Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ИЩЕНКО Александр Васильевич
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Специальность: 05.23.07 - Гидротехническое строительство
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Санкт-Петербург 2010
Работа выполнена в ФГОУ ВПО
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Новочеркасская государственная мелиоративная академия Актуальность проблемы. Существующие типы противофильтрационных устройств гидротехнических сооружений в виде облицовок каналов, экранов, противофильтрационных стенок, завес и ядер в ряде слуОфициальные оппоненты чаев недостаточно эффективны, что обусловлено несовершенством их доктор технических наук, профессор конструкций, вероятностью трещинообразования или повреждения в Арефьев Николай Викторович процессе строительства и эксплуатации. В частности, в настоящее время ФГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный в России объем потерь воды при транспортировке воды по каналам комполитехнический университет плексного и мелиоративного назначения, составляет около 8 км3/год. В соответствии с Водной стратегией России на период до 2020 г. предподоктор технических наук лагается вдвое уменьшить удельные потери при транспортировке за счет Сольский Станислав Викторович реконструкции систем водоподачи, устройства облицовки каналов, реОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева конструкции оросительных систем.
Решение этих проблем невозможно без применения современных доктор технических наук, профессор конструкций различных противофильтрационных устройств (ПФУ) в Штыков Валерий Иванович виде облицовок, экранов, противофильтрационных стенок и завес.
ФГОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный В связи с изложенным повышение эксплуатационной надежности университет путей сообщения ПФУ в конструкциях ГТС, которому посвящена настоящая работа, является актуальным.
Ведущая организация Работа выполнена в соответствии с важнейшими научно-исследоГНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий вательскими программами:
ГКНТ СМ СССР по заданию 0.85.06.03.05Н1 Разработать рекомендации по противофильтрационным, берегоукрепительным и дренаж
Защита состоится ______________ 2010 г. в 10 часов ным мероприятиям на крупных каналах;
на заседании диссертационного совета ДМ 512.001.фундаментальных и приоритетных исследований развития АПК в ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева РФ по заданию 03.02.02.03 Разработать научно обоснованные меро(Санкт-Петербург, ул. Гжатская, 21) приятия по безопасному функционированию и предотвращению загрязнения грунтовых вод и водотоков из накопителей сельскохозяйственных и промышленных отходов.
Степень разработанности проблемы в научной литературе. Обще
С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке теоретические, методологические и научно-практические исследования эфОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева.
фективности и надежности каналов, накопителей, их ПФУ и дренажа представлены в трудах отечественных и зарубежных специалистов: С.Ф. Аверьянова, А.Г. Алимова, К.Н. Анахаева, В.И. Аравина, Н.В. Арефьева, В.Н. Бухарцева, В.В. Ведерникова, Н.Н. Веригина, А.Л. Гольдина,
Автореферат разослан л____ _______________2010 г.
В.Д. Глебова, В.Н. Жиленкова, И.М. шина, Ю.М. Косиченко, И.Е. Кричевского, Г.М. Ломизе, Ю.П. Ляпичева, Ц.Е. Мирцхулавы, В.П.
Недриги, С.Н. Нумерова, Н.Н. Павловского, Л.Н. Рассказова, Д.В. Стефанишина, С.В. Сольского, О.М. Финагенова, Р.Р. Чугаева, В.И. Штыкова,
Ученый секретарь диссертационного В.Ф. Ван Асбека, Д. Брауна, Н. Дэскулеску, М. Хики, Г. Васкетти, совета кандидат технических наук, А. Скуеро, Б. Джонса, Ф. Форхгеймера и др.
старший научный сотрудник Т.В. Иванова Для борьбы с фильтрацией из каналов и накопителей отходов в по- Невинномысской, Несветай ГРЭС), шламоотвалы Новочеркасских (элекследние 30 - 35лет достаточно широкое применение нашли традицион- тродного, магнитного, синтетических продуктов) заводов; Юмагузинское ные конструкции противофильтрационных устройств - бетонные, желе- водохранилище, водохранилище Ростовское море и др.
зобетонные, асфальтобетонные, грунтопленочные и бетонопленочные Предметом исследований являются противофильтрационные устпокрытия. Практика их применения показала, что наиболее эффективны- ройства на каналах, водоемах и накопителях промышленных отходов.
ми из них являются грунтопленочные и бетонопленочные покрытия. ОдВыполненные исследования относятся к п.4 и п.6 Паспорта специнако, они характеризуются недостаточной эксплуатационной надежноальности 05.23.07 - Гидротехническое строительство.
стью вследствие частой повреждаемости тонкого пленочного элемента.
Теоретической и методологической основой работы послужили За рубежом (США, Чехия, Италия, Германия, Израиль, Египет, теоретические и экспериментальные, лабораторные и натурные исследоФранция, Португалия и др.) в отличие от России находят широкое привания, включающие следующие методы:
менение геомембраны, представляющие собой полимерный рулонный фильтрационных расчетов, основанные на использовании спосоматериал из полиэтилена, бутилкаучука, битумно-полимерных композиций бов фрагментов, фильтрационных сопротивлений и теории функции комтолщиной от 1 до 3 мм. Такие материалы по сравнению с плночными, плексного переменного;
имеющими толщину до 0,2 - 0,3 мм, характеризуются большей долговечматематической статистики и теории вероятности для статистиченостью, значительным сопротивлением прокалыванию, высокой гибкоской оценки полученных результатов натурных наблюдений;
стью и деформационной способностью.
физического моделирования задач фильтрации на эксперименЦель и задачи исследования. Целью диссертационного исследотальных установках;
вания является разработка и научное обоснование новых и совершенстнатурных исследований водопроницаемости облицовок каналов.
вование существующих конструкций противофильтрационных устройств Основные положения, выносимые на защиту:
гидротехнических сооружений на основе комплексных экспериментальрезультаты натурных исследований водопроницаемости и эффекно-теоретических исследований.
тивности противофильтрационных облицовок ряда каналов юга России;
Для достижения цели решались следующие задачи:
методика расчета водопроницаемости бетонопленочных и бетонобобщить данные по оценке противофильтрационной эффективноных противофильтрационных облицовок каналов с применением пленочсти и эксплуатационной надежности грунтопленочных и бетонопленочных материалов и геомембран и определения технического КПД облицоных покрытий на каналах, водоемах и накопителях;
ванных каналов;
провести натурные исследования водопроницаемости и противометодика обоснования выбора рациональных противофильтрационфильтрационной эффективности бетонопленочных облицовок каналов и ных облицовок, позволяющая определять осредненные значения их коэфуточнить КПД действующих облицованных каналов;
фициентов фильтрации, удовлетворяющие требованиям экономичности;
развить теорию водопроницаемости противофильтрационных констру и на ее основе разработать методику оценки эффективности облицо- результаты экспериментальных исследований по определению равок оросительных каналов; циональной схемы противофильтрационной и дренажной защиты накопровести расчетную оценку противофильтрационной эффективно- пителей ПО;
сти бетонопленочной облицовки с геомембраной;
конструктивные решения рациональных противофильтрационных выполнить исследования по обоснованию типов дренажа накопиоблицовок каналов, дренажных устройств, инженерной защиты грунтотелей ПО и усовершенствовать методы их фильтрационного расчета;
вых вод от фильтрата из накопителей ПО, новизна которых защищена разработать практические рекомендации по повышению эффекавторскими свидетельствами и патентами;
тивности ПФУ оросительных каналов, водоемов и накопителей ПО;
методы фильтрационного расчета накопителей ПО с противофильпровести оценку влияния фильтрации из водохранилищ на динамику трационными устройствами и оценки противофильтрационных свойств подъема уровня грунтовых вод и подтопление территорий в нижнем бьефе;
экранов при наличии нарушений сплошности в пленочном и в грунтовом усовершенствовать существующие и разработать новые рациопротивофильтрационном элементе;
нальные конструкции элементов противофильтрационных облицовок, методика оценки влияния фильтрации из водохранилищ на динамику экранов и дренажных устройств каналов, водомов и накопителей ПО.
подъема уровня грунтовых вод и подтопление территорий в нижнем бьефе;
Объект и предмет исследований. Объектом исследования явирекомендации по повышению эксплуатационной наджности пролись крупные каналы Ростовской области (ДМК, Бг-Р-7, Бг-Р-8) и Ставтивофильтрационных защит на каналах и накопителях отходов.
ропольского края (БСК-3, БСК-4) и др.; золоотвалы (Новочеркасской, 2 Научная новизна заключается в следующем: Автор принимал непосредственное участие в полевых исследова1. Разработаны и обоснованы новые и усовершенствованные кон- ниях на каналах БСК-3, БСК-4, ДМК, АзМК, Бг-Р-7, Бг-Р-8, Юмагузинструкции бетоноплночных облицовок каналов с применением защитных ском водохранилище, регулирующем водохранилище Ростовское море, прокладок из геотекстиля и противофильтрационного элемента из гео- накопителях промышленных отходов и золоотвалах Новочеркасской мембраны и грунтоплночных экранов водомов и накопителей с приме- ГРЭС, Невинномысской ГРЭС, Несветай ГРЭС и др. В проведении неконением геомембран. По ряду предложенных решений получены патенты торых экспериментальных и теоретических исследований принимали и авторские свидетельства. участие аспиранты Т.А. Капустина, А.Ф. Апальков, Е.О. Скляренко, ко2. Разработана методика расчета водопроницаемости и получены торые под руководством автора защитили кандидатские диссертации.
