Повышение эффективности ремонта бетонных облицовок оросительных каналов композитными материалами
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………….. 4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ В
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ РЕМОНТА МЕЛИОРАТИВНЫХ КАНАЛОВ …………………………………. 10
1.1 Виды полимерных композиционных материалов для ремонта
бетонных сооружений мелиоративных систем и облицовок каналов … 10
1.2 Существующие способы и технологии ремонта бетонных
сооружений мелиоративных систем жидкими полимерными
композициями …………………………………………………………………………………. 20
1.3 Зарубежный и отечественный опыт применения рулонных
и жидких полимерных композиций для ремонта облицовок
мелиоративных каналов ………………………………………………………………….. 26
1.4 Обзор исследований надежности, водопроницаемости и
эффективности защитных покрытий из композиционных
материалов для мелиоративных каналов ………………………………………….. 30
Выводы по главе 1 ……………………………………………………………………………………….. 32
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ
ОБЛИЦОВОК С ТРЕЩИНАМИ ………………………………………………………………. 33
2.1 Решение задачи водопроницаемости трещин бетонной облицовки
при истечении в атмосферу …………………………………………………………….. 33
2.2 Гидравлическая модель водопроницаемости облицовки канала
при наличии трещин и разрушенных швов ……………………………………… 39
2.3 Решение общей задачи потерь воды через облицовку с
полимерной мембраной и защитным покрытием из бетона при
длительной эксплуатации мелиоративных каналов ………………………….. 55
2.4 Особенности расчета водопроницаемости бетонопленочной
облицовки с закольматированными швами
с учетом проницаемости основания ………………………………………………… 71
Выводы по главе 2 ……………………………………………………………………………………….. 82
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ И НАТУРНЫЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ
СОСТОЯНИЯ ОБЛИЦОВОК ПРИ НАЛИЧИИ ПОВРЕЖДЕНИЙ ………… 84
3.1 Описание лабораторной установки ………………………………………………….. 84
3.2 Моделирование повреждения в виде шероховатых трещин
на бетонной облицовке мелиоративного канала ………………………………. 85
3.3 Результаты экспериментальных исследований водопроницаемости
трещин бетонной облицовки канала ………………………………………………… 88
3.4 Результаты экспериментальных исследований водопроницаемости
закольматированных трещин бетонной облицовки канала ……………….. 96
3.5 Натурные обследования состояния облицовок мелиоративных
каналов …………………………………………………………………………………………. 105
3.5.1 Результаты натурных обследований каналов Азовской,
Багаевской и Нижне-Донской оросительных систем ……………… 107
3.5.2 Оценка технического состояния бетонной облицовки
на участке Багаевского распределительного канала ……………….. 115
Выводы по главе 3 ……………………………………………………………………………………… 123
ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТА
ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛОВ КОМПОЗИТНЫМИ
МАТЕРИАЛАМИ …………………………………………………………………………………….. 125
4.1 Новый способ ремонта и герметизации повреждений
бетонных облицовок мелиоративных каналов ……………………………….. 125
4.2 Технология и способ ремонта бетонных облицовок длительно
работающих каналов полимерным композиционным материалом
жидкая резина ………………………………………………………………………………. 128
4.3 Способ ремонта бетонных облицовок мелиоративных каналов
наплавляемыми геомембранами ……………………………………………………. 133
4.4 Продление срока службы бетонной облицовки канала путем
нанесения жидкой резины …………………………………………………………….. 136
4.5 Экономическая эффективность ремонта повреждений бетонных
облицовок каналов композитными материалами……………………………. 138
Выводы по главе 4 ……………………………………………………………………………………… 142
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………….. 144
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………………………….. 146
ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………………………………….. 161
Приложение А Копии патентов на изобретение РФ и программ для ЭВМ …… 162
Приложение Б Акты внедрения результатов НИР ………………………………………. 167
Во введении отражена актуальность темы диссертации, поставлена цель и основные задачи исследований, которые необходимо было решить для до- стижения поставленной цели, сформулирована научная новизна, теоретиче- ская и практическая значимость, а также методы исследований и достовер- ность, приведены результаты внедрения и апробации основных результатов диссертационной работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведен обзор зарубежного и отечественного опыта применения полимерных композиций для ремонта бетонных поверхностей мелиоративных каналов, который показал, что жидкие композиционные ма- териалы на основе полимеров могут успешно применяться в мелиоративном строительстве при соответствующем научном обосновании.
