автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Трубчатый горизонтальный дренаж с искусственными волокнистыми фильтрами-оболочками в сильно разнозернистых песчано-гравийно-галечных грунтах и фильтрующих обсыпках

- украинская акаде2ш аграршх паук институт гадротшю и мелиорации

На правах рукописи

БАБИЙ Александр Иванович • ;

УДК 626.862,91: 624.131

ТРУБЧАТКИ ГОРЛЗОНТАЛЬНЫЙ ДРЕНАЖ С ' .

ИСКУССТВ ЕННаМИ ВОЛОКНИСТЫМИ ШЛЬТРАМИ-СЕОЛОЧЮШИ В СИЛЬНО РАЗНОЗКРНИСШ П0СЧАНО-ГРАВИЙНО-ГА1ЕЧШХ ГРУНТАХ И ФИЛЬТРУЩИХ ОБСЫПКАХ

Специальность 05,23.07- Гидротехническое . и мелиоративное строительство

Автореферат

диссертации на соискание научной степени . ^ кандидата технических наук

Киев - 1994

Диссертационная работа выполнена в Институте АН Украины '

гидромеханики

Официажьные оппоненты:'

- доктор технических наук, .. ет.н.с. Н.Ы.Кризсхий .

- каадвдат технических наук,

ст.н.с. Д.П.Савчук . • ' "

Ведущая организация: Укрводпроект.

Защита состоится ".$0 " №1Р7Ук\ 1994 г. в 10 час. на заседании специализированного ученого совета Д 01.26.01 в Институте гидротехники и мелиорации УААН.

Отзывы и замечания на автореферат в двух экземплярах, заверенные печать», просим присылать по адресу: 252022, г.Киев, уя.Васильковская, 37, ИГЫ УААН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

■ Автореферат разослано я " ФН^Ж А (! 199 4 г.

Ученый секретарь

специализированного ученого совета, кандидат сеаьскохоэ яйствскных наук

Л.М.Фенекко

- 3 -

общая харакгерис1л{а работы

Актуальность работы. Ва-хнейсей народнохозяйственной проблемой всемерного развития агропромыилекнсго комплекса и укрепления экономического потенциала есть мелиоративное к гидротехническое строительство. Одной из составных частей мелиорации и гидротехники является устройство различных типов дреназса, из которых наиболее распространен - горизонтально трубчатый. Усиливающееся внимание к вопросам экономической эффективности мелиоративных и гидротехнических сооружений ставит задачу разработки и создание технически совершенньх осушительных и оросительных систем, важной частью которьх являются новые современные дренажные конструкции, позволяющие наиболее полно управлять воднш режимом дренируемых земель.

Однако мелиоративная практика знает много случаев неудовлетворительной работы дренажа и быстрого (за 3...5 лет) выхода его из строя. Затраты на реконструкцию и восстановление дренатса нередко достигают 50...80 % первоначальной стоимости осушения. Как показывают практика и специальные исследования, основной причиной снижения эффективности трубчатого дренажа является его , заиление - частичная или полная закупорка телости труб частицами грунта. Есть и другие причины: недостаточная изученность объектов осушения при изысканиях, некачественное строительство, неполно • учиткзаются особенности залегания грунтов и гидрогеологических условий, мало уделяют внимание устройству защитных фильтров.

Некоторые существующие конструкции дренажа в гидротехнических сооружениях с двух-или трехслойными обсыпхами (отсортированного щебня, гальки и песка различной крупности) обходятся слитком дорого. Есть значительные перерасходы штериальнлх.фи-

нансовых средств, чрезмерны трудовые затраты. Главный путь - ето повышение эффективности новых конструкций, когда наименьшие издержки, удешевление их сочетается с высокой производительностью, простотой и качественной технологией.

Существенным прогрессом в области строительства дренажа на мелиоративных системах и в гидротехнических сооружениях является замена песчако-гравийных фильтров волокнистыми из искусственных синтетических, минеральных и полимерных волокон. Преимущество широкого внедрения волокнистых дренажных фильтров в мелиоративное, гидротехническое, промышленное и коммунальное строительство - ето возможность применения их в самых различных районах, универсальность по структурным параметрам, физико-механическим и фильтрационным свойствам, возможность полной механизации работ и сравнительно низкая стоимость. .

Б настоящее Бремя дренаж с волокнистыми фильтрами широко внедряется в' практику водохозяйственного строительства для дренирования в основном несуффозионных грунтов. Дренаж' с волокнистши фильтрами в суффозионных грунтах и фильтруюущими обсыпками из сильно разнозернистых песчано-гразийно-галечных местных грунтов до настоящего времени практический не исследовался, что препятствовало широкому его внедрении. о

С цепью всестороннего обоснования возможности применения указанных конструкций дренажа в различных областях водохозяйственного строительства и были выполнены комплексные вксперимрчтальныб исследования и теоретические проработки.