аналитические зависимости для основных типов бетонопленочных обли- При постановке ряда задач, рассмотренных в настоящей работе, и подгоцовок каналов, позволяющие определять потери воды на фильтрацию из товке диссертации автор получил ценные советы и научные консультаоблицованных каналов и осуществлять их технико-экономическое срав- ции от ведущих учных НГМА, РосНИИПМ, КБГСХА, ОАО ВНИИГ нение. им. Б.Е. Веденеева и МГУП.
3. На основе использования целевой функции затрат и риска по- Практическая значимость работы:
вреждений противофильтрационного элемента установлен оптимальный 1. Предложены новые и усовершенствованные конструкции и споуровень эффективности облицовок с плночным экраном и геомембраной собы повышения эффективности противофильтрационных облицовок и и разработан алгоритм выбора оптимального типа облицовок. экранов каналов и накопителей.
4. Разработан способ повышения противофильтрационной эффектив- 2. Получены количественные оценки водопроницаемости основности бетоноплночных облицовок на действующих каналах за счт инъек- ных типов противофильтрационных облицовок каналов и рекомендуемые ции подплитного пространства цементно-песчано-зольным составом. допускаемые значения их осредненных коэффициентов фильтрации, ха5. Предложены конструкции дренирующе-разгрузочных устройств рактеризующие оптимальный уровень наджности облицовок.
для облицовок, которые позволяют повысить их устойчивость за счт преду- 3. Разработаны практические рекомендации по повышению эфпреждения выпора плит при быстрой сработке уровня воды в канале. фективности и надежности бетонопленочных облицовок крупных кана6. Обобщены результаты натурных исследований по количествен- лов, в том числе, включены в нормативные документы.
ной оценке осредненных значений коэффициентов фильтрации противо- 4. Результаты исследований апробированы и внедрены в течение фильтрационных облицовок на действующих каналах.
1986 - 2008 гг. на 16 мелиоративных и гидротехнических объектах (кана7. Получены расчетные зависимости для определения параметров лах, плотинах и накопителях промышленных отходов).
фильтрующего элемента в конструкции противофильтрационной стенки 5. Применение разработок автора способствует повышению эколонакопителей отходов и проведена теоретическая оценка противофильтрагической устойчивости природных систем.
ционной эффективности пленочных экранов рациональных и комбиниро6. Суммарный фактический и ожидаемый экономический эффект ванных конструкций и грунтовых экранов с учетом кольматации трещин.
составил около 40,0 млн руб в ценах 2001 - 2008 гг.
8. Получены результаты экспериментальных исследований эффекАпробация результатов. Результаты исследований автора по теме тивности противофильтрационных устройств и накопителей ПО в услодиссертации докладывались на 15 научно-технических конференциях, виях воздействия грунтового потока.
совещаниях и семинарах, в том числе на научно-технической конферен9. Дана оценка влияния фильтрации из водохранилищ на динамику ции ЮРГТУ (НПИ) Проблемы строительства и инженерной экологии подъема уровня грунтовых вод и подтопление территорий в нижнем бьефе.
(Новочеркасск, 2000), конференции, посвященной 100-летию профессора Личный вклад.
М.М. Скибы (Новочеркасск, 2002), межвузовской научно-практической Диссертационная работа является результатом более чем 20-лет- конференции НГМА Проблемы гидрологии и гидротехники (Новочерних (1986 - 2009 гг.) исследований автора, выполненных в отделе ГТС касск, 2002), международных научно-практических конференциях в ИнЮжНИИГиМа, на кафедре ГТС и в лаборатории моделирования фильтституте гидротехники и мелиорации УААН (Киев, 2004), в СПбГПУ и рационных процессов при кафедре гидравлики и инженерной гидрологии ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева (Санкт-Петербург, 2004, 2009, 2010), на научНГМА. Постановка задач исследований, их решение теоретическими и но-практическом семинаре в РосНИИПМ Обеспечение безопасности экспериментальными методами, анализ и обобщение полученных резульГТС мелиоративного назначения (Новочеркасск, 2006), на научнотатов осуществлены лично автором.
практическом семинаре Безопасность гидротехнических сооружений в 4 МГУП (г. Москва, 2007), на Международной научно-практической конфе- В главе 2 представлены результаты натурных исследований по количественной оценке нарушений, повреждений и водопроницаемости ренции Строительство-2008-2010 РГСУ (г. Ростов-на-Дону, 2008-2010), противофильтрационных облицовок на действующих каналах.
на научно-практической конференции Инновационные технологии повышения эффективности мелиоративных систем и безопасности гидро- Под руководством автора в течение 1986 - 2008 гг. были проведетехнических сооружений ПНИИЭМТ (г. Волгоград, 2010) и др. ны обширные исследования ряда каналов Ростовской области и СтавроОсновные положения диссертации отражены в двух монографиях: польского края (БСК-3, БСК-4, ДМК, Бг-Р-7, Бг-Р-8, Бг-Р-5, МР-2.2) по Повышение эффективности и наджности противофильтрационных об- определению потерь на фильтрацию, КПД, параметров водопроницаемолицовок оросительных каналов и Обеспечение фильтрационной безо- сти и трещиноватости облицовок.
пасности и эффективности противофильтрационных устройств гидротех- В результате обследований состояния бетонопленочного защитнонических сооружений общим объемом 28,3 п.л.; а также в научных го покрытия на ряде каналов Багаевско-Садковской ОС, БСК (2,3,4-й статьях и изобретениях объемом более 42 п.л., в том числе автора 25 п.л.
очередей) установлено, что в процессе строительства и эксплуатации наОбщий объем публикаций автора составил 53,3 п.л.
блюдается трещинообразование защитного покрытия каналов (рис. 1,а), Достоверность научных результатов. Основные положения, выпри этом наиболее распространены нитяные трещины (50-55 %), затем воды и рекомендации научно обоснованы с позиций теории фильтрации, трещины шириной раскрытия 1 - 2 мм (25 - 27%), 2 - 4 мм (12 - 15%), теории вероятности и математической статистики. Лабораторные иссле4 - 6 мм (5 - 6%) и трещины шириной раскрытия 6 - 8 мм (2 - 3%).
дования проводились по общеизвестным методикам с использованием стандартного оборудования. Приборы, применяемые при проведении натурных и лабораторных исследований, поверены и аттестованы в метрологическом центре.
Достоверность результатов подтверждается результатами экспериментальных и натурных исследований.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы и приложений.
Общий объем работы составляет 350 страниц. Материал диссертации содержит 36 таблиц, 64 рисунков и 4 приложения. Список литературы состоит из 227 наименований, в том числе 29 - иностранных авторов.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 74 научные работы, из них в изданиях, рекомендованных ВАК - 12; монографий, учебных пособий и нормативно-методических изданий - 7, авторских свидетельств на изобретения и патентов - 15.
Рис. 1. Графики распределения ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ трещин в защитном покрытии и поврежднности плночного экраВо введении обосновывается актуальность работы, ее научная нона бетоноплночных облицовок визна и практическая ценность, формулируются цель и задачи исследоканалов: а - по размерам трещин в ваний, выносимые на защиту положения.
защитном бетонном покрытии;
Глава 1 посвящена исследованию современного состояния проб -по поврежднности плночного блемы повышения эксплуатационной наджности ПФУ (облицовок, экэкрана (%); в - по размерам повреждеранов, противофильтрационных стенок, завес и ядер) в конструкциях ний плночного экрана существующих и строящихся ГТС. Выявлены основные преимущества и При обследовании ряда каналов (БСК-3, БСК-2, Бг-Р-7, Бг-Р-5, Бг-Рнедостатки различных противофильтрационных мероприятий.
8) автором установлена средняя поврежднность плночного экрана облиВыполненный обзор научно-технической литературы в области цовок (рис. 1,б) в пределах 0,011-0,045%, а распределение по размерам ПФУ ГТС показал, что повышение их эксплуатационной надежности повреждений плночного элемента на БСК-3 (рис. 1,в): 1 - 2мм - 56%; 2 - невозможно без применения рациональных конструкций, современных 3 мм - 38%; 3-5мм - 6%. По данным Укргипроводхоза (А.Ф. Зоценко) на материалов и технологий.