Представлены некоторые существующие способы и технологии ремонта бе- тонных облицовок каналов мелиоративных систем жидкими полимерными ком- позициями, в которых выявлены основные недостатки и преимущества.
Выполненный анализ известных работ в области водопроницаемости и долговечности защитных покрытий оросительных каналов свидетельствует о недостаточной изученности вопросов фильтрации в трещинах данных покры- тий. В связи с этим необходима разработка и исследование защитных покры- тий из полимерных жидких композиционных материалов для ремонта бетон- ных и железобетонных конструкций мелиоративных каналов.
Во второй главе приводятся результаты теоретических исследований во-
допроницаемости бетонных облицовок каналов при наличии в них трещин.
Целью данных исследований – решение ряда теоретических задач для по-
лучения расчетных формул и оценки водопроницаемости бетонных облицовок
каналов в случае образования трещин с использованием гидравлических методов.
Рассмотрим задачу истечения в атмосферу через облицовку лоткового
канала мелиоративной системы (выполненного на опорах) с использованием
уравнения Бернулли (рисунок 1).
При решении задачи приняты
следующие допущения:
– поток воды в трещине счита- ется установившимся и равно-
мерным;
– стенки трещины приняты па- раллельными, а ее длина зна-
чительной;
– истечение потока из трещи- ны принято свободным и про-
исходит в атмосферу;
–режим движения в трещине принимается ламинарным при
1 1
тр 00
тр
вх qтр 1 1
qтр
где Re
Reкр
2 2
Рисунок 1 – Расчетная схема
водопроницаемости трещин облицовки канала
Re Reкр ,
– число Рейнольдса при движении потока в трещине;
– критиче-
ское число Рейнольдса (при переходе потока из ламинарного в турбулентное
движение).
Применяя уравнение Бернулли для предложенной расчетной схемы
(см.рисунок1)сечений11 и 22 иплоскости 00,получим:
2 H1 h0 о вх о тр ,
(1)
0,5тр 2g
о
h0
H1
где H1 вх
где 6 Re
тр
– пьезометрический напор в трещине облицовки канала относительно
плоскости 00;
о
h0
– глубина над облицовкой, м;
тр
– толщина облицовки, м;
– коэффициент сопротивления входа;
– коэффициент Дарси (сопротивле-
ния);
тр
– ширина раскрытия трещины, м;
– средняя скорость в трещине, м/с.
Из уравнения (1) находим формулу средней скорости в трещине:
ср
– удельного расхода через трещину облицовки:
(2)
(3)
2g(h0 о) ; ( 0,5 )
вх о тр
2g(h )2 q 0отр,
тр
вх (о 0,5тр)
– коэффициент сопротивления для условий ламинарного режима с
гладкими стенками (по Г. М. Ломизе).
Далее рассмотрим гидравлическую модель водопроницаемости бетонной
облицовки при наличии трещин и негерметичных (разрушенных) швов на ороси-
тельном канале гидромелиоративной системы (рисунок 2).
Под действием напора на об-
hшв 1
i hтрi
qшв q 2 бет
h0
q q q q q q 1 qшв q 2 qтр тр бет тр бет тр бет бет
qбет
лицовку
Hh0 о
через тре-
щины и разрушенные швы происходит движение гидрав- лического потока с растекани- ем его в основании и формиро- ванием контура промачивания. Будем считать, что через трещины и разрушенные швы происходит ламинарное дви-
h1 kбет h1
h1
о
q qщ qщ qщ q q
щ44щ4щ 33
1 – разрушенные швы; 2 – сквозные трещины;
3 – контур промачивания грунта под швами;
4 – контур промачивания грунта под трещинами
Рисунок 2 – Схема для расчета
жение.
водопроницаемости бетонной облицовки канала
По подошве облицовки действует неизвестный напор
в результате решения этой задачи.
Общий расход через бетонную облицовку оросительного канала (Qобщ)
находим, как сумму локальных расходов через сквозные трещины по дну и на
откосах канала, разрушенные швы и через бетон облицовки:
n 112233
n n n n n
Q q q q q q f q f , (4)
общ i1 трi i1 трi i1 швi i1 швi i1 бетi облi i1 бетi облi где qтрi qшвi , qбетi
q , q , q трi швi бетi
h1 , который определяется
– локальные расходы через трещины, разрушенные швы и бе-
тон облицовки по дну оросительного канала, м3/с;
– локальные
q 3 I l ; тр 12 тр о тр
(5) (6)
расходы через трещины, швы и бетон облицовки на откосах м3/с;
– площади облицовки оросительного канала по дну и на откосах, м2.