Цель диссертационной работы заключаемся-в следующем: • ■ - обоснование применения суффсзионных местных Пссчано-гра-вийно-галечных грунтов в качестве фильтрухйцих обсыпок для горизонтального трубчатого дренажа в различных гидрогеологических условиях, характерных дня зоны Орошаемого земледелия \ избыточ-

(

- б -

ного увлажнения, гидротехнического,коммунального и других областей строительства;

- разработка новой эффективной и экономичной конструкции дренажа с фильтрующими обсыпками из местных песчано-граэийно-галечных грунтов г высокой степенью разнозернистости.

В задачи исследований входило:

- исследование фильтрационно-суффозионных характеристик песчано-гравийно-галечных грунтов с большими коэффициентами разнозернистости Ч ^ » 50 * 153 );

- исследование механической кольматации и фильтрационно-суффозионных характеристик дреначшых фильтров из искусственных волокнистм< материалов в сильно разнозернистых песчано-гравиино-галечных грунтах;

- определение водоприемной способности и фильтрационных сопротивлений дрен с волокнистыми фильтрами в песчано-гравийно-галечных грунтах и обснпках;

- исследование дренажа из ШХ труб с волокнистыми фильтрами и пеечано-гравийно-галечными обсыпками при дренировании слабопроницаемых грунтов;

- определение экономической эффективности применения песча-' но-гравийно-галечньяс обсыпок трубчатого дренажа о волокнистым • фильтром на опытном участке.

Методика исследований. Для решения поставленных задач были проведены экспериментальные исследования и теоретические проработки. Экспериментальные исследования проводилирь в лабораторных и натурных условиях. При проведении исследований применялись методы физического моделирования с использованием усовершенствованных фильтрационных приборов типа Дарси, секторного и прямоугольного фильтрационных лотков. Результаты исследований полученных данных фильтрационно-суффозионмх характеристик грунтов и фильт-

ров обрабатывались с помощью методов математической статистики. Для описания процесса концентрации суффозионных частиц в около-дренной области использовались методы математического моделирования.

Научная новизна исследований. В результате анализа и обобщения данных лабораторных и полевых экспериментальных исследований и теоретических проработок а работе получены следующие основные научные результаты:

- разработана новая эффективная и экономная конструкция дренажа;

- определены фильтрацион'но-суффозионные характеристики и закономерности их изменения сильно разнозернистих песчано-гравий-но-галечных грунтов;

- установлены фильтрационные, суффозионные и защитные свойства тонких волокнистых фильтров из искусственных материалов в указанных грунтах и дана методика их подбора; ,

• - указаны границы применения и предложена методика подбора обсыпок дрен из сильно разнозернисткх песчано-гравийно-галечных местных материалов при дренировании несвязных и связных грунтов;

о

определены фильтрационные сопротивления и водоприемная способность трубчатого дренажа с фильтровыми оболочками из волокнистых материалов и фильтрующими обсыпками из сильно разно-зернистых песчано-гравийно-галечных местных грунтов и предложены зависимости для их расчета.

Практическая ценность работы заключается в том что полученные результаты исследований позволяют:

- заменить дорогостоящие многослойные фильтры из отсортированного песка, гравия и щебня местным разнозернистш однослойным песчано-грааийно-галечным грунтов;

- более обоснованно и надежно запроектировать параметры " дренажа;

- повысить производительность и эффективность дренажа;

- снизить трудозатраты и стоимости строительства дренажа;

Внедрение новой конструкции дренажа дает возможность расширить диапазон применения местного грунта с высокой разнозер-нистостыо, необходимого для его устройства.

Основные положения,выносимые на защиту

1. Обоснование применения вместо дорогостоящих многослойных песчяно-гравийньх фильтров однослойной фильтрующей обсыпкой из местных неотсортированных песчано-гравийно-гдлечных грунтов в горизонтальных трубчатых дренажах в различных гидрогеологических условиях, характерных для мелиоративного , гидротехнического и других областей водохозяйственного строительства.

2. Конструкция горизонтального трубчатого дренажа с фильтрующими обсыпками из местных сильно разнозернистых песчано-гра-вийно-галечных материалов.

3. Методика расчета фильтрационных, суффозионных и физико-механических характеристик песчано-гравийно-галечных грунтов и фильтрующих обсапок из них для горизонтального трубчатого дренажа. •

4. Методика подбора фильтрующих обсыпок для трубчатого дренажа из местных суффозионных песчано-гравийно-галечньх материалов при дренировании слабоводопроницаемых несвязных и связных грунтов.

