Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА ДРЕНАЖНЫХ УСТРОЙСТВ ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИН И ДАМБ

Курбанов С.О. 1
1 Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова
Эффективность и надежность работы земляных сооружений зависит от эффективности работы их дренажных устройств. С целью повышения эффективности работ разработаны и предлагаются новые и усовершенствованные конструкции дренажных устройств земляных плотин и дамб и способы их возведения. На основе аналитических исследований и анализа опыта строительства различных дренажей получены новые конструктивные и технологические решения по проектированию и строительству дренажных устройств, которые повышают надежность работы земляных плотин и дамб в условиях малых рек. Все эти основные технические решения относятся к природоохранным, характеризуются высокой степени эффективности, защищены патентами на изобретения и положительными решениями на полезные модели. Предлагаемые технические решения обеспечивают не только эффективную работу дренажных устройств, но и повышают надежность работы грунтовых плотин и дамб.
дренажные устройства
трубчатый дренаж
эффективные конструкции
песчано-гравийные фильтры
комбинированный дренаж
гибкие тюфяки
1. Гидротехнические сооружения. Часть 1. Учебник для вузов. – Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. – 576 с.
2. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. / Под общей редакцией д-ра техн.наук проф. В.П. Недриги. – М.: Стройиздат, 1983. –С. 172–173, С. 491.
3. Курбанов С.О., Созаев А.А. Теоретические основы и экологические проблемы регулирования русел рек, каналов и водохозяйственного строительства в прибрежных зонах Юга России. /Юг России: экология, развитие. – 2008. – № 1. – С. 99–103.
4. Трубчатый дренаж./ Курбанов С.О., Курбанов К.С. Патент на изобретение RUS №2396393 10.08.2008.
5. Способ возведения трубчатого дренажа. / Курбанов С.О., Апажев А.К., Созаев А.А. Патент на изобретение RUS №2412303 04.05.2009.
6. Наслонный дренаж биопозитивной конструкции / Курбанов С.О., Курбанов К.С. Патент на изобретение RUS №2399720 18.08.2008.
7. Способ возведения наслонного дренажа биопозитивной конструкции / Курбанов С.О., Шахмурзов М.М., Гетиева Л.А. Патент на изобретение RUS №2393294 04.05.2009.
8. Комбинированный дренаж биопозитивной конструкции / Курбанов С.О., Курбанов К.С. Патент на изобретение RUS № 2400596 12.02.2009.
9. Способ возведения комбинированного дренажа биопозитивной конструкции. / Курбанов С.О., Шахмурзов М.М., Кожоков М.К. Патент на изобретение RUS № 2398931 10.03.2009.
10. Заявка на выдачу патента на полезную модель № 2015120110/17(031075) от 27.05.15 г. Наслонный дренаж / Авт. Курбанов С.О. Аттасауова Д.М.
11. Заявка на выдачу патента на полезную модель № 2015120114/17(031079) от 27.05.15 г. Комбинированный дренаж / Авт. Курбанов С.О. Аттасауова Д.М.

Актуальной проблемой при строительстве земляных плотин и дамб является обеспечение надежности работ дренажных устройств. Дренажные устройства предназначены для безопасного приема и отвода профильтровавших вод от сооружений с целью осушения их массивов и повышения фильтрационной прочности грунтов тела и оснований. Существующие типы и конструкции дренажей, используемых в составе земляных сооружений характеризуются низкой эффективностью работ и сложной технологией их устройства [1, 2, 3]. В связи с этим в работе была поставлена задача исследовать эффективность работы существующих типов дренажей и разработать более эффективные конструкции и технологии возведения дренажных устройств в составе земляных сооружений. Были изучены и исследованы все виды дренажных устройств и проблему эффективности их работы в составе ГТС. Результаты показали, что применяемые в настоящее время конструкции дренажных устройств нуждаются в совершенствовании и адабтировании к природной среде, а также в разработке природоохранных технологий их возведения.

Наиболее ответственной частью строительства, широко используемых дренажей, является правильный подбор и соблюдение технологии укладки слоев обратных фильтров из песчано-гравелистых материалов. От соблюдения этих требований полностью зависеть эффективность и надежность работы дренажного устройства и всего сооружения. На практике наиболее широко распространены дренажные устройства (банкетные, наслонные, горизонтальные и комбинированные) с обратными фильтрами из песчано-гравелистых и галечниковых материалов, подобранные по методике допустимых характеристик фракционного состава каждого слоя. Однако анализ опыта строительства таких дренажей показывает, что они характеризуются низкой надежностью работ, часто выходят из строя, происходит заиление и засорение слоев фильтра. Очень сложно заменить и заново уложить слои обратных фильтров, сложная и трудоемкая технология не позволяет это сделать.

