автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Исследование вопросов подготовки оснований и технико-экономический анализ гидротехнических сооружений в условиях просадочных грунтов

ГОСКОНЦЕРН „ВОДСТРОЙ"

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ИЗЫСКАНИЯМ, ИССЛЕДОВАНИЯМ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ И МЕЛИОРАТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ СССР И ЗА РУБЕЖОМ ПО „СОВИНТЕРВОД"

На правах рукописи

АРИЕЛЬ РАФАИЛ СОЛОМОНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ПОДГОТОВКИ ОСНОВАНИЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ

Специальность: 05.23.07. Гидротехническое и мелиоративное

строительство

ДИССЕРТАЦИЯ

в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА, 1991

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОБЪЕДИНЕНИИ ПО ИЗЫСКАНИЯМ, ИССЛЕДОВАНИЯМ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ В СССР И ЗА РУБЕЖОМ "СОВИНТЕРВОД »

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор М.Ю.АБЕЛЕВ доктор технических наук, профессор И.С.РУМЯНЦЕВ

Ведущая организация: Всесоюзное проектно-изыска— тельское и научно-исследовательское объединение

"Союзводпроект Госконцерна Водстрой".

Защита состоится " 'У ' 1992г. в ¿^час.

на заседании специализированного совета Д099.08.01 в ПО "Совинтервод" (129344, г. Москва, ул. Енисейская, д. 2). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке производственного объединения "Совинтервод". .

Автореферат разослан у " 1991 года.

^ 7

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук

Н.С. ЗУБКОВА

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ТДпЛ '

.с.',ртац',::1 i

" " Актуальность проблемы. Задача дальнейшего развития работ по мелиорации земель выдвигает необходимость освоения массивов, находящихся в весьма сложных природных, в первую очередь, инженерно—геологических и гидрогеологических условиях. На новых территориях приходится возводить насосные станции с подъемом воды на десятки метров, высоконапорные плотины и насыпи, многокилометровые каналы и сооружения на них: тоннели, дюкеры, акведуки, трубопроводы с расходами воды десятки кубометров. До четверти осваиваемых в последние годы земель сложено просадочны-ми грунтами, что составляет почти 1 млн.га. В этих сложных условиях строительства возрастает опасность нарушения нормальной работы и снижается надежность оросительных систем и сооружений. Одновременно при освоении новых, как правило, неудобных высокогорных плато и предгорий, на оросительной системе увеличивается число сооружений различного назначения, в том числе гидросооружений на пересечениях каналами естественных понижений местности (балки, овраги, реки), а также искусственных (каналы, дороги, насыпи).

Цель работы. Число гидротехнических сооружений на соврекенной мелиоративной системе достаточно велико и колеблется от 200 до 400 шт. на 1000 га. Количество особо крупных и наиболее ответственных сооружений не более 0,5% общего числа гидросооружений, однако их стоимость составляет '50-70% затрат на строительство оросительных систем. Именно к этой группе относятся сооружений на пересечениях, строящиеся на магистральных каналах и главшейших распределителях.

Учитывая ответственность и высокую стоимость дюкеров и акведуков были поставлены цели: изучить природную обстановку на пересечениях; исследовать методы подготовки оснований гидротехнических сооружений на просадочных грунтах в условиях пересеченного рельефа; проанализировать технико-экономические показатели наиболее представительных из названных типов гидросооружений.

Научная новизна. До настоящего времени вопросы подготовки оснований сооружений на пересечениях в условиях сильнопросадочных грунтов и выбора их типа не получили достаточно полного отражения как в технической литературе, так и в действовавших ранее или действующих нормативных документах — инструкциях по проектированию оросительных систем на просадочных грунтах - ВСН 4-66; ВСН-П-23-75, ВСН 33-2.2.06-86 Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР, а также строительных нормах и правилах.

Для успешного решения поставленных целей и выбора наиболее экономичного варианта гидротехнического сооружения на пересечении на основе методики системного подхода, ориентирующего на анализ каждой проблемы во всей ее полноте и всех взаимосвязях, разработаны рекомендации по методам подготовки оснований гидротехнических сооружении на сильнопросадочных грунтах в условиях пересоченного рельефа, предложена классификация природной обстановки на пересечениях; проведен сравнительный анализ технико-экономических показателей сооружений двух типов - дюкер и акведук.

Практическая ценность. Результаты исследований и рекомендации могут быть использованы при производстве изысканий, проектировании и строительстве мелиоративных объектов в условиях республик Средней Азии, Закавказья, Юга РСФСР, Украины и Молдовы ССР, где просадочные грунты имеют весьма широкое распространение. Ряд предложений автора, разработанных на основании проведенных исследований, включался в ведомственные инструкции но проектированию оросительных систем на просадочных грунтах -ВСН-Г1-23-75 Минводхоза СССР, ВСН 4-6П, Минводхоза СССР, а также получил отражение в ВСН 33-2.2,06-86.