5. Рекомендации по определению водоприемной способности и фильтрационных сопротивлений трубчатого дренажа с фильтрационными обсыпками из местных песчано-гравийно-галечньх материалов высокой раэнозернистости.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на научно-технической конференции молодых специалистов, ¿кргип-роводхоз, Киев, 1985 г.; республиканском семинаре "Проектирование .строительство и эксплуатация дренажа в зоне орошения и современные требования к автоматизации этих процессов", Укргипро-водсоз, пос.Рыбальче Крымской обл.,1985 г.; научно-технической конференции "Достижения научно-технического прогресса - в проекты мелиоративного строительства", Ь^нводсоз, УССР, Укргипровод-хоз, Киев, 1986 ; научно-технической конференции "Пути повышения эффективности и качества гидрогеологических и инженерно-геологичзских исследований на территории Хабаровского края и Амурской области", Хабаровск, 1987г; республиканской научно-технической конференции "Достижения НГП - в мелиорацию и водное хозяйство", Ровно, 1987 г.

Реализация результатов исследований. Основные положения и выводы диссертационной работы использовались рри проектировании и внедрении промышленного трубчатого горизонтального дренажа с волокнистым фильтром и обсыпкой из песоано-гравийно-галеч-. ного грунта Ивано-Франковском филиалом института "Гипроград" для коммунального и жилищного строительства.

и

-Публикации. По теме диссертации и результатам исследований опубликовано 15 печатных работ.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций , списка литературы 142 наименовали й и £ приложений. Работа изложена на £85 страницах машинописного текста , включая 90 рисунков й 35 таблиц.

3 первой главе рассмотрены основные формы проявления суффо-зионных процессов, даны основные характеристики суффозмопных и носуффозионных 1'рунтов, выполнен обзор существующих методов расчета и оценки ауффоэионности несвязных грунтов, показано распространение песчанс-гравийно-галечных грунтов на территории Украины с краткой характеристикой месторождений.

По результатам исследований Е.А.Замарина.С.И.Изиеша.Н.М.Боч-кова, А. Н.Патрашева, Р.?. Чугаова,Е. А.Лубоччова,3. С, ИстомкндЯ, В. Н.Кондратьева, Н.М. Гришина, И.О. Ронкина,!!. П. Павчича, Л. Е.йаныгина, А. И. Мурашкой. Ц,Зиленкова,Н.И.Шевченко и других приведена подробная классификация механической суффозии и разиозернисык грунтов. Ка основании анализа результатов, полученных предыдущими исследователями, установлено, что системные исследования с обобщением фильтрацион-но-суффозионньк характеристик (диаметров выносимых частиц в зависимости от критических скоростей и градиентов, общего процента выноса от коэффициента раэноэернистости к формы кривой грансостава и др.) таких грунтов не проводились, а существующие методы расчета суффозионности дают весьма значительный запас по сравнению с действительным протеканием суффозионного процесса.

Разработка новых конструкций дрен и применения кх в суффо-зионных грунтах и обсыпках потребовала проведения комплексных'экспериментальных исследований сильно разнозернистых песчано-граьийно-галевдых грунтов, в сочетании их с волокнистыми фильтрами, а также дренажа с учетом фильтрационно-суффоэионных параметров (напоров, расходов,скоростей фильтрации, градиентов суффозионного выноса частиц, коэффициента фильтрации) и особенностей грансостава грунта (форма кривой,соотношение размеров фракций,разноэернистссть), его других геотехнических свойств (объемный вес .пористость). Проведение таких исследований вызывалось опасением готери производи'»

тельности дренажа в экстремальных условиях при больших напорах и

массовом перемо^знии суффозионных частиц грунтовым потоком из толщи фильтрующей среды в контактную область дрены, последующей коль-матации фильтра и выноса частиц в полость дрены. Ожидалось также, что при высоких напорах и градиентах в контактной области возникнут слишком большие фильтрационные сопротивления дрен с неизбежной потерей водоприемной способности. Кроме того, немаловажным фактором было определение количества вынесенного в дрену грунта.

Приведенные выше аргументы определили проведение тщательных окспериментов с возможно широким диапазоном -грунтов распространенных в природных условиях. За исходные брали грунты, размещаемые в западном регионе Украины, с целью использования их как природное сырье для возможного внедрения.

Бо второй главе с применением методов физического моделирования при нисходящем фильтрационном потоке на приборах Дарси,оборудованных: специальным устройством по улавливанию вынесенных частиц в зависимости от их диаметра устанавливаются: формы протекания суффозии для каждого конкретного грунта; зависимости общего процента выноса суффозионных частиц от коэффициента разнозернйстости и формы кривой грансостава, размеров выносимых частиц от критических скоростей и градиентов, позволяющие .исключить опасную суффозию в грунте; зависимость водопроницаемости песчан»-гравиЙно-галечных грунтов от процентного содержания в их составе мелкоэер-' нистьх частиц (^61 мм, обеспечивающая использование данных грунтов при дренировании слабоводопроницаемьх грунтов.

