Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование конструкций мелиоративных систем на основе полимерных материалов

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование конструкций мелиоративных систем на основе полимерных материалов"

АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Г6 од Белорусский научно-исследовательский институт

мелиорации и луговодства

о (¡leo Г..-,/

УДК 626.86:678.01

КЛИМКОВ ВАСИЛИЙ ТИХОНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск - 1996

АКАДЕМИЯ АГРАРНЫХ НАУК РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский научно-исследовательский институт мелиорации и Луговодства

УДК 626.86:678.01

КЛИМКОВ ВАСИЛИЙ ТИХОНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

06.01.02 - сельскохозяйственная мелиорация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск - 1996

Работа выполнена в Белорусском научно-исследовательском институте мелиорации и луговодства.

Научный консультант - заслуженный деятель науки БССР,ака-

демик ВАСХНИЛ, доктор технических наук, профессор А.И.МураккаГ|

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, ст.н.сотр. И.В.Минаев

доктор технических наук, проф. Н.Г.Пивовар

доктор технических наук, академик РАСХН, проф. Б.С.Маслов

Оппонирующая организация:

Государственный концерн "Белмелиовсдхоз"

, . на

Защита диссертации состоится заседании совета Д 05.05.01 по защите диссертаций" в Белорусском НИИ мелиорации и луговодства (220040, г.Минск, ул.М.Богдановича, 153).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БелНИИМиЛ.

Автореферат разослан

^ми^™ /г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций канд.техн.наук

Н.К.Вахонин

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В условиях неустойчивого естественного водного режима, характерного для Республики Беларусь, обеспечение населения продуктами сельского хозяйства и экспортных поставок, промышленности сырьем невозможно без регулирования водного режима большинства сельскохозяйственных угодий.

Выведение из сельскохозяйственного использования более 250 тыс.га земель в результате аварии на Чернобыльской АЭС, ежегодное отчуждение на дорожное, гражданское и промышленное строительство более 5 тыс.га требует освоения новых земель, которое может быть осуществлено только с помощью мелиоративных мероприятий. Кроме того, из-за физического и морального старения ранее построенных мелиоративных систем требуется их реконструкция на более совершенные в соответствии с современными требованиями.

Важное значение для модернизации мелиоративных систем имеет использование высококачественных изделий из полимерных материалов, перспективы широкого применения которых основываются на имеющейся в Республике достаточной промышленной базе и наличии квалифицированных кадров.

Новые возможности, предоставляемые полимерными материала- -ми, следовало использовать для увеличения эффективности дренажей, связанной-- с повышением его водоприемной и водоотводящей способности, увеличением долговечности и надежности при снижении материальных и трудовых затрат, стоимость строительства.

Научное обеспечение внедрения новых конструкций потребовало установления новых расчетных зависимостей и нормативных положений, проведения большого объема лабораторных и длительных полевых экспериментов для обоснования параметров мелиоративной сети и совершенствования технологии ее строительства.

Разработке указанных проблем и посвящена диссертационная работа, выполненная автором в лаборатории вертикального дренажа и новых материалов Белорусского НИИ мелиорации и водного хозяйства в течение 19б5-1993гг. при выполнении государственных научно-технических программ: 0.52.153 "д" "Изучить работу дренажа из новых строительных материалов и разработать реко-

мендации по его применению" (196б-1970гг.); 0.52.178 "б" "Изучить эффективность действия, долговечность осушительных и осу-жительно-увлажнительных систем с использованием полимерных и других новых материалов: разработать рекомендации по их применению" (1971-1979гг.); 0.52.02.09 "Создать и освоить производство в опытно-промышленных условиях новых конструкций труб, соединительных деталей из полимерных материалов" (1976— -1980гг.); 0.34.02.02 "Разработать и внедрить способы осушения тяжелых почв на базе закрытого горизонтального дренажа с применением фильтрующих элементов, новых материалов и химмелио-рантов" (1981-1990гг.); 3.1.4 программы "Мелиорация" "Разработать способы повышения эффективности закрытого горизонтального дренажа за счет использования новых конструкций фильтрующих элементов, агромелиоративных приемов, а также за счет увеличения водопроницаемости дренажной засыпки (1991-1993гг.); хоздоговоров с Минводхоэом БССР, программ научно-технического сотрудничества с ГДР.

Цель работы заключается в научном обосновании направления технического прогресса в мелиоративном строительстве, базирующегося на конструкциях из полимерных материалов, обеспечивающих экономию ресурсов, повышение надежности мелиоративных систем и производительности труда при сокращении сроков строительства.

В задачи исследований входило:

- установление наиболее перспективных областей использования полимерных материалов в мелиорации, определение стратегии и алгоритма выбора из множества пластических масс оптимального сочетания "полимер - изделие"

- разработка новых более эффективных конструкций дренажа, дренажных труб и других'элементов мелиоративных систем и оборудования для их изготовления;

- разработка методов расчета, лабораторных и полевых испытаний мелиоративных конструкций;

- испытание эффективности действия и долговечности дренажных элементов из полимерных материалов;

- исследование особенностей технологии строительства закрытой мелиоративной сети с применением новых материалов и машин, ее влияния на работу систем, разработка предложений по их совервенствоаанию.

Научная новизна работы заключается в создании с помощью полимерных материалов водорегулирующей конструкции нового поколения - дренажа XXI века, - приближенного к физически возможному максимуму по главнейшим показателям: водоприемной и водоотводящей способностям.

При этом впервые разработаны методы расчета дренажа из новых материалов, включающие определение несовершенства водоприемной способности дрен, гидравлических характеристик дрен новой конструкции, деформации продольных щелей в трубах и др.

Разработаны новые методы и устройства для лабораторных и полевых испытаний мелиоративных конструкций.

Получены новые экспериментальные данные о водоприемной способности дрен разных конструкций, об эффективности и долговечности дренажа из полимерных материалов, об особенностях технологии строительства разными дреноукладчиками и ее влиянии на работу дрен и пр.

Разработаны новые конструкции дренажных элементов из полимерных материалов, поглотительных колодцев, устройств для изготовления и испытания пластмассовых труб, фильтрующих элементов, креплений откосов каналов с использованием синтетических материалов, которые защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов исследований заключается а улучшении обоснованности проектных решений, повышении долговечности и качества мелиоративных систем, снижении трудоемкости их строительства. Это достигается применением:

- новых формул расчета несовершенства и пропускной способности дренажных труб по характеру вскрытия водоприемной поверхности;

- новых формул расчета спиральнонавитых дренажных труб и трубопроводов из кераиических труб с пластмассовыми элементами;

- новых экспериментально обоснованных рекомендаций по конструированию дрен с водоприемной способностью тождественной идеальной дрене и пропускной способностью, близкой к пропускной способности гладкостенных труб;

- комплекта пластмассовых соединительных деталей для монтажа дренажных систем из керамических и пластмассовых труб;

- предложений по совершенствованию технологии строи-

тельства дренажа траншейный и бестраншейным способом.

Изложенные в диссертации методы расчетов, конструкции, методы испытаний, способы и технологии использования пластмассовых элементов мелиоративных систем реализованы в ряде инструкций, рекомендаций, указаний, технических условий; в "Руководстве по проектированию и изысканиям объектов мелиоративного и водохозяйственного строительства в Белорусской ССР (РПИ-82), Мн. 198Ьг., и широко используются проектными и строительными организациями Беларуси и других стран СНГ.

Основные положения, выиосиные на защиту:

- перспективные области использования полимерного сырья для производства: пластмассовых труб, соединительных деталей, защитно-фильтрующих и противофильтрационных материалов и других конструктивных эленентов; стратегия и алгоритм поиска в множестве пластических масс оптимального сочетания "полимер -изделие" для мелиоративных устройств;

- результаты исследований влияния, на осушительное действие дрен диаметра, формы и расположения водоприемных отверстий, защитно-фильтрующих материалов, технологии строительства, фильтрующих засыпок в различных грунтовых условиях;

- новые конструкции дренажных труб из полимерных материалов, отличающиеся.высокой водоприемной и пропускной способностью, технологичностью при строительстве;

- формулы для определения фильтрационных сопротивлений по характеру вскрытия водоприемной поверхности дрен с продольно-щелевой перфорацией и для дрен из стыкующихся труб с установленными между иими муфтами оригинальной конструкции;

- метод расчета площади отверстий в пластмассовых трубах после деформации от внутренних остаточных напряжений;

- методика определения продольной проводимости фильтрационных материалов на основе схемы осесимметричной фильтрации к центральному стоку;

- конструкция и метод расчета водомерного устройства для определения расхода воды в дрене или коллекторе и зависимости для расчета параметров устройства;

- рекомендации по совершенствованию технологии и качества строительства траншейного и бестраншейного дренажа.

