Научная статья на тему 'Горизонтальные дренажи в дорожном строительстве'

Горизонтальные дренажи в дорожном строительстве Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
216
57
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЯЖЕЛЫЙ ГРУНТ / ДРЕНАЖНЫЕ СИСТЕМЫ / ДОЛГОВЕЧНОСТЬ / КОЛЬМАТАЖ / ГРЯЗЕЕМКОСТЬ / HEAVY-TEXTURED SOIL / DRAINAGE SYSTEMS / LONGEVITY / COLMATAGE / CONTAMINANT CAPABILITY

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ткаченко Валентин Петрович, Хлебников Юрий Германович

Проводится анализ недостатков конструкции и технологии установки широко распространенных дренажных систем. Предлагаются конкретные конструктивные и технологические пути решения указанных проблем.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ткаченко Валентин Петрович, Хлебников Юрий Германович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HORIZONTAL DRAINAGE SYSTEMS IN ROAD CONSTRUCTION

The article provides the construction and setting technology weaknesses analysis of the most widespread drainage system types. It suggests definite constructive and technological solutions to these problems.

Текст научной работы на тему «Горизонтальные дренажи в дорожном строительстве»

Научно-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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.