Исследование технологии принудительной обсыпки дренажных труб объёмно-фильтрующим материалом при строительстве закрытого горизонтального дренажа

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ОБСЫПКИ ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ ОБЪЁМНО-ФИЛЬТРУЮЩИМ МАТЕРИАЛОМ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА

Никитенко Андрей Васильевич

ассистент

Максимов Валерий Павлович

д.т.н., профессор каф. Машины природообустройста

В статье описана технология строительства закрытого горизонтального дренажа с применением принудительной подачи объёмно-фильтрующего материала бункером узкотраншейного дреноукладчика, и приведены результаты полевых исследований работоспособности дрен, уложенных по традиционной и предложенной технологиям

Ключевые слова: ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА, ЗАКРЫТЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ДРЕНАЖ, СВОДОРАЗРУШАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, КОЭФФИЦИЕНТ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТ ВОДОЗАБОРА, ФИЛЬТРАЦИОННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

В условиях глобальных изменений климата, связанных с часто повторяющимися засушливыми годами наиболее действенным средством обеспечения устойчивости сельскохозяйственного производства являются водные мелиорации. Однако большинство мелиорированных земель вследствие почти полной амортизации гидромелиоративных систем, достигающей порядка 80%, а также снижения общей культуры земледелия обладают не высокой продуктивностью и не могут оказать решающего влияния на нейтрализацию риска неблагоприятных погодных условий и обеспечение населения страны продовольствием.

С целью повышения рентабельности и устойчивости сельскохозяйственного производства правительством Российской Федерации на период до 2020 года была утвержден проект федеральной целевой программы развития мелиорации земель сельскохозяйственного назначения за счет реконструкции и строительства мелиоративных систем.

Одним из перспективных направлений развития мелиорации земель является реконструкция и строительство на орошаемых площадях инженерного дренажа, который в автоматическом режиме обеспечивает создание оптимальных условий для развития сельскохозяйственных культур за счет регулирования водно-воздушного и солевого режимов почв.

В рамках ведомственной программы «Разработка орудий, средств и технологий механизации строительства, восстановления и эксплуатации мелиоративных систем и объектов природообустройства» была разработана и испытана в производственных условиях на базе нового бункера узкотраншейного дреноукладчика (патент РФ E02F 5/10 76356 U1) технология укладки пластмассовых дренажных труб с принудительной их обсыпкой объёмно-фильтрующим материалом.

Технологически процесс строительства закрытого горизонтального дренажа узкотраншейным способом с применением предложенной технологии обсыпки дренажных труб в части отрывки дренажной траншеи и засыпке её минеральным грунтом после укладки дренажных труб аналогичен разработанному доктором технических наук Мироновым В.И. [1]. Его отличительной особенностью является новый способ доставки объёмно-фильтрующего материала на дно дренажной траншеи к месту укладки и формирования качественной обсыпки вокруг дренажной трубы.

Традиционно процесс дозирования объёмно-фильтрующего материала бункером дреноукладчика осуществляется при свободном движении сыпучего материала вниз под действием собственной массы, при этом распределение материала происходит за счёт поступательного перемещения бункера в траншее с определённой рабочей скоростью.

Исследования бункеров различных конструкций как отечественного, так и зарубежного производства показали [2, 3, 4], что при таком методе дозирования ограниченное пространство бункера дреноукладчика в совокупности с физико-механическими свойствами фильтрующей обсыпки зачастую приводят к образованию статически устойчивого свода. При этом процесс подачи объёмно-фильтрующего материала осуществляется прерывисто с образованием пустот, что не только нарушает необходимую конструкцию дрены, приводя к волнообразной укладке труб с обратным уклоном, но и способствует в дальнейшем интенсивному засорению и заиливанию дрены. Устранение дефектов укладки дрен и фильтра занимает 25-35 % общего цикла времени строительства [4, 5], что значительно сказывается на производительности и себестоимости строительных работ.

Для повышения качества обсыпки труб сыпучим объёмно-фильтрующим материалом разработана технология принудительной подачи и послойного распределения фильтроматериала вокруг дренажной трубы с использованием бункера-дозатора предложенной конструкции (рис. 1).

Такая конструкция позволяет предотвратить образование статически устойчивых сводов в бункере, а так же обеспечить соблюдение проектных параметров фильтра с соблюдением уклона укладки дренажной трубы.

В процессе работы рабочий орган 2 дреноукладчика 1 отрывает траншею шириной 0,3ч0,4 м, на дно которой через желоб 6 подается пластиковая дренажная труба 15, и по желобам 5, 7 объёмно-фильтрующий материал 14, поступающий из прицепа перегружателя через загрузочную воронку 4.

