Комплекс конструктивных и технологических средств восстановления и повышения надежности водопроводящей сети оросительных систем

Актуальность проблемы. Эффективность оросительных мелиораций в значительной степени зависит от технического состояния водопроводящих (водоподводящих и водораспределительных) сетей и элементов оросительных систем. В настоящее время многие из оросительных систем России, построенных в 1950;1970 годы, находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют скорейшей реконструкции или ремонта. В первую очередь, это касается водопроводящих сетей, протяжённость которых измеряется тысячами километров. Только на Северном Кавказе протяжённость таких сетей достигает 80 тыс. км. В Ростовской области около 70% каналов водоподводящих и водораспределительных сетей находятся в земляных руслах, в остальных регионах Северного Кавказа, за исключением Ставропольского и Краснодарского краёв, протяжённость их ещё более значительна. Значительные потери воды из таких каналов увеличивают стоимость водоподачи и приводят к различным нарушениям экологического плана — подъёму уровня грунтовых вод, засолению, заболачиванию и, как следствие, снижению продуктивности орошаемых земель. Для снижения потерь воды, предотвращения необратимых и нежелательных экологических последствий необходима реконструкция земляных каналов на основе широкого применения различного рода одежд (облицовок) или трубопроводов.

Кроме этой проблемы, безотлагательно необходимо решать ещё одну, не менее важную — проблему ремонта и восстановления облицованных каналов, лотковых каналов, трубопроводов. Показателен пример Ростовской области, где по данным управления «Ростовмелиоводхоз» из общего количества каналов, облицованных сборными железобетонными плитами, восстановления требуют — 30%. Пятая часть лотковых каналов также нуждается в основательном ремонте или замене. Что касается сетевых трубопроводов из железобетонных труб РТН и РТНС, то из общего их числа 40% требуют замены. С учётом сложившейся ситуации в области разработана программа улучшения технического состояния оросительных систем, согласно которой ежегодно подлежат ремонту, восстановлению или замене: лотковые каналы, протяжённостью до 8 тыс.п.м.- трубопроводы, протяжённостью до 60 тыс.п.м. и каналы в облицовке, протяжённостью до 15 тыс.п.м.

Для решения указанных проблем необходимо наращивание производства сборных элементов и конструкций — лотков, труб и плит, для их использования: вместо земляных каналовв качестве облицовок земляных каналоввзамен лотков, труб и плит, используемых в качестве облицовок и одежд каналов распределительной сети и пришедших в негодность по истечении срока эксплуатации или преждевременно.

Отсюда возникают важные задачи совершенствования, создания наиболее эффективных и надёжных (рациональных) лотков, труб, плит и других элементов и конструкций, повышения их качества и долговечности. При этом следует учитывать не только достижения теории и практики в области создания экономичных, прочных и надёжных бетонных и железобетонных конструкций, но и технический уровень, состояние и конструктивные особенности водопроводящих сетей оросительных систем, степень их изношенности, недостаточность выделяемых ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, срок эксплуатации разрабатываемых элементов на сети. Этим обусловлена актуальность разработки и применения технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности лотков, труб, плит и других сборных элементов и конструкций для устройства (переустройства), реконструкции, восстановления и поддержания в работоспособном состоянии открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей на основе современных способов конструирования элементов, использования недорогих и доступных материалов, применения высокоэффективных и ресурсосберегающих технологий, учитывающих базовые принципы экономного расходования ресурсов — оптимизацию количественных и качественных показателей свойств элементов (конструкций) и соответствие их качества и надёжности продолжительности функционирования на сети.

Исследования по теме выполнены в рамках программы 03.02.01 (Гр.018.80.57 042) «Разработать систему мероприятий по обеспечению экологически благоприятного и экономически эффективного функционирования водохозяйственного комплекса АПК» и «Разработать научные основы и практические методы создания ресурсосберегающих технологий и экологически безопасных мелиоративных систем, объектов сельскохозяйственного водоснабжения и водоотведения в условиях Северного Кавказа».

Цель работы: разработка комплекса технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности элементов и конструкций водопроводящих сетей оросительных систем на основе рационального их конструирования и использования ресурсосберегающих технологий при устройстве, реконструкции, восстановлении и поддержании в работоспособном состоянии открытых и закрытых сетей оросительных систем.