Основные результаты диссертационной работы Получены лично автором, а отдельные экспериментальные данные - внесте с сотрудниками лаборатории вертикального дренажа и новых материалов.

Апробация результатов работы. Результаты научных исследований, начиная с 1965г., докладывались на ряде республиканских конференций и совещаний в БелНИИМиВХ и Белорусском политехническом институте (Минск: 1968, 1974, 1976гг.), Белорусской сельскохозяйственной академии (г.Горки: 1967, 1979, 1981, 1983, 1987, 1939, 1992, 1993, 1994гг.), на Всесоюзных совещаниях "Полимерные материалы и научно-технический прогресс в мелиорации и водном хозяйстве" (Рига, Елгава: 1980, 1982, 1986гг.), на семинаре "Дренажные мероприятия как составная часть мелиоративного строительства (Киев: 1979г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Полимермаш-91" (Киев: 1991г.), на II Международном Конгрессе по переувлажненным землям (ЧССР, г.Тшебонь: 1985г.).

Разработки автора демонстрировались на ВДНХ БССР (1974,

1978, 1979, 1988гг.), на ВДНХ СССР (1971, 1972, 1974, 1977,

1979, 1981, 1991гг.), на Международных выставках "Химия" (1965, 1970гг.), по результатам которых получены почетные грамоты, дипломы, три бронзовых и одна серебряная медаль ВДНХ СССР.

Результаты исследований отражены в 83 публикациях, включающих 10 авторских свидетельств на изобретения, 1 патент РФ, 8 нормативно-технических документов.

Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и предложений, списка литературы (253 наименования) и 3 приложения, содвржиг 334 страницы, в том числе 75 рисунков, 77 таблиц и приложения на 22 страницах.

Основное содержание

Первая глава "Состояние проблемы совершенствования дренажных систем с помощью полимерных материалов" посвящена анализу состояния вопроса, цели и задачам исследований.

Длительное переувлажнение почв, характерное для Республики Беларусь, определяет осушительную направленность гидротехнических мелиораций.

История развития техники осушения земель теряется в глубине веков, но научно обоснованное мелиоративное строительство началось с установления закона фильтрации, известного теперь как закон Дарси, и разработки механизированной Технологии из-

готовления дренажных труб.

Широкие исследования по дренажу начались в 60-е годы, обобщенней которых стали монографии А.И.Мурашко, Ц.Н.Окинкиса, Б.С.Маслова, Н.Г.Пивовара, Д.Х.Бейлина, В.С.Казакова, Е.Д.То-мина, В.И.Штыкова, М.С.Григорова, С.И.Сторожук, Г.Кунце, Р.Эг-гельсмана и других. Они основываются на теоретических разработках А.Н.КостякОва, В.В.Ведерникова, С.Ф.Аверьянова, П.Я.По-лубариновой-Кочиной, Ц.Е.Мирцхулавы, А.Я.Олейника, В.М.Шеста-кова, М.Маскета, Н.Кристеа, Д.А.Лютипа, Г.Пресса, Ф.Кирххаыа, Г.Прандтля и других отечественных и зарубежных ученых.

Большую роль в научном обосновании мелиорации гумидной зоны сыграли белорусские ученые: А.Д.Дубах, С.Г.Скоропанов, В.М.Зубец, А.И.Ивицкий, А.Ф.Печкуров, В.Ф.Шебеко, А.И.Мурашко, Г.И.Афанасик, В.Ф.Карловский, П.И.Закржевский, Ш.И.Бруси-ловский, И.В.Минаев, В.И.Белковский, Г.М.Лыч, Б.И.Яковлев, Ф.В.Игнатеиок, Л.А.Холодок, Э.И.Михневич и многие другие.

Вместе с тем, при решенности многих общих вопросов практики осушения земель в начале исследований по теме диссертации встал ряд специфических задач, связанных с новыми конструкциями и материалами.

Практика доказала несостоятельность старых подходов при замене одних материалов другими. Развитие химии полимеров, появление огромного марочного ассортимента пластических масс в большом диапазоне физико-механических и химических свойств предоставили возможности для создания новых, более совершенных конструкций, которые не могли бы быть реализованы путем использования старых традиционных материалов.

Морозоустойчивость и хороаис санитарно-гигиенические ка-' чества, высокая пропускная способность, малый вес и возможность получения изделий любой длины, гибкость и многие другие качества пластмассовых труб определили их широкое применение в строительстве.

Далее в диссертации проанализирован отечественный и зарубежный опыт совершенствования мелиоративных систем с помощью полимерных материалов и определены наиболее эффективные направления их использования.

На первой этапе исследования и внедрения пластмассового дренажа встали задачи, крайне необходимые для практики:

- разработать метод расчета расстояний между пластмгссо-

выми дренами, который бы учитывал их несовершенство по характеру вскрытия пласта;

- исследовать гидравлические характеристики пластмассовых дренажных труб и предложить расчетные зависимости;

- определить прочностные и деформационные характеристики пластмассовых дренажных труб;

- разработать способы защиты дрен от заиления с помощью стекловолокнистых материалов;

- разработать технологию строительства пластмассового дренажа и определить его экономическую эффективность.

Эти вопросы были успешно решены А.И.Мурашко и отражены в его докторской диссертации.

Дальнейшее развитие работ в этом направлении потребовало углубления научных исследований, связанных с повышением эффективности дренажных систем, увеличением их долговечности, снижением энерго- и материалоемкости строительства путем:

- выбора оптимального материала для дренажных труб;

- уточнения способов расчета несовершенства конструкции дрен по характеру вскрытия пласта и методов его снижения для пластмассового и гончарного дренажа;

- улучшения методик лабораторных и полевых испытаний дренажных конструкций и материалов;

- совершенствования конструкций дренажных труб с целью увеличения их пропускной и водоприемной способности;

- увеличения осушительно-увлажнительного действия дрен с помощью использования фильтрующих засыпок, вертикальных усилителей ;

- поиска новых защитно-фильтрующих материалов с улучшенными характеристиками в сравнении со стеклохолстом;

- совершенствования технологии укладки дрен и способов монтажа дренажных систем.

При решении этих вопросов неизбежно стояла и задача испытания эффективности и долговечности новых конструкций в разнообразных природных условиях Республики.

Решению этих вопросов и посвятил свои исследования автор.

Во второй главе "Выбор материалов для мелиоративных конструкций" на примере дренажных труб предложен алгоритм выбора оптимального сочетания полимер-изделие из множества марочного ассортимента пластических масс, рассмотрены характе-

- 10 -

ристики наиболее перспективных пластмасс.

Выбор конструктивного решения и подбор материала определяет эффективность и долговечность в целом любого сооружения. Большой объем информации, подлежащей переработке, характеризует сложность оптимального решения этой задачи, и без определенной стратегии формулирования алгоритма поиска трудно найти рациональное сочетание "полимер-изделие".

При этом возникает вопрос о минимально необходимом количестве параметров, которые бы максимально возможно учитывали свойства объекта, и когда каждый параметр делит все множество на два подмножества: одно, где искомый материал наиболее вероятен, и второе, отбрасываемое, где необходимого материала нет.

Следующим этапом выбора является составление поискового образа объекта, т.е. выражение свойств через параметры, их границы или интервалы - это своеобразное сито, через которое производится скриннинг - просеивание объектов выбора.

Для примера представлен поисковый образ запроса ' пластмассы для дренажной трубы.

Свойство

Параметр

Теплоемкость Рабочая температура

Прочность Ударная вязкость

Химическая стойкость Стойкость к органическим кислотам

Биологическая стойкость Стойкость к биологическому разложению

почвенными бактериями

Деформация Устойчивость к изгибу

Технология переработки Экструзия

Стоимость Цена 1 кг

Вес Плотность

Выбранные параметры почти всегда не равнозначны и обычно

производится их ранжирование методом расстановки приоритетов с

использованием квадратной матрицы:

1.5 при х. > х.