Грунты нарушенной структуры с коэффициентом разнозернистос-ти , изменяющемся в пределах от 25+153, исследовали прт-

напорной фильтрации в большом диапазоне изменения градиентов,значительно превышающих критические, наблюдаемые при натурных исследованиях в гидротехнических сооружениях. Несвязный грунт с определенным значением ^ исследовали с тремя разными по форме кривой

грансоставаыи (рис.1). По результатам опытов строили графики изменения каждого слоя, по которым оценивались: режим фильтра- ' ции в течение всего опита, ковффициент фильтрации при соответствующих градиентах напора,, а также критические значения градиентов напора. По окончании опыта послойным рассевом уложенного грунта определяли величину переноса суффозионных частиц, а рассевом вынесенного грунта - количество вынесенные фракций и их процентное • содержание.

Данные анализа показали, что максимальный процент выноса . как и переноса суффозионных частиц в грунте фильтрационным потоком соответствует вогнутой кривой грансостава при сравнительно небольших достигнутых градиентах * 0,04+5,11, в то время как для вьп&лых кривых грансоставов характерен небольшой вынос ( в основном около 2%) суффозионных частиц от всего объема фильтрующего образцэ, где"заполнитель" составляет 35-45% , а градиенты колеблется от » 5,1+14,3 (рис.2). По полученным в опытах &£/> для ^ в зависимости от формы кривой грансостава построены гра- ' фические зависимости. График зависимости показан на рис.3.

Установлено, что грунты, содержащие "Заполнитель" в количестве 35-40% и более, вне зависимости от коэффициента разнозернис-тости, следует считать практически несуффозионными (вынос Остальные грунты с содержанием заполнителя 20% и 20 <^^ 35% относятся к категории суффозионных (вынос >5%) и малосуффозионных (вынос 3-5% )грунтов. -

В ходе опытов установлено, что на водопроницаемость грунта главным образом влияет содержание заполнителя (фракции </я,Омм) в порах скелета (фракции с/г1,0 мм)»увеличение содержания которого хотя бы на 5% приводило к снижению коэффициента фильтрации' на один порядок. Полученные после окончания суффозионных иереформиро-

¡,СФН

ваний кокевдые опытные Дф исследуемых грунтов, в зависимости от *

Рис Л. Кривые гранулометрических составов с ¡¡>г? = 25. % ? 1 ~ ооответственно в°гнутая, промежуточная, 1 • выпуклая формы.

о ¡о • (о 39. т № .

Рис.2. Зависимость выноса частиц от

коэффициента разнозернистости грунтов Ч.

содержания , коэффициента разнозернистости Ц и пори'стооти ТП определили две группы графиков (рис.4).которые рекомендуются использовать для приближенной оценки водопроницаемости смесей. По результатам опытных данных с учетом суффоэконных переформирований грунта предлог "5ны эмпирические зависимости для предварительном'

ного определения .

На основании данных многочисленных экспериментов и формул В.С.Истоминой,А.Н Патрашева,М.П.Павчича,3,Н.Кодратьева автором аналитическим путем полувека графическая зависимость коэффициента фильтрации Кр от среднего диаметра фильтрациониж пор сС в песчано-гравийно-галечных грунтах с Кф = 0,7...1000 м/сут.

Проведены исследования зшцитно-фильтрущих материалов из напыленного полиэтилена, стекловолокнистого холста марки ВВГ-0,5 и нетканого иглопробивного полотна из синтетических волокон при использовании их в качестве защитных фильтров для трубчатого дренажа в суффозионньпс грунтах тех же форм кривых грансоставов. Исследования фильтров из полиэтиленовых волокон показали возроста-ние общего процента выноса частиц (до 3% от уложенного грунта) с увеличением 1 в большей степени для вогнутых форм кривых гран-составов и значительно меньший вынос (около 1%) для кривых гран-составов, имеющих аыпуклую форму. В опытах с дрен&кньши фильт]3вми из стеклохолста в два слоя и нетканого иглопробивного полотна заметного выноса частиц из дренируемых грунтов через фильтр не наблюдалось даже при градиентах.значительно превосходящих возможные в натурных условиях. выносу подвергались лишь мельчайшие час- ' тицы..Исследовали также грансоставы закольматированнмг- фильтров и выноса и по результатам построены графики.. На основании исследований были получены также зависимости э виде графиков по определению величин коэффициентов фильтрации для исследуемых тонких

'я

волокнистых фильтров с учетом их кольм^гации з суффоэионных грунтах при давлении до 0,12 МПа. .

