CC BY
20
УДК 626.823.91
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА КРУПНЫХ КАНАЛОВ В СЛОЖНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИИ
© 2005 г. В.А. Белов, А.А. Кондратенко
Неравномерность распределения водных ресурсов и вызванный ею дефицит воды в южных, наиболее сельскохозяйственно-развитых районах, обусловливают строительство крупных каналов с расходами более 100-200 м3/с. В прошлом это было крупномасштабное строительство, а в настоящее время в силу экономического положения страны оно осуществляется лишь в отдельных регионах Юга России.
При строительстве крупных каналов необходимо учитывать возможность их прорыва с катастрофическими последствиями, а также фильтрации с потерей воды, подтоплением и заболачиванием территории. В связи с этим на каналах выполняется инженерная защита, включающая берегоукрепительные, противо-фильтрационные и дренажные мероприятия.
Вопросами исследования инженерной защиты занимались многие ученые. Среди них А.Г. Алимов, В.С. Алтунин, В.А. Бородин, В.Г. Ганчиков, А.В. Ищен-ко, Ю.М. Косиченко, В.П. Недрига, В.М. Павилон-ский. Однако до сего времени имеются отдельные нерешенные вопросы, в частности, связанные с устройством крупных каналов в сложных инженерно-геологических условиях. С такими условиями постоянно сталкиваются гидростроители Ставрополья, например, при строительстве Большого Ставропольского канала [1].
В настоящее время известен слоистый железобетонный экран [2], который может применяться в качестве облицовки крупного канала, располагаемого на неблагоприятном основании. Недостатком конструкции является расположение швов первого и второго слоев друг над другом, а также использование в качестве смазки между слоями битума, который после застывания не обеспечивает скольжения железобетонных плит относительно друг друга.
Предлагается для снижения потерь воды из крупных каналов, располагаемых в сложных инженерно-геологических условиях, выполнять противофильтра-ционную облицовку (рис. 1), состоящую из подстилающего бетонного слоя, укладываемого на гравийно-песчаную подготовку, гидроизоляционной смазки из битумно-каучуковой композиции, второго верхнего бетонного слоя.
Противофильтрационная облицовка устраивается следующим образом. На дно и откосы канала укладывается гравийно-песчаная подготовка, на которую помещается бетон или железобетонные плиты. Сверху, на бетонную часть экрана, механизмами наносится гидроизоляционная смазка из битумно-каучуковой композиции. После ее выполнения укладывается вто-
рой слой из монолитного бетона или железобетонных плит. При этом температурные и усадочные швы в бетоне верхнего слоя устраиваются со смещением относительно аналогичных швов подстилающего слоя. Конструктивно противофильтрационная облицовка имеет такую же толщину, как и известные, т.е. от 0,25 м до 0,55 м в зависимости от расчетных нагрузок.
Рис. 1. Противофильтрационная облицовка: 1 - подстилающий бетонный слой; 2 - гравийно-песчаная подготовка; 3 - гидроизоляционная смазка; 4 - верхний бетонный слой;
5 - швы
При эксплуатации предложенной конструкции противофильтрационной облицовки в ней под атмосферным воздействием в верхнем слое бетона могут возникать трещины, не связанные с подстилающим слоем. Однако эти трещины будут минимальными вследствие возможности свободного перемещения верхнего слоя бетона по гидроизоляционной смазке, нанесенной на твердый подстилающий слой. Эффективность противофильтрационной защиты по предупреждению потерь воды через трещины и швы верхнего бетонного слоя будет обеспечиваться гидроизоляционной смазкой из битумно-каучукового состава и подстилающим слоем из бетона.
В случае просадки основания в подстилающем слое из бетона также могут образовываться трещины, но они сверху будут перекрываться верхним слоем, которого не коснется деформация, и гидроизоляционной смазкой, тампонирующей повреждения.
Следовательно, предложенная облицовка в отличие от известной, является более гибкой и имеет три степени защиты от фильтрации: верхний слой из бетона, гидроизоляционную смазку и бетонный подстилающий слой, чем обеспечивается ее повышенная водонепроницаемость.
Экономический эффект от использования конструкции облицовки складывается из стоимости сэкономленной воды, предотвращенного ущерба окружающей среде и долговременной работы противо-фильтрационного экрана.