Для расчета используем формулы, полученные Г. М. Ломизе:
– при ламинарном режиме в трещинах с гладкими стенками (
f,f облi облi
Re600):
– при ламинарном режиме в трещинах с шероховатыми стенками ( Re 600 ):
тр , lтр e
h1) (12)H3 l Arch(2l )
q 3 I lтр ,
где I
тр
12 тр e 1,5 16
тр
– плотность воды, кг/м3;
– ширина и длина раскрытия трещины, м;
– градиент напора в трещинах с учетом параметра
– динамическая вязкость воды, кг/(мс);
h1
по подошве;
трещины, м.
– высота шероховатости стенок
Неизвестный параметр по подошве облицовки (
вычисляется по рас-
четным формулам, полученным автором из уравнения неразрывности:
– для трещины:
h 1тртр ртр; (7) 1 (12)3 l Arch(2l )k
тртр р тр гро
– для полностью разрушенного шва:
(12)H3 l Arch(2l )
h 1швшв р шв ; (8)
1 (12)3 l Arch(2l )k швшв р шв гро
– для частично разрушенного шва:
(12)H3 l Arch(2l )
h 1швншв р швн , (9)
1 (12)3 l Arch(2l )k
швн шв р
швн
гр о
где lр
где
швн
( ),м швн 1шв
– ширина растекания потока в основании под трещиной (швом), м, кото-
рая определяется по зависимостям:
lр тр 2(hо о);
l 2(h), р шв о о
(10) (11)
– ширина шва при частичном его разрушении
H1
; λ1 – сте-
пень разрушенности шва (λ1=1,0–0,1);
– напор по подошве облицовки, м.
На основании проведенных расчетов в программном комплексе
«Mathcad» для практического использования были построены графики для
определения удельного гидравлического расхода трещин бетонных облицовок
оросительных каналов с гладкими и шероховатыми стенками (рисунок 3).
h0, м 5
3
1
qтр.уд, м2/с 10-7 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-5 1 2 3 4 5
– трещины с шероховатыми стенками; – трещины с гладкими стенками;
Рисунок 3 – График qтр.уд=f (δтр, h0) для определения удельного гидравлического расхода на 1 п. м длины трещин с гладкими и шероховатыми стенками
δтр=0,001 м δтр=0,0075 м
δтр=0,0050 м
Кроме того, получено решение общей задачи водопроницаемости через
облицовку оросительного канала с полимерной мембраной и защитным покры-
тием из бетона с кольматацией разрушенных швов.
При решении данной задачи использован один из методов теории филь-
трации – метод конформных отображений. Действительная область представляет
собой четырехугольник, который отображается на область комплексного потен-
циала. В результате была получена точная формула для определения удельного
фильтрационного расхода через закольматированный шов в виде:
q 2kколHK(k), (12) ф K(k ) 2
mK(k) K(k) kksn 1,k; 1 швk;k
где
2 1 1 K(k)2 1 кол шв 1 о
K(k2) и K(k2) k иk.
закольматированного слоя в шве, м/сут.;
где m
h1.
– коэффициент фильтрации
qф kкол (h0 о), (13) ln(16 о m)
– полные эллиптиче-
ские интегралы при модулях
После упрощения зависимости (12) находим приближенную формулу:
– ширина дефекта в облицовке из геомембраны, м.
Также были получены формулы для коэффициента фильтрации облицовки
вертикальной скорости фильтрации и градиента напора в закольматированном шве.
kгр kкол 10
В случае при отношении
вания) необходимо учитывать водопроницаемость грунта основания, вводя неиз-
(где
kгр
– коэффициент грунта осно-
вестный параметр
δтр=0,0075 м
δтр=0,010 м
δтр=0,001 м
δтр=0,001 м
δтр=0,0025 м
δтр=0,0025 м
Тогда расчетные формулы (10) и (11) получат вид:
– точная:
кол 0 о 1
q2k (hh)K(k); (14)
ф
K(k) 2
– приближенная:
qk (hh), кол 0 о 1
(15) h (h0 о)Arsh(1 1)Hк ln(16о m), (16)
ф ln(16 о m) гдеh1 определяемизвыражения:
где
1кк
Arsh(1 1)ln(16о m)
m(hH)F();H –капил-
– параметр, вычисляемый по уравнению
лярный вакуум грунта основания, м.