Основные задачи исследований:

— на основе анализа современного состояния оросительных систем, известных способов их ремонта, восстановления и технического совершенствования, обосновать целесообразность разработки и применения технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности элементов водопроводящих сетей для эффективного и надёжного функционирования оросительных систем;

— предложить новые теоретические и методологические подходы к созданию рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей для реконструкции и восстановления оросительных систем;

— разработать рациональные конструкции железобетонных лотков, труб и плит с повышенной эксплуатационной надёжностью и обосновать возможности расширения сырьевой базы для их изготовления;

— предложить способы и средства восстановления и повышения надёжности водопроводящих сетей оросительных систем на основе новых высокоэффективных технологических мер и технологий при изготовлении сборных элементов и устройстве сети;

— разработать ресурсосберегающие технологии промышленного производства рациональных сборных элементов на предприятиях стройиндустрии и устройства их на водопроводящей сети оросительных систем;

— провести натурные гидравлические исследования на водопроводящих сетях частично или полностью выполненных из предложенных, разработанных и изготовленных сборных элементов и оценить их эксплуатационные качества и надёжность;

— определить экономическую эффективность предлагаемых средств при ремонте и реконструкции сети.

Объект исследований — водопроводящая сеть оросительных систем Южного федерального округа. Предмет исследований — методы, способы, технические и технологические средства повышения эффективности и надёжности водоподводящих и водораспределительных сетей оросительных систем.

Методология исследований. В качестве методологической основы использован комплекс лабораторных, экспериментальных, теоретических и натурных исследований с применением основных положений системного анализа, методов математического и графического моделирования, кинематического и гидродинамического подобия. Проводимые исследования соответствовали концепции государственной политики устойчивого водопользования в РФ, на основе трудов отечественных и зарубежных учёных по оценке современного состояния мелиоративных систем и эффективного их функционирования.

Оптимизационные задачи решались на основе классических методов математики, регрессионного и статистического анализа. Натурные гидравлические исследования проводились по методикам А. П. Зегжда, А. Д. Альтшуля, В. М. Лятхера. Эксплуатационные качества и надёжность сети оценивались по результатам стандартных испытаний, сбора и обработки информации с привлечением теории вероятности и математической статистики. В ходе исследований использовались метрологически аттестованные приборы и стенды, оборудование промышленного изготовления, стандартные методики, позволяющие обеспечить достоверность полученных результатов и обоснованность сделанных выводов.

На защиту выносятся:

— научное обоснование целесообразности разработки и применения комплекса конструктивных и технологических средств совершенствования лотков, труб, плит и других сборных элементов для повышения эффективности и надёжности водопроводящих сетей оросительных систем с нормативным и ограниченным сроком эксплуатации;

— новые теоретические и методологические подходы к созданию рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей, отличительной особенностью которых является учёт старения и изношенности сетей и экономии ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, предполагающие системный подход к устройству, реконструкции и восстановлению открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей оросительных систем, предусматривающие комплекс взаимосвязанных и научно обоснованных способов рационализации их элементов — конструирование по образу природных форм и структур, использование бетонов на недорогих и недефицитных заполнителях, применение ресурсосберегающих технологических средств и технологий, обеспечивающих экономное расходование ресурсов, оптимизацию количественных и качественных показателей свойств элементов (конструкций) и соответствие их качества и надёжности продолжительности функционирования;

— расчётное обоснование эффективности и надёжности крупногабаритных лотков хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем, выполненных из блоков-оболочек верёвочного очертания высотой 2,0−3,0 м;

— методика гидравлического расчёта внутрихозяйственных и крупногабаритных лотковых каналов с верёвочным профилем, основанная на эмпирическом уравнении кривой, повторяющей контур лоткового канала и зависимости, позволяющие производить гидравлический расчёт водопроводящих сетей после ремонтно-восстановительных работ;

— конструкция железобетонных труб с металлическим сердечником, отличающаяся от известных наличием трёх дополнительных слоёв (двух адгезионных, на основе латекса СКС-50ГПС — по сердечнику и защитного, на основе латекса БС-65А — по наружному бетону трубы) и введением латекса СКС-65ГПБ в состав бетонных слоёв, что обеспечило повышение однородности и монолитности многослойной конструкции труб, за счёт улучшения (в 10−16 раз) сцепления металлического сердечника с бетонными слоями труб, снижения (в 3 раза) их водопоглощения, повышения (на 20−30%) прочности и трещиностойкости;

— конструкции и технологические основы устройства облицовок каналов блочного типа, отличающиеся от известных жёстким сочленением плит, образующих укрупнённые цельноформованные блоки трёх конфигураций (~Л, ~л 7У~), обеспечивающих минимум герметизационных швов, повышение качества работ, защиту берм от разрушения, а облицовку — от выпора;

— количественные значения эксплуатационных показателей, характеризующих пропускную способность, прочность, надёжность и ремонтопригодность открытой и закрытой водопроводящих сетей с использованием разработанных (рациональных) сборных элементов;

