Научная статья на тему 'Оценка эксплуатационной надежности конструкций бетонопленочных облицовок каналов'

Оценка эксплуатационной надежности конструкций бетонопленочных облицовок каналов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
91
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
эксплуатационная надежность / противофильтрационная облицовка / противофиль-трационный элемент / геомембрана / повреждаемость / СРОК СЛУЖБЫ / Operational reliability / antifiltering lining / antifiltering element (component) / Geomembrane / Durability / Life expectancy

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Чернов Михаил Александрович

Приводится методика расчетно-теоретической оценки эксплуатационной надежности кон-струкций бетонопленочных облицовок. Даны основные критерии эксплуатационной надежнос-ти и срока службы облицовок.

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

The procedure for design-theoretical assessment of operational reliability of concrete-membrane lining is offered. Main criteria for operational reliability and durability life expectancy of lining are given.

Текст научной работы на тему «Оценка эксплуатационной надежности конструкций бетонопленочных облицовок каналов»

УДК 626.823.91:678.5

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ БЕТОНОПЛЕНОЧНЫХ ОБЛИЦОВОК КАНАЛОВ

© 2011 г. М.А. Чернов

Российский научно-исследовательский The Russian Scientific Research Institute

институт проблем мелиорации of Land Improvement Problems

Приводится методика расчетно-теоретической оценки эксплуатационной надежности конструкций бетонопленочных облицовок. Даны основные критерии эксплуатационной надежности и срока службы облицовок.

Ключевые слова: эксплуатационная надежность; противофильтрационная облицовка; противофиль-трационный элемент; геомембрана; повреждаемость; срок службы.

The procedure for design-theoretical assessment of operational reliability of concrete-membrane lining is offered. Main criteria for operational reliability and durability life expectancy of lining are given.

Keywords: оperational reliability; antifiltering lining; antiffltering element (component); geomembrane; durability; life expectancy.

Для противофильтрационной защиты оросительных каналов наиболее эффективными конструкциями признаны бетонопленочные облицовки [1], которые включают противофильтрационный элемент из полиэтиленовой пленки низкой плотности по ГОСТ 10352—82 толщиной 0,2-0,3 мм и защитное покрытие из сборных железобетонных плит или монолитного бетона. Эти конструкции облицовок при соблюдении нормальных условий эксплуатации обеспечивают достаточно высокую эксплуатационную надежность. По данным [2] долговечность (срок службы) традиционных бетонопленочных облицовок достигает 40—50 лет. Однако при эксплуатации облицованных каналов во многих случаях их эксплуатационная надежность снижается вследствие значительной повреждаемости тонкого противофильтрационного элемента из пленки и разрушения швов и бетона защитных покрытий.

В связи с этим возникает необходимость оценки эффективности и надежности традиционных конструкций бетонопленочных облицовок и разработки их новых конструкций повышенной надежности. В настоящее время за рубежом активно ведутся работы по разработке принципиально новых полимерных материалов — геомембран, которые отличаются повышенной толщиной до 1,0—3,0 мм, высокой надежностью, сопротивляемостью на прокалывание и большой долговечностью.

Данные материалы выпускаются такими известными фирмами как Carbafol, GSE (Германия), Dupon (США), Siplast (Франция), Mizuboshu (Япония), Taurus (Венгрия). Большие работы в области выпуска материалов и их укладки на гидротехнических объектах проводит фирма Carpi (Швейцария) [3].

Несмотря на имеющиеся разработки в этой области, до сих пор еще не разработаны общие методики оценки надежности облицовок каналов.

На основании анализа и обобщения вышеназванных работ можно сформулировать следующие общие критерии технической эффективности и эксплуатационной надежности облицовок каналов:

— по водопроницаемости облицовки

k' — k *

kобл — лобл.нор

— по повреждаемости противофильтрационно-го элемента

ППфЭ — ППфЭ.доИ

— по трещиноватости и разрушению защитного бетонного покрытия

Пзащ — Пзащ.доп

— по вероятности безотказной работы бето-нопленочной конструкции облицовки в целом

Робл - р

нор

— по сроку службы облицовки

тобл — т нор

где кобл — осредненный коэффициент фильтрации облицовки (натурных или расчетных); кобл.нор — нормативный коэффициент фильтрации облицовки (по СНиП 2. 06. 03-85); П П

пфэ ,

ПФЭ.доп

фактическая и допускаемая повреждаемость противофильтрационного элемента (ПФЭ); Пзащ , Пзащ.доп - фактическая и допускаемая степень трещиноватости и разрушения швов облицовок; Робл , Рнор — вероятность безотказной работы облицовки, фактическая и нормативная в соответствии с классом канала; тобл , тнор — срок службы облицовки, фактический и допускаемый в соответствии с классов сооружения (по СНиП 33—01—2003).

Рассмотрим определение указанных показателей надежности облицовок.

Для оценки повреждаемости противофиль-трационного элемента облицовки может быть использовано уравнение Райса [4], полученное для условия нормального закона распределения.