Особенностью расчета водопроницаемости бетонопленочной облицовки
оросительного канала с геомембраной и закольматированными швами является
изучение фильтрации через шов облицовки в двухслойной среде. Верхний слой
включает грунтовый закольматированный экран, а нижний слой состоит из
грунтового основания, в котором будут формироваться различные эпюры избы-
точного давления. Расчетная модель водопроницаемости закольматированного
шва облицовки мелиоративного канала приведена на рисунке 4.
аб
Слойводы
H1 h0 о
h0
0
ф
Закольматированный шов1 qф1 1 Бетонное покрытие
kкол
Геомембрана
kгр
qф2
2 2 m Повреждение h1
шв расчт
Область фильтрации
h0
пьезометрического
Эпюра
0
h h избыточного
напора Эпюра
Грунтовое основание
а – схема облицовки; б – эпюры пьезометрического и избыточного давления;
1 – эпюра избыточного давления с положительным знаком и полным насыщением пор водой при σ < σгр; 2 – эпюра избыточного давления переходная при σ = σгр; 3 – эпюра избыточного давления с отрицательным знаком и неполным насыщением пор при σ > σгр
Рисунок 4 – Фильтрационная модель водопроницаемости закольматированного шва облицовки канала
1 1
T
давления
1 2
(где kгр kкол , гр
kгр kкол
Анализ исследований двухслойной толщи показал, что когда верхний слой
kкол kгр
малопроницаемый, а нижний более проницаемый с
устанавливаются
три типа эпюр избыточного давления (см. рисунок 4): при
– граничное значение отношений коэффициентов фильтра-
ции при переходе от полного насыщения пор грунта водой к неполному) – избы-
точное давление положительно, а в основании будет наблюдаться полное насы-
гр
гр
щение пор водой (эпюра 1); при
– эпюра избыточного давления в осно-
вании падает до нуля (эпюра 2); при
(вакуумом) (эпюра 3), где движение фильтрационного потока будет с неполным
– эпюра с отрицательным давлением
заполнением пор. В соответствии с этим пьезометрический напор по границе за-
кольматированного слоя и грунта основания будет: для 1-го случая –
h0 1
2-го случая –
; для 3-го случая –
Результаты вычислений характеристик водопроницаемости закольматиро-
ванных швов при заданных параметрах бетонопленочной облицовки, где
принято равным 1,0; 2,5; 10,0 приведены в таблице 1.
h0. 1
гр
h 0;для 1
Таблица 1 –
Результаты вычислений водопроницаемости закольматированных швов бетонопленочной облицовки канала
Рас- четный случай,
σ<2,5 1,0
σ>2,5 0,1
Характер фильтрации в грунте
С полным насыщением пор
С неполным насыщением пор
Исходные данные
Расчетные данные
Сравнение характеристик
h1>0 kгр>vраст
h1<0 kгр
Актуальность темы исследования. В Российской Федерации сеть каналов
межбассейнового и внутрибассейного перераспределения стока, общей протяжен-
ностью более 3 тыс. км осуществляют переброску стока в объеме до 17 км3/год, что
гарантирует надежное обеспечение потребностей различных регионов страны в
водных ресурсах. Мелиоративные каналы оросительных систем различного поряд-
ка имеют протяженность более 23 тыс. км, а использование воды при орошении со-
ставляет порядка 8,5 км3/год, при этом потери воды – 2,6 км3/год или более 30 % от
объема воды, подаваемой на орошение сельскохозяйственных угодий.
В целях сокращения значительных потерь воды на фильтрацию при ее транс-
портировании от водоисточника до орошаемого поля необходимо обеспечить
надежную работу бетонных облицовок каналов, общая протяженность которых до-
стигает 20 %, при планах по реконструкции оросительных сетей, в том числе вос-
становлению и ремонту облицовок до 45 % от всей протяженности каналов.