Реализация работы в производстве. Разработанные рекомендации, полученные в результате исследований, внедрены при строительстве 1961-1968 гг. крупнейшего объекта орошения земель Яванской и Обикиикской долин в Таджикистане, общей площадью свыше 57 тыс.га, в изысканиях! проектировании и строительство которого автор принимал непосредственное участие. Кроме того, результаты исследований были также неоднократно использованы автором при экспертизах проектов мелиоративных объектов юга РСФСР,

Таджикистана и Узбекистана (в Минводхозах СССР, РСФСР и Таджикистана).

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Всесоюзном совещании по методике инженерно-геологического и гидрогеологического обоснования ирригационных систем на лессовых территориях (Киев, 1966); на научно-технических конференциях МГМИ (Москва, 1966, 1967, 1970 гг.); на научно-технической конференции молодых мелиораторов МГМИ, ВНИИГиМ и Гипроводхоза (Москва, 1968); на межведомственном совещании комисии по мелиоративной геологии и грунтоведению, проведенном во ВНИИ-ГиМе (Москва, 1976) (отделение геологии, геофизики, геохимии, научный совет по инженерной геологии и грунтоведения ЛН СССР), на 6-й международной конференции по проблемам набухающих грунтов, Нью-Дели, Индия, 1987 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ.

На защиту выносятся результаты полевых экспериментально-производственных исследований различных типов лессовых просадочных грунтов в условиях Таджикистана, Молдовы, произведенные для обоснования методов подготовки надежных оснований гидротехнических сооружений, а также разработанная классификация природных условий пересекаемых сооружениями понижений рельефа с целью выбора оптимального варианта гидротехнического сооружения на пересечении на оснсве технико-экономического сравнения наиболее часто используемых типов.

Содержание работы

Основные этапы работы: разработка методов подготовки оснований зданий на просадочных грунтах, разработка вопросов подготовки оснований гидросооружений на пересечениях, систематически увлажняющих свои основания на таких грунтах; классификация природных условий пересечений в условиях лессовых грунтов и на этой основе при технико-экономическом сравнении выбор оптимального варианта гидро-

|

сооружения на пересечении, как одного из самых дорогостоящих и ответственных элементов мелиоративной системы.

Проектирование и строительство сооружений на просадоч-ных грунтах. Эти проблемы стали объектом изучения науки и инженерной практики к началу 30-х годов, когда развернулось интенсивное строительство. Тогда же были осуществлены первые разработки рекомендаций для строительства в условиях просадочных грунтов. Развитие современной науки нельзя представить себе без трудов Е. А.3амарина, А.А.Аничкова, С.В.Быстрова, В.С.Гвоздева, B.C. Веселого, М. М. Решеткина, Г.В. Яковкина.

Весомый вклад в дело развития науки и практики строительства на лессовых грунтах внесли: А.Н. Аскоченский, Ю.М. Абелев, М.Ю.Абелев, В. П. Ананьев, Л. Г. Балаев, М.Н.Гольдштейн, Н.Я.Денисов, А.М.Дранников, А.АЖириллов, И. И. Кпигер, В. И. Крутов, А. К. Ларионов, Г\М,Ломизе,

И.М.Литвинов, Г.А.Мавлянов, С.Н.Максимов, В.Н. Маслов, С.С.Савватеев, E.H. Сквалецкий, Р.А.Токарь, Н.Н.Фролов, С.М. Юсупова и другие исследователи и ученые, другие исследователи и ученые.

Лессовые грунты занимают значительные площади на планете в целом (до 9,3% обшей территории суши), и несколько больший процент в нашей стране - до 14% ее континентальной поверхности.

Деформации лессовых оснований различных сооружений отличаются продолжительностью, неравномерностью, весьма значительными, иногда исключительными величинами, необычайностью и разнообразием форм. Недоучет таких деформаций наносит значительный ущерб народному хозяйству в различных его отраслях, а их предупреждение требует значительных капитальных вложений. По имеющимся данным удорожание только гражданского строительства составляет пе менее 25%. Размах и интенсивность строительства не только не снижает, но и увеличивает актуальность задачи изучения особенностей возведения и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых просадочных грунтах, резко изменяющих несущую способность при увлажнении без увеличения нагрузки на основание. Особую важность приобретает этот

вопрос для гидромелиоративного строительства, неотъемлемой частью которого является транспортирование и распределение воды на плошадях значительной величины. Свыше 150 кубокилометров воды забирается из водоисточников для целей мелиорации земель, причем до половины этого количества теряе^я при транспортировке, ухудшая гидрогеолого-мслиоративную обстановку целых районов. Но не все особенности строительства гидротехнических сооружений изучены достаточно подробно и полно. Обзор литературных данных, обширных материалов проектных и изыскательских работ показывает, что вопросы особенностей возведения таких гидросооружений как дюкеры и акведуки не получили необходимого для целей практики освещения в важнейших нормативных документах, как отраслевых, в мелиорации в водном хозяйстве, так и общесоюзных. Стоимостные показатели этих сооружений весьма велики, работа их протекает в условиях крайне сложной природной обстановки, еще более затрудненных при строительстве и эксплуатации на территориях, сложенных лессовыми просадочными грунтам«.

