Научно-техническое обеспечение эксплуатации гидроузла в УНПЦ "Степное" Энгельсского района

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Научно-техническое обеспечение эксплуатации гидроузла в УНПЦ «Степное» Энгельсского района

Варламова Татьяна Васильевна

Резюме

Значительная часть водохранилищ Саратовской области находится в неудовлетворительном состоянии. Причинами этого является как износ и разрушение гидротехнических сооружений, так и активная фильтрация воды через ложе водохранилища. В статье рассматриваются различные методы борьбы с фильтрацией водохранилищ, их достоинства и недостатки. В данной работе, для проектируемого водохранилища в УНПЦ «Степное» Энгельсского района Саратовской области, на основании анализа существующих противофильтрационных мероприятий по снижению водопроницаемости грунтов, предлагается применить водонабухающий гидроизоляционный композит ТР 106-00.

Ключевые слова: гидротехническое сооружение, водохранилище, фильтрация, скелет грунта, битумные материалы.

Scientific and technical ensuring operation of the water-engineering system

in the ERPC "Stepnoye" of the Engelssky area

Varlamov Tatyana Vasilyevn1, Mikheeva Olga Valentinovna1,

Kolosova Nina Matveevna1, Shmagina Elvira Yurievna2

1. Federal state budgetary educational institution of higher professional education « Saratov State agrarian university of a name of N. I.Vavilov»

2. Federal state budgetary educational institution of higher professional education «Saratov state technical University the name of Gagarin Yu. A.»

Summary. The considerable part of reservoirs of the Saratov region is in an unsatisfactory condition. The reasons of it is both wear and destruction of hydraulic engineering constructions, and an active filtration of water through a reservoir bed. In article various methods of fight against a filtration of reservoirs, their merits and demerits are considered. In this work, for a projected reservoir in the TSPC "Stepnoye" of the Engelssky region of the Saratov region, on the basis of the analysis of existing antifiltrational actions for decrease in water penetration of soil, it is offered to apply a water bulking up waterproofing composite of TP 106-00.

Keywords: hydraulic engineering construction, reservoir, filtration, soil skeleton, bituminous materials.

водопроницаемость грунт гидроизоляционный композит

В природно-климатических условиях России развитие мелиорации способствует решению важных социально-экономических задач.

Сельскохозяйственное производство в районах Заволжья Саратовской области в засушливый летний период испытывает острую нехватку воды. В 70-е - 80-е годы ХХ века, т.е. в период развития мелиорации Саратовской области, в Заволжье было построено несколько десятков водохранилищ для орошения и обводнения. Однако в настоящее время значительная часть этих водохранилищ находится в неудовлетворительном состоянии. Причинами является как износ и разрушение гидротехнических сооружений, так и активная фильтрация воды через дно и стенки водохранилищ.

В 2012 году Саратовский государственный аграрный университет приступил к проектированию водохранилища для орошения и рыборазведения в УНПЦ «Степное» Энгельсского района Саратовской области. Для создания водохранилища запроектирован гидроузел, в составе гидроузла грунтовая плотина. Для обеспечения безопасной эксплуатации грунтовой плотины были выполнены технические изыскания, которые показали, что грунты основания в районе проектируемого водохранилища обладают высоким коэффициентом фильтрации. Характерными признаками грунтов являются высокая прочность, слабые структурные связи, повышенная сжимаемость, пониженная прочность, легкая размываемость, низкое удельное сцепление.

Лабораторные исследования показали, что свойства ненарушенной и нарушенной структуры грунтов резко отличаются.

При таких условиях для сохранения запасов воды перед началом строительных работ необходимо выполнение противофильтрационных мероприятий на территории ложа будущего водохранилища.

Рис. 1 Зависимость коэффициента водонасыщения от влажности

Разрушение верхового откоса плотины происходит при изменении уровней воды в водохранилище. Разрушение происходит в форме сдвига или отрыва. На сдвиг грунт работает лучше, чем на растяжение, поэтому откос оползает по линии скольжения и при этом возникают фильтрационные силы, которые изменяют напряженное состояние грунта, вызывая одновременно отрыв и сдвиг [1].

Из условия предельного равновесия:

где - касательная и нормальная составляющая напряжения по плоскости сдвига;

- угол внутреннего трения грунта, сцепление.

Разрушение грунтовой плотины зависит от скорости фильтрации, при этом резко увеличиваются касательные напряжения и уменьшаются нормальные напряжения в скелете грунта.

,

где U - скорость фильтрации.

Традиционно для борьбы с фильтрацией из водохранилищ и каналов используются конструктивные, механические и физико-химические методы. К конструктивным методам относятся противофильтрационные облицовки (бетонные, асфальтовые, глиняные); водонепроницаемые экраны из полимерных пленок, глин и суглинков, бентонитовых глин. К механическим методам относятся кольматация и уплотнение грунта. Физико-химические методы - нефтевание, солонцевания, оглеения и т.п.

