После развала системы хозяйствования, сложившейся в СССР, финансирование оросительных систем находится на низком уровне, который не позволяет комплексный производить капитальный ремонт, несмотря на некоторые положительные тенденции последних лет. В связи с этим большое значение имеет снижение эксплуатационных затрат, в том числе и связанное с удешевлением ремонтных работ.
В Волгоградской области расположены несколько крупных оросительно-обводнительных систем (ООС). Основными водоводами являются открытые оросительные каналы, как в земляном русле, так и с устройством сборной и монолитной железобетонной облицовки. В качестве крепления откосов магистральных каналов различного уровня и противофильтрационных облицовок в основном применяются железобетонные сборные облицовки с пленочным противофильтрационным экраном, или с комбинированным грунтопленочным экраном (рис. 1) [1].
Чтобы избежать наползания плит друг на друга, во многих случаях откос перекрыт одной плитой по всей длине и стык плиты замоноличен по дну и бровке канала (рис. 2).
Рис. 1. Крепление канала из сборного железобетона: 1 – сборная плита; 2 – монолитный железобетон; 3 – пленка ПВХ; 4 – битум; 5, 6 – заполнители швов
Рис. 2. Магистральный канал Райгородской ООС Волгоградской области
Рис. 3. Горизонтальное расположение плит сборной железобетонной облицовки (Заволжская ООС)
В тоже время при строительстве каналов используют и другие варианты расположения плит сборной железобетонной облицовки (рис. 3).
Одним из часто встречающихся повреждений облицовок мелиоративных каналов является вымывание подстилающего грунта и образование пустот, что может приводить к смещению и повреждению облицовки (рис. 2, 4) и значительному увеличению фильтрации, которая и без этого являются основной статьей потерь при транспортировке оросительной воды [2].
Рис. 4. Размыв основания железобетонной облицовки и сползание железобетонных плит
Для ремонта подобных повреждений и предотвращения смещения плит облицовки требуется набор операций, аналогичный работам по строительству каналов, то есть – демонтаж части противофильтрационных одежд в месте образования пустот, восстановление планировки откосов и показателей грунтового основания, обработка грунтового основания гербицидами, восстановление пленочного экрана и монтаж сборных железобетонных плит [3, 4].
Ремонтные работы, произведенные таким образом восстанавливают состояние противофильтрационных одежд и основания практически до проектных значений, но практическое их осуществление в процессе эксплуатации очень трудоемко, так как требует, кроме прямых работ по ремонту, произвести работы по опорожнению и подготовке русла. Еще одним недостатком является то, что на время проведения работ необходимо остановить или серьезно ограничить подачу оросительной воды, а это возможно далеко не всегда.
Кроме того, известны способы ремонта поверхностных дефектов бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений без приостановки эксплуатации сооружений, но данный способ не подходит для данного типа повреждений противофильтрационных одежд [5].
Более экономичным и требующим меньших трудовых и временных затрат, на наш взгляд, является способ, при котором с поверхности земли по трубопроводу в пустоты под облицовкой подается строительная смесь (на основе минерального вяжущего), впоследствии затвердевающая и герметизирующая их.
При использовании такого способа восстановления эксплуатационных противофильтрационных характеристик мелиоративных каналов, если при возведении плиты крепления были расположены длинной стороной вдоль откоса (рис. 3) в несколько рядов, существует вероятность того, что при подаче строительная смесь своей массой вытолкнет плиту, что совершенно недопустимо. Поэтому объем послойно укладываемой смеси необходимо устанавливать расчетным способом в зависимости от размеров пустот. Размеры пустот могут определяться различными методами неразрушающего контроля и геолокации, например, при помощи устройства для проведения эксплуатационного мониторинга водопроводящих каналов [6, 7], или методики применения комплекса методов неразрушающего контроля для выявления полостей под плитами крепления грунтовых откосов каналов [8].