Используя уже имеющийся опыт и материалы многих известных работ была намечена программа исследований особенностей выбора типа и подготовки оснований гидросооружений на пересечениях в условиях мощных толщ сильнопро-садочных грунтов.

Полевые экспериментальные исследования лессовых грунтов в натурных условиях Таджикистана и Молдовы. На первом этапе в Таджикистане (Яванский массив) изучались вопросы эффективности замачивания лессовых грунтов с устройством скважин (колодцев-фильтров), деформации грунта, их развитие во времени, а также основные элементы производства работ (размеры валиков ограждения, расходы и напоры воды и т.п.).

Определение количества воды для предварительного замачивания лессовых грунтов Явано-Обикиикского массива, производилось по весьма простой зависимости:

а = к • F -Н ( 0.8-П - Уск w) (1)

где Р - коэффициент потерь воды и неравномерности про-мачивания.

В этой формуле величина учитывается, как плошадь зеркала, увеличенного в стороны для учета растекания, в свою очередь определяющегося непосредственными опытами на конкретном объекте.

Проведенный многомесячный эксперимент подтвердил с достаточной точностью справедливость предложенной формулы. (Расхождение в пределах 5%). Предварительное замачивание вызвало увеличенную, против ранее определенной расчетом, величину деформаций грунта (1,64-1,66 м против

1,10-1,25 м). Дополнительно проведенное замачивание участков территории между ранее замоченными котлованами привело к образованию трешин в подсохших котлованах. Это подчеркивает необходимость дополнительного детального изу чения характера и особенностей просадочных деформаций лессовых грунтов в натурных условиях отдельных объектов.

Наши исследования подтвердили необходимость периодической очистки котлованов замачивания от закольматировав-шегося слоя (не реже 1 раза в 25-30 дней). Устройство скважин для замачивания дает изменение в сроках производства работ (30-40 дней вместо 65-76), но существенно увеличивает стоимость работ, в связи с чем этот метод требует специального технико-экономического обоснования.

Для сравнения полученных данных был проведен опыт по длительному замачиванию двух опытных котлованов на территории Молдовы. Основное отличие лессовых грунтов этого района от среднеазиатских в том, что мощность лессовой толщи здесь значительно меньше (13-18 м), а грунты имеют более высокую природную влажность, достигающую 16-18, а иногда 20-21% при пористости, заметно снижающейся с глубиной от 50(42) до 5%. В котловане (К? 2) после замачивания, продолжавшегося более 3 месяцев, было восстановлено природное давление, а затем создана дополнительная нагрузка возведением насыпи высотой до 3,5 м. Замачивание ее основания через оставленные дренирующие устройства - продолжалось еще свыше месяца. Этот опыт

позволил установить, что абсолютные величины просадочных деформаций лессовых грунтов Южно-молдавского региона существенно меньше деформаций лессов районов Средней Азии. В этих условиях возможно устройство котлованов со сторонами меньше мощности просадочной толщи (0,6-0,7К.пр). Однако и на таких грунтах при строительстве сооружений могут возникнуть значительные неравномерные осадки.

При эксплуатации сооружений в исследуемом районе Молдовы учет послепросадочных деформаций, ввиду их незначительных для практики значений, возможен только в специальных особо сложных случаях. При расчетах деформации грунта, величины которых хорошо согласуются по данным опыта с прогнозируемым, необходимо учитывать реальные величины увлажнения лессового массива на глубине под сооружением. При этом возможно использовать известную зависимость предложенную Л.Г.Балаевым:

, У/к - \А/ т| п

= —-—- • <¿pw

\Л( шах - ипчп ^2)

Экспериментальные исследования замачивания сильно-просадочных лессовых грунтов в основаниях крупных гидротехнических сооружений на пересечениях и изучение способов подготовки оснований их опор. В поставленных опытах на участке Лойкасая исследовались характер развития просадочных деформаций при замачивании грунтов в условиях пересеченного рельефа, продвижение фронта увлажнения под сооружением при длительном полугодовом замачивании оснований. На опытном участке - отрезке магистрального канала обшей протяженностью около 18 км, было расположено 9 крупных гидросооружений, в том числе 6 дюкеров. (Суммарная длина всех сооружений на этом участке - 9,4 км, а их общая стоимость около 2,5 млн.рублей). Участок исследований по геологическим условиям относительно однороден и сложен мощной толщей типичного лесса, сухого макропористого с включениями карбонатов. Русло Лойкасая в месте

пересечения каналом задерновано и выположено, постоянный поток отсутствует. Металлический трубопровод дюкера длиной 1200 м из двух нитей диаметром 1,8 м, размешен на 8 крупных анкерных опорах, с величинами дополнительного давления на грунт до 2 кгс/'см^, а также на 80 легких промежуточных опорах.