Согласно «Государственной программы эффективного вовлечения в оборот
земель сельскохозяйственного назначения и развития мелиоративного комплекса
Российской Федерации на 2022–2031 годы» планируется строительство, модерни-
зация, реконструкция и техническое перевооружение мелиоративных систем, в
том числе оросительных и магистральных каналов с применением современных
материалов и усовершенствованных технологий, для предотвращения выбытия из
оборота земель сельскохозяйственного назначения до 2956,3 тыс. га.
Для уменьшения потерь воды из каналов, увеличения срока службы бе-
тонных облицовок каналов мелиоративных систем, целесообразно применение
современных защитных покрытий из полимерных композиционных материалов.
Такие облицовки с использованием полимерных жидких материалов уже получи-
ли широкое распространение в США, Германии, Франции и ряде других стран в
качестве эффективного средства, направленного на уменьшение фильтрационных
потерь, при ремонте и реконструкции бетонных элементов, заделке деформаци-
онных швов облицовок и др.
Степень разработанности темы исследований. Изучением защитных по-
крытий из полимерных материалов на оросительных системах занимались многие
отечественные ученые: А.Г. Алимов, О.А. Баев, М.А, Бандурин, В.А. Белов,
Р.М. Горбачев, И.М. Елшин, А.В. Ищенко, Ю.М. Косиченко, А.А. Миронов,
В.Б. Резник, В.М. Рубин, С.В. Сольский, Н.В. Ханов, В.Н. Щедрин и др.
Технологии, способы ремонта и восстановления оросительных систем изу-
чены в работах: Ф.К. Абдразакова, В.М. Давиденко В.И. Ольгаренко, А.А. Созае-
ва, Н.Ф. Чередниченко, И.А. Чуприна и др.
За рубежом в середине XX века стали проводиться натурные эксперименты
по использованию покрытий из полимерных композиционных материалов раз-
личной толщины при строительстве и реконструкции оросительных каналов и
плотин, такими учеными как: D. Cazzuffi A. Matsuoka, T. Nishiba, T. Ono, D.
Papadopoulos, M. Rogers, J. Winfield и др. В России такие покрытия стали разраба-
тываться и применяться с середины 1990-х годов. Однако исследования по при-
менению жидких полимерных композиционных материалов для ремонта бетон-
ных облицовок каналов практически не проводились.
Цель работы заключается в научном обосновании конструктивно-
технических решений и технологий ремонта бетонных облицовок оросительных
каналов жидкими полимерными композиционными материалами, создании моде-
лей водопроницаемости облицовок при наличии трещин.
Задачи исследований:
– изучить отечественный и зарубежный опыт применения полимерных ком-
позиционных материалов для ремонта мелиоративных каналов;
– разработать гидравлическую модель водопроницаемости бетонной обли-
цовки при длительной эксплуатации оросительного канала;
– разработать теоретическую модель водопроницаемости бетонопленочной
облицовки с закольматированными швами с учетом и без учета их проницаемости
при длительной эксплуатации каналов мелиоративных систем;
– провести лабораторные исследования процесса водопроницаемости по-
врежденных участков бетонной облицовки канала в виде трещин различной ши-
рины и длины;
– дать оценку водопроницаемости реконструируемого участка оросительно-
го канала с облицовкой из композиционных материалов;
– разработать технологии ремонта повреждений бетонных облицовок кана-
лов мелиоративных систем;
– выполнить оценку эффективности ремонта мелиоративных каналов с ис-
пользованием новых способов и технологий.
Научная новизна работы заключается в следующем:
– разработана гидравлическая модель и методика расчета водопроницаемо-
сти бетонной облицовки канала с различной шириной раскрытия трещин, а также
полностью или частично разрушенными деформационными швами;
– получены новые зависимости для определения удельного расхода через
трещины бетонной облицовки оросительного канала при истечении в атмосферу и
грунт основания, а также расчетные формулы для определения удельного расхода
через закольматированные швы;
– выполнены лабораторные исследования водопроницаемости трещин бе-
тонных облицовок каналов, по результатам которых получены графические и эм-
пирические зависимости;
– представлены результаты натурных исследований ремонта облицовок ме-
лиоративных каналов жидкими полимерными композициями (заделки швов и
трещин) различных повреждений;
– разработан новый способ ремонта и герметизации повреждений бетонных
облицовок каналов, на который получен патент на изобретение РФ;
– разработана технология ремонта бетонных облицовок каналов жидкой ре-
зиной, позволяющая осуществлять ремонт поверхностных повреждений бетона
облицовки (большой и малой площади, а также разрушенных швов и трещин), на
которую получен патент на изобретение РФ;
– разработана методика расчета водопроницаемости бетонной облицовки
канала с закольматированными швами, которая зарегистрирована в качестве про-
граммы для ЭВМ;
– разработана методика и программа гидравлического расчета основных па-
раметров водопроницаемости бетонной облицовки каналов.