6 канале Р-2-2 Каховской ОС распределение поврежднности плночного Для таких каналов, как МК БВОС, КМК, Бг-Р-7, они оказались экрана изменялось от 0,010 до 0,036% и в среднем составило на 1 м2 - выше допустимых значений, что объясняется невысоким качеством их 7 повреждений диаметром от 1 до 10 мм. строительства и условиями эксплуатации.
Анализ натурных данных фильтрационных потерь и осредненных В среднем коэффициент эффективности применения облицовок коэффициентов фильтрации бетоноплночных облицовок (табл. 1) для изменялся от 18 до 25, что свидетельствовало о снижении потерь на ряда каналов (ЛКХ-1, ЮР-18-1, БСК-3) показал, что они не превышали фильтрацию по сравнению с земляным облицованным руслом до 25 раз, а допускаемые значения kобл - по Руководству Союзводпроекта ВТР-П- в отдельных случаях - до 40 раз (ЮР-18-1).
7-75 и СНиП 2.06.03-85. В главе 3 представлены разработанные автором рациональные конТаблица 1 струкции противофильтрационных облицовок с геомембранами для канаНатурные данные фильтрационных потерь из каналов и значений лов, теоретическая модель их водопроницаемости и методика оценки воосредненных коэффициентов фильтрации и эффективности бетонодопроницаемости и эффективности различных конструкций облицовок.
плночных облицовок Для выбора наиболее целесообразного типа облицовок при строиКоэффициент Фильтра- тельстве и реконструкции каналов предлагается алгоритм (рис. 2), котоТип Эффективфильтрации ционные Наименование канала обли- ность об- рый включает следующие этапы: определение исходных данных, в том потери, облицовки kобл, лицовки цовки э числе тип канала, тип основания по устойчивости, выбор различных вал/(сут.м2) 10-6 см/с риантов облицовок, технико-экономическое сравнение вариантов облиМагистральный ка- б\п, 54140 1,50 - 3,70 18,цовок по целевой функции, включающий все затраты и ущербы от снинал Большой Волго- сб/м градской ОС жения эффективности и наджности облицовки и определение наиболее Каршинский магист- б\п, 84,7-127,8 2,72-4,11 22,0 целесообразного типа облицовки, исходя из минимума функции.
б/м ральный канал Для противофильтрационной защиты крупных каналов (с расходом (головная часть) м, 29,6-161,9 2,42-13,более 50 м3/с), предложена облицовка повышенной наджности (рис. 3).
Канал ЛКХ-1 б/п, м 5,8-6,6 1,02-1,94 25,Данная конструкция представляет собой покрытие из бетонных и железоПрохладненской ОС бетонных плит толщиной 10 -15 см или сборных плит НПК толщиной Канал ЮР-18-1 б\п, 2,95-4,46 0,35-0,54 42,6 см, защитных прокладок из геотекстиля толщиной 0,5-1,0 мм, противов Голодной степи сб/м фильтрационного элемента из геомембраны толщиной 1,0-2,0 мм.
Большой Ставро- б\п, 11,3-45,3 0,61-3,00 18,польский канал (3-я сб/м очередь) Канал 1-Х-1 Кислов- б/пл 16-20 2,90-3,76 20,ской ОС Волгоградской обл.
Распределительный б/п, 2,75-39,83 2,94-8,66 11,канал БГ-Р-7 Багаев- сб ско- Садковской ОС Ростовской обл.
Куйбышевский об- г/пл 4,06 1,67 - воднительно-оросительный канал Магистральный ка- ж/б - 32-100 4,5-8,3 17,нал Заволжской ОС пл, Волгоградской обл. сб/м Каналы 2Х-2-, 3Х-11, б/м 25-84 4,6-14,6 2,4Х-1, 2Х-8, 1Х-6 Кисловской ОС Примечание: б/п - бетоноплночная облицовка; сб/м - сборно-монолитная облиРис. 2. Алгоритм выбора противофильтрационных облицовок цовка; м - монолитная облицовка; ж/б - пл - железобетонная пленочная облицовка.
при строительстве и реконструкции каналов 8 Она обладает повышенной водонепроницаемостью (с осреднен- Для оценки оптимального уровня эффективности противофильтным коэффициентом фильтрации облицовки не более 10-8 см/с) и высо- рационных облицовок автором предлагается целевая функция, основанная на минимизации суммы затрат и риска, связанного с возможными кой долговечностью (до 75 - 100 лет).
повреждениями противофильтрационного элемента.
а) б) Рис. 3. Облицовка каналов повышенной наджности:
1 - покрытие; 2 - геотекстиль; 3 - геомембрана;
4 - канавка для отвода дождевых и талых вод С целью повышения водонепроницаемости эксплуатируемых бе- Рис. 5. Дренирующе-разгрузочные устройства облицовок каналов:
а - клапан конусной формы по А.с. № 1477818; б - с выпускными отверстиями в тоноплночных облицовок (через 3 - 5 лет после строительства) предлаплите по А.с. № 1430447: 1 - железобетонная плита; 2 - клапан; 3 - сетка;
гается использовать усовершенствованный способ инъектирования под4 - стеклоткань; 5 - решетка; 6 - напорные грунтовые воды плитного пространства цементно-песчано-зольным составом (рис. 4).
Целевая функция в общем случае включает первоначальную стоимость облицовки, вероятность отдельных повреждений пленочного экрана и защитного покрытия, а также ущерб, вызванный повреждениями экрана и защитного покрытия за срок службы облицовки 0:
0 n к С = minCоf + P У1ijf + Р У2 , (1) f экijf защijf ijf i =1 j =1 i =1 j = при ограничениях:
f F j J n 0, > 0, Co 0, i I,,, Pээijf где - первоначальная стоимость облицовки варианта f; - веСof Рис. 4. Способ повышения водонепроницаемости бетоноплночных облицовок роятность отдельных повреждений плночного экрана i в срок эксплуаканалов (по А.с. № 1281626 и № 1477819):
тации j для варианта облицовки f; Pзащ - вероятность разрушений и 1 - плита; 2 - монолитная облицовка; 3 - полотнище; 4 - раствор; 5 - бетонный кубик ijf с отверстием; 6 - шланг для подачи раствора; 7 Цсклейка; 8 - штукатурная станция;
деформаций защитного покрытия i в срок эксплуатации j для варианта 9 - труба-инъектор; 10 - отверстие облицовки f; Уijf - ущерб, вызванный повреждением i в срок эксплуаАвтором разработаны дренирующе-разгрузочные устройства для тации j для варианта облицовки f; n - число повреждений плночного облицовок (рис. 5), которые позволяют повысить их эффективность за экрана; 0 - общий срок службы облицовки; к - число деформаций и разсчет предупреждения выпора плит при быстрой сработке уровня воды в рушений защитного покрытия i в срок эксплуатации j для варианта обликанале.
цовки f.
Разработанные рациональные конструкции облицовок и их дрениПроведенные расчеты осредненных коэффициентов фильтрации рующих устройств, внедрены в проект на первой очереди реконструкции облицовок позволили установить оптимальные интервалы значений коДМК и при эксплуатации третьей очереди БСК.
10 эффициентов фильтрации различных типов бетонопленочных облицовок моугольной формы. Расчетными формами нарушений пленочных экра(рис. 6). нов принимаются: прямолинейные протяженные щели (повреждения), а Как следует из проведенных расчтов, наименьшими значениями для геомембран - круглые отверстия небольшого диаметра (проколы).
осредненных коэффициентов фильтрации при оптимальном уровне эфПовреждения противофильтрационного элемента под защитным покрыфективности должны обладать бетонопленочные облицовки с применетием устанавливаются методом электропрофилирования.
нием геомембран, которые и следует считать в настоящее время самыми При расчете водопроницаемости противофильтрационных облицоэффективными с точки зрения уменьшения потерь воды на фильтрацию.
вок, включающих защитное бетонное покрытие и противофильтрационный элемент, используются следующие допущения:
1) движение фильтрационного потока считается установившимся и Стыс. руб подчиняющимся закону Дарси и может носить плоский и пространственный характер в зависимости от вида повреждений и их расположения;
2) повреждения противофильтрационного элемента (экрана из плнки или геомембраны) имеют случайный характер и подчиняются пуассоновскому закону распределения для редких событий по площади облицовки F0 ;
3) фильтрация через нарушения защитного покрытия и повреждения пленочного экрана носит локальный характер.
Для оценки водопроницаемости бетоноплночных облицовок примем следующую расчетную фильтрационную схему (рис. 7): под дейстРис. 6. Выбор оптимальных значений коэффициентов фильтрации вием напора воды происходит движение фильтрационного потока через бетонопленочных облицовок:
трещины и разрушенные швы в бетонном покрытии, а также через сам 1 - сборных; 2 - сборно-монолитных; 3 - монолитных;
бетон в пространство между облицовкой и пленкой и далее по свободным 4 - повышенной надежности с геомембранами ходам фильтрации между подошвой бетонной облицовки и пленкой к повреждениям экрана, которые, как правило образуются из-за неравноТак, при расчетном коэффициенте фильтрации бетопленочных обмерной просадки грунта основания.