дренаж бункер узкотраншейный дреноукладчик

Рисунок 1 - Бункер узкотраншейного дреноукладчика

Силовой установкой 17 приводятся во вращение шнеки 8, 9, верхняя рабочая часть которых предотвращает образование сводов и побуждает движение объёмно-фильтрующего материала вниз самотеком при помощи наклонных лопаток 11, а нижняя рабочая часть в виде винтовой поверхности 12 создает напор, подобный гидравлическому, чем обеспечивается создание уплотненного слоя фильтра вокруг дренажной трубы по всему периметру отрываемой траншеи. Профилирующий нож 16, закрепленный в нижней части желоба 6 предотвращает эффект выпора подстилающего слоя фильтра из-за создаваемого напора и прорезает ложе в которое затем укладывается дренажная труба 15. Лыжа-формирователь 13 предотвращает эффект выпора застилающего слоя фильтра и формирует профиль фильтра позволяющий экономно расходовать объёмно-фильтрующий материал.

Испытания бункера в условиях полигона ОАО «163 БТРЗ» показали, что использование в технологии строительства закрытого горизонтального дренажа узкотраншейным способом предложенного технологического приема подачи и укладки объёмно-фильтрующего материала позволяет исключить из технологического цикла часть операций связанных с устранением дефектов укладки, снизив сроки проведения работ на 20%.

Для проведения сравнительного анализа эффективности работы дрены, уложенной с применением предложенной технологии обсыпки труб (принудительная подача ОФМ в придренную полость) внедряемой взамен существующей (подача ОФМ в придренную полость под действием силы тяжести) было заложено три дрены. Две, построены с применением традиционной технологии обсыпки и одна с применением предложенной технологии. Конструкция водопроводящей части дрен выполнена из дренажных гофрированных труб диаметром 110 мм, обернутых полотном нетканым клееным. Исследуемые конструкции дрен представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Конструкции исследуемых закрытых дрен на участке совхоза "Краснокутский" Веселовского района

Фильтрующая обсыпка на исследуемых дренах выполнена песчано-гравийной смесью, в состав которой входит среднезернистый песок, характеризующийся следующими показателями: d ₁₀ = 0,11 мм, d₆₀ = 0,25 мм, К_ф = 10 м/сут.

Полевые исследования проводились в ЗАО «Краснокутское» Веселовского района ростовской области, где в рамках проводимых исследований была выполнена реконструкция дрен, путем замены поврежденных участков длинной 250, 300, 310 м на новые (рис. 2).

Рисунок 2 - Реконструкция дренажа ЗАО «Краснокутское»

Исследование работы дрен заключалось в определении их технической и мелиоративной эффективности. Для чего в 15 м выше наблюдательных колодцев, в которых планировалось замерять величину дренажного стока, было пробурено 2 створа с 16 наблюдательными скважинами. Скважины закладывались по нормали к дренам на следующих расстояниях от её оси: 1; 3; 10; 25; 50 м и на междренье, после чего производилась их нивелировка. Глубина скважин превышала на 0,5 - 1,0 м минимальную глубину уровня грунтовых вод.

Исследование показателей технической эффективности работы включало определение величины дренажного стока, глубины залегания и скорости понижения уровней грунтовых вод, зависимости притоков от действующих напоров, динамики изменения депрессионных кривых, фильтрационных сопротивлений, коэффициента гидравлического сопротивления и водозабора, способности дрен сохранять проектный уклон после обратной засыпки и в процессе эксплуатации.

Замер уровней грунтовых вод и дебита дрен осуществлялся в течение всего полевого сезона не реже 2-х раз в месяц. Величина дренажного стока устанавливалась объёмным методом.

Исследование технической эффективности дрены выполнялось по методу, предложенному Р.Г. Джанумовым и Ю.Г.Филипповым [6]. Сущность, которого заключается в сравнении суммарных гидравлических сопротивлений, которые реальная и идеальная дрены оказывают фильтрационному потоку.

Сопоставление дренажного стока исследуемых конструкций по величинам удельных расходов приведено в таблице 2.

Таблица 2 - Средние расходы дрен исследуемых конструкций

Для исследуемых конструкций дрен установлены положения депрессионных кривых, при которых обеспечиваются данные расходы (рис. 3). Динамика уровней грунтовых вод по створам наблюдательных скважин I и II показала, что интервалы напоров в междренной зоне рассматриваемых конструкций имеют соответственно пределы: 0,43…0,65 м (рис. 3).

Рисунок 3- Изменения уровней грунтовых вод под влиянием дренажа на участке ЗАО «Краснокутское» (створ I)

Определение технического совершенства конструкций выполнено по отношению потерь напора к удельному расходу, представляющее собой фильтрационное сопротивление.