1 ]

а^ = 1.0 при х^ = х^ 0.5 при х^ < х^

и по результатам экспертных оценок составляется таблица перечня свойств в порядке убывания их веса.

Непосредственно операция поиска определялась следующей программой действий:

- построить иерархическое дерево свойств;

- 11 -

- составить перечень свойств, установив их интервалы;

- произвести ранжирование свойств, используя метод расстановки приоритетов;

- установить порог приемлемости поискового образа.

Поскольку такая стратегия поиска редко может привести к

однозначному определению объекта, то в случае попадания в определенную область нескольких равноценных пластических масс, сопоставление их производится дальше по обобщенному показателю или по результатам опробования.

Перечень свойств выбираемого материала для мелиоративных устройств определяется условиями строительства и эксплуатации и ограничиваются рамками от момента получения на заводе-иэго-товителе до истечения срока амортизации изделия. В этих пределах оно испытывает внешние воздействия и в нем происходят внутренние физико-химические изменения. Первичные нагрузки возникают уже при погрузочно-разгрузочных работах, транспортировании и хранении и они могут в несколько раз превысить рабочие нагрузки в процессе эксплуатации.

Крайне важно установить климатические условия эксплуатации или строительства. Учитывая хрупкость некоторых полимеров при низких температурах, должно сразу устанавливаться время строительства. В то же время известно, что срок службы полимерного изделия удваивается при понижении температуры эксплуатации на 8-10°С.

Кроме механических и температурных факторов, на дренажные трубы действуют почвенные растворы, микрофлора, простейшие, насекомые и животные.

Комплексное воздействие различных факторов создает сложную картину условий работы пластмассовых изделий в мелиоративных устройствах.

С учетом этим требований выполнен поиск материала для дренажных труб, используя иерархическое дерево.

После ранжирования в порядке убывания приоритетов свойства расположились в следующей последовательности: устойчивость к изгибу, устойчивость к'почвенным бактериям, устойчивость к органическим кислотам, цена, ударная вязкость, рабочая температура и плотность. Учитывая большой срок службы дренажных труб закономерно главное место заняли эксплуатационные показатели .

- 12 -

В процессе поиска был осуществлен выход в область полио-лефинов (полиэтилен и полипропилен), поливинклхлорида и акри-лонитрилбутадиенстирольных пластиков (АБС-пластики).

Последние на 30-508 дороже других пластмасс, но эта разница может быть перекрыта транспортными расходами при разном расстоянии поставщиков от потребителя.

Далее в диссертации рассмотрены характеристики этих основных пластмасс, к которым привел поиск.

.В последнее время расширяется производство различных композитов - соединений полимера с наполнителем в виде порошка, ткани, сетки, жгута, волокон и пр. При этом получают материалы с чрезвычайно разнообразными свойствами, значительно отличающимися от исходных. Наиболее широко распространены и известны стеклопластики на основе стеклотканей и различных полимерных связующих. В мелиорации они перспективны для производства различных высоконагрухенных деталей: колодцев, затворов, соединительных деталей и пр.

Третья глава "Расчеты дренажных конструкций из пластических масс" посвяцена расчетам несовершенства дрен по характеру вскрытия пласта, расчету площади продольных щелей после деформации под действием внутренних остаточных напряжений, оценке влияния гидрофобности материала на поступление воды в дрену.

В практике расчетов дренажных систем задача сводится к определению расстояний между дренами' при заданной глубине их заложения. При этом широко используется метод фильтрационных сопротивлений, с приемлемой для практики точностью схематизирующий слождые условия и потоки и представляющий результаты в форме, удобной для применения (А.Я.Ояейник, Б.И.Аравии, С.Н.Нумеров, Ф.М.Бочевер и др.).

фильтрационные сопротивления в общей случае определятся параметрами водоносных пластов и непосредственно конструкцией дренажа, в, соответственно, первый вид сопротивлений, обусловленный гидродинамическим несовершенством дренажа, называют несовершенством по степени вскрытия пласта и обозначают Фо. Второй вид, вызванный недостаточной скважностью труб, фильтрационного материала, явлениями кольматации и суффозии называете» несовершенством по характеру вскрытия пласта и обозначают Фе.

- 13 -

Удельный расход дрены в радиальном потоке определяется формулой

___2^кН__2 5Г кН

+ ф

Фо + Фс , н '1'

*о с

где к - коэффициент фильтрации грунта;

Н действующий напор;

И - расстояние от оси дрены до контура питания;

г0- радиус дрены.

Для оценки влияния перфорации на приток к скважинам известны формулы Д.Киркхэма, Ф.Энгелунда, М.Маскета, В.И.Щурова, К.Додсоиа и В.Кардуэлла, которые предназначены для расчетов скважин при добыче нефти и газа и в мелиоративной практике почти не применяются.

В общем случае задача о.притоке воды к дрене, расположенной в радиальном потоке и имеющей продольно-целевую прерывистую перфорацию, является пространственной и осесимметрич-ной, для которой уравнение фильтрации в цилиндрических координатах имеет вид:

Т ¿р-я (2)

где !? = - кЬ - потенциал скорости фильтрации; , г = + У2 •

В случае сплошных целей уравнение (2) переходит в уравнение плоской фильтрации, для решения которого применимы методы конформных отображений. Расчетная область фильтрации представляет клиновидную часть кольца С внутренним углом /9, .

Задача репалась в следующей последовательности:

- расчетная область фильтрации ^ отображалась на промежуточную область ^ степенной функцией;

- промежуточная область ^ отображалась на прямоугольную область Ц* логарифмической функцией;

- промежуточная область ^ отображалась на вспомогательную полуплоскость ^ ;

- на эту же область отображался нормальный прямоугольник, решение для которого известно.

После ряда преобразований и упрощений получена формула:

- 14 -

где т - количество рядов щелей;

0 = arcsi.ii ^;

Г - ширина щели.

Для прерывистых щелей А.И.Мурашко, используя формулу (3), предложил формулу

^ / / тс 57« «¿¿о

где т, - число рядов прерывистых щелей длиной 1 и шагом в.

Способ учета Фс в известных формулах расчета расстояний между дренами предложил А.И.Мурашко и он в данной диссертации не рассматривается.

Для случая притока к стыкующимся трубам с установленной в стыке муфтой, внешние очертания которой близки к форме одной из эквипотенциалей, был осуществлен ряд отображений:

- исходная область фильтрации Ъ преобразована в полуплоскость ^ с луночкой;

- полуплоскость у отображена на полуплоскость V/ без выреза;

- полуплоскость № отображена на полуполосу в которой соблюдается параллельноструйное течение и решение для которой известно;

После ряда преобразований из соответствия точек получена расчетная формула

в?-с?

где а-ЗщШв-^г!^;

а и с - полуоси эллипса контура муфты;

• Ь - расстояние между.стыками.

Поскольку продольные щели в пластмассовых трубах со временем значительно деформируются под действием внутренних остаточных напряжений, то была разработана методика расчета площади целей после деформации.

В общем случае труба с продольной цель», деформирующейся под действием внутренних остаточных напряжений, является статически неопределимой системой, точный расчет которой весьма сложен. Поэтому была принята упрощенная методика с корректировкой опытными данными.

За расчетный элемент, деформация которого вызывает сжатие

щели, был принят участок труби, примыкающий к щели шириной 1 . Деформация края щели в ее середине в

С _ (1+/!){%/?

(б)

где - коэффициент Пуассона; 1 - длина щели; К - радиус трубы;

М - распределенный крутящий момент;

^ - коэффициент, зависящий от ширины и толщины скручиваемого элемента (определяется Ло таблицам); $ - толщина стенки; Е - модуль упругости.

В этой формуле неопределенным параметром является отношение М/Е. Для его нахождения использован статистически определенный элемент - кривой стержень, деформация которого вычисляется по формуле

8 = ^

Е1

где I - момент инерции.

Отсюда при М = ЯКС/З' , где С?- внутренние напряжения

А--Ц1.-

Е 4Ы1Я

Экспериментально определив деформации 3 разрезанного кольца пластмассовой трубы, вычисленные значения были подставлены в формулу (6).

