Определение противофильтрационных критерий в неогенных породах основания плотины Пскемской ГЭС

В целях эффективного использования гидроэнергетического потенциала республики, формирования единой системы управления водноэнергетическими ресурсами, последовательного увеличения доли возобновляемых гидроэнергетических ресурсов в структуре производства электрической энергии, создания новых экологически чистых генерирующих мощностей, осуществления технического и технологического перевооружения существующих гидроэлектростанций, широкого привлечения в развитие гидроэнергетики иностранных инвестиций и обеспечения на этой основе наиболее полного удовлетворения потребности предприятий и населения в электрической энергии Указом Президентом Республики Узбекистан № 2947 от 2 мая 2017 года образовано АО

«Узбекгидроэнерго». Этим же Указом утверждено Программа развития гидроэнергетики Республики Узбекистан на 2017-2021 годы. Согласно Программы предусмотрено строительства 42 новых гидроэлектростанции и модернизация 32 действующих гидроэлектростанции.

В рамках этой Программы также предусмотрено разработка ТЭО проекта строительство Пскемской ГЭС в Ташкентской области.

В рамках проекта принято решение выполнить опытно цементационных работ в неогеновых породах основания плотины.

Опытные работы проводились под руководством «Институт Геостройпроект» (г. Москва), с участием специалистов АО «Гидропроект», АО «Гидроспецстрой» (г. Ташкент), а также научные соискатели ТИИИМСХ.

В период с июля по октябрь 2019 г. выполнялись опытные цементационные работы в неогеновых породах основания плотины на опытном участке №1, который привязан на левом берегу и врезан в неогеновые породы. Участок №1 представлен фрагментом цементационной завесы, состоящим из девяти рабочих и восьми контрольных скважин. Ширина фрагмента по напорному фронту составила 14 метров, основная глубина фрагмента составляет 45 м и частично, в количестве трех скважин, фрагмент имеет глубину до 100 м.

Водопроницаемость пород основания.

По результатам анализа выполненных гидравлических испытаний и нагнетаний цемента в скважины опытной цементации участка №1, выделено, по глубине, три характерных интервала с близкими свойствами и близкими значениями удельных водопоглощений и поглощений цемента (Приложения, таблицы 1, 2). Проницаемость основания до выполнения цементационных работ можно проследить по значениям удельных водопоглощений, полученных в скважинах 1-й очереди, наиболее представительны значения, с точки зрения цементационных работ, полученные на давлении 10 бар. Далее приведен анализ гидравлических испытаний пород основания при давлениях нагнетаний воды 10 бар. Так, в интервале глубин 5 – 25 м, среднее удельное водопоглощение по скважинам 1-й очереди составило 0,070 л/мин*м2, при максимальном 0,267 л/мин*м2. В интервале глубин 25 – 50 м, среднее удельное водопоглощение по скважинам 1-й очереди составило 0,013 л/мин*м2, при максимальном 0,064 л/мин*м2. В интервале глубин 50 – 100 м, среднее удельное водопоглощение по скважинам 1-й очереди составило 0,006 л/мин*м2, при максимальном 0,024 л/мин*м2. Наблюдается снижение водопроницаемости основания с ростом глубины от поверхности. По мере выполнения цементации рабочих скважин участка наблюдается, от очереди к очереди скважин, снижение водопроницаемости основания.

Рис.1. Процесс проведения опытных работ Прочность деформируемость пород основания.

В естественных условиях (до проведения цементационных работ) с ростом глубины скважин наблюдается повышение прочностных и деформационных характеристик пород основания. В интервале глубин от 5 до 25 м наблюдались существенные увеличения расходов нагнетаний при давлении 5-10 бар, в том числе на глубинах 5-10 м давления, при которых отмечались деформации со значительным увеличением расхода нагнетания, составляли 5 бар. При нагнетаниях в интервале глубин 5-25 м имели место выходы воды и раствора на поверхность. В интервале глубин от 25 до 50 м наблюдались существенные увеличения расходов нагнетаний при давлениях 10-20 бар. В интервале глубин от 50 до 100 м давления, при которых, в результате деформаций, заметно возрастали расходы нагнетания воды, составляли 20 бар и выше. В процессе выполнения опытной цементации и по ее итогам отмечено повышение прочностных и деформационных характеристик пород основания. Так, в интервале глубин 5 – 25 м, значения давлений, при которых происходит значительное увеличение расходов нагнетания (условно «критические давления» Рк) в процессе работ, изменялись следующим образом:

• -    на этапе выполнения скважин 1 -й очереди, до выполнения цементационных работ, Рк = 5-10 бар;

• -  на  этапе  выполнения  скважин 3-й  очереди,  после  выполнения

цементационных работ по скважинам 1-й и 2-й очередей, Рк = 10-15 бар;

• -  на  этапе  выполнения  контрольных  скважин,  после  завершения

цементационных работ по всем очередям скважин, Рк = 15-20 бар.

