CC BY
66Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 2/2015
Ткаченко В.П., Хлебников Ю.Г.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ДРЕНАЖИ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Применение горизонтальных дренажей в дорожном строительстве в Сочинском регионе осуществляется в слабофильтрующих суглинисто-глинистых отложениях с коэффициентами фильтрации менее 0,001 м/сутки, то есть в тяжелых грунтах.
Рациональные конструкции горизонтальных дренажей в тяжелых грунтах всегда были в центре внимания ведущих научно-исследовательских, проектных и эксплуатационных организаций мира. Весомый вклад в разработку таких конструкций, определение их фильтрационных сопротивлений внес НИИ Гидромеханики НАН Украины. Им были разработаны и испытаны в лабораторных и полевых условиях конструкции из пластмассовых и асбестоцементных труб. При этом применялись различные способы фильтрования, а именно: фильтрование с помощью круглых отверстий, продольных щелей, поперечных щелей. Применялись фильтрующими оболочками из стеклоткани ТСФ, стеклосетки ССТЭ-6, стеклохолста ВВ-Г, стекловолокнистых материалов, фильтрующих материалов на основе базальтового волокна. В процессе исследований был введен показатель:
где: ^ф - коэффициент фильтрации фильтрующей оболочки,
Кг р - коэффициент фильтрации грунта.
По этому показателю на основе исследований гидравлики фильтрационного потока в прифильтровой зоне горизонтальных трубчатых дренажей Украинским НИИ гидромеханики НАН Украины в 70-80-х годах были разработаны рекомендации по рациональной перфорации водоприемных труб (скважность, форма и количество отверстий) из различных материалов при глубине укладки дрен до 7м. Опытные работы проводились при различной толщине фильтрующих оболочек (в основном 0,110мм) и скважности водоприемного каркаса от 0,1% до 20%. В процессе исследований авторами было введено такое понятие как рациональная скважность каркаса фильтра. Она соответствовала скважности с минимальными значениями гидравлических сопротивлений каркаса фильтра. Данные исследования позволили установить, что гидравлические сопротивления дрен с фильтрами различных конструкций при значениях Р>1 и скважности водоприемных каркасов >0,5% незначительны. Эти результаты позволили разработать рекомендации для внедрения их в производство. Рекомендуется при устройстве горизонтальных трубчатых дренажей в тяжелых грунтах ширину щелей в трубах принимать равной 2-4 мм при длине 50-100 мм или выполнять круглую перфорацию диаметром 3-10мм при глубине укладки дрен от 1,5м до 7 м. При глубине укладки горизонтального дренажа менее 1,5 м рекомендуемая ширина щелей составляет 0,5-2 мм и длина 3-50 мм или круглые отверстия диаметром 1-2 мм.
35
ISSN 2313-1160
Проверка результатов расчетов, анализ гидродинамических сеток фильтрационных потоков в рекомендованных конструкциях показал, что гидравлические сопротивления их действительно незначительны и не вызывают существенных деформаций фильтрационных потоков в прифильтровой зоне. Эти данные были подтверждены и материалами полевых работ на опытном стационаре в районе Сиваша в Херсонской области.
Вышеизложенные данные подтверждают и многочисленные рекламные проспекты по конструктивному выполнению горизонтальных трубчатых дренажей, как за рубежом, так и в нашей стране. Большое распространение в последнее десятилетие получили конструкции горизонтальных трубчатых дренажей с фильтрующими оболочками из нетканых материалов на основе волокон различной толщины преимущественно из полипропилена («Дорнит»-Белоруссия, Polyfelt- Германия) и др. В выпущенных проспектах, подкрепленных данными по гранулометрическому составу грунтов, их фильтрационными характеристиками, указывается на длительный срок службы данных конструкций в горизонтальных дренажах и возможность применения в конструкциях без обсыпки оболочек песчаным материалом различной крупности. Особенно усиленно рекламируются эти конструкции для горизонтальных дренажей автомобильных и железных дорог.
