размещения пород различной фракции, специфические физико-механические свойства пород и увеличение влажности массива.

К обрушению откосов может привести нарушение работы системы сбора и отвода поверхностного стока вод. Обильные атмосферные осадки способны размыть поверхность и вызвать переувлажнение грунтового массива, что приведет к уменьшению сил сцепления и локальной потере устойчивости. К негативным факторам также следует отнести внешнее воздействие, обусловленное сейсмикой или приложением дополнительной нагрузки.

Удержать склон

Деформация откоса является частным случаем оползневых процессов, когда массив грунта под собственным весом смещается вниз по поверхности скольжения. Для защиты существующих откосов от оползней целесообразно применение нагельного крепления. Эффективность этого технического решения доказана многолетней практикой. Одним из показательных примеров может служить комплексная инженерная защита территории, обеспеченная нашими специалистами в рамках подготовки к проведению зимней Олимпиады в горном кластере Сочи.

Принцип действия такого крепления заключается в пространственном армировании неустойчивых массивов буроинъекционными грунтовыми нагелями GEOIZOL-MP, которые выходят за поверхность скольжения, закрепляются в нижерасположенных устойчивых слоях и удерживают оползнеопасный массив грунта. По поверхности откоса нагели объединяются покровной системой, представленной, как правило, высокопрочной стальной сетью в комбинации с противоэрозионными матами. Покровная система препятствует смещениям на поверхности откоса и не допускает вывалов грунта в межнагельном пространстве. Такие работы возможно выполнять на любых откосах и склонах, применяя малогабаритные горные буровые установки с использованием альпинистского оборудования.

Устройство нагельного крепления возможно в рамках проведения противоаварийных работ при активизации оползневых процессов. Кроме того, повышение устойчивости с применением этого метода в рамках строительства и эксплуатации объекта размещения отходов позволяет выполнить откосы с меньшим заложением и тем самым увеличить емкость полигона или отвала горной породы.

Для обеспечения устойчивости откосов и склонов также применяется анкерное крепление с прижимными плитами, являющееся компактным аналогом пригрузочной бермы. Такая конструкция одновременно армирует грунт и жестко удерживает склон. Железобетонные плиты создают дополнительное давление (пригруз) на грунт в нижней зоне потенциального оползневого тела и увеличивают удерживающие силы, таким образом повышая устойчивость откоса. Грунтовые анкеры выходят за поверхность скольжения склона и закрепляются в устойчивых слоях, создавая дополнительное удерживающее усилие.

Чаша распадка

Помимо оползневых процессов, возможно возникновение специфических рисков, которые, как правило, обусловлены сочетаниями различных условий. Так, на полигоне ТБО, расположенном недалеко от Махачкалы, были выявлены риски образования селя. Сам объект расположен на сложном рельефе — в распадке предгорья в пригороде столицы Дагестана. Наполнение полигона имеет несистемный характер с нарушением правил складирования отходов. Предварительные изыскания выявили три неустойчивых участка: подъездную автодорогу, прилегающий склон и непосредственно массив свалочного грунта.

В связи со спецификой рельефа мусор заполняет чашу распадка, из которого вытекает водоток — обильные осадки. В регионе периодически возникают мощные ливни, они могут вызвать резкую потерю устойчивости массива свалочного грунта, что чревато сходом мусорного оползня или даже образованием мощного токсичного селя. В этом случае в зоне риска оказывается обширная территория, включающая плотную жилую частную застройку и участок федеральной трассы «Кавказ».

Прорабатывая концепцию инженерной защиты этого объекта, наши специалисты предложили на первом этапе устроить селеудерживающий барьер, перекрывающий водоток на выходе из распадка, чтобы исключить возможные чрезвычайные ситуации на время производства работ. На втором этапе предложено усилить неустойчивый горный массив анкерным креплением с прижимными плитами, а участки подъездной дороги и чашу распадка, заполненную свалочным грунтом, — нагельным креплением. Для сбора токсичного стока предусмотреть устройство дренажей и локальных очистных сооружений. По периметру полигона предложено выполнить систему водоотведения, а сверху покрыть территорию геосинтетикой для обеспечения стока дождевой воды с поверхности и исключить ее фильтрацию в грунт.

Подобные геотехнические решения позволяют решить наиболее сложные проблемы, возникающие при строительстве и эксплуатации объектов хранения отходов, а также уменьшить заложение углов откосов отвалов, за счет чего появляется возможность увеличения емкости полигонов.

Принципиальная схема нагельного крепления:

1 – грунтовый нагель; 2 – покровная система; 3 – поверхность скольжения

Принципиальная схема анкерного крепления с прижимными плитами:

1 – грунтовый анкер; 2 – железобетонная плита