— новые технологии устройства, реконструкции и восстановления водопроводящих сетей, отличающиеся от известных использованием укатанных бетонов, мобильных нагнетательных устройств и быстровозводимых опалубок в сочетании с полимерными материалами и быстротвердеющими композициями, новизна которых защищена 11 авторскими свидетельствами и патентами;

— технологические средства повышения надёжности: а) применение формиатно-спиртового пластификатора для повышения на 10−15% прочностных характеристик лотков, труб, плит и других сборных элементов, отличающееся тем, что при использовании недорогих местных заполнителей, смеси содержат пластификатор в количестве 2,0−4,0% от массы цементаб) особая очерёдность загрузки в смеситель и постадийное перемешивание компонентов для дополнительного прироста прочности бетона элементов (на 37−58% при сжатии и на 39−54% при изгибе) и повышения надёжности, отличающиеся тем, что вначале в смеситель загружают заполнитель (крупный + мелкий), затем добавляют 40−60% воды затворения и 8−12% формиатно-спиртового стабилизатора, предварительно перемешивают, после чего засыпают цемент, заливают остальную воду и перемешивают до получения однородной смесив) принудительное уплотнение бетонной смеси для послойного формования элементов нормативной или повышенной прочности при уменьшенном на 30−50% расходе цемента, отличающееся применением в качестве вяжущего цемента (50%) и золы (50%), заполнителя — смеси высевки и песка (относительное содержание 24−32%) и безвибрационным уплотнением вальцами с винтовыми рёбрами;

— результаты экспериментальных исследований: а) по оценке влияния на трещиностойкость и долговечность элементов микронаполнителей и выявленные диапазоны их расходов (керамзитовой пыли — 20−30% от массы цемента, золы.

240−280 кг/м) с учётом нормативного обеспечения эксплуатационных качеств и надёжности сетиб) по обоснованию целесообразности применения лотков и труб с ограниченным сроком службы для временного поддержания оросительных систем в работоспособном состоянии и разработанные основные положения их промышленного производства.

Научная новизна результатов исследования: обоснована целесообразность разработки комплекса конструктивных и технологических средств совершенствования лотков, труб, плит и других сборных элементов для повышения эффективности и надёжности водопроводящих сетей с нормативным и ограниченным сроками эксплуатации;

— выдвинута и обоснована, адаптированная к современному состоянию оросительных систем, общая концепция создания рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей, учитывающая старение и изношенность сетей и недостаточность выделяемых ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, предполагающая системный подход к устройству, реконструкции и восстановлению открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей оросительных систем, основанная на научно обоснованных способах рационализации элементов (конструкций) и базовых принципах экономного расходования ресурсов при соответствии цены элементов качеству и сроку эксплуатации;

— установлены в результате расчёта повышенная прочность и надёжность крупногабаритных лотков хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем, выполненных из блоков-оболочек верёвочного очертания высотой 2,0−3,0 м;

— разработана методика гидравлического расчёта внутрихозяйственных и крупногабаритных лотковых каналов с верёвочным профилем, основанная на эмпирически подобранном уравнении кривой, наилучшим образом (Я = 1) повторяющей контур лоткового канала;

— получены количественные значения показателей, характеризующих эксплуатационные качества и надёжность многослойных железобетонных труб, разработаны технологические основы устройства облицовок блочного типа и облицовок из укатанного бетона для каналов оросительных систем;

— установлены закономерности влияния уклона, глубины, режима потока и состояния поверхности лоткового и облицованного каналов после их ремонта и восстановления рациональными сборными элементами на коэффициенты шероховатости и гидравлических сопротивлений;

— получены (на основе натурных исследований) количественные значения эксплуатационных показателей, характеризующих пропускную способность, прочность, надёжность и ремонтопригодность рациональных сборных элементов и участков водопроводящих сетей с их использованием после 3,03,5 лет их работы на действующих системах;

— выявлена существенная роль дополнительных слоев (адгезионных, защитного) в повышении однородности и монолитности многослойной конструкции труб, за счёт улучшения (в 10−16 раз) сцепления металлического сердечника с бетонными слоями труб, снижения (в 3 раза) их водопоглоще-ния, повышения (на 20−30%) прочности и трещиностойкости;

— обосновано применение новых технологических мер, повышающих надёжность сети: а) формиатно-спиртового пластификатора для повышения прочностных и эксплуатационных характеристик сборных элементов из бетонов на местных заполнителях, определены оптимальные параметры производства лотков, труб и плит с нормативным и ограниченным сроком службыб) особой очерёдности загрузки в бетоносмеситель и постадийного перемешивания компонентов, предусматривающих предварительное перемешивание заполнителей, части воды затворения и активирующего процессы кон-тактообразования формиатно-спиртового стабилизатора с последующим введением цемента и добавлением остальной части водыв) нового технического средства для послойного уплотнения бетонной смеси на местных заполнителях, содержащего кинематически связанные вальцы с выполненными на их цилиндрической поверхности винтовыми рёбрами.

