CC BY
30
УДК 626.826: 626.823.91
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ МЕЖПАНЕЛЬНЫХ ШВОВ И СТЫКОВ СБОРНЫХ БЕТОННЫХ ОБЛИЦОВОК МЕЛИОРАТИВНЫХ КАНАЛОВ
С. С. Марченко, к.т.н., [email protected], П. С. Попов, к.с.-х.н., Д. П. Арьков, к.т.н., arkov-dmitriy@ yandex.ru, О. Г. Семененко, [email protected] - Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий - филиал ФНЦ агроэкологии РАН
В работе представлены результаты ультразвукового диагностирования технического состояния противофильтрационных облицовок мелиоративных каналов Волгоградской области. Выявлено, что наиболее уязвимым местом в конструкции про-тивофильтрационных облицовок являются межпанельные швы, стыки и сопряжения облицовок. Установлены объемы фильтрационных потерь через
элементы гидроизоляционного материала. Предложен способ комплексной герметизации межпанельных швов и стыков облицовок мелиоративных каналов.
Ключевые слова: облицовка мелиоративных каналов, потеря воды на фильтрацию, герметизация конструктивных швов, гидроизоляционный материал, армированный стекловолокном полипропилен.
В Волгоградской области эксплуатируются 17 круп-н ых мелиоративных систем, которые ежегодно транспортируют более 650 млн. м3 воды и обеспечивают мелиорирование на 400 тыс. га. пахотных земель, а также снабжают водными ресурсами республики Калмыкию и Казахстан. Водопроводящая сеть выполнена как закрытой - в виде трубопроводов, так и открытой - в виде каналов. Последняя, общей протяженностью 1255,6 км, имеет ряд существенных недостатков, связанных со значительными потерями воды при транспортировке, которые ежегодно достигают 140 млн. м3. Из общего объема потерь большую часть составляют потери на фильтрацию, что приводит к засолению, заболачиванию и деградации орошаемых земель.
Для снижения фильтрационных потерь магистральная, межхозяйственная и, частично, внутрихозяйственная сеть мелиоративных каналов выполнена с использованием противофильтрационных облицовок.
Впервые противофильтрационные облицовки были применены на строительстве Тажинской и Волгодонской оросительных системах. Облицовки выполнялись из монолитного бетона, в деформационные и температурные швы закладывалась ан-тисептированная деревянная доска.
При строительстве магистральной и распределительной сети на Городищенской, Большой Волгоградской, Заволжской и других мелиоративных системах для облицовок каналов применялись сборные железобетонные плиты длиной до 6 метров, в том числе изготавливаемые с применением предварительно напряженной арматуры (панели НПК), что позволило уменьшить толщину плиты до 0,06 м.
В качестве противофильтрационного материала под плиты укладывалась полиэтиленовая пленка, стабилизированная сажей, а для герметизации швов между плитами использовались цементные растворы и различные мастики. Следует отметить, что проектные решения принимались на основании экспериментальных исследований, а опыта длительной эксплуатации бетонно-пленочной облицовки в то время не имелось.
Учитывая необходимость рационального использования водных ресурсов, внимание должно быть сосредоточено на состоянии противофиль-трационных облицовок мелиоративных каналов не только во время реконструкции, но и в процессе ежедневной эксплуатации, проводя мониторинг и выявляя фактическое состояние сооружений.
В связи с этим особую актуальность и научный интерес представляют разработки по совершенствованию конструкций с использованием современных материалов и технологий, обеспечивающих повышение надёжности и эффективности работы
мелиоративного комплекса.
Материалы и методы исследований. В ходе исследований по ультразвуковому диагностированию водонепроницаемости сборных бетонных и железобетонных противофильтрационных облицовок гидротехнических сооружений, проводимых с 2011 года (фото 1), учёными института было установлено, что многолетняя эксплуатация мелиоративных каналов с использованием панелей НПК показала высокую степень их надежности [5,8,9].
Фото 1 - Определение водонепроницаемости бетон-но-пленочной противофильтрационной облицовки на Большой Волгоградской оросительной системе
Так, были установлены коэффициенты фильтрации (Кф) поверхностных слоев бетонных конструкций, имеющие пределы изменения от 2,85*10-7 до 0,55*10-7 м/сут, что значительно ниже нормативных допустимых значений в 3,0-2,5*10-4 м/сут [3,10], и определены фильтрационные расходы воды через панели НПК на 1 км длины канала по зависимости [3]: = 0,116 Кф^ (В+2Ц; где Qф - фильтрационный расход на 1 км длины канала м3/с-км;
Кф - коэффициенты фильтрации поверхностных слоев панелей НПК;
ц = 0,94 - поправочный коэффициент, зависящий от размеров сечения канала;
В - ширина по урезу воды, м; h - глубина воды в канале, м.