Автором разработаны и усовершенствованы несколько эффективных конструкций и технологий возведения дренажных устройств (с преимущественным использованием природных материалов), защищенные патентами на изобретения и положительными решениями на полезные модели.

Трубчатый дренаж и способ возведения [4, 5]. Трубчатый дренаж располагается в основании низового откоса земляного сооружения и обеспечивает прием и отвод профильтровавшей воды без возникновения фильтрационных деформаций грунтов в теле и основании сооружения. Схемы трубчатого дренажа приведены на рис. 1., где изображено поперечное сечение земляной плотины с трубчатым дренажом на фиг. 1., на фиг. 2. – план горизонтального разреза дренажа, сделанного по оси водоприемной трубы; на фиг. 3. – перфорированная труба с кольцами (ребрами) жесткости в аксонометрии; на фиг. 4. – легкая фашина из сухого камыша; на фиг. 5. – гибкий тюфяк из легких фашин, завернутых в геосетку.

Трубчатый дренаж состоит из водосборных перфорированных труб 1 с кольцами жесткости 2, водоприемной части 3 и водоотводящей части 7. Водоприемная часть представляет собой гибкие тюфяки 4 из легких фашин, завернутых в геосетку и уложенных вокруг труб 1 нормально к направлению фильтрационного потока 5; сетчатой оболочки 6, устраиваемой (с натяжением) по окружности вокруг водоприемной части 3 и прикрепляемой к кольцам (ребрам) жесткости 2. Водоотводящая часть 7, состоит из тюфяков 4 уложенных по направлению фильтрационного потока 5 и расположенных на расстоянии друг от друга с уклоном от водосборных труб 1 до подошвы низового откоса.

Трубчатый дренаж предлагаемой конструкции может эффективно работать без капитального ремонта до 15лет и более. Рекомендуется использовать его на равнинных участках рек при строительстве и реконструкции защитно-регуляционных дамб, шпор, низконапорных земляных плотин и дорожных насыпей, где отсутствуют в достаточном количестве каменный и гравелисто-песчаный материал, а также в труднодоступных местах, где использование тяжелой техники затруднено.

kur1.tif

Рис. 1. Схемы трубчатого дренажа

Наслонный дренаж биопозитивной конструкции и способ его возведения [6, 7]. Предназначен дренаж для применения на равнинных участках рек при строительстве и реконструкции низконапорных земляных плотин и дамб обвалования территорий, где отсутствуют в достаточном количестве каменный и гравелисто-песчаный материал, а также в труднодоступных местах, где использование тяжелой техники затруднено. Наслонный дренаж работает следующим образом. Фильтрационный поток воды под действием гидростатического напора верхнего бьефа (ВБ), двигаясь через тело земляного сооружения с определенным уклоном, выходит на низовой откос, где и расположен дренаж. При этом происходит прием профильтровавшей воды нижними рядами легких фашин, расположенных нормально к направлению фильтрационного потока. Далее вода проходит в верхние ряды фашин, расположенных по линии направления фильтрационного потока, которые ускоренно отводят ее в нижний бьеф (НБ).

Однако, при строительстве этого дренажа возникают некоторые сложности, связанные с технологией возведения гибких тюфяков на откосе и устройством железобетонных анкеров в теле сооружения. В связи с этим наслонный дренаж был усовершенствован и оформлен как полезная модель [10]. Сущность усовершенствованной конструкции наслонного дренажа поясняется чертежами на рис. 2, где на фиг. 1 показано поперечное сечение земляного сооружения (плотины или дамбы) по оси наслонного дренажа; на фиг. 2 – фрагмент плана наслонного дренажа с горизонтальным разрезом; на фиг. 3 – гибкий тюфяк из легких фашин, завернутых в геосетку; на фиг. 4 – легкая фашина. Наслонный дренаж состоит из гибких тюфяков 1, выполненных из легких фашин 2 и геосетки 3, тяжелых тюфяков из мешков 4 с местным и растительным грунтом, а также гравийной засыпки 5 (или гравийно-галечниковой).

kur2.tif

Рис. 2. Наслонный дренаж

kur3.tif

Рис. 3. Комбинированный дренаж: 1 – наслонный дренаж; 2 – горизонтальный дренаж; 3 – водоприемная часть; 4 – гибкие тюфяки; 5 – легкие фашины; 6 – геосетка; 8 – габионные тюфяки; 9 – перфорированные трубы; 10 – габионная сетка; 11 – арматурная (оцинкованная) проволока; 12 – гравийная засыпка

Проектирование и расчет элементов наслонного дренажа осуществляется с учетом фактических условий (топографических, гидрологических геологических и гидрогеологических) на рассматриваемом участке и в соответствии с действующими строительными нормами и правилами. Все элементы наслонного дренажа изготавливаются вручную на месте укладки с частичным использованием механических приспособлений и строительной техники.