Тогда свободная площадь щели до смыкания ее краев на середине

И, = - ~ Б) 1 • (8)

и площадь свободных криволинейных треугольников у концов щели после смыкания середины

г ± £

з/? уа (9)

Экспериментальное определение площади целей производилось путем снятия слепков щели с помощью пасты СКТН - термостойкого низкомолекулярного каучука, вулканизирующегося при комнатной

- 16 -

температуре. Результаты опытов представлены в таблице.

Относительная площадь цели шириной 1 мм после деформации

Показатели Длина щелей, мм

20 25 30 35 40 45 50

Отношение Т/То расчетное 0.87 0.73 0.34 0.37 0.27 0.23 0. 19

Отношение Т/То измеренное 0,96 0.69 0.50 0.37 0.30 0.26 0.16

Отклонение, % + 10 -8 -8 0 + 11 + 13 -19

Таким образом, при конструировании дренажных труб из пластмасс предпочтение следует отдавать коротким щелям, которые лучше сохраняют форму и меньше влияют на прочность и устойчивость труб.

Полиолефины и поливинилхлорид относятся к гидрофобным материалам, и плохая смачиваемость их может препятствовать поступлению воды в полость дрен. Специальные опыты показали, что значения краевого угла смачивания колеблются для них от 90 до 180°. При подъеме и опускании уровней воды отчетливо наблюдались гистерезиспые явления, связанные с разным значением краевого угла при натекании и оттоке воды. Существенную роль играет и фактор времени. Иногда требовалось несколько часов для преодоления сил поверхностного натяжения при постоянном напоре..

Поэтому, чтобы вода могла попасть внутрь дрены, при напоре, равном ее диаметру (около 5 см), входные отверстия должны иметь диаметр не менее 0.6 мм.

В четвертой главе "Методики проведения лабораторных и полевых исследований. Описание опытных участков" рассмотрены особенности определения водоприемной способности дрен, гидравлических характеристик спиральнонавитых труб, защитно-фильтрующих материалов, способ измерения дренажного расхода в полевых условиях, сделано описание опытных участков, определены цели и задачи исследований на них.

Для оценки водоприемной способности дрен разной конструкции методом проб и ошибок было установлено, что наиболее подходящим оборудованием является грунтовый лоток, моделирующий схему работы нодрусловой дрены, для которой реализуется видоизмененная формула В.В.Ведерникова

п _ЗЖкИа_

где (} - сток из дрены;

Н - напор;

(1 - диаметр дрены;

I - глубина укладки дрены;

Т^ - мовность водопроницаемого слоя.

Эта формула тщательно проверена И.С.Никольским для идеальной дрены методом ЭГДА и показала удовлетворительную точность при условиях

6/Т^ 0.15, ¡1/1 < 0.5 .

Использовавшийся в опытах грунтовый лоток соответствовал этим условиям.

Опыты проводились с подачей отстоенной воды сверху при постоянном слое над грунтом. Продолжительность опытов - не менее 24 часов.

.Сравнение качества водоприемных отверстий дрен по величине расхода возможно только при их одинаковом диаметре. Поскольку в наших опытах использовались дрены разных диаметров, то для оценки их качества привлекался новый па[.цметр -контактное сопротивление, впервые введенный в фильтрационные расчеты Г.М.Мариупольским .

Потери напора в придренной зоне в общем случае обуславливаются не только сопротивлениями на контакте и несовершенством конструкции дрены, но и изменением условий фильтрации в этой зоне, например, фильтрационными деформациями. В этом случае контактное сопротивление рассматривается как некоторая приведенная величина добавочных сопротивлений, рассеянных в прид-репной зоне неизвестным образом, но условно отнесенных к по-ъерхпости контакта.

Возникающее в этой зоне добавочное контактное сопротивление

Кс = = ^ (И)

г лс!1

где удельное контактное сопротивление, имеющее размерность

времени;

Р - площадь фильтрации;

<1 - диаметр дрены; 1. - длина дрены.

Тогда для случая подрусловой дрены, используя формулы (10) и (11), имеем

ЯТ. (12)

Потери напора вследствие контактных сопротивлений

0-и)с

Не = ■ ^ с = (13)

Лри одномерной фильтрации общие потери напора на пути 1

1_ к

Н = Но +Нс = V (-;— + и)с ) (14)

и тогда удельное контактное сопротивление можно представить в виде удлинения пути фильтрации на фиктивное расстояние 1ф.

' 1ф = й/ск (15)

■ Гидравлические испытания дренажных трубопроводов проводились на установке, аналогичной описанным А.И.Мурашко, А.И.Мит-раховичом, Б.И.Блажисом. Сложность заключалась только в осуществлении соединений, установке пьезометров, обеспечении герметичности. По результатам опытов вычислялись числа Рейнольдса Ие и коэффициент гидравлического трения Л.

Оценка эффективности защитно-фильтрационных . материалов должна проводиться в условиях, близких к натурным. Поскольку все они высокопористые изделия и подвержены значительным деформациям под давлением грунта, то был создан специальный прибор, на котором создавались различные механические нагрузки и градиенты давления воды. Он был включен в водооборотную систему с удалением взвесей и растворенного воздуха. Это позволяло получать устойчивые результаты.

" Волокнистые материалы анизотропны, а для большинства фильтрационных устройств имеет значение не только поперечная,' но и продольная фильтрация. Поэтому вместе с В.А.Воронцовъш был создан прибор для определения продольного коэффициента фильтрации рулонных материалов. При этом использована осесим-

метричная схема фильтрации от периферии к центральному стоку, что позволило исключить трение прижимной пластины о стенки прибора.

В этом случае коэффициент продольной фильтрации Кф вычисляется по формуле для напорной фильтрации к одиночной скважине

а t*.

Ii г»

где Ri - расстояние от центра до пьезометра, в котором определен напор Hi; rQ - радиус центрального отверстия в образце;

m - толщина материала.

Формула (16) получена совместным решением уравнения Дарси v = k dH/dr и уравнения неразрывности v = - г dv/dr.

Градиент напора I на расстоянии г от центра

_ Jä. = (91 = JZ 2xRrmZ (17)

Для определения дренажного стока использовались крыльча-тыс и турбинные водомеры, делались попытки использовать индукционные расходомеры, но основная масса измерений осуществлялась объемным способом.

Особую сложность представляют определения расхода в произвольном сечении дрены или коллектора. Для этого был создан специальный объемный расходомер, устанавливаемый в дренажную линию, основные параметры которого подбираются по формуле (18), полученной с помощью теории ошибок

ел=гея+ eh+Et. (18)

где , и относительные погрешности измерения соот-

ветственно расхода, диаметра водомера, уровня воды в водомере и времени. Проверки теоретических и лабораторных результатов, отработка технологии строительства проводилась на сети опытных участков в различных грунтах в северной, центральной и южной

- 20 - .

зонах Республики. При этом ставились следующие основные задачи :

1. Определить эффективность пластмассового дренажа разных конструкций в разных грунтовых условиях в сравнении с обычным дренажем их керамических труб.

2. Установить гидрологическое действие различных защитно-фильтрующих материалов и фильтрующих засыпок в дренаже из керамических и пластмассовых труб.

3. Выявить влияние способа строительства, широко- и узкотраншейного, бестраншейного на осушительное действие дренажа.

4. Сравнить производительность и качество строительства дреноусладочными машинами разных типов при использовании пластмассовых и керамических дрен разных конструкций.

5. Выяснить эффективность использования пластмассовых дрен в режиме увлажнения.

6. Определить эффективность соединительных пластмассовых деталей при монтаже дренажных трубопроводов.

В полевых экспериментах использовались керамические трубы обычные, перфорированные и с продольными канавками на внешней поверхности; пластмассовые - из полиэтилена и поливинилхлори-да, гладкостешше, гофрированные, слиральнонавитые и пленочные; фильтрующие материалы - стеклохолсты, синтетические нетканые материалы, ПЭ-холст, древесная щепа, солома, отходи легкой промышленности. Укладка дренажа осуществлялась вирокотран-вейными дреноукладчиками ЭТН-171 и ЭТЦ-202А, узкотрашвейными --МАРА-55 и ЗТЦ-16Э,. бестраниейными - ДПБН-1,8, МД-4/МД-5 и МД-12 в торфяных и минеральных грунтах.