Практическая значимость работы характеризуется тем, что полученные в диссертации результаты открывают новые возможности для реконструкции открытой сети в земляном русле и проведения ремонтно-восстановительных работ на водопроводящей сети, имевшей ранее высокий технический уровень (лотковые и облицованные каналы, трубопроводы), но находящейся в настоящее время в предаварийном или непригодном для эксплуатации состоянии.

1. Для реконструкции открытой сети в земляном русле рекомендованы:

— лотки внутрихозяйственные и крупногабаритные с верёвочным профилем, усовершенствованные конструкции труб с металлическим сердечником, крупногабаритные облицовки блочного типа, плиты креплений и облицовки из укатанных бетонов;

— лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из бетонов на недорогих местных заполнителях (щебень и высевка Быстрореченского, Жирнов-ского,.

Карабулагского месторождений, песок речной Волжский), отвечающих общим требованиям ГОСТ и ТУ, за исключением 1−2 ограничений и обеспечивающих получение бетонов с требуемыми физико-механическими свойствами.

2. Для ремонта и восстановления сети, имевшей ранее высокий технический уровень рекомендованы:

— лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из бетонов на недорогих местных заполнителях, отвечающих общим требованиям ГОСТ и ТУ, за исключением 1−2 ограничений и рассчитанные на нормативный срок службы;

— лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из невысокопрочных бетонов и рассчитанные на ограниченный срок службы;

— лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из бетонов на некондиционных заполнителях (щебень и высевка Потаповского и Садковского месторождений, мелкие пески Грушевского и Мишкинского месторождений), не отвечающих нормативным требованиям и рассчитанные на ограниченный срок службы.

3. Обосновано расширение сырьевой базы для производства сборных элементов, позволяющей использовать недорогие местные строительные материалы, находящиеся в непосредственной близости от предприятий строй-индустрии — мелкие пески Грушевского и Мишкинского месторождений, щебень и высевку Потаповского, Садковского и Быстрореченского карьеров. Мелкие пески дешевле крупных на 20−30%, высевка Потаповского и Садковского карьеров дешевле Жирновской и Карабулагской в 2 раза, цена Быстрореченского щебня на 30−50% ниже цены щебня из высокопрочных пород.

4. Промышленно освоено производство сборных элементов и конструкций с высокой степенью рациональности, разработана нормативная база по их применению: рекомендации по восстановлению элементов оросительных систем (согласованы и одобрены НТС ФГБУ «Управление Ростовме-лиоводхоз») — рекомендации по применению водных дисперсий полимеров в производстве железобетонных труб со стальным сердечником (утверждены отделением с.-х. наук при СКНЦВШ, НТС МВХ РСФСР) — рекомендации по применению керамзитовой пыли для повышения качества железобетонных труб со стальным сердечником (утверждены отделением с.-х. наук при СКНЦВШ, НТС МВХ РСФСР) — рекомендации по восстановлению элементов водопроводящих и водоподпорных сооружений оросительных систем (согласованы и одобрены НТС ФГБУ «Управление Ростовмелиоводхоз») — рекомендации по применению мелкозернистых бетонов с использованием промышленных отходов Северо-Кавказского региона (одобрены НТС ОАО НЗСМ) — технические указания по применению золы-унос Новочеркасской ГРЭС при изготовлении предварительно напряжённых изделий и конструкций (одобрены ТС Шахтинского ЗЖБИ) — технические условия на нетрадиционные материалы (согласованы с ОАО «Ростовводмелиорация») — руководство по применению укатанных бетонов в производстве изделий и возведении природоохранных сооружений (одобрено и использовано АООТ ЖБКиСМ, ОАО «Ростовводмелиорация»),.