ицовок повышенной надежности с геомембранами, равном (0,5 - 1,0)10-см/с, они обеспечивают снижение потерь на фильтрацию по сравнению с традиционными бетоноплночными облицовками минимум в 30 - 150 раз.
Соблюдение указанных значений осредненных коэффициентов фильтрации облицовок обеспечит высокую их противофильтрационную эффективность и КПД оросительных каналов до значений 0,97 - 0,99.
Так как в процессе строительства бетонопленочных облицовок как традиционных с пленочным элементом, так и с геомембраной возможны механические повреждения противофильтрационного элемента при его укладке или устройстве защитных покрытий для оценки их эффективности разработана гидравлическая модель водопроницаемости. Особенностью расчета водопроницаемости бетоноплночных облицовок является то, что движение фильтрационного потока через них проходит не сплошным фронтом, а лишь локально в очагах, вызванных наличием повреждений и дефектов как в противофильтрационном элементе (пленке, геомембране), так и бетонном защитном покрытии. В качестве основных расРис. 7. Расчетная схема водопроницаемости бетонопленочной облицовки:
четных форм нарушений сплошности защитных бетонных покрытий 1 - бетонное покрытие; 2 - пленочный экран; 3 - трещины в бетонном покрытии; 4Ц разрушенные швы; 5 - повреждения в пленке или геомембране; 6 - свободные ходы фильтрации принимаются узкие сквозные прямоугольные трещины с гладкими или в подплитном пространстве; 7 - область фильтрации в грунте основания под облицовкой;
шероховатыми стенками, разрушенные швы значительной ширины пря 8 - кривые свободной поверхности (депрессии) 12 При этом между бетонной облицовкой и пленочным экраном под лей; 0 - расчетный параметр, определяемый в зависимости от табулиротрещинами облицовки и в местах повреждений пленочного экрана устаF1(0) ванной функции.
навливается некоторый остаточный напор hх.
С учетом средней поврежденности геомембраны после соответст Фильтрационные потери через бетонопленочную облицовку опревующих преобразований получаем деляем как суммы локальных расходов через отдельные повреждения и k0П0(hх + Hк ) (F0)m дефекты защитного бетонного покрытия (трещины, разрушенные швы), kобл = n, (6) бетон облицовки и через повреждения пленочного экрана.
Pm! r0n(h0 + 0)Arsh(1/ 0 -1) Учтм в рассматриваемой модели облицовки вероятностный хапов.ед.
рактер повреждения противофильтрационного элемента в виде пленочноП = n- средняя поврежднность геомембраны; - пов.ед.
где го экрана или геомембраны. Считая, что повреждения противофильтраFционного элемента происходят случайно и являются достаточно редким площадь единичного повреждения; n - общее количество повреждений, событием на площади экрана F0, примем его распределение подчиняю2rщиеся закону Пуассона:
F1(0) = 0 - параметр, определяемый из уравнения вида ;
(hх + Hk ) (F0)m Р = е-F0, (2) r0 - среднестатистическое значение радиуса отверстия (прокола).
m! отсюда после преобразований и логарифмирования число повреждений С другой стороны, данную задачу водопроницаемости бетоноплепротивофильтрационого элемента на площади F0 будет равно ночной облицовки можно рассматривать с гидравлической точки зрения как систему различных гидравлических сопротивлений при движении (F0)m n4 = F0 = n, (3) фильтрационного потока через различные нарушения облицовки (рис. 8).
Pm! где - средняя частота повреждений экрана (элемента) на площади F0;
m - количество событий (повреждений); Р - вероятность того, что на площади F0 произойдет m событий.
Для определения осредненного коэффициента фильтрации облицовки с учетом случайного характера повреждений противофильтрационного элемен-та в виде плночного экрана получена следующая формула k0 (hх + Hк )0lщ (F0)m kобл = n. (4) Pm! (h0 + 0)F0Arsh(1/ 0 -1) Расчетная зависимость коэффициента фильтрации бетоноплночной облицовки для условий осесимметричного характера движения потока при наличии малых отверстий (проколов) в противофильтрационРис. 8. Расчетная схема единичного свободного хода фильтрации ном элементе в виде геомембраны с учетом случайного распределения через бетонопленочную облицовку:
повреждений имеет вид 1 - бетонное покрытие; 2 - плночный экран; 3 - трещины в бетоне;
2k0r0(hх + Hк ) 0 (F0 )m 4 - ходы фильтрации; 5 - повреждения экрана kобл = n, (5) Pm! (h0 + 0 )F0Arsh (1/ 0 -1) Модель водопроницаемости в гидравлической постановке для усгде k0 - коэффициент фильтрации грунта основания; hx - напор в месте тановившегося движения потока по свободному ходу фильтрации в подповреждения пленочного экрана; Hк - капиллярный вакуум грунта осноплитном пространстве представляет собой - свободный ход потока по трещинам, подплитному пространству через повреждение экрана в грунlщ вания; - среднестатистическая длина повреждения экрана в виде щетовое основание.
14 2 Расчетная схема водопроницаемости облицовки через систему Vтр hтр Vтр Vход гидравлических сопротивлений свободного хода фильтрации трещина - hw = вх + пов + тр + 1-2g 2g 4тр 2g подплитное пространство - повреждение экрана - грунтовое основание (8) позволяет составить гидравлическое уравнение движения фильтрационVход Vход lх 2 hосн Vосн ного потока и найти все потери напора. При этом примем следующие + ход + вых + осн, 4ход 2g 2g 4B 2g допущения: трещина облицовки является сквозной и не закольматированной, свободный ход фильтрации в подплитном пространстве кривогде вх, пов, вых - гидравлические сопротивления соответственно на линейный, взаимовлияние других трещин и свободных ходов фильтрации учитывается коэффициентом влияния kвл, пленочный экран за счет дав- вход, поворот и выход из свободного хода фильтрации; тр, ход, осн - ления фильтрационного потока в подплитном пространстве плотно прикоэффициенты гидравлического трения в трещине, в свободном ходе легает к грунтовому основанию.
подплитного пространства и при фильтрации в грунтовом основании;
Кроме того, считаем, что движение фильтрационного потока по hтр - глубина сквозной трещины, соответствующая толщине облицовки свободному ходу является установившимся напорным ламинарным или (hтр =0); lx - длина криволинейного свободного хода в подплитном протурбулентным. При ламинарном движении средняя скорость подчиняется странстве; тр, ход - ширина раскрытия трещины и ширина свободного закону Дарси.
хода в подплитном пространстве; hосн - глубина грунтового основания до Для решения данной задачи используем уравнение Бернулли анарасчетного сечения 2-2 (hосн ); Vтр,Vход,Vосн - средние скорости двилогично известному решению В.Н. Жиленкова для клиновидной трещижения потока на участках трещины, свободного хода подплитного проны. При этом рассматриваем единичный типовой фрагмент облицовки, странства и грунтового основания; B - ширина зоны растекания фильтвключающий трещину, свободный ход в подплитном пространстве между нижней поверхностью плиты облицовки и экраном и повреждение в рационного потока в основании на бесконечность, определяется по форплночном экране (см. рис. 8). За расчетные сечения выбираем сечение 1муле 1 по уровню воды в канале и сечение 2-2 в основании экрана в пределах qщ (h0 + 0 + Hк ) B = = области фильтрации через повреждение экрана на значительной глубине,, k0 Arch(1/ 0 -1) где движение потока будет плавноизменяющимся.
Границы типового фрагмента 1-1 принимаются условно непроницаемыми. Для общности решения предполагается, что общий фильтрационный или приближенно из соотношения B = (h0 + 0 + Hк ), расход через облицовку будет равен сумме локальных расходов через систегде = 0,2 1,5 - коэффициент растекания фильтрационного потока в му трещин, который в свою очередь будет равен сумме расходов через сисзависимости от свойств грунта.
тему отдельных повреждений пленочного экрана (геомембраны).
Коэффициенты гидравлического трения определяются по формуПрименяя уравнение Бернулли к расчетному сечению потока 1-1 и лам Г.М. Ломизе.
выходному сечению потока в основании плночного экрана под его поИспользуя зависимости для удельного расхода через трещину и вреждением 2-2 относительно плоскости сравнения 0-0, можно получить через повреждения пленочного экрана, найдем формулу для определения зависимость для определения пьезометрического напора по границе разпьезометрического напора:
дела пленки и подстилающего основания в следующем виде:
g3 (h0 + 0)Arsh(1/ 0 -1) -120k0Hк V121 V- -2 тр hx = h0 + 0 + hосн + - - hw, (7) hх1 =.
(9) 1-2g 2g g3 Arsh(1/ 0 -1) +120k0 тр где V1-1 - средняя скорость потока в сечении 1-1; V2-2 - средняя скорость С учетом зависимости потерь напора на выход из свободного хода hw1-потока в сечении 2-2; - коэффициент Кориолиса; - потери напора фильтрации в основание получим расчетную зависимость для коэффиципри движении потока между сечениями 1-1 и 2-2.