В результате установлено, что фильтрационные расходы колеблются в пределах от 6,65*10-7 до 1,28*10-7 м3/сек на 1 км длины канала, а общий объем фильтрационных потерь через поверхность панелей НПК за период эксплуатации должен изменяться в пределах от 1,69 до 8,79 м3 в год.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что при длине открытой водопроводя-щей сети в 1255 км общий объем потерь воды на фильтрацию по Волгоградской области ежегодно должен составлять от 2,12 тыс. м3 до 11,031 тыс. м3, что не соответствует действительности.
При дальнейшем исследовании фильтрационных потерь было установлено, что на мелиоративных каналах, облицованных панелями НПК, фильтрация воды, в основном, происходит через межпанельные швы и стыки в результате разрушения гидроизоляционного материала заполнителя швов от времени и внешних воздействий, а также прорастания растительности (фото 2).
Установлено, что гидроизоляционный материал заполнителя швов и стыков в рядовом исполнении выходит из строя в течение 3-5лет. Это способствует укоренению и прорастанию древесно-кустарни-ковой растительности, причем с ростом корневой массы и ствола растений происходит раскрытие шва, локальное разрушение и смещение панелей НПК, что приводит к резкому снижению противо-фильтрационных свойств облицовки [4,7].
Фото 2 - Отсутствие гидроизоляционного материала заполнителя межпанельных швов и стыков в результате разрушения и прорастания растительности
В процессе натурных обследований Большой Волгоградской, Райгородской, Кисловской, Городи-щенской и других мелиоративных систем выявлено, что гидроизоляционный материал заполнителя швов разрушен на 50-70% и вода фильтрует через естественный грунт ложа каналов [4].
При этом коэффициент фильтрации достигает 0,05-0,5 м/сут, общая протяженность швов варьируется в пределах 16000-20000 м, а площадь свободной фильтрации через швы составляет 480-600 м2 на 1 км канала.
Используя данные натурных обследований и общеизвестные методики фильтрационных расчетов в пористой среде, были установлены объемы фильтрационных потерь. При полном отсутствии гидроизоляции швов потери воды на фильтрацию ежедневно могут достигать 300 м3 на 1 км длины канала, что за период эксплуатации составляет 45,9 (тыс. м3)/км [1,2,6].
При этом ежегодно теоретический объем фильтрационных потерь по всей открытой водопро-водящей сети может достигать 57,6 млн. м3, что подтверждается данными эксплуатирующей орга-
низации.
Результаты и их обсуждение. В ПНИИЭМТ, в рамках исполнения Государственной программы фундаментальных научных исследований, разработан способ комплексной герметизации от потерь оросительной воды на фильтрацию и защиты от прорастания растительности в межпанельных швах и стыках сборных железобетонных облицовок мелиоративных каналов (рисунок 1).
Технология устройства комплексной герметизации шва осуществляется следующим образом:
- П-образный заполнитель полости шва из полипропилена (3) с внутренним слоем армирования стекловолокном (4), запрессовывается или вбивается в расчищенный межпанельный шов (2);
- фиксирующие упоры (5) заполнителя, вследствие упругопластичности полипропилена, входят в распор по нижней границе торцевых граней железобетонных плит, что препятствует самоизвлечению;
- П-образный заполнитель из полипропилена (3) по всей длине полностью перекрывает межпанельный шов, что позволяет значительно сократить
фильтрацию и исключить возможность прорастания растительности;
- внутренний слой армирования стекловолокном (4) минимизирует температурные деформации П-образного заполнителя из полипропилена, что за-
щищает заполнитель полости шва от разрушения;
- для полного исключения фильтрационных потерь перед установкой в межпанельный шов на П-образный заполнитель наносят слой герметика или мастики (6).
Рисунок 1 - Конструкция комплексной герметизации шва
1 - сборные железобетонные плиты НПК; 2 -расчищенная полость шва; 3 - П-образный заполнитель полости шва из полипропилена; 4 - внутренний слой армирования стекловолокном; 5 - фиксирующий упор; 6 - слой герметика или мастики. Размеры в м.
Разработанное техническое решение в виде комплексной герметизации межпанельных швов и стыков может быть воспроизведено промышленным способом, что соответствует критерию «промышленная применимость», и в свою очередь позволяет существенно уменьшить капиталоёмкость изделия и его монтажа.
Выводы.
1. Межпанельные деформационные швы и стыки, помимо своей недолговечности, способствуют прорастанию через них растительности, что приводит к значительным фильтрационным потерям водных ресурсов.
2. Разработанный малозатратный способ герметизации швов от потерь оросительной воды на фильтрацию и защиты от прорастания растительности в стыках, позволяющий производить ремонтные работы в короткие сроки, необходимо применять при ремонте и реконструкции межпанельных швов и стыков сборных железобетонных облицовок мелиоративных каналов.
Литература:
1. Журавлев Г.И. Гидротехнические сооружения. (Учебники и учебные пособия для с.-х. техникумов)/ - М.: Колос. - 1979. - С.21-23.
2. Киселев П.Г. Справочник по гидравлическим расчетам / П.Г. Киселев, А.Д. Альтуш, Н.В. Данильченко // Изд. 5-е -М.:»Энергия» - 1974. - С.221-222.
3. Колганов А.В. Справочник: Мелиорация и водное хозяйство. Сооружения. Строительство / А.В. Колганов, П.А. Полад-заде - М.:»Ассоциация Экост». - 2002. - С.332-335.
4. Марченко С.С.Диагностирование технического состояния железобетонных конструкций сооружений и оснований мелиоративных систем ультразвуковым способом / С.С. Марченко, Д.П. Арьков // XVIII Междун. на-учно-практич. конфер.: Научные перспективы 21 века. Достижения и перспективы нового столетия. Россия, г. Новосибирск 11-12.12.2015г. Ежемес. научный журнал Международного Научного Института "EDUCATIO" г. Новосибирск, № 11(18) 2015. - С. 141-146.
5. Марченко С.С. Неразрушающий способ контроля водонепроницаемости бетона ГТС // Материалы между-
народной научно-практической конференции (Костяков-ские чтения) «Мелиорация и проблемы восстановления сельского хозяйства России, Москва, 2013 - С.416-419.
6. Розанов Н.П. Гидротехнические сооружения.(Учеб-ники и учебн. пособия для высш. с.-х. учебн. заведений) / Н.П. Розанов, Я.В. Бочкарев, В.С. Лапшенков, Г.И. Журавлев, Г.М. Каганов, И.С. Румянцев // М.: Агропромиздат. -
1985. - С.-20-23
7. Семененко С.Я. Меры борьбы с негативным воздействием древесной и прибрежно-водной растительности на мелиоративных каналах / С.Я. Семененко, В.Ф. Скворцов, П.С. Попов // Х Междун. научно-практич. конфер.: Научные перспективы 21 века. Достижения и перспективы нового столетия. Россия, г. Новосибирск 17-18.04.2015г. Ежемес. научный журнал Международного Научного Института "EDUCATIO" г. Новосибирск, № 3(10) 2015. - С. 90-95.
8. Семененко С.Я. Методика ультразвукового диагностирования водонепроницаемости бетона конструкций гидротехнических сооружений/ С.Я. Семененко, С.С. Марченко, Д.П. Арьков // Известия Нижневолжского агроу-ниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование, 2015. - №1(37). - С.186-191
9. Семененко С.Я. Программа определения марки бетона по водонепроницаемости на основании результатов ультразвуковой диагностики / С.Я. Семененко, С.С. Марченко, Д.П. Арьков // Программа для ЭВМ № 2015616171 Зарегистрировано в государственном Реестре программ для ЭВМ 02 июня 2015 г.
10. СНиП 2.08.03-85 Мелиоративные системы и сооружения/Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР.
1986. (Зарегистрирован Росстандартом в качестве СП 100.13330.2011).
THE METHOD OF COMPLEX SEALING OF INTERPANEL SEAMS AND JOINTS OF PRECAST CONCRETE REVETMENTS MELIORATIVE CHANNELS
S. S. Marchenko, K.T.N., P. S. Popov, K.S-Kh.N., D.P. Arkov, K.T.N., O. G. Semenenko, [email protected] -Volga region research Institute of ecological and meliorative technologies, affiliate of FSC of Agroekology RAS
The paper presents the results of ultrasonic diagnostics of the technical condition of the anti-filtration facing of meliorative channels . Identified that the most vulnerable place in the construction of the anti-filtration facing are interpanel seams, joints and mating facings. The volumes of filtration losses through the elements of the waterproofing material. The proposed method integrated sealing bulkhead seams and joints of linings meliorative channels.
Keywords: Facing meliorative channels, water loss for filtration, sealing of constructive seams, waterproofing material, fiberglass reinforced polypropylene.