В качестве расчетного случая принято такое состояние канала, при котором плита облицовки, под которой обнаружена и зафиксирована пустотность, полностью находится под поверхностью воды. В расчете принята плита крепления с напрягаемой арматурой, геометрические и физические характеристики согласно ГОСТ 22930-87 [9].
Силовые факторы, учитываемые при моделировании процесса заполнения пустоты строительным раствором – сила гидростатического давления воды, собственный вес плиты облицовки, сила гидростатического давления строительного раствора (рис. 5).
Рис. 5. Схема приложения нагрузок
Допущения, принятые при моделировании процесса согласно предлагаемому способу ремонта:
– бoльшая часть пустотности располагается под одной единственной плитой;
– плита опирается своими короткими сторонами на грунт;
– трение торцевых граней плиты о соседние плиты и о материал деформационных швов не учитывается;
– строительная смесь подается безнапорно;
Приведем условие равновесия плиты в векторной форме:
(1)
где 
– равнодействующая сила гидростатического давления строительной смеси; 
– равнодействующая сила гидростатического давления воды на площадке w, смоченной строительной смесью; 
– сила собственного веса плиты облицовки.
Запишем условие равновесия в проекциях для выбранной прямоугольной системы координат на ось абсцисс, которая параллельна плоскости плиты облицовки (рис. 5):
Pсм – Pв – Fтяж•cos α = 0, (2)
где α – угол между горизонтом и откосом канала.
С учетом схемы (рис. 5) можно сделать вывод, что плита облицовки сохранит свое положение в том случае, если будет соблюдено неравенство:
Pсм ≤ Pв + Fтяж•cos α. (3)
Значение равнодействущих сил гидростатического давления воды и строительной смеси определяется в соответствии с [10] и схемой (рис. 5):
Pв = ρв∙g∙hц∙ω;
Pсм = (pв + ρсм∙g∙hцсм)∙ω, (4)
где pв – гидростатическое давление воды на поверхности строительной смеси, МПа; ρв – плотность воды, кг/м3; hц – толщина слоя воды над центром тяжести смоченной поверхности плиты, м; ρсм – плотность строительной смеси, кг/м3; w – площадь смоченной поверхности плиты покрытия.
Неравенство (3) можно представить в виде
Pсм – Pв – Fтяж•cos α ≤ 0. (5)
Для дальнейших рассуждений введем следующие обозначения:
ω = lсм bсм; (6)
(7)
hц = hА – 0,5•hсм; (8)
hцсм = 0,5•hсм, (9)
где lсм – предположительная длина смоченного строительной смесью участка плиты покрытия, м; bсм – ширина смоченной поверхности плиты покрытия, м; hсм – толщина слоя строительной смеси, м; hА – толщина слоя воды над нижней гранью плиты покрытия, под которой располагается дефект, м.
Решение неравенства (5) относительно hсм с учетом (4), (6), (7), (8) и (9) даст следующее соотношение для определения критической толщины слоя строительной смеси при заполнении дефекта.
(10)
где m – масса плиты крепления, т.
Приведем пример расчета критической толщины слоя строительной смеси. Примем следующие исходные данные – геометрические размеры сечения канала приведены на рис. 6, облицовка выполнена из плит ПКН60.15 [9], масса плиты 1,35 т, размеры 6000*1500*60 мм, строительная смесь цементно-песчаная плотностью 1500 кг/м3.
Рис. 6. Геометрические размеры сечения канала (в мм)
(11)
На основании вышеизложенного при проведении ремонтных работ рекомендуется устанавливать величину слоя строительной смеси расчетом по приведенному алгоритму.
Библиографическая ссылка
Семененко С.Я., Марченко С.С., Дубенок Н.Н. РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕМА СТРОИТЕЛЬНОЙ СМЕСИ ПРИ УСТРАНЕНИИ ПУСТОТ ПОД ПЛИТАМИ КРЕПЛЕНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫХ КАНАЛОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 6-1. – С. 56-61;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11621 (дата обращения: 04.12.2024).