Фильтрационные сопротивления, рассчитанные по данным наблюдений, приведены в таблице 3, анализ которой показывает, что с наименьшим фильтрационным сопротивлением работает дрена ЗДр-1. Среднее фильтрационное сопротивление (Ф_СР = 15,81 м) конструкции, которой на 12-15% меньше.

Таблица 3 - Интервалы напоров, удельных расходов и фильтрационные сопротивления исследуемых дрен

При оценке фильтрационных сопротивлений исследуемых конструкций, кроме рассмотренного метода, применялись методы А.М.Сойфера и решения обратных задач [7]. Фильтрационные сопротивления дренажных конструкций сведены в таблицу 4.

Таблица 4 - Средние значения фильтрационных сопротивлений дрен рассчитанных различными методами

Применительно к рассматриваемым конструкциям выполнены расчеты коэффициентов гидравлического сопротивления и водозабора (таблицы 5 и 6) и установлены зависимости удельных расходов дрен от действующих напоров q = f(h) представленные на рисунке 4.

Рисунок 4 - Кривые зависимостей удельных расходов дрен от действующих напоров

Водозаборные характеристики исследуемых дрен (табл. 5), зависимости удельных расходов от напоров (рис. 4) и фильтрационные сопротивления, установленные различными методами (табл. 4) позволяют сделать обоснованные выводы об эффективности технологии принудительной подачи объёмно-фильтрующих материалов к месту укладки. Так, у дрены, уложенной с применением новой технологии обсыпки среднее фильтрационное сопротивление по методу А.М. Сойфера и по методу решения обратных задач в среднем на 10-15% меньше, чем у конструкции построенных по традиционной технологии.

Таблица 5 - Водозаборные конструкции дрен, установленные по разовым замерам

Уложенная с применением предлагаемой технологии обсыпки дрена характеризуется меньшим значением коэффициента гидравлического сопротивления (о = 3,75), большим коэффициентом водозабора (м = 0,28) и обеспечивает удельные расходы в среднем до 0,5-0,6 л/скм при напорах до 0,6 м. Основные технические показатели эффективности конструкций дрен сведены в таблицу 7, анализ которых показывает, что работоспособность конструкций дрен с фильтровой обсыпкой, уложенной с применением новой технологии более чем на 10% лучше, чем у дрен, фильтровая обсыпка которых выполнена по традиционной технологии.

Таблица 6 - Средние значения коэффициентов гидравлического сопротивления и водозабора исследуемых конструкции дрен

Таблица 7 - Показатели технической эффективности конструкций дрен

Анализ результатов полевых исследований позволяет сделать заключение об эффективности новой технологии обсыпки труб ОФМ и целесообразности её применения для строительства и реконструкции дренажа.

Выводы: Результаты полевых исследований работоспособности конструкции дрены, уложенной с применением предлагаемой технологии обсыпки труб, показали, что водоприемная способность фильтра в среднем на 10 % выше, чем у дрен, уложенных по традиционной технологии.

Разработанная конструкция бункера узкотраншейного дреноукладчика, оснащенного сводоразрушающим устройством при одновременном повышении производительности работ, примерно, на 18% позволяет повысить качество обсыпки дренажных труб защитно-фильтрующим материалом и снизить технологические затраты на строительство дренажа с применением предложенной технологии более чем на 15 %.

Список используемой литературы

1. Миронов В. И. Комплексно-механизированные технологии строительства закрытого горизонтального дренажа в зоне орошения узкотраншейным способом: дис. ... д - ра техн. наук: 06.01.02. -М., 2004. - 575 с.

2. Коршиков А.А. Технологические особенности строительства и эксплуатации дренажа в зоне орошения. - Новочеркасск, 1991. - 145 с.

3. Зенков Р. Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. - М.: Машиностроение, 1987. - 432 с.

4. Панченко А.Н. Бункера дреноукладчиков зоны орошения: монография. - Ашхабад: Ылым, 1985. - 80 с.

5. Миронов В. И. Технология и механизация дренажных работ в зоне орошения. - Ростов н/Д: Изд - во СКНЦ ВШ, 2002. - 120 с.

6. Филипов Ю.Г., Джанумов Р.Г. Исследование работы закрытого дренажа на орошаемых землях Ростовской области // Сб. научн. тр. Южгипроводхоза. - Ростов н/Д, 1973. - Вып. XIV. Ч. II. - С. 37 - 53.

7. Лисконов А.Т., Бредихин Н.Н., Савчук Д.П. Закрытый горизонтальный дренаж при орошении. - Изд - во Красноярского ун - та, 1992. -288 с.

Размещено на Allbest.ru