Теоретическую и практическую значимость работы составляют:
– методики расчета и номограммы для определения основных параметров
водопроницаемости трещин бетонных облицовок мелиоративных каналов;
– теоретические и эмпирические зависимости для определения водопро-
ницаемости бетонных облицовок каналов;
– новые способы, технологии ремонта и герметизации повреждений бе-тонных
облицовок мелиоративных каналов, защищенные патентами на изобретения;
– методика гидравлического расчета основных параметров каналов, зареги-
стрированная в качестве программы для ЭВМ.
Методология и методы диссертационного исследования.
Методология исследований состоит в разработке методов расчета и кон-
структивно-технологических решений для ремонта бетонных облицовок мелиора-
тивных каналов с целью снижения потерь воды на фильтрацию из гидромелиора-
тивных систем при подаче воды на орошение, и продления долговечности обли-
цовок. При проведении исследований использовались теоретические, лаборатор-
ные и натурные методы. Теоретические исследования проводились методами тео-
рии фильтрации (метод конформных отображений), уравнения Бернулли и
надежности (метод Аррениуса). Лабораторные исследования осуществлялись на
модели бетонной облицовки (фильтрационной колонке). Натурные наблюдения
выполнялись на действующих каналах гидромелиоративных систем Ростовской
области (Багаевских распределительных каналах: Бг-Р-7, Бг-Р-6, Бг-Р-5).
Положения, выносимые на защиту:
– гидравлическая модель водопроницаемости бетонной облицовки канала
через трещины и швы (полностью или частично разрушенные);
– теоретические и эмпирические зависимости для расчета удельного расхо-
да через трещины бетонных облицовок при истечении в атмосферу и грунт осно-
вания, а также расчетные формулы для определения водопроницаемости через за-
кольматированные швы бетонных облицовок;
– результаты лабораторных исследований водопроницаемости трещин бе-
тонных облицовок на фильтрационной колонке;
– данные оценки участков каналов до и после ремонта бетонных облицовок
жидкими полимерными композитами;
– новый способ ремонта и герметизации повреждений бетонных облицовок
мелиоративных каналов;
– новая технология и способ ремонта бетонных облицовок длительно-
работающих каналов полимерным композиционным материалом жидкая резина.
Степень достоверности подтверждается значительным объемом проведен-
ных исследований и обработкой полученных данных с применением ПЭВМ,
сравнением результатов экспериментальных исследований на фильтрационной
колонке, данных натурных наблюдений с расчетами по полученным теоретиче-
ским зависимостям и формулами других авторов.
Внедрение результатов. Способы ремонта и герметизации повреждений
бетонных облицовок каналов по патентам на изобретение № 2669302 и № 2732588
внедрены в ФГБУ «Управление «Ростовмелиоводхоз» при проведении рекон-
струкции Нижне-Манычской оросительной системы с ожидаемым экономическим
эффектом 1,7 и 2,12 млн. руб. Методики гидравлических и оптимизационных рас-
четов магистрального и распределительного каналов различного порядка ороси-
тельной системы по программе для ЭВМ № 2014619417 «RasChet.canal» апроби-
рованы в Сальском филиале «Управление «Ростовмелиоводхоз» при проведения
гидравлических расчетов основных параметров каналов оросительной системы и
выполнении оптимизационных расчетов при выборе вариантов, с ожидаемым эко-
номическим эффектом 262,55 тыс. руб.
Апробация результатов работы. Результаты исследований были представ-
лены на: Международной научно-практической конференции, посвященная
50-летию образования Волжского НИИ гидротехники и мелиорации (ФГБНУ
«ВолжНИИГиМ»), г. Энгельс, 25–27 мая 2016 г.; IV Международной научно-
практической конференции молодых ученых и специалистов «Актуальные науч-
1. Проведенный анализ отечественного и зарубежного опыта применения по-
лимерных композитов для ремонта бетонных облицовок оросительных каналов
гидромелиоративных систем показал возможность продления срока их службы за
счет использования жидкой резины и наплавляемых геомембран. При этом вода,
сэкономленная за счет уменьшения потерь на фильтрацию, может быть использо-
вана для орошения дополнительных площадей сельскохозяйственных земель, по-
вышения КПД каналов в бетонной облицовке до нормативных значений 0,93–0,95.