ента сопротивления, учитывающую влияние грунтового основания:
Потери напора при движении фильтрационного потока по свободному ходу определим как сумму местных потерь и потерь по длине 16 Таблица [ g3 (h0 + 0 )Arsh (1/ 0 -1) -120k0Hк ]24 тр Сравнение расчетных и натурных данных водопроницаемости вых =, (10) и эффективности бетонопленочных облицовок на очереди [ g3 Arsh (1/ 0 -1) -120k0 ]тр ход Большого Ставропольского канала где I - градиент напора в трещине, принимаемый в первом приближе- Расчетные данные ОтклонеРасчетные данные облицовки с плночние раснии, равным I = 1, во втором приближении - I = (h0 + 0 - hx) /(0 + lх) ;
облицовки с экраном Натурным четных № из геомембраны ные - динамическая вязкость воды.
Пи- экраном данных учаданные Переходя от единичного типового фрагмента, включающего тре- кеты от натур- стка Kобл, Qобл, Kобл Kобл, Qобл щину, свободный ход и повреждение в экране, к системе трещин на плоных э э щади облицовки F0, используем уравнение неразрывности потока, пре- см/с м3/с см/с м3/с ,% небрегая в виду малости водопроницаемостью через бетон облицовки, в 0-13 0,0102 75,1,2610-6 1,5510-6 -18,0,8110-9 0,6510-4 1,1810-следующем виде 13-37 0,0092 153,0,6210-6 0,7310-6 -15,0,4410-9 0,6610-4 2,1510-n1 n 37-76 0,0138 166,0,5710-6 0,7710-6 -26,0,5610-9 1,1410-4 2,0210-q = q, трi пов.пл.
(11) V 162- 3,1110-6 2,4110-6 1,4110-9 5,5110-4 0,6710-0,1215 30,6 +29,i=1 i=2qтрi где - удельный расход через каждую i-тую трещину облицовки;
V 247- 1,5810-5 1,1710-5 1,5710-9 1,2810-3 0,6110-0,1293 60,3 +35,qпов.пл. - удельный расход через каждое i-тое повреждение пленочного 5экрана; n1, n4 -количество трещин и количество повреждений в экране.
эср.вз. = 71,эср.вз. = 99Общий расход фильтрационного потока через облицовку на плоПримечание. Для V участка канала по натурным данным коэффициент щади F0 с учетом случайного распределения трещин и повреждений фильтрации облицовки превышает значения других участков в 5-15 раз, что объясняется низким качеством строительства облицовки на этом участке.
плнки по закону Пуассона найдем по формулам:
для экрана из пленки с повреждениями в виде щелей Осредненный коэффициент фильтрации бетонопленочной облиn4 n (hxi + Hк )lщi (F0)m цовки рассчитывался с учетом вероятностного характера повреждения Qобл = = k0 ln ;
(12) q щi противофильтрационного элемента в виде пленочного экрана или геоi=i=1 F0Arsh(1/ 0 -1 Pm! мембраны. Осредненный коэффициент фильтрации вычислялся по участдля экрана из геомембраны с повреждениями в виде отверстийкам: для пленочного экрана - по формуле (4), для геомембраны - по проколов формуле (5).
n4 n Коэффициент эффективности облицовки определялся как отноше(hxi + Hк )r0i (F0)m Qобл = = k0 ln, q ние фильтрационного расхода из канала в земляном русле к потерям на 0i i=1 i=1 F0Arsh(1/ 0 -1 Pm! фильтрацию из канала в облицовке. Натурные данные осредненных коэф фициентов фильтрации облицовки на БСК-3 принимались по 5 участкам hxi где -напор для единичной системы свободного хода фильтрации, общей длиной 27,1 км на основании проведенных замеров методом точечных фильтромеров, которые устанавливались на облицовку в створе наблюопределяемый по формулам (7) и (8) с учетом коэффициента взаимовлияния системы свободных ходов kвл. дений в количестве до 10 - 15 приборов. Для исследования фильтрации через облицовку использовались фильтромеры, разработанные автором.
В табл. 4 для условий исходных данных БСК-3 приведено сравнеАнализ расчтных и натурных данных для облицовки с пленочным ние расчтных и натурных данных осредненного коэффициента фильтэкраном позволяет сделать заключение об их удовлетворительной сходи рации облицовки Кобл и коэффициента эффективности облицовки э для мости для принятых параметров повреждений облицовки и экрана.
традиционной бетонопленочной облицовки с экраном из полиэтиленовой Отклонение расчетных данных Kобл от натурных для рассмотренплнки толщиной 0,2 мм, выполненной на очереди БСК.
ных 5 участков составляет от -26,0 до +35,0%. Коэффициент эффектив18 ности облицовки по участкам изменяется от 30,6 до 166,7, а его средне- При решении задачи предполагалось, что движение фильтрационного потока - установившееся и подчиняется закону Дарси, область взвешенное значение равно эср.вз = 71,0. Сравнение расчетных данных фильтрации в защитном и подстилающем слоях является однородной с Kобл и э для облицовки с экраном из геомембраны с аналогичными коэффициентами фильтрации соответственно k1 и k2, при этом соотношеданными для облицовки с пленочным экраном свидетельствует о сущестние коэффициентов фильтрации грунтовых слоев может быть k1 k2, а их венном снижении Kобл практически на три порядка и повышении коэфзначения отличаются не более чем в 10 раз.
фициента эффективности э более чем на два порядка.
На основании разработанных теоретических моделей получены расчетные формулы для оценки водопроницаемости и эффективности основных типов противофильтрационных облицовок каналов (сборных, монолитных, сборно-монолитных бетонопленочных, бетонных и железобетонных), которые вошли в ряд нормативно-методических документов и справочников.
В главе 4 представлены усовершенствованные автором конструкции противофильтрационных экранов водомов и накопителях промышленных отходов и результаты экспериментальных исследований эффективности противофильтрационных и дренажных защит накопителей промышленных отходов в условиях воздействия грунтового потока.
В диссертации приведены основные показатели противофильтрационной наджности грунтоплночных экранов, водомов и различного рода хранилищ и накопителей отходов.
Рис. 10. Схемы рациональных конструкций противофильтрационных экранов Проведенный анализ натурных данных противофильтрационной водомов и накопителей: а, б - двухслойные комбинированные с дренажным наджности грунтоплночных экранов водомов и накопителей показал, слоем; в - однослойный грунтовый с кольматирующим слоем; г - однослойный что для экранов из традиционной полиэтиленовой плнки толщиной 0,2 - грунтовый с сорбирующим слоем; д - однослойный грунтовый с самозалечивающим слоем:
0,3 мм вполне вероятны повреждения как в период строительства, так и 1, 4 - защитный и подстилающий слои грунта; 2- уплотненный слой глинистого грунта;
эксплуатации. Применение в конструкциях экранов геомембран из раз3 Цгеомембрана; 5 - защитные прокладки; 6 - дренажный слой; 7 - кольматирующий слой личных полимеров толщиной от 1,0 до 2,5 мм гарантированно обеспечит из мелкозернистого песка; 8 - сорбирующий слой;
их высокий противофильтрационный эффект (на два-три порядка выше, 9 - самозалечивающий слой из бентонитовых глин чем для традиционной пленки) и практически полностью исключит Область фильтрации с безнапорным потоком в подэкрановом осфильтрационные утечки и загрязнение грунтовых вод.
новании заменяется напорным, соответствующим ширине зоны растекаНами предложены рациональные конструкции комбинированных ния потока на бесконечности l.
грунтоплночных экранов (рис. 10), а также экранов повышенной водоВ результате решения данной задачи совместно с Е.О. Скляренко непроницаемости, эффективность которых обеспечивается за счет исполучена следующая общая формула действующего напора в сечении по пользования кольматирования, сорбирования и самозалечивания отсылинии щели в виде:
панного поверх экрана слоя малопроницаемого грунта.
Для оценки противофильтрационной эффективности рациональ- 16 k1 k1 1 ных конструкций грунтопленочных экранов рассмотрены расчетные схеHx = H Arch ln + Arch , мы их водопроницаемости.
k2 sin(m / 2l) m k2 sin(m / 2l) Расчетные формулы для конструкции экрана с защитным и под(13) стилающим слоями из малопроницаемых грунтов получены на основе где Н - напор ( H = h0 + 0 + ), м; h0 - глубина воды в накопителе, м;
решения гидромеханической задачи методами конформных отображений 0 - толщина слоя отложений промышленных отходов, м; - толщина и фрагментов. При этом учитывалось влияние слоя отложений промышзащитного слоя экрана, м; ' - приведнная толщина защитного слоя с ленных отходов мощностью 0 с коэффициентом фильтрации kотх.