Опытные работы проводились на участках подготовки оснований входного и выходного оголовков сооружения, а также четырех анкерных опор (КчКо 3,4,5 и 8).

Предварительному замачиванию подвергались все основания анкерных опор и оголовков, как наиболее ответственных элементов дюкера. Основания промежуточных опор не замачивались, т.к. их увлажнение в эксплуатационный период могло произойти только в результате аварии.

Замачивание грунта осуществлялось без устройства скважин, которые могли бы создать опасность прорывов на элементах пересеченного рельефа. Динамика лродвиженния фронта увлажнения в основании входного оголовка представлена на рис. 1.

Расчеты деформации лессового основания анкерной опоры j\g 5, подтвердили ранее сделанные прогнозы.

По окончании замачивания грунт в основании опор дюкера уплотнялся тяжелой трамбовкой на глубину до 1,8-2,0 м. Над утрамбованным слоем устраивалась грунтовая подушка толщиной до 2,3-2,5 м. Грунт основания после этого был также испытан в лабораторных условиях. Эти исследования и расчеты остаточных деформаций грунта показали, что при-менонио рекомендованных методов дало требуемые результаты и прогнозируемая осадка опор снизилась до 14—15 см. на всех опытных участках замачивания. Таким образом, разработанные и рекомендованные методы подготовки оснований опор сооружения, расположенного на сильнопросадочных грунтах, оказались достаточными, чтобы изменить характеристики лессового основания, до минимума снизив ого просадоч-ные свойства.

Для сравнения различных методов подготовки оснований, оценки абсолютных величин деформаций и характера работы элементов гидротехнических сооружений на грунтовых осно—

¿/sAfeHe/fi/e /¡лаасяос/тп/ e/jy/z/na: oc/fotfars/t/c/ входного ого/ю^а. Дюкер -caá

\ 1

/

< /

\ \ /

— / \

1 \

!l¡¡ \ 1

\ / ¡

/ 1 V

! ! / /

4 7ñf

rü" f

( \

\ N

/

( 1 : j_

л\

. : 1 % i

Afat//SSSé -usypY>S3/S ¿//•osó /SSGe-CA'S SS2Û Cfrmops №66*. -cxSsste * t

<1 )

1 S

i

/

/

. W/> S,

'Ааэгсяость

Pac.í

ваниях (сильнопросадочные лессы юга среднеазиатского района) на одном из магистральных каналов (зональном Р-2) при пересечении им русла сая Кайнарбулак оголовки дюкера в 1966-67 гг. были устроены на разных основаниях. Входной оголовок был возведен на грунтовой по^шке без предварительного замачивания, выходной оголовок на основании, которое было подвергнуто предварительному замачиванию. Эксплуатация объекта (пуск воды) началась в 1968 г.

По результатам контрольных измерений деформаций оголовков дюкера на канале Р-2 в 1971-73 гг. было установлено, что разница их абсолютных величин незначительна и опасности для нормальной эксплуатации сооружения не представляет. Однако при устройстве грунтовой подушки картина увлажнения грунта основания под оголовком ниже подушки в период эксплуатации резко отлична от характера увлажнения при изменении свойств основания путем опытного предварительного замачивания. Оценка характера протекания деформации при возведении оголовков сооружения на различно подготовленных основаниях показывает, что величина деформации оголовка при устройстве грунтовой подушки и последующем увлажнении основания (в период эксплуатации) может достичь величин 18-40 см. При использовании метода предварительного замачивания ока составляет уже 63108 см. (максимальные величины относятся к случаю полного водонасышения просадочной толщи). Однако деформации, полученные при предварительном замачивании, хотя они и больше по абсолютной величине, произойдут до строительства сооружения и восприниматься им не будут, деформации же на грунтовой подушке будут восприниматься построенным и эксплуатируемым сооружением, что менее целесообразно. Следовательно для крупных и ответственных сооружений использование комбинированных методов, т.е. сочетание длительного предварительного замачивания с уплотнением верхних слоев, следует считать наиболее рациональным.

Классификация природных условий пересечений.

Природная обстановка объекта строительства является важнейшей предпосылкой для определения типа сооружения, его конструктивных особенностей, методов производства

работ и в конечном итоге стоимости его возведения, а также специфики и характера эксплуатации.