Внедрение. Результаты исследований использованы Азовским ОЭЗНТ при изготовлении железобетонных труб с металлическим сердечником, содержащих дополнительные покрытия и латекс в составе бетонных слоёв (более 1 км труб, для Приморской оросительной системы, 1988 г.), Шахтинским, Зареченским, Пролетарским заводами ЖБИ при производстве плит, труб, лотков, стоек, свай и других сборных элементов с использованием недорогих местных заполнителей с объёмом внедрения 52,5 тыс. м3 сборного железобетона (1988;1995 гг.), ОАО «Новочеркасский завод СМ» при производстве плит, блоков, стоек и других сборных элементов из бетонов на местных заполнителях с объёмом внедрения 42,7 тыс. м3 сборного железобетона (19 881 995 гг.), АООТ «ЖБК и СМ» (КСМ-4) при производстве плит, труб, свай и других сборных железобетонных элементов для мелиоративных систем и природоохранных объектов с объёмом внедрения 84,5 тыс. м3 сборного железобетона (1992;1996 гг.), КСМ-6 при производстве сборных железобетонных элементов с объёмом внедрения 6,3 тыс. м3 (1992 г.), АО «Шахтинские стройматериалы» при производстве сборных железобетонных элементов с объёмом внедрения 7,5 тыс. м3 (1993 г.), МП «Цемент» и МП «Стимул» при изготовлении сборных железобетонных элементов объёмом 7,7 тыс. м3 (1993 г.), а также управлениями оросительных систем Ростовской области при ремонте лоткового канала 2-У-1 на Азовской ОС, восстановлении канала МК-2 в земляном русле на Манычской ОС и трубчатого водовода на Мартыновской ОС (1995;2000 гг.). Результаты работы внедрены и в учебный процесс Южно-Российского государственного технического университета (НПИ), Новочеркасской государственной мелиоративной академии и включены в курсы дисциплин «Производство мелиоративных работ», «Производство строительных работ», «Организация и технология природоохранных работ», «Ресурсосберегающие технологии в природообустройстве», «Композитные материалы», «Местные строительные материалы», а также составляют основу учебных пособий «Производство изделий и строительство природоохранных объектов из укатанных бетонов» (2001 г.), «Ресурсосберегающие технологии бетонных и специальных работ в природообустройстве» (2005 г.), «Технология и организация строительных работ» (2006 г.).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на заседании Учёного Совета ЮжНИИГиМа (г.Новочеркасск, 1985;1989 гг.) — НТС Минводхоза РСФСР (г.Москва, 1987 г., 1989 г.) — отделении с-х наук при СКНЦВШ (г. Новочеркасск, 1987 г.) — заседании учёного Совета НПО «Югмелиорация» (г. Новочеркасск, 19 901 993 гг.) — расширенном НТС в объединении Ростовводмелиорация с приглашением специалистов Южгипроводхоза и дирекций СП (г. Ростов, 1988.

1990 гг.) — технических совещаниях, проводимых руководством научно-производственного предприятия «Консул» со специалистами Ростовских, Новочеркасских и Шахтинских заводов ЖБИ (1992;2004 гг.), региональных научно-технических конференциях и семинарах НГМА, ЮРГТУ (г. Новочеркасск, 2005;2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 48 научных работ, включая 16 работ в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 15 авторских свидетельств и патентов на изобретения, 2 монографии.

Личный вклад в решение проблемы. Диссертационная работа является результатом 25-ти летних научных исследований автора, выполненных в лабораториях облегченных конструкций и мелиоративных трубопроводов ЮжНИИГиМа, на кафедрах строительного дела, оснований и фундаментов и природообустройства НГМА, в лабораториях и на полигонах предприятий строительной индустрии и оросительных системах Южного Федерального округа. Постановка проблемы, формулирование задач, экспериментальные и теоретические пути их решения, научные и практические рекомендации, анализ, выводы и предложения производству, организация и руководство внедрением осуществлены автором лично.

В проведении ряда исследований участвовали А. М. Питерский, В. И. Прокопенко и В. М. Пилипенко. Материалы этих исследований вошли в совместные публикации. Общая доля автора в проведённых исследованиях, результаты которых вынесены на защиту, составляет около 90%.

Структура и объём работы. Работа изложена на 357 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений, включая 104 рисунка и 69 таблиц. Список использованной литературы состоит из 308 наименований. Приложение содержит акты внедрения, акты испытаний, акты промышленного производства и процентовки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ технического состояния оросительных систем юга России показал, что вследствие их старения, изношенности и крайне низких темпов переустройства большинство систем находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют реконструкции, ремонта, восстановления. Особое внимание следует обратить на водопроводящую сеть оросительных систем, имеющую протяжённость на десятки тысяч километров и находящуюся на 2/3 в земляных руслах, а часть сети, выполненная в облицовках, на треть непригодна для эксплуатации. В результате — повышение уровня грунтовых вод, засоление, заболачивание и, как следствие, снижение продуктивности орошаемых земель.