— ¿¿л—

/

V

' 1f

0,01 0,0S .0,1 43

Рис.3. Зависимость размера выносимых частиц elf- от критической скорости Ц» для исследуемых грунтов.

Ä -- IH

у

... l

¡¡s /

5 10

50 то

С

/ЙЮ

Рис.4. Графики зависимости водопроницаемости для групп грунтов.

I - 12 ffci 17 %; 2 - 17 % <-Pjü<53 *.

Исследованиями установлено, что фильтры из стеклохолста -и нетканого иглопробивного полотна наиболее эффективны при дренировании грунтов, имеющих выпуклую форму кривой грансостава, а фильтр

• из напыленного полиатилена можно применять в грунтах любой формы кривой грансостава. Сделан вывод о преимущественном использовании дренажньк фильтров из полиэтиленовых волокон из-за большей водопропускной способности при надежной защите от заиления мелиоративного дренажа в суффозионных грунтах большой разнозернистости.

По результатам исследований суффозионных явлений эпюрами градиентов фильтрации определена активная зона суффозии из грунтов грансостава формы ^ на дренажный фильтр. Проведено сравнение соответствия теоретического решения В.В.Ведерникова длягподрусловой дрены с исследованными свойствами реальных грунтов. Установлено, что сильно разнозернистьм песчено-гравийнс-галечным грунтам свойственно образование плотных структурных уровней, обеспечиваемых укладкой ] или возникающих в процессе переноса суффозионных частиц.

На основании теоретического исследования'получены зависимости для расчета перераспределения мелкосуффозионных частиц ( сб »0,005. -0,15 мм) в околодренной области, позволяющие рассчитывать изменение пористости по длине ленты тока и.притока к дрене при суффозионных явлениях в грунтах. По полученным расчетнкм зависимостям построены линии равной концентрации в активной области фильтрации, опе-ределена граница интенсивной концентрации. Показано, что активное перемещение суффозионных частиц происходит главным образом а верх-

• ней секторной наддренной области, которая и обуславливает водоза-хватную способность дрены. ■

В третьей главе, применяя методы физического моделирования, изучали защитные свойства, водозахватную способность и фильтрационные сопротивления дрен с искусственными волокнистыми фильтрами в сильно разнозернкстмс песиано-гравийно-гаяечнкх грунтах и обсыпках

из таких грунтов при дренировании слабопроницаемых грунтов. Экспериментальные исследования дрен с грунтами проводили на секторном фильтрационном лотке в напорном режиме фильтраций.

Основной характеристикой подозахватной способности дрены служит также фильтрационное сопротивление, оказываемое потоку несовершенством самой конструкции, которое можно оценить щ .Общее фильтрационное сопротивление определяли по формуле:

где Н. - полный напор на дрене; ^ - удельный расход из дрены, »■ см*7 с • ^¿¡Г коэффициент фильтрации грунта. •Коэффициент фильтрации грунта модели для каждого опыта определялся по аналогии из зависимости для притока к скважине при круговом контуре питания:

где напор над дреной, - длина дрены, Я - расстояние от центра дрены до контура грунта; У0 - расстояние от центра дрены до поверхности фильтра дрены.. В этЭй формуле сопротивление "идеальной" дрены

По результатам экспериментальных исследований получены зави- . Ф

симости изменения дрен от напора, гидравлических градиентов,

времени, удельных расходов. Возникновение внутренней механической

суффозии в грунте характеризовалось уменьшением градиентов С! и воз-Ф л

ростаниеы ф для.грунтов ^ , а при налички внутреннего кольматажа •градиенты эозростали для всех типов исследуемых дрен в грунтах , У У .0 наличии внешней механической суффозии судили по количеству .и крупности выноскмьос частиц грунта, а также по увеличению фильтрационного расхода. На рис. 5 представлены графики зависимостей филь-

Ф

трационньзс сопротивлений дрен с еолокнистыми фильтрами т- от водо-

- 17 .I/*

проницаемости п^ для всего диапазона исследуемых суффозионных грунтов. Из рисунка видно, что наилучшими фильтрационными свойствами облагает фильтр из напыленного полиэтилена, затем стеклохолст ВВГ-■ -0,5 и нетканое иглопробивное полотно. Установлено также, что все конструкции дрен в грунтах выпуклой формы кривой грансостава ^ • с содержанием /^>23% работают как "идеальные". Процентное содержание кольматиругацихивынесенн£х «астиц для всех типов фильтров отражено на представленных в работе графиках .