Деформации гидротехнических сооружений, непрерывно или периодически (оросительные системы), увлажняющих свое основание, особенно опасны и продолжительны при эксплуатации таких сооружений на сильнодеформирующихся лессовых грунтах. Эта опасность уменьшается, если основания сооружений подготовлены предварительными мероприятиями. Основание для таких выводов дают наблюдения за деформациями некоторых гидросооружений, эксплуатируемых в среднеазиатском регионе. Данные длительных (15—25 летних) наблюдений за работой сооружений на порно-станционных узлов (НСУ) гидроэлектрических станций: Перепадной и Варзоб-екои-2 в Таджикистане и Фархадской - в Узбекистане свидетельствуют о непрекращающихся перемещениях ПСУ ГЭС, которые эксплуатируются с 194!) г. (Варзобская ГЭС-2) и 1958 г. (порепадная ГЭС) (рис.2*. Весьма значительная разница абсолютных величин деформации НСУ объясняется тем, что узел Варзоб-ГЭС-2 был возведен без каких-либо подготовительных мероприятий. Основание его - мощная 22-метровая толша лессового среднепросадочного грунта. Через 7-10 лет эксплуатации отдельные элементы НСУ претерпели деформации свыше 1 м, что привело к необходимости наращивания стенок сооружения. НОУ Перепадной ГЭС был сооружен на предварительно замоченном основании, и его деформации имели менее значительную величину. Но ведущиеся наблюдения показывают, что они продолжаются, как и на Варзобской ГЭС.

Очень важную роль в развитии деформаций гидросооружений играют легкорастворимые соли грунтовых оснований. За период эксплуатации, с 1940 по 1970 г. из основания Фархадской ГЭС было вымыто более 4000 т солей, что обусловило различные деформации частей НСУ. Нше в более сложных условиях эксплуатации находятся сооружения на пересечениях, своими элементами связывающие части ирригационных каналов, размещающихся на берегах русел. Поверхность осваиваемых в настоящее время для цел011 орошения предгорий и межгорных впадин изрезана долинами рек

и оврагов, которые часто представляют глубокие эрозионные врезы. Геологические условия осложняются наличием широко развитых мощных толщ сильнопросадочных лессовых грунтов. Одновременно здесь почти нот близко расположенных горизонтов грунтовых вод, что объясняет пониженную влажность этих массивов. В общем виде на пересечении можно рассмотреть пять участков, последовательно размешенных по направлению движения воды в сооружении:

участок возведения входного оголовка и соединения сооружения с каналом; сдесь могут быть размешены и первые анкерные опоры (берег);

участок строительства наклонной опускающейся части узла и его опор на склоне (анкерные и промежуточные);

участок возведения горизонтальной средней части сооружения и его опор-переход русловой части - тальвега;

участок строительства наклонной поднимающейся ветви сооружения и опор его на втором склоне;

участок возведения выходного оголовка на береговой части.

Возможная схематизация природных условий на участках и рекомендуемые инженерные мероприятия приведены на рис.3.

Считая анализ инженерно-геологических условий отдельной и самостоятельной задачей, можно выделить следующие классификационные признаки пересечений с точки зрения возведения на них инженерных сооружений:

инженерно-геологические и гидрогеологические условия; геоморфологические или топографические характеристики русла: глубина, ширина, крутизна (нарушенность) склонов; гидрологический режим водотока в русле; сейсмичность района строительства; опасность воздействия селевых потоков; хозяйственная деятельность человека.

На основании анализа материалов различных исследований с учетом накопленного опыта автором предложены следующие классификационные признаки природной обстановки для выбора оптимального варианта сооружения на пересечении (табл.1).

Таблица 1

Природные условия пересечений

Дюкер

Акведук

1. Топографи- Глубина, м ческие условия

Крутизна

Нарушения

малые - до 10

средние - до 25

глубина более 25 узкие до 50

средние 50-200

широкие более 200 до 30° (пологие)

более 30° (крутые) отсутствуют

средние сильные

Предпочтительнее

По результатам технико-экономического анализа

Предпочтительнее -

- Целесообразнее

По результатам технико-экономического анализа

Предпочтительнее -

По результатам технико-экономических исследований

- Предпочтительнее

По результатам анализа Предпочтительнее -

Природные условия пересечений

2. Гидрологический режим постоянный

водотока периодический

отсутствует

3. Сейсмичность района 7-9 баллов

строительства

4. Опасность воздействия селевых потоков на сооружение

5. Хозяйственная деятельность человека

СП

Продолжение табл. 1

Дюкер

Акведук

Под руслом трубо- -провод предпочтительнее

По результатам анализа

— Предпочти-

тельнее

Целесообразнее Высота опор без эстакады ограничена

20-25 м

При устройстве -

трубопровода под руслом целесообразнее

Ликвидация последствий неправильной деятельности

В целом, учитывая опасный характер просадочиых и чрезвычайную длительность послепросааочных деформаций гидросооружений на лессовых грунтах, сложность геолого-гидрологической обстановки на пересечениях, необходимо избрать тип сооружения, наиболее соответствующий требованиям природной обстановки. В свя-зи с этим, комплекс мероприятий для отдельных участков (берега, склоны, тальвег) по улучшению (закрепление, уплотнение или др. изменения) строительных свойств природного основания должен разрабатываться строго дифференцированно.