Монолитные облицовки выполняются обычно из гидротехнического бетона на гидрофобном пластифицированном портландцементе марки не ниже 400. Толщина монолитной облицовки составляет 0,1…0,25 м. Применимость монолитной облицовки для ложа водохранилища ограничено высокой деформируемостью грунта основания; это может привести к растрескиванию облицовки в процессе эксплуатации водохранилища. Подготовка основания путем замачивания и уплотнения, путем устройства подготовки и дренажа резко увеличивает стоимость противофильтрационных работ.

Облицовки из битумных материалов выполняются в виде сплошного покрытия из асфальтобетона толщиной 3…8 см, уплотненного до объемной массы 2200 кг/м3. Недостатком асфальтобетонной облицовки является быстрое старение под действием атмосферных факторов. Кроме того, битумные материалы отрицательно влияют на биоценоз водохранилища, в том числе на разведение товарной рыбы.

Экраны из полимерных пленок толщиной 0,2…0,6 мм устраивают закрытыми. В качестве защитного слоя может использоваться грунт, который укладывают по водонепроницаемой пленке. Такие экраны разрешается применять на просадочных и набухающих основаниях. При просадках до 40 см непосредственная опасность разрыва пленки отсутствует. По данным Д.Скотта (США) пленочные экраны снижают фильтрационные потери в среднем на 98%, тогда как асфальтобетонные - лишь на 36%.

Полимерные экраны имеют высокую прочность при растяжении, высокую гибкость и водонепроницаемость, а также химическую и биологическую стойкость. Для противофильтрационной защиты ложа водохранилищ наиболее распространены полиэтиленовые пленки; применяются также поливинилхлоридные и пленки из сополимера этилена с пропиленом Долговечность экранов из полиэтиленовой пленки составляет более 40 лет. К недостаткам, ограничивающим применение полимерных экранов для ложа водохранилищ, относятся высокая стоимость пленки, ее повреждаемость, сползание водонасыщенного грунта по поверхности пленки.[2]

Эффективность механических методов уменьшения водопроницаемости основания (уплотнение грунтов, кольматация) зависят от исходной пористости и гранулометрического состава грунта. При отсутствии просадочных явлений и высоком качестве производства работ механические методы по эффективности не уступают конструктивным и успешно применяются для строительстве малых водохранилищ в нашей стране и за рубежом.

Существуют также физико-химические противофильтрационные методы, основанные на уменьшении пористости грунта, такие как силикатизация, цементация, кольматация, нефтевание, битумизация, солонцевание, оглеение и др. Способы силикатизации и цементации отличаются высокой стоимостью и технологической сложностью инъекционных работ, а также сложностью контроля эффективности противофильтрационных мероприятий. Солонцевание и оглеение не требуют сложных технологий и материальных затрат, однако эти способы ухудшают качество воды в водохранилищах, делая ее непригодной для орошения и рыборазведения.

В последние годы активно исследуются и внедряются новые способы уменьшения фильтрации воды через грунт, позволяющие строить пруды и водохранилища на неблагоприятных основаниях, для уменьшения водопроницаемости оснований и предотвращения фильтрации воды как внутрь, так и наружу из водоемов рекомендуется водонабухающий гидроизоляционный композит. Композит изготавливается на основе активированного бентонита, в качестве добавок используются полиакриламид, карбоксиметилцеллюлоза, кальцинированная сода. В качестве наполнителя могут использоваться пески, супеси, суглинки и другие неорганические материалы. В качестве противофильтрационных мероприятий может устраиваться экран из почвокомпозитной смеси или мембрана по предварительно выполненной подготовке.

Для создания противофильтрационного экрана на дно водохранилища укладывается плотно прикатанный слой композита толщиной около 100 мм. Толщина противофильтрационного экрана составляет 20 - 30 см. [3]

На основании анализа существующих противофильтрационных мероприятий для снижения водопроницаемости основания водохранилища в УНПЦ «Степное» предлагаем применить водонабухающий гидроизоляционный композит ТР 106-00.

Библиографический список

1. Чеботарев, Г.П. Механика грунтов, основания и земляные сооружения. / Г. П. Чеботарев. -М.: Строойиздат, 1988.

2. Белов, В.А. Полимерные противофильтрационные устройства малых водоемов в сложных инженерно-геологических условиях: диссертация кандидата технических наук : 05.23.07 Новочеркасск, 1984 270 c.

3. Технические рекомендации по применению водонабухающих материалов для устройства противофильтрационных завес и экранов и гидроизоляции подземных сооружений. М.: 2004.

Размещено на Allbest.ru