В интервале глубин 25 - 50 м, значения давлений, при которых происходит значительное увеличение расходов нагнетания в процессе работ, изменялись следующим образом:

• -    на этапе выполнения скважин 1-й очереди, до выполнения цементационных работ, Рк = 10-20 бар;

• -  на  этапе  выполнения  скважин 3-й  очереди,  после  выполнения

цементационных работ по скважинам 1-й и 2-й очередей, Рк = 15-20 бар;

• -  на  этапе  выполнения  контрольных  скважин,  после  завершения

цементационных работ по всем очередям скважин, Рк = 15-20 бар.

В интервале глубин 50 - 100 м, значения давлений, при которых происходит значительное увеличение расходов нагнетания в процессе работ , изменялись следующим образом:

• -    на этапе выполнения скважин 1-й очереди, до выполнения цементационных работ, Рк > 20 бар; - на этапе выполнения скважин 3-й очереди, после выполнения цементационных работ по скважинам 1-й и 2-й очередей, Рк > 20 бар;

• -    на этапе выполнения контрольных скважин, после завершения цементационных работ по всем очередям скважин, Рк > 20 бар.

В результате пластических деформаций пород основания, при выполнении цементации, по данным маркшейдерских замеров, отметка верха бетонной плиты претерпела подъем от 1,4 до 6,7 см, в среднем 2,9 см.

Поглощения цемента.

По результатам выполнения опытных цементационных работ на участке №1 было израсходовано для цементации рабочих скважин 55 940 кг цемента. При этом средние поглощения цемента на погонный метр скважин составили: - в интервале глубин 5 – 25 м … 250 кг/м; - в интервале глубин 25 – 50 м … 43 кг/м; - в интервале глубин 50 – 100 м … 17 кг/м. Наблюдается снижение средних поглощений цемента от очереди к очереди скважин, а также с ростом глубины скважин (Приложения, таблица 2). В приложениях, рис. 5, представлены:     - схематизация основания участка №1 по водопроницаемости, разрез 1-1; - графики зависимости q=f(H), где q – удельное водопоглощение (средние, максимальные, контрольные значения), л/мин*м2, Н – глубина от поверхности, м.

Значения удельных водопоглощений, опытный участок № 1.

Таблица 1.

Интерв ал глубин от – до, м	удельное водопоглощение, q, л/мин*м2, среднее (максимальное)
	P = 5 кгс/см2			P = 10 кгс/см2				Pmax ~ 10 - 20 кгс/см2
	1 оч.	2 оч.	3 оч.	1 оч.	2 оч.	3 оч.	нтроль ные по ряду*	1 оч.	2 оч.	3 оч.
5 – 25	0,023 (0,175)	0,008 (0,043)	0,012 (0,019)	0,07 (0,267)	0,034 (0,088)	0,020 (0,044)	0,004 (0,011)	0,054 (0,267)	0,051 (0,088)	0,047 (0,121)
25 –50	0,016 (0,074)	0,006 (0,035)	0,007 (0,074)	0,013 (0,064)	0,005 (0,025)	0,009 (0,020)	0,009 (0,026)	0,020 (0,068)	0,017 (0,053)	0,010 (0,032)
50 -100	0,002 (0,008)	0,001 (0,005)	0,001 (0,008)	0,006 (0,024)	0,004 (0,020)	0,006 (0,012)	0,005 (0,009)	0,011 (0,056)	0,004 (0,022)	0,006 (0,012)

Значения удельных водопоглощений, опытный участок № 1.

Таблица 2

Интервал глубин от – до, м	Поглощение цемента и объем цементации
	Всего, кг				Среднее, кг/м / (объем цементации, м)
	1 оч.	2 оч.	3 оч.	Итого	1 оч.	2 оч.	3 оч.	Итого
5 – 25	10125	18885	15935	44945	169/(60)	472/(40)	199/(80)	250/(180)
25 – 50	6745	1115	570	8430	104/(65)	25/(45)	8/(85)	43/(195)
50 – 100	1995	240	330	2565	40/(50)	5/(50)	7/(50)	17/(150)
5 – 100	18865	20240	16835	55940	108/(175)	150/(135)	78/(215)	107/(525)

Примечание: рабочая скважина №1.3 (1 очередь) выполнена с нарушениями технических условий (значения удельных водопоглощений и поглощений цемента могут быть занижены).

Более детально тема, затрагивающая свойства пород основания, а также выводы и рекомендации по цементации пород неогена левого берега основания плотины, будут представлены в отчете о результатах опытных цементационных работ на левобережной площадке после выполнения опытных работ на участках №2 и №3.