Основные принципы выбора оптимального варианта гидротехнического сооружения на пересечении на основании технико-экономического сравнения акведуков и дюкеров. Анализ .построенных сооружений, которые успешно эксплуатируются многие годы, показывает, что для объектов строительства мелиоративного назначения в районах, где широко развиты лессовые просадочные грунты, наиболее частое решение при возведении сооружений на пересечении находит дюкер ((35-70% случаев), затем акведук (25-30%), значительно реже насыпи или другие сооружения (5%). В чпин-ципе возможны также варианты комплексных решений, включающих элементы сооружений различных типов: дюкер с пересечением русловой части на эстакаде; акведук с -подходами к руслу в виде насыпей; обход естественного препятствия каналом на косогоре и т.п. Сооружение избранного типа, кроме учета местных условий, должно в максимально возможной мере учитывать возникающие в процессе его эксплуатации взаимные связзи и взаимное воздействие - природных и искусственно созданных факторов, накладывающихся на уже установившийся природный режим водотока.

Строительство и эксплуатация напорного трубопровода дюкера сложнее, чем безнапорного лотка акведука, исключая случаи сейсмического воздействия и мошную солодея— тольность русла. При сравнении вариантов приходится учитывать большое количество естественных факторов: перепад напоров, возможности стеснения пересекаемого водотока ; глубину, ширину и характер склонов (крутизну и нарушения берегов). Сюда же следует отнести и фалторы инженерно-

технического и технико-экономического сравнения, в том числе наличие дорогостоящих привозных материалов • и использование местных*, возможности индустриализации и механизации строительных работ; трудоемкость проведения изыскательских работ и проектирования, а также особенности эксплуатации будущего сооружения, включая режим его работы, возможности ремонта и профилактического осмотра и даже квалификацию обслуживающего персонала.

Доя разработки рекомендаций по выбору типа гидроузла на пересечении были собраны и подвергнуты исследованию основные технико-экономические данные ряда объектов мелиорации в Таджикистане. В проведенных расчетах использованы показатели только тех сооружений и систем, где были проведены достаточно подробные инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания. При этом учитывалась качественная разработка проектов сооружений и проведение обоснованных расчетов их стоимости, оправдавших себя при строительстве. Таким образом, при накоплении фактического материала первоочередное внимание было уделено не простому увеличению статистических данных и количества объектов, а тщательному отбору показателей по надежно эксплуатируемым сооружениям. Поэтому из собранных более чем 500 данных различных проектов были отобраны показатели цо 15-20 объектам, сооружения которых обследованы в натуре.

Природные условия наиболее детально рассмотренных объектов (Рохатинский массив, урочише Ляур", канал Танап-чи и Сельбурское водохранилище, плато Уртабоз и Гараутин-ский массив) - в инженерно-геологическом и гидрогеологическом плане весьма близки. Они располагаются на лессовых просадочных грунтах с мощностью толщи от 5 до 40 м, имеющих невысокую'естественную влажность (3-9%) -пористость в пределах 46-53%. Величина просадочных деформаций прогнозировалась от 0,5 м до 1,5 при природном давлении. В качестве предупредительных мероприятий рекомендовалось применение метода предварительного замачивания со сроками в пределах 1-1,5 мес. Особо крупных и тяжелых гидросооружений на этих объектах практически- не строилось.

Сводная таблица технико-экономических показателей различных объектов

Таблица 2

V» п. п. Тип проекта или объект Наименование сооружений Пропускная способность сооружения, мЗ/с Потери напора, м Характеристика пересечения (по сооружению) Полная сметная стоимость тыс.руб. Организация, автор проекта

ширина (длина сооружений ),м глубина (статич. напор),м

1. Типовые проекты Акведуки 0,6-10,0 0,8 60 5 0,7-6,4 Союзгипро-

гидросооружений Дюкеры 0,2-5,0 0,1 24 5 0,3-2,6 водхоз

2. Проекты сооруже- Акведуки 11,0-48,5 0,4-0,9 30-103 10 18,7-78,0 Союзгипро-

ний для повторно- водхоз

го применения Дюкеры 6,0-90,6 0,3-7,0 32-2432 10-76

3. Явано-Обикиикская Акведуки 11,1-30,6 0,2-0,3 50-190 8-10 36,4-99,5 Союзгипро

оросительная водхоз

система Дюкеры 12,0-30,6 0,2-4,9 38-1186 10-75 49,4-583, 7

4. Массивы орошения юга Таджикистана

Акведуки 2,7-14,3 0,2-0,5 40-80 5-7 8,2-18,0 Таджик-

гипро-

Дюкеры 2,2-70,0 0,4-2,8 18-486 3-42 2,0-119,4 водхоз

При исследовании технико-экономических показателей были использованы данные типовых проектов и проектов сооружений, рекомендуемых для повторного применения. Эти сооружения отличаются весьма большими величинами транспортируемых расходов, протяженности и стоимости. Показатели всех анализируемых сооружений показаны в табл.2.