В технологическом плане (устройство круглых отверстий диаметром 1-2 мм или щелей шириной порядка 0,5 мм), а также с учетом необходимости обеспечения требований по длительной и устойчивой работы дренажных систем во времени данные рекомендации, к сожалению, не выдерживают критики. Данные по исследованиям эффективности работы горизонтальных дренажей различных конструкций в различных природных условиях показывают, что понятие о рациональной скважности каркасов фильтров и его использование при проектировании дренажных систем является ошибочным. Результаты наблюдений за изменением гидравлических сопротивлений фильтров дренажей во времени на действующих объектах во всем мире показывают следующее:
1. Все конструкции фильтров при эксплуатации в природных условиях подвержены механическому и, в особенности, химическому кольматажу.
2. Интенсивность зарастания водоприемных отверстий пропорциональна интенсивности водоотбора, величине изменения скорости движения фильтрационного потока на участке фильтра по сравнению с пластовой.
3. Время работы дренажа пропорционально грязеемкости фильтра.
Учитывая вышеизложенное, для увеличения грязеемкости фильтров из
волокнистых материалов целесообразно оборудовать их слоями песчаной подготовки из мелкозернистого песка толщиной 100-150 мм. Кроме того, технология укладки горизонтального трубчатого дренажа должна предусматривать наличие между фильтрующей оболочкой и водоприемным каркасом свободного пространства, заполняемого водой, для увеличения грязеемкости фильтра [4]. Следует также иметь в виду, что для дренажных систем, рассчитанных на длительный период эксплуатации, фильтрующие оболочки должны быть выполнены из практически недеформирующегося материала (стекло, базальт, гранит и т.п.). К сожалению, усиленно рекламирующиеся
36
Научно-практический журнал «Новые исследования в разработке техники и технологий» № 2/2015
оболочки из нетканых материалов на основе полиэтилена и полипропилена не соответствуют этим критериям.
Решения о рациональных типах применяемых конструкций горизонтальных дренажей должны приниматься на основании комплексных исследований применительно к конкретным природным условиям и режимам предстоящего водоотбора в период эксплуатации. Вопросы рационального использования новых конструкций дренажей с новыми материалами улучшенных фильтьрационных характеристик должны решаться в первую очередь на уровне проектировщиков, которые закладывают их в новые более рациональныепроектныерешенияссоответствующимиэкономическимиобоснованиями. Причем, к предлагаемым проектным решениям должна обязательно прикладываться программа исследования эффективности работы дренажа в эксплуатационный период. Эта программа должна предусматривать создание опытных стационаров и комплекс исследований на них. Программа должна целенаправленно охватывать круг решаемых вопросов, разработанную методику производства работ, обработки полученных материалов с целью подтверждения или опровержения закладываемых новых проектных решений. Такой подход будет способствовать рациональному выбору проектных решение в будущем, внесению лучших разработок в свод правил на строительные работы как на местном, так и на региональном, всероссийском уровнях. Такие программы исследований работы дренажей на стационарных участках должны предусматривать всестороннее изучение не только уровенного режима фильтрационного потока вблизи дренажа, в дренаже, но и получение данных о расходах, химическом составе дренируемых вод, изучение фильтрационных характеристик фильтрующего материала. Такой подход к устройству рациональных конструкций дренажа и применяемых новых материалов позволит избежать многочисленных ошибок при проектировании, строительстве и эксплуатации дренажных систем, способствовать их максимальной эффективности, длительной и устойчивой работе во времени.
В литературе [1,5] иногда приводятся данные по эффективному восстановлению притока фильтрационных вод к дренажам с применением различных методов (физических, химических, комбинированных). На объектах Приднепровья проводились длительные наблюдения за применяемыми методами и их эффективностью. Данные наблюдений свидетельствуют, что, несмотря на значительные затраты, эффективность их низкая и составляет от одного-двух месяцев до 6-7 месяцев. В дальнейшем гидравлические характеристики дренажей возвращаются к исходным до применения рассмотренных выше методов.
Литература
1. Р.Энгельсман «Руководство по дренажу». М.,Колос,1978.
2. ОСТ 33-1073 «Фильтры дренажные из искусственных волокнистых материалов», Минводхоз СССРД973.
4. Ткаченко В.П. Патент на изобретение №2287043 Фильтр дренажный горизонтальный повышенной проницаемости».2005.
5. Y.-H.Faure, J.J. Fry «Retention et colmatage des geotexiles».RGF.2003/
37