В пятой главе "Основные результаты лабораторных исследований дренажных конструкций" представлены результаты экспериментов, которые включали исследования водоприемной способности дренажа из пластмассовых труб и усоасрвенствованного гончарного, определения гидравлических характеристик пластмассовых спиральнонавнтых труб и керамических со втулками в стыках; установление влияния защитно-фильтрующих материалов и вертикальных усилителей на гидрологическое действие дренажа.

В первой серии опытов ставилась задача определить минимально необходимую площадь входных отверстий на единице длины трубы, чтобы обеспечить поступление воды в дрену с минимальны-

ми потерями напора. Из результаты показали, что с увеличением площади перфорации контактные сопротивления резко снижаются, и можно считать минимальной приемлемой площадь входа 10... 15 кв.см/м.

Сопоставление отдельных конструкций дрен выявило, что гофрированные трубы из ПВХ обеспечивают на 21% больший дренажный сток, чем гончарные.

В другой серии опытов изучались влияние расстояний между щелями в ряду, количества рядов, расположения щелей относительно вертикали.

Установлено, что зависимость стока из дрен от количества рядов входных отверстий близка к линейной, но практически нецелесообразно устраивать более восьми рядов. Трубы с одним ря,-дом входных отверстий следует устанавливать отверстиями вниз, что увеличивает сток на 20...30% по сравнению с расположением отверстий вверху.

В опытах с круглыми отверстиями изучалось влияние диаметров отверстий, количества рядов при постоянной площади входа, расстояния между отверстиями при групповом их расположении и расстояния между отверстиями в ряду на водоприемную способность дрен.

Опытами установлено, что в практическом диапазоне размеров отверстий сток мало зависит от их диаметра. Уменьшение шага, как и увеличение количества рядов отверстий, ведет к увеличению расхода, что обусловлено, главным образом, увеличением суммарной площади входных отверстий.

С точки зрения прочности и устойчивости труб крайне важно рассредоточение отверстий с соблюдением требований: на единицу площади любого поперечного или продольного сечения трубы должно попадать минимальное количество отверстий. Этому принципу соответствует расположение отверстий по винтовой линии.

Установлен эффект от устройства отверстий с расширением наружу и фильтрационной обкладкой: дрены с конусной перфорацией с площадью входа 3,3 хв.см/ы соответствуют по водоприемной способности дренам с цилиндрическими отверстиями площадью 10 кв.см/м.

Лабораторные опыты показали, что спиральнонавитые трубы при шаге перфорации по профилю 15 мм по своему действию близки к идеальной дрене даже без обвертки фильтрационным материалом.

- 22 -

Исследовалась и водоприемная способность гончарного дренажа из усовершенствованных труб и из обычных труб, но с дополнительными пластмассовыми элементами.

Установлено, что из модифицированных керамических труб нанболыэим осушительным эффектом обладают трубы с продольно-целевой перфорацией, а из соединительных деталей наибольшую водоприемную способность обеспечили муфты из ПЭ-холста и по а.с.393398.

Установка различных соединительных деталей в стыках керамических труб неизбежно снижает их отводящую способность в 1,5-2 раза из-за возникновения при этом дополнительной оерохо-ватостн.

По результатам гидравлических исследований шести диаметров спиральнонавитых труб ТДСВ получена эмпирическая зависимость для расчета их пропускной способности.

.1,7? 0,52

Ц^А^а г (19)

Пропускная способность спиральнонавитых труб оказалась значительно выше, чем у гофрированных, но несколько ниже, чем у гладкостенных труб.

Исследованиями защитно-фильтрующих материалов установлено, что скорость фильтрации в них линейно зависит от градиента напора, и закон Дарси для их расчета вполне применим.

Однако волокнистые материалы, в частности ПЭ-холст, технология получения которого разработана институтом механики ме-таллополнмерныя систем АН РБ, обладают анизотропными свойствами, и без нагрузки поперечная проницаемость их более чем в два раза превосходит продольную. Но при сжатии поперечная проницаемость снижается более интенсивно, чем продбльная, и при давлении около 70 кПа они выравниваются, т.е. материал становится изотропным.

Одним из путей ускорения отвода поверхностных вод в дренаж является использование разнообразных засыпок из хорошо фильтрующих материалов, в частности, отходов производства легкой промышленности, измельченной древесно-кустарниковой растительности.

Установлено, что щепа из древесно-кустарниковой растительности, обрезки синтетических тканей фабрики "Комсомолка",

- 23 - •

путанка синтетических нитей Могилевского химкомбината и обрезки искусственного меха Витебской фабрики "Знамя индустриализации" могут применяться в качестве фильтрующих обсыпок дренажа и для устройства фильтрующих окон.

Шестая глава "Основные результаты полевых исследований мелиоративных конструкций из новых материалов" посвящена результатам проверки теоретических положений и лабораторных опытов на семи полевых опытных участках в различных природных условиях.

Гофрированные трубы из ПЭ обеспечивают удовлетворительное осушение торфяников, отводя более 30% осадков вегетационного периода, т.е. этот вид дренажа в полевых опытах отводил избыточные воды с такой же интенсивностью, как и традиционный гончарный. Различие проявилось только в многоводный период. Так, на участке "Рассвет" в ноябре 1972г., когда выпало менее половины нормы осадков, обе системы отвели равный объем воды, а в мае 1973г. при осадках, достигших 182% от нормы, система из пластмассовых труб отвела 26,2% осадков, а из керамических -20,5%, т.е. на 22% меньше в сравнении с пластмассовыми. Раскопки спустя три года после строительства на этом участке показали, что весь дренаж - и гончарный, и пластмассовый находится в удовлетворительном состоянии.

На участке им.Чапаева в пластмассовом дренаже с защитой стеклохолстом обнаружен слой охристых отложений до 4 мм, а без защиты этот слой был в пределах 4...14 мм. В гончарном дренаже - 12 мм. Раскопки, произведенные вдоль одной дрены, показали возрастание степени заиления от устья к середине и убывание к верховью, что можно объяснить выносом отложений в открытый канал из низовой части дрены.

Полевые опыты подпочвенного увлажнения на торфянике Полесской опытно-мелиоративной станции с использованием пластмассовых дренажных труб выявили, что большая часть потерь напора происходит по длине дрен-увлажнителей. Скорость подъема УГВ на дренированном участке в среднем за сутки составила 4.1 см/сут, а на участке увлажнения без дренажа - 1.6 см/сут, т.е. в 2.6 раза меньше. Неравномерность скоростей вертикального перемещения УГВ в зависимости от расстояния от канала составляла 74% при подъеме и около 400% - при спаде. При увлажнении по дренажу эта неравномерность составила соответственно 28 и 36%,

т.е. дренах обеспечивает более равномерное и осушение, и увлажнение.

Наблюдения за работой дренажных систем в минеральных грунтах велись на опытных участках им.Калинина и "Богданово". Отмечено, что сток из дрен начинается тогда, когда толщина мерзлого слоя уменьшается до 15...20 си и он не образует цельного пласта, а представляет собой своеобразный конгломерат из мерзлых глыб с проталинами между ними, по которым вода инфиль-трует в дренаж.

На фоне монотонно убывающего дренажного стока весной особый интерес представляли всплески, вызываемые выпавшими дождями. Выделив на графике объем дополнительного стока, отведенного дренажем, произведено сопоставление разных дрен.

Так, дрены в широких траншеях (0.5 м) обеспечили на 27% больший коэффициент стока, чем в узких (0.17 и). Наиболее интенсивно работал дренаж из гофрированных труб, коэффициент стока которого составил 6.5%, гончарного - 6.4% и дренажа из гладкостенных труб - 3.6%. Все конструкции обеспечивали максимальный модуль стока до 1.5 л/с/га при расчетном 0.6 л/с/га.

Сопоставление же суммарного стока эа тр.и года работы дренажа показало, что если сток из керамических труб диаметром 50 мм принять эа 100%, то иэ полиэтиленовых гладхостенных диаметром 42 мм он составил 94%, а иэ гофрированных ПВХ диаметром 45-55 ым - 144%. Установлено, что во всех случаях обкладка дренажных труб фильтрационным материалом вызывает увеличение стока более чем в два раза.

Хотя известны данные о том, что засыпка траншей связным грунтом обеспечивает неэаиляемость дренажа и без фильтра, но для усиления его гидрологического действия эащитно-филыруюдие обкладки необходимы.

На опытном участке "Запрудье", где испытывались засыпки транюей текстильными синтетическими отходами, древесной щепой и гравием, устаиовлено увеличение скорости снижения уровней грунтовых вод в 1,2...1,5 раза в сравнении с дренами без специальных засыпок.

На участке "Богданово" спустя шесть лет после строительства с целью определения степени заиления труб и ЗФМ и их сохранности было раскопано несколько дрен. Было установлено, что дрены, защищенные стекчохолстом и ПЭ-холстом находились в

удовлетворительном состоянии в торфяных и супесчаных грунтах. Максимальный слой заиления полости труб 10...12 мм. В специально уложенной дрене диаметром 75 мм из ПЭ гофрированной трубы без ЗФМ заиление достигло 85Ж внутреннего сечения трубы. Характерно, что наилок имеет четкую двухслойную структуру: нижний слой 10...50 мм - песчаные отложения, верхний - охристые толщиной 7...20 мм. Замечено увеличение объема наносов в нижних точках перегибов профиля дрены и уменьшение в верхних. Обкладка дрены торфом и соломой спустя шесть лет хорошо сохранилась.

Поскольку использование бестраншейных дреноукладчиков может существенно повлиять на гидрологическое действие дренажа, то были проведены специальные опыты в торфянике и суглинке, которые показали, что площадь поперечного сечения зоны рыхления и степень разрыхления у дреноукладчиков с шириной ножа 20 см почти в два раза больше, чем при ширине ножа 12 см.

Влияние ширины траншеи на работу дрен детально изучалось на участке им.Калинина в суглинистом грунте в течение пяти лет. Из полученных данных установлено, что в отдельные годы сток из дрен с узкой траншеей превосходил сток из дрен в широкой траншее, но в суммарном действии дренаж в траншеях шириной 50 см отвел на 28% большее количество воды, чем в траншеях шириной 17 см.

Опыт кротования на фоне пластмассового дренажа показал, что в первый год после его выполнения сток из дрен увеличился более чем в два раза, но уже в следующем году снизился до своей прежней величины, но отмечено значительное увеличение модуля' стока (наблюденный сток достигал 3 л/с/га, при расчетном -0.6 л/с/га).

В седьмой главе "Полимерные материалы как фактор повышения производительности и качества строительства" обобщены материалы исследований особенностей укладки и монтажа систем пластмассового и модернизированного гончарного дренажа

Дренаж как основное водорегулирующее мероприятие остается на первом месте по трудо- и энергозатратам, материалоемкости, и совершенствование технологии его строительства, а оно должно включать не только повышение, например, скорости укладки труб, но и обеспечение высокого качества строительства остается важнейшей задачей научных работников и конструкторов.

- 26 -

При строительстве опытных участков испытывались и различные дреноукладчики: траншейные ЭТН-171, ЭТЦ-202 и ЭТЦ-202А, узкотраншейные МАРА-55 и ЭТЦ-163, бестраншейные - ДПБН-1,8, МД-4/МД-5 и МД-12.

Ухе первая опытная укладка пластмассовых труб траншейными дреноукладчикаыи показала, что использование пластмассовых труб вместо керамических почти вдвое увеличивает сменную выработку.

Анализ результатов хронометрических наблюдений показал, что за счет более рационального использования рабочего времени внутри смены возможно повышение производительности труда при укладке пластмассовых труб в торфянике на 31% и на 28% в минеральных грунтах.

Большим достоинством бестраншейной укладки является то, что при этом слабо повреждается пахотный слой. Однако на мел-коэалехных торфяниках этот способ оказался неприменимым из-за буксования движителя машин в слабом верхнем слое почвы. Этот недостаток не преодолен и в настоящее время.

Бестраншейный способ укладки обеспечивает максимальную производительность в единицу времени чистой работы, которая может превышать 2000 м/час, но из-за других технологических операций: устройства приямков и подключений,.соединений труб и проч. сменная выработка значительно снижается. Большие потери рабочего времени вызывают скрытые валуны или крупноствольная погребенная древесина на трассах дрен.

Кроме того, оказалось, что большая скорость бестраншейной укладки вызывает и большие отклонения уклона дрен от проектных, чем при траншейном способе укладки.

В процессе строительства опытных участков испытывались различные дополнительные элементы для улучшения осушительного действия гончарного дренажа и технологии его строительства. При этом ставилась главная задача - исключить необходимость постоянного нахождения рабочего в укладочном ящике дреноуклад-чика.

С учетом осушительного действия и по результатам технологических испытаний для совершенствования гончарного дренажа наиболее приемлемыми оказались соединительные полиэтиленовые муфты и гибкие втулки с гофрами в центре.

Однако, независимо от конструкции соединительных деталей,

использование их ограничивает производительность укладки дрен и только переход к длинномерным пластмассовым трубам сникает эти ограничения.

Монтаж дрен и коллекторов в единую подземную систему связан с выполнением еще ряда операций; подключений дрен в коллектору, сопряжения труб разных диаметров в одном направлении, закрывания торцевых отверстий и проч., которые требуют значительных затрат времени, которые за смену могут составить до двух часов.

В связи с этим был разработан комплект соединительных монтажных деталей, выпуск которых освоил Борисовский завод пластмассовых изделий.

К настоящему времени выпущено более 13 млн.этих деталей.

Вместе с тем затраты времени на подключение дрен к коллектору даже с использованием соединительных деталей остаются еще довольно значительными. Поэтому и возникла идея сопряжения дрен с коллектором через фильтрующую засыпку без непосредственного соединения. Специально проведенными опытами в грунтовом лотке установлена возможность такого сопряжения. Так, при напоре 20 см в месте сопряжения возможно подключение к коллектору через гравийную засыпку дрен длиной до 200 м при расстоянии между дренами 40 м Освоение этой технологии позволит на 20...25Ж увеличить производительность труда при строительстве дренажных систем.

ВЫВОДЫ

1. Современный этап мелиорации земель характеризуется большим объемом реконструкции устаревших систем и строительством новых на землях со сложным рельефом, что определяет необходимость в разработке более совершенных систем повышенного быстродействия, улучшенного качества при значительном снижении энергозатрат. Решение этих задач возможно только с применением новых материалов, конструкций и механизмов.

Анализ отечественного и мирового опыта показал, что наиболее перспективно использование нооызс материалов в произг водстве труб, соединительных деталей, фильтрационных и проти-вофильтрационных материалов и других конструкционных элементов.

Для выбора оптимального сочетания "полимер-изделие" пред-

ложена стратегия и алгоритм поиска необходимого материала по комплексу свойств из множества пластических масс.

2. Для учета несовершенства конструкции дрен по характеру вскрытия пласта при определении междренных расстояний получены с помощью метода последовательных конформных отображений формулы расчета фильтрационных сопротивлений дрен из продоль-но-щелеванных труб и дрен из стыкующихся труб с установленными в стыках муфтами.

Предложена методика определения площади входных отверстий в полиэтиленовых трубах после деформаций от действия внутренних остаточных напряжений. Рекомендованы размеры входных отверстий с учетом эффекта смачивания.

3. Разработаны методики лабораторных испытаний водоприемной способности дренажных конструкций и продольной проводимости фильтрационных материалов на основе схемы подрусловой дрены и схемы осесимметричной фильтрации к центральному стоку, позволяющие повысить достоверность результатов при снижении трудоемкости опытов. Предложен новый параметр - удельное контактное сопротивление, которое может использоваться в испытаниях для сравнения дренажных конструкций с разнородной водоприемной поверхностью.

Для определения расхода воды в любом сечении дрены или коллектора разработана конструкция водомера объемного типа и получены с помощью теории ошибок зависимости для расчета его параметров.

4. Лабораторными опытами выявлено, что основным показателем водоприемной способности дрен является суммарная площадь входных отверстий на единицу длины, которая должна быть не менее 10 кв.см/м, а оптимальные значения - 30...30 кв.см/м. Размеры входных отверстий в диапазоне от 0.8 до 10 мм не имеют решающего значения. Отверстия должны иметь конусообразную форму с расширением наружу и размещаться на поверхности труб по винтовой линии.

По результатам лабораторных н полевых испытаний большого ряда конструкций модернизированного гончарного дренажа установлено, что технически и экономически наиболее целесообразно устройство однорядной целевой перфорации в стенка,, труб с установкой а стыках гибких пластмассовых втулок или установка в стыках обычных труб муфт специальной конструкции, обеспечи-

- 29 -

вагащих высокую водоприемную способность.

3. разработана, изготовлена и испытана конструкция спи-ральнонавитых дренажных труб диаметрои 50...125 ми иэ профильной поливинилхлоридной ленты со стреловидным замковым соединением, близкая по своей водоприемной способности к идеальной дрене и превосходящая гофрированные по пропускной способности. Получены формулы для расчета пропускной способности таких труб.

6. Многолетние испытания конструкций из полимерных материалов на семи опытных полевых участках в различных грунтах и зонах Республики Беларусь подтвердили основные результаты теоретических и лабораторных исследований. Пластмассовый дренах работает в расчетном режиме, обеспечивая сброс избыточных вод в критические периоды при модуле стока, превосходящей расчетный до 2 раз. Деформация труб не выходит за допустимые пределы.

Защитно-фильтрующие нетканые волокнистые материалы из стекла, полиэтилена, лавсана и вискозы эффективно предохраняют дрены от механического заиления, в 2...Э раза уменьшает объем отложений железистых соединений и в 1.5...3 раза увеличивают водоприемную способность дренажа.

7. Полевые испытания технологии укладки дренажа широкотраншейными машинами ЭТН-171 и ЭТЦ-202А, уэкотраншейными - МАРА- 53 и ЭТЦ-163, бестраншейными - ДПБН-1,8, МД-4/МД-5, МД-12 показали, что наиболее производительной и надежной машиной, обеспечивающей качественное строительство как пластмассового, так и гончарного дренажа является многоковшовый дреноукладчик ЭТЦ-202А.

Перспективны высокопроизводительные бестраншейные дрено-укладчики, но требуется разработка и оснащение их системами независимого контроля качества укладки и повышение тягового усилия.

8. Для снижения трудоемкости и повышения надежности дренажных систем разработан, испытан и широко применяется в строительстве комплект пластмассовых соединительных деталей для выполнения основных операций монтажа дренажных систем.

Лабораторными опытами показана возможность сопряжения дрен с коллектором через засыпку из фильтрующего материала без непосредственного их соединения. Освоение этой технологии позволит на 20...25% повысить производительность труда при строительстве дренажных систем.

- 30 -

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Некоторые проблемы пластмассового дренажа // В кн. Мелиорация и использование осушенных земель, т.XIV. - Мн., 1966, - С.135-144 (Соавтор Мурашко А.И.).

2. Водозахватная способность пластмассового дренажа // Экспресс-информация, 1968, серия б, вып.1, - C.32-4S, ЦБНТИ МинвОдхоза СССР, (Соавтор Мурашко А.И.).

3. Из опыта строительства пластмассового дренажа // Экспресс-информация, 1968, серия б, вып.1, - С.8-19, ЦБНТИ Минводхоза СССР, (Соавторы Мурашко А.И., Варнаков Н.М.).

4. Влияние смачиваемости на поступление воды в дрену // В кн. Гидротехника, мелиорация и использование осушенных земель. Мн.: 1968, - С.194-198.

5. Влияние размеров и расположения продольноОщелевой перфорации пластмассовых дрен на их водозахватную способность. Экспресс-информация, 1969, серия 2, вып.4, ЦБНТИ Минводхоза СССР, С.49-61 (Соавтор Мурашко А.И.)

6. Расчет сжатия входных отверстий в дренажных трубах из полиэтилена высокой плотности //В кн. Гидротехника и мелиорация торфяных почв. Часть 2, Мн. : 1969, - С.3-14.

7. Повышение эффективности гончарного дренажа и защита его от заиления // Гидротехника и мелиорация,- 1970, N 7, -С.50-56. (Соавторы Мурашко А.И., Сапожников Е.Г.)

8. Полиэтиленовые дренажные трубы и фасонные части к ним.- Мн.: "Полымя", 1971, - 3 с. (Соавтор Мурашко А.И.)

9. Муфта для соединения дренажных тр£б / Авт.свид. N 393398, МКИ Е02, b 11/00, 1971. (Соавтор А.И.Мурашко )

10. Зависимость осушительного действия пластмассового дренажа от конструкции дренажных труб // Сб.Мелиорация переувлажненных земель.- Мн.: Ураджай, 1974, - С.157-164.

11. Влияние конструкций дрен и кротования на дренажный сток в глинистых грунтах // Сб. Мелиорация переувлажненных земель.- Мн.: БелНИИМиВХ, 1974, - С.З-б.

12. Методические указания по расчетам дренажа из новых материалов. - БелНИИМиВХ, Мн. : 1975, - 148 е.- (Соавторы Мурашко А.И., Митрахович А.И., Сапожников Е.Г., Хасеневич Б.К., Варнаков Н.М.)

- 31 -

13. Полевые исследования осушительного действия пластмассового дренажа // Сб. Конструкции и расчеты осушительно-ув-лажнительных систем.- Вып.!.- Мн.,1975, С.121-130. (Соавтор Варнаков Н.М.)

14. Гибкая труба / Авт.свид. N 574573, МКИ Р 16 I., 11/14,

1977 .

15. Указания по фильтрационным расчетам горизонтального трубчатого дренажа / БелНИИМиВх, Мн.: 1977, 44 с (Соавторы Му-рашко А.И., Сапожников Е.Г.)

16. Сопряжение труб гончарного дренажа // НТИ Мелиорация и водное хозяйство.- Мн., 1977, N7, - С.5-9. (Соавторы Мурашко

A.И., Косяк Н.Э., Варнаков Н.М.)

17. Технологический процесс изготовления спиральнонавитых дренажных труб из поливинилхлорида // В кн. Производство, свойства и применение пластмасс и изделий из них. - М.: 1977, С. 128-134 (Соавторы Косяк Н.З., Мурашко А.И. , Шапиро Г.И.)

18. Дренажные трубы новой конструкции // Экспресс-информация Мелиорация и водное хозяйство., Сер.2, Осушение и осушительные системы, 1978, вып.4, - С.3-7 (Соавторы Мурашко А.И., Косяк Н.З.)

19. Установка для навивки труб / Авт.свид. N 735419, МКИ В 29 Э 23/12, 1979, (Соавторы Косяк Н.Э., Найдунов В.А., Гра-мович В.Н., Мурашко А.И.)

20. Инструкция по применению пластмассовых соединительных деталей для гончарного дренажа.- Мн.: БелНИИМиВХ, 1979,- 8 с. (Соавторы Мурашко А.И., Варнаков- Н.М., Кушнеревич В.И.)

21. Машины и материалы, используемые при осушении земель // "Гидротехника и мелиорация", N 10, 1980.

22. Пластмассовая труба / Авт.свид. N 950854, МКИ Е02 Ь 11/00, 1981, (Соавторы А.И.Мурашко, Н.З.Косяк)

23. Исследование конструктивных особенностей спиральнонавитых дренажных труб из поливинилхлорида // Сб.Научные основы проектирования и строительства гидромелиоративных систем.-Мн.: БелНИИМиВХ, 1981, -С.125-135. (Соавторы Мурашко А.И., Косяк Н.З.)

24. Фильтрационные характеристики волокнисто-пористого полиэтилена // Сб. Новые конструкции мелиоративных систем и сооружений на них.- Мн., 1982, - С.163-171 (Соавтор Воронцов

B.А.)

23. Гидравлические характеристики спиральнонавитых дренажных труб // НТИ Мелиорация и водное хозяйство.- Мн., 1982, N12, - С. 1.7-20 (Соавторы Косяк Н.З., Варнаков Н.М.)

26. Осупительное действие гончарных дрен новых конструкций // НТИ по мелиорации и водному хозяйству.- БССР, 1983, N 5, С. 4-9 (Соавтор Масюк В.М.)

27. Уклоны дрен при траншейном и бестраншейном способах укладки труб // НТИ по мелиорации и водному хозяйству.- БССР, 1983, N б, - С. 19-21 (Соавтор Бердичевеи Н.Л.)

28. Водоприемная способность дрен // Энциклопедический справочник "Мелиорация".- Мн., 1984, - С.84.

29. Уклон дренажной линии // Энциклопедический справочник "Мелиорация".- Мн., 1984, - С.512-513.

30. Фильтрационные характеристики синтетических ЗФМ и методы их определения //В кн. Полимерные материалы и прогресс в мелиорации и водном хозяйстве // Елгава, 1985, - С.61-62 (Соавторы Вакар А.Е., Вердичевец Н.Я.)

31. Устройство для измерения расхода воды в дреках // Сб.ЦБНТИ Минводхоза СССР.- М., 1989, Вып.З, - С.10-14 (Соавтор Бовтрамович Ф.Б.)

32. ТУ 33-1018147-01-90. Пластины'фильтрующие пластмассовые / Мн.: БелНИИМиВХ, 1990,- 18 с. (Соавтор Майорчик А.П.)

33. Новые материалы и технологии в мелиоративном строительстве // В кн. Мелиорация переувлажненных земель, ее социально-экономические и экологические последствия. - Мн.: БелНИИМиВХ, 1990, - С.70-72.

34. Methods and Techniques of Wetland Reclamation in Buelorussia // Wetland Ecology and Management; Case Studies. -Klumer Publishers, Netherland, 1990, p.47-49.

35. Фильтрующий элемент / Авт.свид.К 1599049, МКИ Е02 Ь 11/00, 1991 (Соавторы А.П.Майорчик, И.М.Шаталов)

36. Оптимизация получения фильтрующих материалов из полимерных волокон методом математического планирования // . В кн. Мелиорация переувлажненных земель. - Т.XL, Мн.: БелНИИМиВХ, 1992, - С.197-204 (Соавторы Березовский Н.И., Шаталов И.М.)

РЕЗЮМЕ КЛИМКОВ ВАСИЛИИ ТИХОНОВИЧ

Совершенствование конструкций мелиоративных систем на основе полимерных материалов

Ключевые слова: горизонтальный дренаж, полимеры, алгоритм поиска материала, несовершенство водоприемной поверхности, гидравлические расчеты, методы испытаний, технология строительства .

Объект исследования - мелиоративные конструкции из полимерных материалов

Цель работы - научное обоснование технического прогресса^ в мелиоративном строительстве на основе конструкций из пластмасс .

Метод исследования и аппаратура - теоретические разработки, лабораторные и полевые исследования по стандартным и оригинальным методикам на серийном и единичном оборудовании.

Полученные результаты и их новизна - увеличение обоснованности проектных решений, повышение надежности и снижение трудоемкости испытаний и строительства мелиоративных систем, достигаемое применением:

- новых формул расчета дренажа, учитывающих несовершенство их водоприемной поверхности;

- новых методик испытаний водоприемной способности дренажа и водопровцдимости фильтрационных материалов;

- новых формул расчета пропускной способности спирально-навитых дренажных труб и трубопроводов из керамических труб с пластмассовыми деталями;

- новых положений и расчетных формул для конструирования дренажных трубопроводов;

- новой конструкции спиральионавитых дренажных труб из поливинилхлорида и оборудования для их изготовления;

- комплекта пластмассовых соединительных деталей для монтажа дренажных систем;

- предложений по совершенствованию технологии строительства дренажа траншейный и бестраншейным способом.

- 34 -

По теме диссертации получено 10 авторских свидетельств и один патент на изобретения.

Степень использования - основные результаты исследований использованы при составлении восьми нормативно-технических документов и применяются в практике проектирования,' испытаний и строительства мелиоративных систем. Отдельные положения и конструкции перспективны для использования в будущем.

Область применения - системы сельскохозяйственного дренажа гумядной зоны.

Р Э 3 Ю М Е КЛ1МК0У ВАСIЛь ЦIХАНАВIЧ

Удасканаленне канструкцый мел1ярацыйних с1стэы на аснове пал1мерных матэрыялау

Ключавыя словы гарызантальны дранаж, пал1меры, алгарытм пошука матэрыяла, недасканаласць водапрыймальнай паверхн!, Г1драул1чныя разл1к1, метады вылрабаванняу, тэхналог1я буда-ун¡цтва.

Аб'ект даследванняу - мел1ярацыйные канструкцьй з пал1-мериых матэрыялау.

Мэта працы - навуковае абрунтаванне тэхн1чнага прагресу у мел1ярацыйным будаун1цтве на аснове пластыасавых канструкцый.

Метад даследванняу 1 апаратура - тэарэтычныя распрацоук1; лабараторныя 1 палявыя даследванн! па стандартных 1 арыг1наль-них методиках на серийный 1 адз^нкавым абсталяванн1.

Атрыманыя вын1к1 I IX навгзна - паляпаэнне абгрунтава-насц! праектных рашэнняу, повышение надзейнасц! 1 зн1жэнне працаемкасц1 вылрабаванняу 1 будаун1цтва мелгярацыйных С1Стэм за кошт выкарыстання:

- новых формул разл1кау дранажа, як1я ул1чваюць недасканаласць ¿х водапрыймальнай паверхн1;

- новых методик вылрабаванняу водапрыймальнай здольнасц! дранажа I водаправоднасц1 фХльтрацыйных матэрыялау;

- новых .формул раэлгку прапускной здольнасц! сп1ральна-накручаных дранажных труб I трубапровадау з ганчарных труб у спалучзнн1 з пластмасавцм! дзталям1;

- новых палажзнняу 1 разл!ховых формул для канструявання дранажных трубапровадау;

- ногяй канструкцьп сп!ральнанакручаных дранажных труб з пол!в1н1лхларыду 1 абсталявання для 1х вырабу;

- камплекта пластмасавых злучальных дэталяу для манталу дранажных с1стэм;

- прапаноу па удасканчленшо тэхналогН будаун1цтва дранажа транязйным 1 бестранвзйнык способам.

Па тэие дысзртаци! атрымана 10 вутарск!х пасведчанниу 1

- 36 -

адз1н патэит на вынаходнхцтвы.

Ступень викарыстання - галоуныя вын!к1 даследаванняу вы-карыстаны пры складанн1 васьи! нарматыуна-тэхн{чных дакуиентау 1 ужываюцца у практыцы праектавання, выпрабаванняу 1 буда-ун!цтва пел!ярацыйных схстэы. Асобныя палажзнн! 1 канструк-цы1 иаюць перспективу для викарыстання у будучьш.

Вобласць викарыстання - с1стэмы сельскагаспадарчага дра-нажа гун1днай зоны.

SUMMARY

KLIMKOV V.T.

Improvement of Drainage Constructions Based on Polymer Materials

Key words: horizontal drainage, polymer, material search algorithm, imperfection of waterintake surface, hydrological calculations, test methods, building engineering.

Object of research - drainage constructions made from polymer materials.

Subject of the thesis - scientific ground of technical progress in reclamation construction based on plastic constructions .

Method of research and equipment - technical elaboration" laboratory and field tests using standart and original methods with serial and unique equipment.

Received results and innovation - grounds for project decisions and reliability will be increased as well as hard work at examination and construction of drainage systems will de decreased with the help of following:

- drainage calculation new formulae taking into account imperfection of waterintake surface;

- new test methods for drainage waterintake capability as well as water conductivity of filtering materials;

- new formulae taking for calculation of helicaly-winded drain pipes capacity and pipelines composed of tile pipes with plastic parts;

- new conditions and calculation formulae for drain pipelines design;

- new construction of helicaly-winded drain pipes made of polyvinyl chloride and equipment for manufacturing the same;

- set of plastic connectors for assembly of drainage systems;

- proposals for drainage construction technology improvements, using trench or trenchless method.

Ten author's certificates and one patent for invention

- 38 -

have been granted on the theme of a thesis.

Extent of utilization - the main results of the researches have been used as a basis for elaboration of 8 standart-technical documents and are used at designing, tests and construction of drainage systems. Some conditions and constructions will be worth-while in the future.

Sphere of utilization - agricultural drainage systems in humid areas.

Подписано в печать 12,04.86г. Формат 60x84 1/16. Уч.-из*, л.2,0. Заказ 22. Тирах 120 экз. Бесплатно.

Отпечатано на ротапринте Белорусского научно-исследовательского института мелиорации и луговодстсл. 220040, г.Минск, ул.Н.Богдановича, 153.