Для сравнения технико-экономических данных по различным типам сооружений на пересечениях рассчитана осред-ненная величина, которая позволила оценить стоимостные преимущества каждого из вариантов. В качестве единицы сравнения принята стоимость сооружения в пересчете на 1 м^/с пропускной способности при единичной длине (1 пог.м) сооружения. Нанесенные на поле графика результаты - рис. 4 Дальнейшие расчеты и операции сравнения полученных единичных стоимостей проведены с помощью аппарата математической статистики (табл.3).

Таблица 3

Интервал Середина интервала Частота 4 Х-А Х-А Х-А | 1 Х-А)? Примечание

L 1

10-20 15 з - -20 -2 -6 12 1 - 10

20-30 25 12 - 10 -1 -12 12

30-40 35 5 0 0 0 0 к - 35

40-50 45 1 10 1 Г 1 -

50-60 55 3 20 2 6 12

Итог о 24 _ _ -11 37

Произведя необходимые операции, получим величины:" Средняя единичная стоимость для акведуков - X = 30,3 руб/пог. м/м^/с; дисперсия: = 11,5; коэффициент вариации: V = 38%. Аналогичные расчеты были проведены для дюкеров (табл.4).

Таблица 4

Интер- Середина интервала 11 ,':С1 < Х-А Х-Л л-А 1 Х-Л fi При-

вал та 4 L } 1 U, ? мечание

10-2 15 1 -40 -4 -4 16 L =10

20-30 25 6 .-30 -3 - ■18 54 \ -55

30-40 35 14 -20 -2 - ■28 56

40-50 45 8 -10 -1 -8 8

50-60 55 5 0 0 0 0

60-70 65 4 10 1 4 4

70-80 75 5 20 2 10 20

80-90 85 5 30 3 15 45

90-100 95 2 40 4 8 32

Итого: _ 50 21 2 35

После производства расчётов были получены следующие данные:

средняя единичная стоимость - X =50,8 руб/пог.м/м с; дисперсия (о =21,3; коэффициент вариации V = 42%.

Все расчеты, показали, что единичная стоимость дюкера относитапыю выше, чем акведука, (рис.4). Сооружение дюкера по среднестатистическим данным исследования оказывается выше по стоимости, чем возведение акведука на величину 60-70%. Это существенное расхождение заставляет сделать вывод, что стоимостные показатели, как и тип сооружения, в этом аспекте проблемы являются функционально зависимыми от природной обстановки. Проведенное изучение технико-экономических показателей подтверждает ранее высказанное положение о ведущей, определяющей роли природной обстановки при выборе варианта сооружения.

При отсутствии или явно недостаточной изученнос/и

местных особенностей участка строительства сооружения, стоимостные показатели вариантов гидроузла на пересечении,' не могут быть определяющими. При детально исследованной природной обстановке можно избрать вариант сооружения на пересечении, а затем определить- его стоимость уже в зависимости от этих условий, 0 1

22

Таким образом, по технико-экономическим показателям сооружение на пересечении в виде акведука является, как правило, более экономичным, а возведение дюкера потребует больших капитальных затрат. Поэтому в сложных природных условиях пересечений необходимо в первую очередь изучить требования природной обстановки, которые она предъявляет к сооружению, а также ее специфические особенности -устойчивость грунтов основания, водоносность потока, опасность селевых явлений, сейсмичность и т.д.

Окончательное решение о выборе варианта, учитывая разнообразие природных и экономико-технологических условий различных мелиоративных объектов может быть принято на основе технико-экономического сравнения вариантов, произведенного после изучения природной обстановки. При сравнении вариантов возможно использовать данные единичных (на 1 м"/с/ 1 пог.м) стоимостей сооружений на пересечениях, полученных автором.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Основным методом ликвидации опасной деформационной способности мощных толш (10-15 м) силыюпросадоч-ных грунтов для гидросооружений на пересечениях возможно считать метод предварительного замачивания, комбинируемый в верхних слоях, где начальное давление невелико, с трамбованием и устройством .грунтовых подушек. Применение других методов необходимо обосновывать технико-экономическими расчетами.

2. Учет послепросадочных деформаций лессовых оснований для южных районов, где развиты типичные маловлажные силыюпросадочные грунты, является обязательным; для других зон (РСФСР - юг; Украина, Молдова) такие расчеты следует проводить только в отдельных случаях строительства особо крупных или ответственных сооружений.

3. Определение количества.воды для производства предварительного замачивания сильнопросадочны\ лессовых грунтов среднеазиатского региона возможно производить по формуле:

тов среднеазиатского региона возможно производить по формуле:

О* = К • F • Н ( 0.6 -п - V/ ) ц)

при этом продолжительность предварительного замачивания определяется по ориентировочной зависимости вида:

_ Н пр • К гр.уел Т^.э — .