в этой же главе описаны задачи, методика и условия проведения экспериментальных исследований трубчатого'дренажа с волокнистыми фильтрами в песчано-гравийно-галечньх обсыпках при дренировании слабопрокицаемых грунтов и приведены их результаты.

Исследование водоприемной способности- и фильтрационных сопротивлений дренажа были выполнены на фильтрационном грунтово^м лотке в соответствии с рекомендациши, изложенными в работах А.Н.Костикова, С.5.Аверьянова,З.М.Шеетакова и других авторов при решении фильтрационных задач горизонтального, дренажа. Проведение измерений и обработка экспериментальных данных выполнена согласно методик, разработанных и используемых А.И.Мурашо,Н.Г.Бугаем,А.З.Мя-сковым.Ф.4.Серебряниковым и другими к следователями. .

Для определения условий, при которых обсыпка с дреной при дренировании слабопронйцаемого тонкозернистого песка работает как "идеальная" полость и.водозахватная способность дренажа здесь наибольшая, применялся прием аналогий. Общее, фильтрационное сопротивление дрены ф определяли по формуле (I), где коэффициент фильтрации дренируемого слабопроницаемого грунта (тонкозернистый песок) определяли по формуле Дарси, а коэффициент фильтрации обсыпки Х& по аналогии с формулой (2) с тем отличием,что использовался здесь напор в обсыпке и ее радиус.

Сопротивление для "идеельной"полоотн .взятое по контуру обенпки,определяли на интеграторе ЭГТ,А-9/бО путем моделирования

Рис.б. Графики зависимости обсыпок и дрен

с волокнистыми фильтрами при*дренчровании тон -коэернистого песка.

I - напыленный полиэтилен; 2 - отеклохолст ВЧГ-0,5 . в два слоя; 3 - нетканое ^«опробивное полотно.

/2,5

7,5

5

2,5 О

1 * ■

! 1 ■

у

э. / Л ✓ У

1 5 10 50 100

Рис.5. Зависимость для дрен во

всем диапазоне*исследуемых грунтов.

1 - фильтр из напыьлтогс полиэтилена;

2 - стеклохолст ВВГ-0,5 в два слоя;

3 - нетканое иглопробивное полотно.

фильтрации к дрене.

В результате исследований суффозионннх ,малосуффозионньтх и практически несуффозионных обсыпок получены закономерности изменения притока к дрене от напора, фильтрационного сопротивления дренажа от- удельных расходов и градиентов, фильтрационного сопротивления дренажа в течение длительного времени во всем диапазоне напоров и другие характери-стики в виде графиков и таблиц.

На рис.6 на основании данных опытов показаны графики,отражающие изменение фильтрационного сопротивления предложение конструкций дренажа от фильтрационных свойств дренируемого грунта и обсыпки, откуда видно, что при отношении работа дренажа

будет приближаться к работе "идеальной" дрены,т.е..Данное условие выдерживается в случае применения в качестве обсыпки пес-чано-гравийно-галечннх грунтов с содержанием заполнителя пылеватых и тонкозернистых частиц 10% ,которые и можно рекомендовать для использования-в качестве фильтровой обсыпки,что расширяет диапазон грунтов по сравнению с требованиями существующих ; инструкций.

В результате выполненного расчета для фильтрующих обсыпок -из суффозионньх грунтов получен предел нижнего допустимого отклонения содерка'ни-я заполнителя в суффозионной обсыпка с целью недопущения переноса частиц дренируемого грунта в- придренную Область, который составил . = 10% от остальных фракций песчано-гравийно-галеадого грунта. В ходе экспериментов подтверждено, что при дренировании сяабогодопроницаемьэс грунт-ов с 1-2 м/сут фильтраци-онно-суффозиснной деформации обсыпки с нарушением ее водоприемной способности не произойдет. В работе также приведена методика подбора и результаты исследований.суффозионных обсыпок трубчатого горизонтального дренажа с волокнистыми фильтрами о помощью эпюр градиентов в придренной области.

Аналогичные исследования были проведены при дренирование среднезернистого днепровского песка. Однако исследования показали, , что использорать суффозконные обсыпки в данном случае не рационально.

В четвертой гла^ве рассматриваются вопросы внедрения, эко- ' номической эффективности и оштно-промышленной проверки труб: чатого дренажа, состоящем из витых ПВХ труб с полиэтиленовым фильтром к однослойньми суф^озионнымк песчано-гравийно-галечными обсыпками, при дренировании суглинистого грунта.

Разработанная новая конструкция горизонтального дренажа использована Ивано-Франковсккм филиалом института "Гкпроград" при проектировании и строительстве дренажа на территории г.Ивано-Франковска и в области.

Кклищно-гразданское' строительство в городе Ивано-Франковске

и области во многих случаях ведется на подтопленных территориях.