Одним из эффективных способов решения проблемы является широкомасштабное использование сборных железобетонных элементов и конструкций — лотков, труб, плит и других, предназначенных, прежде всего, для реконструкции, ремонта, сохранения и поддержания в работоспособном состоянии водопроводящих сетей существующих оросительных систем. Учитывая это, большой научный и практический интерес представляют исследования, направленные на создание экономичных, прочных и надёжных лотков, труб, плит и других сборных элементов и конструкций. Достигается это комплексом мер, основанных как на конструктивных, так и на технологических средствах повышения качества и надёжности сборных элементов и конструкций.

2. Научно обоснована целесообразность разработки и применения технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности лотков, труб, плит и других сборных элементов водопроводящих сетей для эффективного и надёжного функционирования оросительных систем с нормативным и ограниченным сроком службы.

Разработаны новые теоретические и методологические подходы к созданию рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей с повышенной эксплуатационной надёжностью, отличительной особенностью которых является учёт старения, изношенности сетей и недостаточности выделяемых ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, предполагающие системный подход к устройству, реконструкции и восстановлению открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей оросительных систем, предусматривающие комплекс взаимосвязанных и научно обоснованных способов рационализации их элементов — конструирование по образу природных форм и структур, использование бетонов на недорогих и недефицитных заполнителях, применение ресурсосберегающих технологий.

3. Установлены в результате расчёта повышенная прочность и надёжность крупногабаритных лотков хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем, выполненных из блоков-оболочек верёвочного очертания высотой 2,0−3,0 м. Технико-экономическая эффективность их применения в качестве противофильтрационной защиты каналов обусловлена также снижением толщины лотка-оболочки на величину от 15 до 40%, уменьшением ширины полосы отчуждения вдоль канала, увеличением площади командования над орошаемыми площадями.

На основе эмпирически подобранного уравнения кривой разработаны методика и алгоритм гидравлического расчёта внутрихозяйственных и крупногабаритных лотковых каналов с верёвочным профилем и определены основные характеристики живого сечения потока в них.

4. Разработана конструкция железобетонных напорных труб с металлическим сердечником, отличающаяся повышенной эксплуатационной надёжностью, за счёт наличия дополнительных слоёв (адгезионных, на основе латекса СКС-50 ГПС — по сердечнику, защитного, на основе латекса БС-65Апо наружному бетону) и латекса СКС-65 ГПБ в составе бетонных слоёв, что увеличило сцепление между слоями труб в 10−16 раз, снизило водопоглощение бетонных слоев в 3−4 раза, повысило прочность бетона на растяжение на 10−25%, а при раскалывании на 17−20%.

5. Предложены новые конструкции (а.с. № 1 532 650 и его варианты) и технологические основы устройства облицовок блочного типа для каналов в земляном русле, выполненные из жёстко сочленённых плит, образующих укрупнённые цельноформованные блоки трёх конфигураций, обеспечивающих минимум герметизационных швов, повышение качества работ, защиту берм от разрушения, а облицовку от выпора.

6. Разработаны основные положения технологии создания облицовок каналов из укатанного бетона при устройстве и восстановлении сети с использованием жёстких бетонных смесей, усовершенствованных технологий их распределения и уплотнения, новой конструкции деформационного шва, а также новые технологии устройства, реконструкции и восстановления сети в земляном русле с применением полимерных экранов, мобильных устройств и грунтовых или грунтополимерных композиций (по а.с. № 1 193 216, № 1 258 936, № 979 570, № 1 125 327, № 1 242 564, № 1 254 094, № 1 583 520, № 1 749 424, № 1 654 445, № 1 135 835, № 58 560).

7. Экспериментально обосновано расширение сырьевой базы для производства предложенных элементов и конструкций, повышающих эффективность и эксплуатационные качества водопроводящей сети:

— щебень и высевка Быстрореченского, Жирновского, Карабулагского месторождений, песок речной Волжский, отвечающие общим нормативным требованиям за исключением 1 -2 ограничений и обеспечивающие получение бетонов для сборных элементов с нормативным сроком службы;

— щебень Потаповского и Садковского месторождений, отходы камне-дробления Быстрореченского, Потаповского и Садковского карьеров, мелкие пески Грушевского и Мишкинского месторождений, не отвечающие нормативным требованиям по ряду показателей, и рекомендованные для сборных элементов, рассчитанных на ограниченный срок службы.