Наслонный дренаж особенно эффективно в труднодоступных условиях рек на их равнинных и предгорных участках, где возводятся низконапорные земляные плотины и берегозащитные дамбы из мелкопесчаных и глинистых грунтов. Фильтрационная вода, двигаясь под действием гидростатического напора со стороны верхнего бьефа (ВБ) через поры грунтов тела плотины или дамбы попадает в зону расположение гибких тюфяков 1. А гибкие тюфяки 1 свободно принимают воду из-за их высокой водопроницаемости и пропускают на низовой откос и НБ. При этом гибкие тюфяки 1 обеспечивают безопасный прием и отвод профильтровавшейся воды через тело земляного сооружения.

Устойчивость и прочность конструкции дренажа обеспечивается тяжелыми тюфяками из мешков 4 и гравийной засыпкой 5.

Комбинированный дренаж биопозитивной конструкции и способ его возведения [8, 9]. Комбинированный дренаж состоит из наслонного дренажа и банкетного дренажа, выполненных из фашин, гибких и габионных тюфяков.

Конструкция дренажа обеспечивает прием и безопасный отвод профильтровавшей воды через тело сооружений при нормальных и форсированных уровнях воды в ВБ и НБ. Однако при наличии восходящих фильтрационных потоков через основания сооружений эффективность работы дренажа значительно снижается. В связи с этим конструктивная схема дренажа была усовершенствована и оформлена заявка на полезную модель, заявка зарегистрирована и получено положительное заключение формальной экспертизы [11].

Сущность комбинированного дренажа поясняется чертежами на рис. 3, где на фиг. 1 показано поперечное сечение земляного сооружения (плотины или дамбы) по оси комбинированного дренажа; на фиг. 2 – фрагмент плана комбинированного дренажа с горизонтальным разрезом; на фиг. 3 – гибкий тюфяк из легких фашин, завернутых в геосетку; на фиг. 4 – габионный тюфяк из легких фашин и перфорированных труб, завернутых в габионную сетку.

Конструирование и подбор элементов комбинированного дренажа осуществляется в соответствии с действующими строительными нормами и правилами с учетом фактических природных условий на рассматриваемом участке, где возводятся земляные плотины и дамбы. Основные элементы комбинированного дренажа также изготавливаются вручную на месте укладки с частичным использованием механических приспособлений и строительной техники. Наиболее эффективно комбинированный дренаж может быть использован в труднодоступных условиях рек на их равнинных и предгорных участках, где возводятся низконапорные земляные сооружения из мелкопесчаных и глинистых грунтов. Под действием гидростатического напора со стороны верхнего ВБ происходит фильтрация воды, двигаясь через поры грунтов тела и основания сооружения вода попадает в зону водоприемных частей дренажей 1 и 2. Далее гибкие тюфяки 4 и габионные тюфяки 8 обеспечивают безопасный прием и отвод профильтровавшейся воды через тело и основание земляной плотины или дамбы. Таким образом обеспечивается повышения надежности работы всего земляного сооружения.

В конструкции всех вышеописанных дренажей основным фильтрационным материалом используется сухой камыш – достаточно стойкий и прочный природный материал, который эффективно работает в условиях водной среды и является высокодренирующим материалом. Гибкие и габионные тюфяки, используемые в дренажах, в том числе играют и мелиоративную роль, сохраняя влагу в долгое время. Со временем дренажи будут зарастать зелеными растениями. В результате они превращаются в биопозитивные сооружения, которые не препятствуют круговороту веществ и энергии, помогают развитию природы и включаются в экосистем рек и воспринимаются природой как родственные ей элементы.

Выводы

По результатам анализа материалов исследований разработаны и усовершенствованы эффективные конструктивные и технологические решения по строительству дренажных устройств земляных сооружений. Основными свойствами, подтверждающими эффективность и достоинства предлагаемых дренажных устройств являются водопроницаемость, гибкость, прочность, долговечность, экологичность, экономичность и быстрота возведения. Предлагаемые технические решения обеспечивают не только эффективную работу дренажных устройств, но и повышают надежность работы грунтовых плотин и дамб; новизна этих решений подтверждена патентами на изобретения и положительными решениями на полезные модели.


Библиографическая ссылка

Курбанов С.О. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА ДРЕНАЖНЫХ УСТРОЙСТВ ЗЕМЛЯНЫХ ПЛОТИН И ДАМБ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 10-2. – С. 203-207;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=7468 (дата обращения: 19.06.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252