.о

Эти территории характеризуются наличием на небольшой глубине (до 5-12 м ) водоупора ("глины), прикрытые с поверхности слабо-фильтрущими" грунтами (легкие суглинки ,пылевать:е пески) и прослойками песчано-гравийно-гаьечного грунта. Такое геологическое строение при большом количестве выпадающих атмосферах осадков (более 700 хм в год ) способствует образованию грунтовых вод, распространённых от поверхности земли до водоупора. В условиях слабофи ль трущих грунтоз (с коэффициентом фильтрации 0,5-0,05 м/сут ) и при наличии песчадо-гравийно-галечника наиболее целесообразно использование предложенных конструкций дренажа для предотвращения подтопления территорий населенных пунктов.

Применение дррнажнкх систем новой конструкции использовали в пристенком дренажекомплекса жилых домов и попутном дренаже магистральной теплосети. С целью проведения натурных исследований

водоприемной способности дренажа, оценки уровня подземных вод на опытных участках по всей линии пристенного дренажа заложили дренажные колодцы и наблюдательные скаажинн. Проверка на двух дренируемых участках включала главным образом определение изменения с течением времени фильтрационных свойств обскпки дрены при помощи замеров дренажного стока в колодцах и уровня воды в наблюдательных скважинах.

В результате натурньх наблюдений на опытном участке установлено, что при дренировании слабоводопроницаемых грунтов филь-трационно-суффозионной деформации суффозионной обсыпки с нарушением ее водоприемной способности не произошло и обеспечи-■ вается необходимое понижение уровня грунтовых вод.

При расчете экономического эффекта от внедрения новой техники выполнено технико-экономическое сравнение двух вариантов исполнения дренажа: базисное техническое решение (БТУ) ,где дренирующие обсыпки выполнялись двух - и трехслойными, состоящими из поддерживающего слоя мелкого щебня и слоя крупнозернистого песка ( при трехслойном фильтре, кроме щебня, еще крупно- .. зернистый у! среднезернистый песок ) и новое техническое решение ( ИГУ ), в котором значительно сокращается объем обсыпок за счет применения в качестве фильтровых однослойных -обсыпок дрен местных суффозионных песчано-гравийно-галечных грунтов.

При подсчете годового экономического эффекта учитывались годорой обьем работ, приведенные затраты, разница в стоимости строительных работ' и монтажных работ и материалов, трудозатраты, капвложения в производственные фонды строительной организации, годовые эксплуатационные затраты и срок службы конструкций.

I - 22 -

основные знаода

I. В результате выполнения комплекса экспериментальных исследований, теоретических проработок к опытно-производственной проверки предложена новая эффективная и экономичная конструкция дренажа - витая ПЙХ труба с фильтром-оболочкой из волокнистых материалов к суффозионной песчаяо-гравийно-галечной обсыпкой.

2. На основании лабораторных экспериментов и аналитических решений определены закономерности изменения фкльтрационно-суффози-онных характеристик песчано-гравийно-галечных грунтов, предложены графические зависимости и формулы для расчета.

, 3. Установлено, что для любого песчанб-гравийно-галечного грунта вынос суффозионных частиц определенного размера зависит . только от критической скорости фильтрации, а общий процент выноса фракций от величины разнозернистссти грунтов и формы кривой гран-состава.

• 4. Предложены графические зависимости и эмпирические формулы для определения коэффициента фильтрации и среднего размера пор в песчано-гравийнотгалечных грунтах с /¿р = 0,7-1000 м/сут.

5. В результате экспериментальных исследоцаний установлено, что водопропускная способность защитно-фильтрующего покрытия из напыленного полиэтилена, стеклохолста ВВГ-0,5 и нетканого иглопробивного полотна с частичной суффозионной кольматацией удовлетворяет требованиям, предъявленным к дренажным фильтр'ам. Коэффициент фильтрации частично закольматированных фильтров при давлении 0,11 МПа равен соответственно 25-30 м/сут, 20 м/сут и

45 м/сут.

6. В результате теоретического исследования получены формулы для расчета перераспределения мелкосуффозионных частиц в околодренной области с учетом изменения пористости по длине

- 23 -

ленты тока при суффозионных процессах.

7. На основании лабораторных исследований изучены механическая кольыатация и защитные свойства дрен с волокнистые фильтрами при укладке в сильно разнозернистке песчано-гравийно-галеч-ные грунты и обсыпки из них.

Установлено, что хотя 32П с-искусственными волокнами частично кольматируется и происходит небольшой вынос в полость' дрены, при атом коэффициент фильтрации фильтра уменьшается примерно в 4-5 раз, но все же остается достаточно высоким в сравнении с коэффициентом фильтрации дренируемого грунта. Поэтому фильтра дрены

кольматация практически не будет влиять на водоприемную

способность предложенной конструкции.