Таблица
Значения осредненных коэффициентов фильтрации облицовки до и после проведения инъекции подплитного пространства облицовки на БСК - 3
Метод точечных фильтромеров Метод изолированных отсеков
Створ Осредненный коэффициент фильтрации, см/с Отсек Осредненный коэффициент фильтрации, см/с
до инъекции после инъекции до инъекции после инъекции
ПК 54 3,77-10-5 0,71 • 10-6 ПК 0 -ПК 12 5,53 • 10-6 1,26-10-6
Даная конструкция облицовки рекомендована в проект строительства 4-й очереди Большого Ставропольского канала [3].
При наличии подплитных пустот под бетонными и бетонопленочными облицовками рекомендуется производить инъектирование специальным раствором, разработанным СтавНИИГиМом [3].
В качестве заполнителя раствора используются отходы пиления ракушечника или отходы Карачаево-Черкесского цементного завода, а для пластифицирующих добавок - СДБ, бентонитовую глину, растворимые карбамидные смолы.
Состав инъекционных растворов (кг/м3):
1) портландцемент М400 - 400-500;
отходы пиления ракушечника - 900-1000 (фракция 0,5 мм);
вода - 420-425.
2) портландцемент М400 - 400-500; запечная пыль - 800-900;
вода - 540-675.
Осадка конуса должна быть 14-18 см. Удельный вес раствора 1,85-1,95 г/см3. Раствор закачивается под облицовку под давлением 0,01-0,015 МПа. Для герметизации трещин в облицовке и швах необходимо применять тиоколовую мастику АМ-0,5, получаемую путем смешивания основной и вулканизирующей паст. Работы по герметизации трещин проводятся в следующей последовательности:
- производится разделка трещин с помощью алмазного круга;
- очищается от грязи полость паза и удаляются жировые пятна;
- в полость паза укладывается противоадгезион-ный слой, состоящий из основной пасты А-0,5;
- производится вскрытие емкостей с компонентами мастики и их смешение в заданных пропорциях в соответствии с заводским номером партии мастики;
- по окончании перемешивания мастики наполняют тубы шприца;
- свободную полость паза заполняют тиоколовой мастикой, поступающей из тубы под давлением шприца;
- мастику разравнивают шпателем (с образованием вогнутого мениска) и удаляют избыточное количество мастики.
Проведенные исследования эффективности инъекции под плитами облицовки на третьей очереди Большого Ставропольского канала (БСК - 3), результаты которых представлены в таблице, показали снижение водопроницаемости облицовки в 4 - 50 раз в зависимости от качества выполнения технологических операций [4]. При этом для исследований водопроницаемости облицовки использовались широко известные способы замеров - метод точечных фильтромеров и метод изолированных отсеков.
Вышеприведенные технологии и инъекционный раствор апробированы на каналах Ставропольского края и рекомендованы для практического применения [3].
Выводы
1. Конструкция предлагаемой противофильтраци-онной облицовки предназначена для сложных условий основания, подверженного просадочным и карстово-суффозионным деформациям. Преимущество новой облицовки заключается в повышении надежности работы на деформируемых грунтах, а соответственно, снижении непроизводительных потерь воды из водо-проводящего сооружения.
2. Известны различные растворы для инъектиро-вания пустот и швов бетонных и железобетонных облицовок. В результате натурных исследований на Большом Ставропольском канале установлены эффективность инъектирования и надежность работы тио-коловой мастики АМ - 0,5.
3. Предлагаемая противофильтрационная облицовка, технология инъектирования и состав тиоколо-вой мастики АМ - 0,5 рекомендуются для широкого внедрения при строительстве крупных каналов.
Литература
1. Водные ресурсы Ставрополья. Ставрополь, 2001.
2. Розанов Н.П., Бочкарев Я.В., Лапшенков В.С. и др. Гидротехнические сооружения. М., 1985.
3. Кондратенко А.А. Оценка состояния и взаимодействия гидрографических сетей Ставрополья при их хозяйственном использовании: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 2003.
4. Защитные покрытия оросительных каналов /В.С. Алту-нин, В.А. Бородин, В.Г. Ганчиков, Ю.М. Косиченко; Под ред. В.С. Алтунина. М., 1988.
Новочеркасская государственная мелиоративная академия_5 октября 2004 г.