2. Получены расчетные зависимости для определения водопроницаемости
трещин в бетонной облицовке мелиоративного канала при истечении в атмосферу.
Разработана гидравлическая модель водопроницаемости бетонной облицовки при
наличии трещин и негерметичных (разрушенных) швов, по результатам которых со-
ставлены номограммы, позволяющие выполнять расчеты по определению удельного
расхода малых повреждений в виде трещин различной ширины раскрытия. Метода-
ми теории фильтрации решена задача водопроницаемости бетонопленочной обли-
цовки канала с закольматированными швами при длительной его эксплуатации.
3. Изучены особенности расчета водопроницаемости бетонопленочной об-
лицовки оросительного канала с закольматированными швами с учетом проница-
емости основания, где характерны три случая формирования эпюры избыточного
давления в условиях двухслойной среды: с полным и неполным насыщением
грунта водой, а также при наличии вакуума. Установлено критическое значение
отношения коэффициентов фильтрации в закольматированном шве облицовки
канала и в основании σгр = kгр/kкол = 2,5, при котором будет происходить переход
от полного насыщения к неполному насыщению грунта основания.
4. В результате экспериментальных исследований водопроницаемости
сквозных и закольматированных трещин бетонных облицовок оросительных ка-
налов гидромелиоративных систем получены эмпирические зависимости для
определения удельного расхода qуд от напора h0=1,0–10,0 м и ширины раскрытия
трещин δтр=0,001–0,010 м в облицовке.
5. Оценка технического состояния участков Азовского, Багаевского и Ниж-
не-Донского оросительных каналов, позволили выявить деформации русел, раз-
рушение противофильтрационных и берегоукрепительных покрытий, а также при-
чины их образования. По результатам работ произведен ремонт бетонной обли-
цовки оросительного канала полимерным композиционным материалам на участке
распределительного канала 10–Х–4 Багаевской оросительной системы в Марты-
новском районе Ростовской области, после которого потери воды через поврежде-
ния в бетонной облицовке снизились в 13,7 раз и составили 6,9 л/сут на 1 м2.
6. Разработан новый способ ремонта и герметизации повреждений бетонных
облицовок каналов (патент № 2669302), использование которого позволяет обеспе-
чить надежность защитного покрытия, увеличить срок службы защитного покры-
тия на 30–35 лет, уменьшить шероховатость отремонтированного участка канала.
7. Предложено конструктивно-технологическое решение по ремонту бетон-
ных облицовок каналов жидкой резиной (патент № 2732588), применение которо-
го позволит производить текущий ремонт длительно эксплуатируемых участков
оросительных каналов, выполненных в бетонной облицовке.
8. Проведена расчетная оценка эффективности и долговечности защитного
покрытия бетонной облицовки канала гидромелиоративной системы с учетом ре-
монта бетонной поверхности жидкой резиной по зависимости Аррениуса, которая
составила 64,7 лет, за счет чего может быть обеспечено продление срока службы
облицовки на 36,7 лет.
9. Выполнена оценка экономической эффективности разработанных способов
ремонта бетонных облицовок оросительных каналов в сравнении с традиционными
методами. Экономический эффект от предлагаемых разработанных мероприятий со-
ставляет 1,7 млн. руб. при выполнении ремонта без применения специального обо-
рудования и 2,12 млн. руб. при использовании механизированной установки для
нанесения ремонтного состава.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы заключают-
ся в исследовании новых композиционных материалов применяемых для соору-
жений мелиоративного назначения, отличающихся более высокой надежностью,
технологичностью и относительно низкой стоимостью, и разработке на их основе
способов ремонта бетонных сооружений мелиоративных систем.
Читать «Повышение эффективности ремонта бетонных облицовок оросительных каналов композитными материалами»
Публикации автора в научных журналах
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (373 отзыва)
4.2 (6 отзывов)
4.8 (105 отзывов)
5 (49 отзывов)
5 (44 отзыва)
4.6 (71 отзыв)
4.8 (211 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