20 Автором также разработан способ повышения эксплуатационной k = + 0, м; m учетом отложений промотходов, вычисляемая как наджности облицовки, которая обеспечивается дополнительной укладkотх кой самозалечивающего слоя, например, из слоя цементно-песчаноЦ ширина повреждения (щели) в плночном элементе, м; l - ширина зоны зольной смеси, бентонитовой глины и др. (по А.с. № 1213118).
растекания фильтрационного потока под экраном, определяемая как В результате провденных экспериментальных исследований l = (H + hк ), м; - коэффициент, принимаемый по данным эксперимен- обоснована эксплуатационная наджность рационального варианта инженерной защиты грунтовых вод от попадания загрязненного фильтрата hk тов Н.Г. Бугая (1978); - высота капиллярного поднятия для грунта из накопителей отходов (рис. 11), включающего направляющую протиоснования, м; k1 - коэффициент фильтрации защитного слоя; k2 - коэфвофильтрационную стенку, горизонтальный перехватывающий дренаж и фициент фильтрации грунта основания; kотх - коэффициент фильтрации собирательную вертикальную скважину (приточный колодец).
слоя отложений промотходов.
Экспериментально установлено, что при разбивке площади котлоЭффективность конструкции экрана с защитным и подстилающим вана на зоны, фильтрационный поток необходимо перехватывать в перслоями из глинистого грунта в отношении снижения фильтрационных вую очередь из IV зоны (рис. 11), которая характеризуется наиболее выпотерь через дефекты или повреждения в противофильтрационном элесокими выходными градиентами напоров, а соответственно и наиболее менте по сравнению с аналогичным экраном с песчаными слоями при высокой концентрацией выноса вредных веществ. Эффективность ком k1 = k2, = 1 и l >2' выразится следующей зависимостью:
бинированного варианта противофильтрационной защиты по перехвату II загрязненных грунтовых вод в сравнении с линейным рядом скважин k 64 l 12812 Э ln 2 ln 2 , (14) достигает 40-50 %, а снижение затрат (за счет уменьшения количества I k (m) (m) скважин) обеспечивается на порядок.
где kI, kII - коэффициенты водопроницаемости через щель для первой и второй конструкции экрана соответственно.
Согласно выполненным расчетам, применение комбинированных конструкций снижает фильтрацию через возможные повреждения по сравнению с традиционной конструкцией более чем в 50 раз.
В работе также рассмотрены вопросы оценки противофильтрационной эффективности грунтовых экранов накопителей промышленных отходов с учетом самозалечивания трещин.
Используя коэффициент эффективности грунтового экрана 1 = qЭ (qЭ + qТР ), где q - удельный расход через грунтовый экран без Э трещин; qЭ - то же при наличии сквозных трещин (щелей), но без их учета; qТР - удельный расход через трещину. Определяем коэффициент эффективности экрана с кольматирующим слоем по формуле qЭ H + Э ' X 2 = при. (15) (l - m) qЭ + qТР qЭ = kЭ Э Эффективность грунтового экрана с закольматированными трещиРис. 11. Схемы исследований эффективности противофильтрационных направнами по отношению к экрану с полыми незакольматированными трещи- ляющих стенок с перехватывающим горизонтальным трубчатым дренажем:
1 - накопитель; 2 - направляющие стенки; 3 - вертикальная скважина; 4 - трубчатый дренами находим через отношение коэффициентов их эффективности:
наж; Вз - ширина загрязннного потока, А - точка раздела чистого потока с загрязннным Э = 2 1.
На основании проведнных расчетов установлено, что противофильтАвтором были исследованы фильтрационные характеристики зарационная эффективность грунтового экрана с закольматированными трегрязннного грунтового потока при возможных авариях ПФЗ и их влиящинами по сравнению с незакольматированными повышается на порядок.
ние на грунтовые воды из группы шламонакопителей АО Новочеркас22 ская ГРЭС и АО Новочеркасский завод синтетических продуктов и операций по этим видам работ. Для оценки экономической эффективнозолоотвалов ОАО Невинномысской ГРЭС и Несветай ГРЭС. сти применения бетонопленочных облицовок с геомембраной получены Для защиты грунтовых вод от загрязнения, вследствие фильтрации сравнительные технико-экономические показатели устройства различных из накопителей, за грунтовой дамбой автором предложена сплошная не- вариантов каналов в расчете на 1 км (рис.12).
проницаемая стенка вокруг накопителя, доведенная до водоупора с дренажно-разгрузочными окнами (патент № 2301862). Получены расчетные формулы, для вариантов размещения окон по высоте противофильтрационной стенки и обоснована эксплуатационная наджность защиты грунтовых вод от загрязнения на первом этапе, при внезапной аварии экрана или ПФУ дамбы накопителя.
Разработана методика расчета надежности рациональных элементов противофильтрационных устройств в теле дамб (экраны, ядра, диафрагмы, стенки и цементационные завесы) для определения характеристик фильтрационного потока и проверки основных условий фильтрационной прочности грунта тела и основания грунтовой дамбы.
Выполнена оценка влияния фильтрации из водохранилищ на динамику подъема уровня грунтовых вод и подтопление территорий в нижнем бьефе.
Разработан алгоритм и компьютерная программа расчта подтопРис. 12. Сравнительные технико-экономические показатели каналов ления нижнего бьефа водохранилищ с использованием формулы Дюпюи в облицовке и в земляном русле (для разных типоразмеров) и уравнения неравномерного плавноизменяющегося движения грунтовых вод (в диссертации приведн расчет на примере Юмагузинского водохраРасчеты показывают, что стоимость строительства каналов с бетонилища), которая может использоваться для решения подобных схем.
нопленочной облицовкой повышенной наджности с геомембраной тоДля предотвращения потерь воды на фильтрацию из водохранищиной 1 - 2 мм по сравнению с традиционной бетонопленочной облилища Ростовское море на балке Камышеваха, с грунтопленочным экцовкой с полиэтиленовой пленкой толщиной 0,2 мм выше в среднем в раном в работе предложена новая методика проверки целостности пледва раза, а по сравнению с каналами в земляном русле с учтом необхоночного покрытия с применением эхолота Fish Finder 240 фирмы Garmin.
димости создания дренажа для предотвращения подъма уровня грунтоВ результате сканирования были определены возможные участки повревых вод ниже в 1,4 - 1,7 раза.
ждения плночного экрана.
Однако, бетонопленочные облицовки повышенной надежности Наблюдения, за водохранилищем в 2005 - 2008 гг. выявили значиобеспечивают наиболее высокий КПД каналов до 0,99 при сроке их служтельные потери на фильтрацию, что может угрожать безопасности эксбы до 100 лет и более.
плуатации плотины. В связи с этим были разработаны мероприятия по В то же время, КПД каналов с традиционной бетонопленочной ремонту пленочного экрана без опорожнения водохранилища.
облицовкой составляет 0,95 при сроке их эксплуатации до 50 лет.
В главе 5 предложен комплекс мероприятий и практических реко- С учетом чистого дохода от орошения дополнительной площади мендаций по повышению эксплуатационной наджности противофильт- сэкономленной от потерь на фильтрацию воды и увеличения срока эксрационных защит на каналах, водохранилищах и накопителях промыш- плуатации каналов экономический эффект от применения бетоноплеленных отходов, а также дана оценка технико-экономических показатеночной облицовки повышенной надежности составит 15 - 20% от стоилей применения облицовок повышенной наджности на каналах.
мости 1 км канала.
Изложены критерии выбора конструкции ПФЗ оросительных каВ таблице 5 приведены рекомендуемые конструкции бетоноплналов, виды и технология ремонтно-восстановительных работ для кананочных облицовок при строительстве и реконструкции крупных каналов, лов с бетонопленочными облицовками из сборных железобетонных плит, которые обеспечивают высокий их КПД в пределах 0,96 - 0,99 и срок из монолитного бетона, асфальтобетона и контроль качества выполнения службы до 50 лет и более.
24 Таблица 5 Основные результаты состоят в следующем:
Рекомендуемые конструкции бетонопленочных облицовок 1. На основании аналитического обзора исследований в рассматпри строительстве и реконструкции крупных каналов риваемой области установлено, что существующие типы противофильтОсредненный рационных устройств в виде облицовок каналов, экранов, противофильтСрок коэффициент рационных стенок, завес и ядер в ряде случаев недостаточно эффективТип КПД служТип облицовки фильтрации обны, что обусловлено несовершенством их конструкций, вероятностью основания канала бы, лицовки Кобл, трещинообразования или повреждения в процессе строительства и экслет см/с плуатации.
Бетоноплночные Среднеустойчи- (0,5-1,0)х10-6 0,95-0,96 35-2. Проведены обширные натурные исследования ряда каналов Россборные из плит вые (слабопросатовской области и Ставропольского края. Анализ полученных данных НПК дочные, слабопупозволил оценить потери на фильтрацию, КПД, параметры водопроничинистые) цаемости и трещиноватости облицовок каналов.