Определено, что защитные свойства дрен с покрытием из волокнистых фильтров позволяют укладывать IX в любые суффози-оннае и практически несуффозионные грунты.

8. Результаты .лабораторных исследований конструкций дрен с различными типами фильтров показали, что наиболее эффективной по водоприемной способности является дрена с фильтром-обо-ло^кой из напыленного полиэтилена.

9..При исследовании работы трубчатого дренажа- с волокнис- ' тыми фильтрами и суффозио.чными обсыпками на основании экспери-ментальгадс данных и аналитических решений предложены зависимости и установлены требования, предъявляемые к грунтам обсыпки, а ккенно : •

- в качестве обсыпки можно применять суффозионные песчано-гравийно-галечные грунты с содержание заполнителя 10 % < 20 % и частиц размером <Лв> £ 10 %;

¡СьЗг г

- должно соблюдаться условие ^—>4 .

10. Как показали натурчыё исследования предложенных конструкций дренажа на опытном участке, водоприемная способность-дрек из полимерных трубофикьтров, уложенньйс в суффозионные

песчано-гравийно-галечные обсыпки, обеспечивает необходимый отвод грунтовых вод, поддерживает благоприятную осушительную обстановку. Определен также экономический эффект от внедрения новой конструкции дренака, который составил 21,437 тыс.руб. на 1000 пог. м уложенного дренажа( 1989 г. ).

Применение новой конструкции дренажа повышает степень индустриализации строительства дренажа, снижает трудозатраты, улучшает условия труда.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Об оценке суффозионности песчано-гравийно-галечных грунтов." Гидромелиорация и гидротехническое строительство, 1986,вып. 14,, с.'55-б8.

2. Фильтрационные и суффозионные характеристики сильно раз-нозернистых песчано-гравийно-галечных грунтов.- В сб.:Пути повьне-. ния эффективности и качества гидрогеологически и инженерно-геологических исследований на территории Хабаровского края и Амурской области. Тезисы докладов научно-ирактической конференции, Хабаровск, 1987, с.33-35.

3. Исследование дренажных фильтров из искусственных волокнистых материалов в суффозионных грунтах.- Мелиорация и водное хозяйство, 1987, вып.66,с.73-77.

4. Исследование работы трубчатого дренажа с волокнистыми

• фильтрами в суффозионных грунтах.- В сб.Достижения научнр-техни-ческого прогресса - в проекты мелиоративного строительства. Тезисы докладов научно-технической конференции,Киев, 1986, с.62.

5. Водоприемная способность и защитные свойства трубчатого дренажа с волокнистыми фильтрами в суффозионных грунтдх.- Мелиорация и водное хозяйство, 1987, вып.67, с.62-65.

6. Исследование дрен с волокнистыми фильтрами и суффозион-л ными обсыпками для мелиоративного дренажа.- Гидромелиорация и

гидротехническое строительство, 1988, выпЛб, с.12-16.

7. Исследования фильтрационно-суффозионных свойств несвязных грунтов болпшзй разнозернистости.- Мелиорация и водное хозяйство, 1988, вып.69, с.92-95.

8. A.c. I74054I СССР от И.04.1989 г. Дренаж. МНИ Е 02 Б II/00 .

9. Расчет концентрации мелкодисперсных суффозионных частиц при дренировании разнозернистого грунта горизонтальным дренажом. -Гидравлика и гидротехника, 1990, вып.51,с.21-26 (в соавторстве).

10. Определение коэффициента фильтрации сильно разноэернистых песчано-гравийно-галечнкх грунтов,- Гидравлика и гидротехника, IS93, вып.57, с.41-47.

11. Определение среднего диаметра пор в сильно разнозернис-тнх пес-'ано-гравиЕко-гале--нюс грунтах.- Гидравлика и гидротехника,

1993,вып.57,с.47-52.

12. Розрахунок ф!льтрую"юс обеипок 1з суфоз!йних грунт}в для трубчатого горизонтального Дренажу з волокнкстими ф!льтрами-обо-лонками.- Ыел1орац1я i водне господарство, 1993,вип.79 (в печати).

13. Досл1дження суфоз'йних процес!в у дренуич1й систем! з зм(нои град1ент1в ф1льтрац!У.- Мел!орац1я f водне господарство, '

1994,вип.80 ( в печати ).

14. Розрахунок суфоз!йност1 пЬцано-граьчймо-гадькових грун-TjB i дреаажних обсипок 13 вннесенням у дрену.'- Мел!орац1я i водае господарство, 1994, вип.81 (в печати ).

И"-т *Укргип|)01юд*оя' 1Щг. Заказ УЪ J& ¿О Тираж О