Принимаем в первом приближении распределения повреждаемости противофильтрационного элемента в виде пленки или геомембраны соответствующей закону Гаусса (нормальный закон распределения). Тогда закон изменения среднего числа выбросов будет описываться уравнением Райса, в котором вместо ранее принятых обозначений для ПФЭ принимаем П и П

доп

- / *

где V п = -— (н0 — число повреждений, превышающих допускаемый уровень; т — время эксплуатации облицовки).

Считаем, что появление повреждений в противофильтрационном элементе при эксплуатации объекта за период времени будет событием случайным и редким, а следовательно, может описываться законом редких явлений (законом Пуассона) [4—5]

р _ (v Пт) e-VnT

m!

(3)

где т — число интервалов повреждаемости (т = 0, 1, 2...п).

Отказ (повреждение) противофильтрацион-ном элементе будет исключен при условии т=0, откуда (3) будет

Р = е-^пт. (4)

Логарифмируя уравнения (2) и (4), соответственно получим

ln v П _ ln VП (Пдоп П Г

2° П

V П т _ - ln P или V П _ -

Из уравнения (5) найдем

1п ^П = (Пдоп - П У

ln P

V П

2° П

(5)

(6)

(7)

V П _

V П ° П

Рп

rexp

+ G П

доп П

(ПДоп - П J

2(

(1)

где V п — частота повреждений в противофильт-рационном элементе; П — среднестатистическая повреждаемость противофильтрационного элемента; о п, ° пдоп — среднеквадратическое отклонение соответствующих параметров П и Пдоп.

Учитывая, что для облицовки допускаемые и нормативные значения показателей являются

неизменными, то можно принять о Пдоп = 0. Тогда уравнение (1) запишем в виде

V П _ V П exP

П

(Пдоп - П J2

2°П

(2)

Подставляя в уравнение (7) зависимость (6), получим

ln

(Пдоп - П J2

(- ln P) 2аП

откуда

Пдоп {P}_ П + , /2оП ln

TV

П

(- ln P) ■

Полученная зависимость позволяет найти допускаемую повреждаемость противофильтрацион-ного элемента с заданной надежностью Р, принимаемой в зависимости от класса сооружения и степени надежность элемента, в пределах 0,90—0,99.

Для вывода расчетной зависимости срока службы облицовки с противофильтрационным элементом используем уравнения (2) и (6), тогда получим

т

TV п (- ln P )

= exp

(пдсп - п J

п

откуда

1обл

{P }=

- ln P

V

exp

п

(ПДоп - п J

2аП

где

V п =

N0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

т

(8)

число выбросов (повреждений)

ИФЭ за допускаемый уровень в период эксплуатации облицовки.

Указанные данные свидетельствуют о снижении допускаемой повреждаемости облицовок с геомембраной в 5 раз и вероятном увеличении срока службы облицовки с 37,5 до 91 лет, т. е. в 2,4 раза, что также подтверждается данными фирмы Carpi [3], согласно которым срок службы защищенных геомембран прогнозируется до 100 лет и более.

Литература

1. Защитные покрытия оросительных каналов / В. С. Алтунин, В. А. Бородин, В. Г. Ганчиков, Ю. М. Косичен-ко. М., 1988.

2. Ищенко А. В. Повышение эффективности и надежности противофильтрационных облицовок оросительных каналов // Сев. -Кавк. регион. Техн. науки, 2006.

Результаты расчета параметров эксплуатационной надежности облицовок

для канала БСК-3

Тип облицовки Исходные данные Расчетные данные

п Пдоп V п Р Пд0п {P} тр {P h лет

Бетонопленочная облицовка с пленочным экраном 0,0319 10-2 0,080 10-2 6,82 0,95 0,070 10-2 37,5

Бетонопленочная облицовка с геомембраной 0,0064 10-2 0,016 10-2 7,2 0,99 0,01410-2 91,0

Последняя формула (8) позволяет получить расчетную оценку прогнозного срока службы облицовки с заданной надежностью с учетом статистических данных наблюдений по повреждаемости противофильтрационного элемента в виде пленочного экрана или геомембраны.

В таблице представлены результаты расчетов параметров эксплуатационной надежности облицовки по полученным автором формулам для условий канала БСК-3.

3. Скуеро А. М., Васкетти Г. Л. Геомембраны — хорошо зарекомендовавшие себя водонепроницаемые системы на гидротехнических сооружениях // Международный дайджест по гидроэнергетике и плотинам. 2007. С. 59-68.

4. Мирцхулава Ц. Е. Надежность гидромелиоративных сооружений. М., 1974.

5. Алимов А. Г. Эффективность облицовок оросительных каналов // Гидротехника и мелиорация. 1982. № 4.

Поступила в редакцию 13 декабря 2010 г.

Чернов Михаил Александрович — научный сотрудник, Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации. Тел. 8(8635)221886. E-mail: mixachernov@mail.ru

Chernov Mikhail Alexandrovich — The Researcher of Federal State Scientific Establishment, The Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems. Tel. 8(8635)221886. E-mail: mixachernov@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.