8. Предложены технологические средства, повышающие надёжность сети: а) применение формиатно-спиртового пластификатора (а.с. № 1 698 216), представляющего собой побочный продукт производства спирта-пентаэритрита, для повышения на 10−15% основных прочностных характеристик бетона лотков, труб, плит и других сборных элементов, сокращения на 8−12% расхода цемента в равнопрочных элементах с нормативным сроком службы, повышения на 25−40% (по отношению к заводским элементам) прочности лотков, труб и плит из бетона на местных заполнителях с повышенной (2−4%) дозировкой пластификатора, отработкой технологии в заводских условиях и промышленным производством элементов с нормативным и ограниченным (бетоном класса В22,5) сроком службы на предприятиях стройинду-стрииб) применение керамзитовой пыли и сухой золы для повышения прочности, трещиностойкости и долговечности сборных элементов с определением диапазона их расходов (пыли — 20−30% от массы цемента, золы — 240л.

280 кг/м) для обеспечения нормативных (или повышенных) показателей прочности и надёжности, подтверждённых в производственных условиях.

9. Разработана особая очерёдность загрузки в бетоносмеситель и поста-дийное перемешивание компонентов (патент РФ № 2 028 279) для дополнительного прироста прочности бетона сборных элементов (на 37−58% при сжатии и 39−54% при изгибе), повышения их долговечности и уменьшения на 1520% расхода цемента. Вначале в смеситель загружают заполнитель (крупный + мелкий), затем добавляют 40−60% воды затворения и 8−12% СФС, предварительно перемешивают в течение 2−4 мин, после чего засыпают цемент, перемешивают его до равномерного распределения по поверхности заполнителя, заливают остальную воду и окончательно перемешивают до получения однородной бетонной смеси.

10. Разработано и прошло производственную проверку новое техническое средство (а.с.№ 1 818 240) для послойного формования сборных элементов нормативной и повышенной прочности с уменьшенным на 30−50% расходом цемента, путём принудительного уплотнения бетонных смесей на малопрочных, местных заполнителях кинематически связанными вальцами с винтовыми рёбрами при оптимизированных технологических режимахчисле слоёв 2−3, контактном давлении на смесь 0,4−0,8 МПа, числе проходов 6−10.

11. Проведённые после ремонтно-восстановительных работ на Азовской и Манычской оросительных системах гидравлические исследования на водопроводящих сетях позволили получить следующие результаты:

— натурные потоки в отремонтированном лотковом канале находились в турбулентном режиме при спокойном состоянии, коэффициент шероховатости увеличивался с уменьшением глубины потока и с увеличением смещения лотков в вертикальной плоскости, а гидравлические сопротивления уменьшались с увеличением чисел Фруда и Рейнольдса и зависели от уклона, состояния поверхности и величины смещения звеньев (лотков) в вертикальной плоскости;

— натурные потоки в реконструированном канале МК-2 находились на границе переходной и квадратичной области гидравлических сопротивлений, коэффициенты шероховатости и гидравлических сопротивлений на участке в предлагаемых плитах изменялись, соответственно, в пределах п = 0,1 270,0140, А, — 0,012−0,0149, что соответствует бетонным облицовкам с гладкой поверхностью находящимся в хорошем состоянии. Наряду с этим коэффициенты шероховатости и Дарси уменьшились с увеличением глубины наполнения, уклона, чисел Рейнольдса и Фруда. На участке в базовых плитах коэффициенты шероховатости и гидравлических сопротивлений отличались в большую сторону соответственно на 10% и 25%. Объясняется это выполнением предлагаемых плит из смесей с улучшенными технологическими свойствами, что обеспечило высокое качество их уплотнения и уменьшение шероховатости плит;

— независимо от области гидравлических сопротивлений, шероховатости, гидравлического радиуса и уклона, значения коэффициентов Шези группируются вдоль прямой, построенной по формуле А. Д. Альтшуля при эквивалентной шероховатости Кэ= 1,0−2,0 мм, что позволяет использовать её при гидравлических расчётах. Меньшую погрешность даёт предложенный вариант этой формулы с уточнённым коэффициентом (23,5) при логарифме.

12. Исследования по оценке эксплуатационных качеств и надёжности сетей с восстановленным трактом позволили получить следующие результаты:

— прочность плит НПК после 3-х лет эксплуатации соответствовала классу бетона В22,5, железобетонных труб РТН, определённая «неразруша-ющим» методом — классу бетона В30, водонепроницаемость — марке У6;

— с учётом полученных показателей безотказности (Л, Р, Р, Тср) можно утверждать, что водопроводящие сети с использованием предлагаемых элементов являются наиболее надёжными и долговечными;

— согласно наработке на отказ и времени восстановления, вероятность безотказной работы водопроводящих трактов оросительных систем открытого типа (каналов, лотков) выше, чем трубопроводов, и отличаются они повышенной степенью надёжности, ремонтопригодности и долговечности;

— для восстановления мелиоративных систем Ростовской области заказ на производство элементов, в процентном отношении, должен выглядеть следующим образом: 40% - трубы, 30% - лотки, 30% - плиты.