Нпр = 0,2 - 0,4 м 3. На основе использования целевой функции затрат и риска поБетоноплночные (0,3-0,5)х10-6 0,96-0,97 40-вреждений противофильтрационного элемента установлен уровень эфсборно-монолит- То же фективности облицовок с пленочным экраном и геомембраной и разрабоные с плитами НПК на откосах тан алгоритм выбора оптимального типа облицовок.
4. Для каналов, водоемов и накопителей промышленных отходов Бетоноплночные То же (0,1-0,3)х10-6 0,97-0,98 Более предложены новые, а также усовершенствованные конструкции протисборно-монолит- 50 лет ные с инъекцией вофильтрационных облицовок и экранов повышенной наджности с прицементным расменением геомембран толщиной 1,0 - 2,5 мм, обладающих высокой сотвором в подплитпротивляемостью прокалыванию и обеспечивающих наибольший протиное пространство вофильтрационный эффект.
Бетоноплночные Неустойчивые (0,5-1,0)х10-8 0,98-0,99 15. С целью повышения водонепроницаемости эксплуатируемых повышенной (просадочные, лет и бетонопленочных облицовок каналов усовершенствован способ инъектинаджности с пучинистые) более рования подплитного пространства цементно-песчано-зольным составом, применением гео- Нпр > 0,который позволяет обеспечить снижение коэффициента фильтрации обмембран лицовки до 10 раз.
6. Автором разработаны дренирующе-разгрузочные устройства В данной главе предложены варианты экранов для накопителей для облицовок каналов на участках с высоким уровнем стояния грунтоотходов, противофильтрационных направляющих стенок в грунте, спосовых вод, которые позволяют предупредить выпор плит при резком сбробы залужения полигонов ПО, разработана структурная схема оперативсе воды в канале.
ного контроля технического состояния и анализа нештатных ситуаций 7. Предложена гидравлическая модель водопроницаемости бетодля грунтовых дамб.
нопленочных облицовок каналов в гидравлической постановке с учетом различных гидравлических сопротивлений при движении фильтрационного потока через свободный ход трещина - подплитное пространство - повреждение экрана - грунтовое основание. Модель учитывает случайЗАКЛЮЧЕНИЕ ный характер их распределения по площади облицовки как для редких событий по закону Пуассона.
На основании проведенных автором теоретических эксперименРазработана методика расчета водопроницаемости и технической тальных и натурных исследований разработан и обоснован комплекс техэффективности основных типов противофильтрационных облицовок канических решений, связанных с выбором рациональных конструкций налов (бетонопленочных и бетонных), основанная на определении осредпротивофильрационных устройств гидротехнических сооружений.
ненного коэффициента фильтрации облицовки.
26 8.Сравнение расчтных данных для облицовки с экраном из геоПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ мембраны с натурными данными бетоноплночной облицовки с пленочДИССЕРТАЦИИ ным экраном на канале БСК-3 свидетельствует о существенном снижении осредненного коэффициента фильтрации облицовки практически на 1. Научные работы, опубликованные в ведущих три порядка и повышении коэффициента эффективности более чем на рецензируемых журналах (по перечню ВАК РФ) два порядка.
1.Ищенко, А.В. Исследования эффективного варианта защиты от Анализ отечественных и зарубежных исследований позволяет зазагрязнения грунтового потока золошлаковыми отходами Новочеркасключить, что срок службы традиционных конструкций бетоноплночных ской ГРЭС/ Ю.М. Косиченко, А.З. Абуханов, А.В. Ищенко и др.// Изв.
облицовок с применением полиэтиленовой пленки до 50 лет, а при исвуз. Сев. - Кавк. регион. Техн. науки. - 2001. - № 2. - С. 96 - 100.
пользовании геомембран увеличится до 100 лет и более.
2. Ищенко, А.В. Прогноз влияния Юмагузинского водохранилища 9. Разработан способ расчета фильтрации из накопителя промышна подтопление населнных пунктов в речной долине/ Ю.М. Косиченко, ленных отходов с грунтовой плотиной, горизонтальным дренажем и ок- В.Л. Бондаренко, А.З. Абуханов, А.В. Ищенко и др.// Изв. вузов Сев.- нами из фильтрующего материала в противофильтрационной стенке и Кавк. регион. Техн. науки - 2003. - № 4. С. 62 - 67.
3. Ищенко, А.В., Скляренко Е.О. Исследование взаимодействия рассмотрены расчеты по оценке противофильтрационной эффективности чистого грунтового потока и загрязненного фильтрата из золоотвала // пленочных и грунтовых экранов накопителей промышленных отходов.
Изв. вузов Сев.- Кавк. регион. Техн. науки - 2005. - № 4. - С. 116 -117.
10. Проведены экспериментальные исследования эффективности 4. Ищенко, А.В., Вишневский В.В. Расчеты и исследования аваприменения дренажной и противофильтрационной защиты для котлована рийных ситуаций противофильтрационных устройств каменно-земляной с золоотходами на примере Новочеркасской ГРЭС, на основании которых плотины// Водное хоз - во России: Проблемы, технологии, управление. - предложен комбинированный вариант, включающий направляющие проЕкатеринбург, 2005. - Т. 7. - № 4. - С. 415 - 428.
тивофильтрационные стенки и перехватывающий горизонтальный дре5. Ищенко, А.В. Анализ потерь на фильтрацию и КПД крупных наж.
облицованных каналов // Водное хоз - во России: Проблемы, технологии, 11. Разработана методика оценки влияния противофильтрационуправление. - Екатеринбург, 2006. - № 1. - С. 53 - ных устройств на подтопление территорий в нижнем бьефе водохрани6. Ищенко, А.В. О фильтрационном расчте земляных плотин с лищ. Разработанная методика использована в проекте Юмагузинского ядром/ К.Н. Анахаев, Б.Х. Амшоков, А.В. Ищенко // Гидротехническое водохранилища при оценке эффективности противофильтрационных устстр - во. - 2006. - № 5. - С. 26 - 34.
ройств в теле и основании каменно-земляной плотины для различных 7. Ищенко, А.В. Фильтрационный расчт земляной плотины с комнеблагоприятных случаев.
бинированным дренажем / К.Н. Анахаев, Р.А. Ляхевич, А.В. Ищенко// 12. Для оценки эксплуатационной надежности противофильтраци- Гидротехническое стр - во.Ц 2006. - № 1. - С. 35 - 38.
онных устройств в грунтовых плотинах и дамбах предложена методика 8. Ищенко, А.В. Теоретическая модель водопроницаемости бетоноплночного противофильтрационного покрытия канала // Изв. вузов.
расчта фильтрационной прочности грунтовых плотин с малопроницаеСев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2007. - № 1. - С.93 - 98.
мым ядром и противофильтрационной завесой в основании, которая по9. Ищенко, А.В., Скляренко Е. О. Конструктивные схемы протизволяет рассчитывать необходимые характеристики фильтрационного вофильтрационной защиты накопителей отходов и фильтрационные распотока и проверить основные условия фильтрационной прочности грунта чты их эффективности // Гидротехническое стр - во. - 2007. - № 3. - их тела и основания.
С. 21 - 25.
13. Разработан комплекс мероприятий и практических рекоменда10. Ищенко, А.В., Скляренко Е.О. Оценка эффективности протиций по повышению эффективности и наджности противофильтрационвофильтрационной защиты накопителей промышленных отходов с исных устройств на каналах, водоемах и накопителях отходов, проведению пользованием плночных и грунтовых экранов // Водное хозяйство Роснаблюдений на грунтовых плотинах и дамбах с ПФУ для оценки нештатсии: Проблемы, технологии, управление. - 2007 г. - № 1. - С. 18 -38.
ных ситуаций и выявления возможных нарушений их работоспособно11.Ищенко, А.В. Оценка фильтрационной прочности грунтовой сти, экономический эффект от внедрения в производство составил около плотины с противофильтрационными устройствами в основании/ А.В.
40,0 млн руб.
Ищенко, М.Ю. Косиченко, В.В. Вишневский // Известия ВНИИГ им.
Б.Е. Веденеева. 2009. Т. 255. - 8с.
28 12. Ищенко, А.В. Гидравлическая модель водопроницаемости и 23. Пат. RU 2290472 С2. Российская Федерация. МПК Е02В7/06.
эффективности противофильтрационных облицовок крупных каналов // Грунтовая плотина на проницаемом основании ограниченной мощности/ Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2010. Т. 258. - 11с. К.Н.Анахаев, Р.А. Ляхевич, К.А. Гегиев, Б.Х. Амшоков, А.В. Ищенко// Б.И. 2006. № 36.
24.Пат. RU 2293455 С2. Российская Федерация. МПК 2. Авторские свидетельства и патенты на изобретения А01В79/02(2006.01), А01В 79/00(2006.01). Способ залужения золоотва13. А. с. 1148927 СССР, Е 02 В 1/02 Устройство для измерения лов/ Ищенко А.В, Иванова Н.А, Гурина И.В, Бирюков В.В, Скляренко фильтрационных потерь через облицовку водоема/ А.В. Ищенко, Ю.М.