К ср (3)

4. При прогнозе просадочных деформаций оснований гидросооружений следует учитывать величину фактического (конечного) увлажнения грунта по глубине под сооружением; при расчете после просадочных деформаций - качественный и количественный состав легкорастворимых солей.

5. При производстве работ по длительному предварительному замачиванию рекомендуется производить систематическую (не реже 1 раза в 25-30 дней) очистку котлованов от слоя кольматации.

6. С целью уточнения величин коэффициентов, не поддающихся точным расчётам, рекомендуется опытно-экспериментальные работы по предварительному замачиванию проводить в каждом в определенном для этой цели геолого-гидрологическом районе.

7. При выборе типа гидротехнического соеружения на пересечении первоочередной задачей является изучение природной обстановки, т.к. именно природные условия играют ведущую, определяющую роль, а показатели стоимости представляются подчиненными, функционально зависимыми.

Избранный тип сооружения на пересечении должен в максимально возможной мере соответствовать требованиям природной обстановки в створе гидроузла.

8. При относительно простых природных условиях пересекаемых русел, т.е. крутых устойчивых склонах, надежных слабодеформируюшихся грунтах оснований, малой водоносности потока (или его отсутствии), низкой сейсмичности,

малой опасности селевых явлений, возведение акведуков не только технически оправдано, но и экономически выгодно.

9. При пересечении каналами широких (более 200 м) или весьма глубоких (более 20-25 м) неводоносных понижений рельефа и для всех русел, подверженных селевым или другим мощным потокам (ливни, паводки и т.д.) при высокой сейсмичности района (7-9 баллов) сооружение дюкера при заглублении трубопровода ниже дна пересекаемого водотока весьма целесообразно.

10. При отсутствии данных природной обстановки (т.е. при составлении схемы, ГЭД и т.п.) затраты на строительство сооружения на пересечении "С" могут быть определены по зависимости:

с -- а • а ■ Ь

4)

где А - параметр, определяемый по графикам (рис.4). Ц - расход сооружения, мЗ/с; ^ - полная длина его, м;

11. Комплекс мероприятий по улучшению строительных свойств просадочных грунтовых оснований следует разрабатывать и осуществлять дифференцированно для каждого из выделенных элементов пересечений: берег, склоны, тальвег, причем для уменьшения возможных деформаций спльнопроса-дочных лессовых грунтов опоры крупных гидротехшгческих сооружений, создающих значительное дополнительное давление на основание, (анкерные опоры) целесообразно размешать в глубоких (более 10-15 м) выемках.

12. Учитывая возможные величины и продолжительность деформации лессовых грунтов, при конструировании сооружений на пересечениях следует применять специальные усиленные конструкции, выдерживающие неравномерные деформации оснований, при обеспечении максимальной водонепроницаемости швов.

13. Для крупных гидросооружений на пересечениях, построенных на просадочных грунтах, необходимо обеспечить технически совершенную эксплуатацию, включая систематический контроль за деформациями их элементов, предупреж-

дешш аварийного замачивания оснований особенно для участков не подвергавшихся предварительному замачиванию.

Основное содержание доклада опубликовано в следующих работах автора:

1. К вопросу проектирования каналов и гидротехнических сооружений на просадочных грунтах Яванской и Обикиикской долин Таджикской ССР. Сборник научно-технической информации Гипроводхоза, № 2(13). М., 1960.

2. Опыт рабочего проектирования на объекте: "Орошение земель Яванской и Обикиикской долин в Таджикской ССР. Тезисы докладов молодых специалистов водного хозяйства на научно-технической конференции. М., 1962.

3. Проектирование каналов и гидротехнических сооружений на просадочных грунтах. - Известия отделения геолого-химических и технических наук Академии Наук Таджикской ССР. - 1/7, Душанбе, 1962.

4. Опыт предварительного замачивания лессовых грунтов - Гидротехника и мелиорация, К? 4, 1965, (соавт.). УДК 624.151:624.243.

5. Анализ возможных вариантов решения конструкции гидросооружений на пересечениях. - Материалы научной конференции МГМИ, М., 1906.

6. Деформации гидротехнических сооружений на просадочных грунтах. - Материалы всесоюзного совещания по методике инженерно-геологического и гидрогеологического обоснования ирригационных систем на просадочных территориях. Киев, 1966.

7. Строительство каналов в условиях просадочных лессовых косогоров Явано-Обикиикской долины Таджикской ССР. -Материалы всесоюзного совещания..'... Киев, 1966, (соавт.).

8. Ускорение промачивания лессовых грунтов разрыхляющими взрывами. - Энергетическое строительство, № Г (67), М., 1967, (соавт.). УДК 024.131.23:624.138.29.