13. Внедрение результатов исследований осуществлялось на оросительных системах Ростовской области и предприятиях строительной индустрии. Ремонт участка сети на площади 650 га, позволил сэкономить л.

198 920,6 м воды для дополнительного орошения 63 га, что обеспечило 1207,2 тыс. руб. прибыли. На основе предложенных решений произведено свыше 200тыс. м сборного железобетона и сэкономлено около 12тыс. тонн цемента (более 40 млн руб., в ценах 2009 г.). Экономический эффект от устройства на канале МК-2 облицовки из предлагаемых плит составил 192,9 тыс. руб./км, от замены непригодного участка сети в трубах РТНС на трубопровод из труб РТН — 227 тыс. руб./км, от проведения ремонтно-восстановительных работ на лотковом канале 2-У-1 — 177 тыс. руб./км. Замена выпускаемых сборных элементов предлагаемыми, при ремонте и реконструкции сети на Азовской ОС, сэкономит около 64 млн руб., а восстановление водопроводящих трактов ОС Ростовской области элементами с сокращённым периодом эксплуатации, изготовленных из бетона класса не ВЗО, а В22,5, обеспечит 226 млн руб. экономии.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Для реконструкции сети в земляном русле рекомендованы:

— лотки внутрихозяйственные и крупногабаритные с верёвочным профилем, имеющие преимущество перед параболическими лотками в гидравлическом отношении на 10−15%, являющиеся прочнее их на 45−50% и экономичнее полуциркульных (овоидальных) на 40−50%;

— трубы с металлическим сердечником, содержащие дополнительные слои и спецдобавки в бетон труб, увеличивающие сцепление между слоями в 10−16 раз, повышающие их прочность на 20−25%, снижающие водопоглоще-ние в 3−4 раза;

— облицовки блочного типа из жёстко сочленённых плит, образующих цельноформованные блоки трёх конфигураций, обеспечивающих при укладке одновременную защиту берм, откосов и дна канала при минимуме герме-тизационных швов;

— плиты креплений и облицовки из укатанных бетонов классов В15-В25 на недорогих местных заполнителях при уменьшенном на 30−50% расходе цемента;

— сборные элементы (лотки, трубы, плиты и др.) из бетонов на недорогих местных заполнителях, отвечающих общим требованиям ГОСТ и ТУ за исключением 1−2 ограничений (например, по зерновому составу, содержанию пылевидных, глинистых частиц — ПГ). Обязательно применение добавки ПФС — 2% от массы цемента или аналогичных по назначению и эффективности С-3, ЛСТМ-2, 10−03.

2. Для ремонта и восстановления сети рекомендованы:

— сборные элементы из бетонов на недорогих местных заполнителях, отвечающих общим требованиям ГОСТ и ТУ за исключением ограничений по зерновому составу, содержанию ПГ, прочности и морозостойкости. Обязательно применение одной из добавок — ПФС, С-3, ЛСТМ-2, 10−03;

— сборные элементы из невысокопрочных бетонов (В20 — В22,5) и рассчитанные на сокращённый (5−6 лет) период эксплуатации;

— сборные элементы из бетонов на недорогих местных заполнителях, не отвечающих нормативным требованиям по большинству показателей и рассчитанные на ограниченный (5−6 лет) срок службы. Обязательно применение добавки ПФС — 3−4% от массы цемента или аналогичных ей по эффективности С-3, ЛСТМ-2, 10−03.

3. При изготовлении сборных элементов экономически целесообразно использовать местные (дешёвые, недефицитные) заполнители — мелкие пески Грушевского и Мишкинского месторождений, высевку и щебень Потаповского, Садковского и Быстрореченского карьеров. Мелкие пески дешевле крупного на 20−30%, высевка Потаповского и Садковского карьеров дешевле Жирновской и Карабулагской в два раза, цена Быстрореченского щебня на 30−50% ниже цены щебня из высокопрочных пород.

4. Гидравлический расчёт отремонтированных и реконструированных водопроводящих сооружений следует вести на основе обобщённой зависимости А. Д. Альтшуля с уточнённым коэффициентом (23,5) при логарифме.

5. Для восстановления оросительных систем Ростовской области заказ стройиндустрии на производство сборных элементов в процентном отношении должен выглядеть следующим образом: 40% - трубы, 30% - лотки, 30% - плиты.