Е.О.// Б.И. 2007. № 5.
Косиченко (СССР).-№ 3668638/29-15; Заявл. 02.12.83. Опубл. 07.04.85.
3. Монографии, учебные пособия, нормативно-методические издания Бюл. № 13.
14. А. с. 1298293 СССР, Е 02 В 3/12. Способ создания сборной об25. Ищенко, А.В. Повышение эффективности и надежности протилицовки откосов гидротехнических сооружений/ А.В. Ищенко, Ю.М. Ковофильтрационных облицовок оросительных каналов: монография// сиченко, Р.Р. Галицкий, А.Н. Облогин (СССР).- № 3908358/29-15; Заявл.
Изв.вуз. Сев.Ц Кавк. регион. Техн. науки. 2006. - 211с.
11.06.85. Опубл. 23.03.87. Бюл. № 11.
26. Ищенко, А.В. Обеспечение фильтрационной безопасности и 15. А. с. 1477818 СССР, Е 02 В3/12 Устройство для дренирования эффективности противофильтрационных устройств гидротехнических бетоноплночной облицовки/ А.В. Ищенко, И.Н. Салженикина, Р.Р. Гасооружений: монография. - Ростов - н/Д: СКНЦ ВШ, 2007. - 256 с.
ицкий, Л.Т. Куковская (СССР). - № 4291172/30-15; Заявл. 30.06.87.
27. Ищенко, А.В. Гидравлика. Основы моделирования движения Опубл.07.05.89. Бюл. № 17.
грунтовых вод методом электрогидродинамических аналогий (ЭГДА):
16. А. с. 1138448 СССР, Е 02 В 3/12, Е 02 В 3/16 Бетонопленочная учеб. пособие. - Новочеркасск: НГМА, 2006. - 99 с.
одежда откосов гидротехнических сооружений/ Ю. М. Косиченко, А.В.
28. Ищенко, А.В. Гидрометрия. Гидрометрические сооружения, Ищенко, Ю.А. Максимов (СССР). - № 3641017/29-15; Заявлено 12.09.83.
устройства и средства измерения: учеб. пособ. для студ. спец. 2904Опубл. 07.02.85. Бюл. № 5.
Гидротехническое строительство - Новочеркасск: НГМА, 2008 - 90с.
17. А. с. 1430447 СССР, Е 02 В 3/16. Дренирующая облицовка оро29. Ищенко, А.В. Инструкция по расчету водопроницаемости и сительных и осушительных каналов / Ищенко А. В., Евстратов Н.А., Коэффективности противофильтрационных облицовок каналов/ Ю.М. Косенко Т.С., Марчук В.М. (СССР). - №4137996/29-15; Заявлено 22.10.86, сиченко, В.А. Бородин, А.В. Ищенко. - М.: Союзгипроводхоз, ЮжНИИОпубл. 15.10.88, Бюл. № 38.
ГиМ; 1984. - 95с.
18. А. с. 1518439 СССР, Е 02 В 3/16 Способ создания противо30. Ищенко, А.В. Методика обоснования и выбора противофильтрафильтрационной облицовки/ А. В. Ищенко, Н.А. Евстратов, Т.С. Косенционных мероприятий и дренажных защит на каналах / Ю. М. Косиченко, ко, Б.О. Кривошлыков (СССР). - № 4381573/23-15; Заявлено 23.02.88.
А.В. Ищенко, В.А. Бородин. - М.: ЮжНИИГиМ., НИМИ, 1986. - 112 с.
Опубл. 30.10.89. Бюл. № 40.
31. Ищенко, А.В. Выбор эффективной и надежной противофильт19. А.с. 1281626 СССР, Е 02 В 3/16 Способ создания противорационной защиты русел открытых каналов при реконструкции оросифильтрационной облицовки канала/ Ю.М. Косиченко, А.В. Ищенко тельных систем (рекомендации) / В.Н. Щедрин, Ю.М. Косиченко, В.И.
(СССР). - № 3954196/29-15; Заявлено 26.06.85. Опубл. 07.01.87. Бюл.№ 1.
Миронов, А.В. Ищенко и др. / ФГНУ РосНИИПМ- Ростов-н/д: СКНЦ 20. А. с. 1640058 СССР, В 65 F 5/00. Устройство для захоронения ВШ, 2008. - 68 с.
токсичных отходов/ В.Б. Ковшевацкий, Н.А. Евстратов, А.В. Ищенко, 4. Научные работы в других изданиях И.Т. Лысенко (СССР).- № 4682203/13; Заявл. 18.04.89. Опубл.07.04.91.
32. Ищенко, А.В., Ильченко Е.И. Опыт применения дренажноБюл. № 13.
разгрузочных устройств облицовок каналов и оценка их эффективности// 21. А. с. 1618818 А1 СССР, Е 02 В 3/16 Способ контроля целостности облицовки в вертикальных полостях/ А. В. Ищенко, Н.А. Евстратов, Мелиорация антропогенных ландшафтов: сб. науч. тр. /НГМА. - НовоИ.Т. Лысенко, Б.О. Кривошлыков (СССР).- № 4617325/15;Заявлено черкасск, 2002. - Т. 17: Рациональное использование земельных и водных 17.10.88.Опубл. 07.01.91.Бюл. № 1. ресурсов Юга России. - С. 135 - 147.
22. Пат. RU 2301862 C2. Российская Федерация. МПК Е023/33. Ищенко, А.В. Оценки экологической безопасности шламонаСпособ создания противофильтрационных завес с фильтрующими окнакопителей при воздействии на геологическую среду / В.Л. Бондаренко, ми/ А.В. Ищенко, Ю.М. Косиченко, Е.О. Скляренко, В.Д. Пилипенко// В.В. Гутенев, А.В. Ищенко и др. // Проблемы региональной экологии. - Б.И. 2006. № 18.
2005. - № 5. - С. 94 -103.
30 34. Ищенко, А.В. Решение задач установившейся фильтрации в ломаном ядре грунтовой плотины методом электрогидродинамических аналогий и на персональном компьютере // Изв. вузов. Сев. - Кавк. реги- он. Техн. науки. - 2006. - Прил. № 8. - С. 88 -95.
35. Ищенко, А.В. Дренажные устройства, обеспечивающие безо- пасность защитных покрытий каналов и грунтовых плотин// Изв. вузов.
Сев. - Кавк. регион. Техн. науки. - 2006. - Прил. № 5. - С. 100 - 136. Ищенко, А.В. Оптимальный уровень наджности противо- фильтрационных облицовок оросительных каналов // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ РосНИИПМ. - Новочеркасск. 2006. - Вып. 36. - С. 82 - 89.
37. Ищенко, А.В. Расчт фильтрационной безопасности грунтовых плотин с использованием пакета прикладных программ / А.В. Ищенко, В.В. Вишневский, М.Ю. Косиченко // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ РосНИИПМ. - Новочеркасск.
2006. - Вып. 36. - С. 89 - 96.
38. Ищенко, А.В. Прогноз возможного загрязнения реки Кундрю- чья при наращивании дамб золоотвала Несветай ГРЭС / А.В. Ищенко, М.Ю. Косиченко, Т.В. Шевченко // Пути повышения эффективности орошаемого земледелия: сб. ст. ФГНУ РосНИИПМ. - Новочеркасск.
2006. - Вып. 36. - С.183 Ц189.
39. Ищенко, А.В. Оценка безопасности регулирующего водохра- нилища (Ростовского моря) / Ю.М. Косиченко, Л.С. Полякова, А.В.
Ищенко // Охрана и возобновление гидрофлоры и ихтиофауны: сб.ст./ Академия проблем водохозяйственных наук России; Вып.6 /НГМА.Ц Но- вочеркасск. 2007.Ц С.107Ц140. Ищенко, А.В. Безопасность противофильтрационных защит различных типов гидротехнических сооружений// Материалы Междуна- родной науч. практ. конф. Роль природообустройства сельских террито- рий в обеспечении устойчивого развития АПК. Часть .- М.: МГУП, 2007. С. 54-60.
41. Ищенко, А.В. Оценка вероятности сценариев аварий с разру- шением напорного фронта проектируемой секции золошлакоотвала/ Ю.М. Косиченко, А.В. Ищенко и др. // Чрезвычайные ситуации. Про- мышленная и экологическая безопасность. 2008. № 1. С. 78 - 87.
42. Ищенко, А.В. Оценка технического состояния водохранилища Ростовское море / А.В. Ищенко, Д.В. Кашарин и др. // Гидротехниче- ское строительство: Материалы регион. науч.-техн. конф. Гидротехника, гидравлика и гидроэкология, 2009 г. НГМА. - Новочеркасск. Вып. 2. - С. 73-83.
Типография ООО Наша Марка 195220, Санкт-Петербург, Гжатская ул., 21.
Объем 2,0 п.л. Тираж 100. Заказ 27.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям