Содержание к диссертации
Введение
1. Структура мелиоративной сети, технология строительства мелиоративных каналов и методы их крепления 12
1.1. Структура мелиоративной сети, конструктивные особенности мелиоративных каналов 12
1.2. Наиболее распространенные профили поперечных сечений каналов 20
1.3. Существующие способы разработки русел каналов одноковшовыми экскаваторами 25
1.4. Анализ производительности экскаваторов при строительстве каналов 30
1.5. Существующие технологии крепления дна и откосов каналов 35
1.5.1. Крепление каналов габионами 44
2. Формирование научных предпосылок к реализации технологии строительства каналов методом послойной разработки грунта и их крепления габионами 51
2.1. Природно-климатические особенности мелиоративных объектов и их характеристики 51
2.2. Научные предпосылки к перспективному направлению технологии строительства каналов методом послойного снятия грунта 56
2.3. Методика расчета глубины протаивания грунта 58
2.4. Интенсивность протаивания грунта после снятия первого и второго слоя грунта по каналу 64
2.5. Математическое моделирование технологического процесса при строительстве каналов методом послойной разработки грунтов 67
6. Обоснование целесообразности применения сеток двойного кручения и их классификация 81
7. Экологические аспекты крепления гидротехнических сооружений и их износ 87
8. Программное обеспечение технологического процесса укладки габионов при креплении гидротехнических сооружений 93
Исследование технологических процессов строительства каналов методом послойной разработки и их крепления габионами 97
1. Задачи и методика исследований 97
2. Экскавация первого слоя грунта по трассе канала 104
3. Вторая проходка экскаватора по каналу 1 13
4. Третья проходка экскаватора по каналу 126
5. Исследования по технологии крепления гидротехнических сооружений изделиями на основе сетки двойного кручения 139
6. Технология крепления берегов рек, откосов каналов, мостовых переходов и водосбросных сооружений 148
Технология изготовления сеток двойного кручения 156
1. Классификация скручивающих элементов для изготовления проволочных сеток 156
2 Технология изготовления сетки двойного кручения 160
Экономическая эффективность и практическая реализация результатов научных исследований 172
5.1. Технология и организация работ при строительстве осушительных каналов в зонах глубокого промерзания грунтов 172
5.2. Экономическая эффективность крепления гидротехнических сооружений изделиями на основе сетки двойного кручения 182
5.3. Определение экономической эффективности технологического процесса изготовления сетки двойного кручения 188
Общие выводы 196
Литература
- Наиболее распространенные профили поперечных сечений каналов
- Научные предпосылки к перспективному направлению технологии строительства каналов методом послойного снятия грунта
- Вторая проходка экскаватора по каналу
- Экономическая эффективность крепления гидротехнических сооружений изделиями на основе сетки двойного кручения
Введение к работе
Актуальность проблемы. До недавнего времени в Восточной Сибири ежегодно вводилось в строй 10-15 т.га. осушенных земель, при их общей площади 115 т.га. За период 1985-1999г эта площадь сократилась до 70 т.га.
В настоящее время в сложных условиях переходного периода накопленный опыт позволяет развивать в зоне глубокого сезонного промерзания грунтов осушение земель открытой осушительной сетью на основе новых, более совершенных технологий позволяющих более эффективно использовать инвестиции.
Несмотря на общую тенденцию перехода в последнее время на закрытые системы, осушение земель открытой сетью каналов будет сохранять свое значение в ближайшие годы, т.к. часть земель целесообразно, а в отдельных случаях просто необходимо, осушать только открытыми каналами / водона-сыщенные глубокие торфяники, осушение лесных угодий, лугов, пастбищ, болот расположенных на минеральных грунтах в зонах вечной мерзлоты, в зонах глубокого сезонного промерзания грунтов и т.д./. Открытая сеть имеет свои преимущества: более низкая стоимость, в зонах глубокого промерзания закрытый дренаж не может действовать и быстро, за один-два сезона прихо-. дит в негодность.
Технология строительства открытых каналов состоит из комплекса подготовительных мероприятий и работ по отрывке русел каналов и разравниванию грунта. Отрывка русел производится одноковшовыми экскаваторами, а разравнивание грунта - бульдозерами. Совершенствование технологии разработки и разравнивания грунта существенно влияет на повышение производительности землеройных механизмов и качество выполнения земляных работ.
Районы Сибири и Дальнего Востока относятся к зонам глубокого промерзания грунтов. Ежегодно только в Красноярском крае, Бурятии, Иркутской и Читинской областях вводилось в эксплуатацию около 5 т.га заболоченных земель, на которых сооружалась осушительная сеть. Глубина промерзания здесь составляет 3,0...3,5 м и соответственно большая, чем в других областях продолжительность оттаивания. Вечная мерзлота, занимающая более 70% Восточной Сибири, не позволяет оттаивать активному слою более чем на 0,5-2,0 м. Оттаивание идет медленно, положительная среднесуточная температура устанавливается лишь в конце мая. В начале июня глубина оттаявшего грунта составляет от 20 до 25 см. На полную глубину /проектную глубину канала/ грунт оттаивает в середине августа. Это приводит к сниже-
нию нормативной загрузки одноковшовых экскаваторов, задержкам сдачи объектов и удорожанию работ.
Таким образом, в современных условиях первостепенное значение имеет поиск путей наиболее эффективного использования техники, вопросы выбора рациональной технологии строительства осушительных каналов, оптимальное распределение техники по участкам работ, повышение общего эксплуатационного и межремонтного срока осушительной сети.
Осушительная сеть после 5-Ю лет эксплуатации, в зависимости от климатических и других факторов, требует ремонта, затраты на который могут составлять до 50-60% от первоначальных. Каналы оплывают, их глубина уменьшается и они теряют свои функциональные способности. Начинается вторичное заболачивание и выход из строя осушенных земель и как следствие, ежегодное расходование миллиардов рублей на ремонтно-восстанови-тельные работы.
Большой вклад в решение этих научно-технических проблем внесли известные ученые: Н.Г.Домбровский, В.И.Баловнев, С.Т.Алтунин, Н.М.Беляев, М.Берроух, Т.С.Борщев, И.Д.Данилов, Г.Д. Дахно, Э.М.Дервинскас, А.Н.Зеленин, И.И.Знаменский, В.В. Суриков, С.Е.Канторер, В.Ф.Карловский, З.Б.Киндерес, В.П.Ковш, В.Г. Комиссаров, Б.М.Кизяев, Б.С. Маслов, З.М.Маммаев, В.И.Минаев, И.А. Недорезов, Н.Е.Носенко, В.Л.Пахаренко, А.Ф.Печкуров, Н.Н.Погодин, А.К. Рейш, А.П.Савин, А.С.Сбитнев, В.А.Скотников, Р.Л.Турецкий, В.Г. Ясинецкий и многие другие.
Результаты их теоретических исследований и накопленный практический опыт являются основой для дальнейшего совершенствования технологий строительства осушительных каналов и методов их крепления на базе реализации нетрадиционных решений в области строительства мелиоративных каналов.
Данная работа посвящена созданию технологии строительства осушительных каналов в зонах глубокого промерзания фунтов, методом послойного снятия грунта; крепление откосов каналов, быстротоков, перепадов, водозаборных сооружений, мостовых переходов, водосбросных сооружений и других, требующих крепления мелиоративных сооружений с использованием сетки двойного кручения, изготовленных из нее емкостей, заполненных камнем; технологии изготовления сетки двойного кручения и ее применения в различных мелиоративных сооружениях.
Цель н задачи исследования. Целью является создание новых технологий по строительству каналов в зонах глубокого промерзания фунтов и их крепления габионами.
Указанная цель определила перечень основных задач исследований, согласно которому необходимо было:
-
Исследовать способ создания осушительных каналов методом послойной разработки грунтов;
-
Разработать и научно обосновать метод расчета годовой загрузки одноковшового экскаватора для условий зон глубокого промерзания грунтов;
3.Теоретическое обоснование технологии строительства каналов в зонах глубокого сезонного промерзания послойным методом и определение параметров технологического процесса;
-
Разработать технологию крепления откосов каналов и других гидротехнических сооружений матрасами и ящиками из габионной сеткиу заполненных камнем;
-
Определить технико-экономическую эффективность и техническую целесообразность применения габионного крепления;
-
Разработать и обосновать технологию изготовления габионной сетки двойного кручения;
-
Дать оценку эффективности практического использования результатов исследований и определить область их применения в гидромелиоративном строительстве.
Методология исследований. В диссертационной работе использованы теоретические методу исследований с применением экономико-математического и организационно-технологического моделирования и оптимизации процессов производства работ, в том числе и с усовершенствованным рабочим оборудованием.
Экспериментальные исследования в лабораторных и полевых условиях выполнены с целью проверки теоретических положений с применением современной измерительной тензометрической аппаратуры.
Обработка экспериментальных данных осуществлена методами математической статистики.
Научная новизна исследований. Сделан значительный вклад в решение проблемы повышения эффективности строительства каналов в зонах глубокого промерзания фунтов на основе совершенствования технологических процессов производства работ с учетом специфических особенностей условий Восточной Сибири, позволившие резко расширить строительный сезон, повысить годовую загрузку экскаваторов, ускорить процесс оттаивания при строительстве каналов послойным методом.
Разработана технология и организация работ и методы расчета габи-онных креплений каналов, перепадов, мостовых переходов, быстротоков и водосбросных сооружений.
Разработаны организационно-технологические аспекты изготовления габионных сеток и их укладки на откосах гидротехнических и мелиоративных сооружений.
На защиту выносится:
-
Технология и технические средства строительства каналов в зонах глубокого промерзания грунтов методом его послойного снятия и осциляции нагрузок на рабочие органы экскаватора.
-
Математические модели, устанавливающие взаимосвязь скорости оттаивания грунта, производительности экскаватора и объема работ по укреплению отдельных частей гидротехнических сооружений.
-
Технология крепления каналов, быстротоков, перепадов, водосбросных сооружений, берегов рек и водохранилищ матрасами и габионами изготовленными из сетки двойного кручения и заполненных камнем.
-
Технология изготовления сетки двойного кручения и комплекса машин по изготовлению сеток с различными характеристиками.
-
Методы по выбору и расчету основных параметров исследований технологических процессов.
Достоверность результатов исследований подтверждена:
- необходимым объемом экспериментальных данных, полученных в лабора
торных и полевых условиях при исследовании технологических процес
сов строительства каналов и их крепления габионами;
- расчетными данными полученными при оптимизации моделей на ЭВМ.
- идентичностью результатов теоретических и экспериментальных исследо
ваний технологических процессов с данными полевых исследований на
турных образцов новых рабочих органов и изделий из сетки двойного кру
чения.
Практическая ценность работы: заключается в том, что ее результаты позволили:
-разработать рекомендации по выбору основных параметров экскаваторов при строительстве каналов при послойной разработке грунта.
-создать новые технологии крепления каналов, быстротоков, перепадов, водосбросных сооружений и мостовых переходов.
-создать опытно-промышленное и серийное оборудование для изготовления сеток двойного кручения с различными техническими характеристиками.
-использовать предложенную технологию для других целей, представляющих интерес для гидромелиоративного строительства: крепления автодорожного полотна, берегоукрепительных работах, устройства подпорных стенок, крепления оврагов и ограждения опасных участков.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на секции технологии, организации и механизации мелиоративных работ ВНИИГиМ и на Ученом совете СибНИИГиМ в г. Красноярске /1987, 1990,1996, 1998пг/, семинаре для руководящих работников мелиоративно-строительных организаций РФ в г.Костроме-1986г., на международном симпозиуме в г.Иркутске на секции по проблемам берегоукрепительных работ оз.Байкал - 1998г.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при составлении проекта производства работ, при строительстве осушительных систем, расположенных в зонах вечной мерзлоты - Долга, Прибайкальский район - Сахарово, Обор - Мухоршибирского района.
Шарнирный ковш, изготовленный Абаканским ОЭРМЗ и прошедший ведомственные испытания, экспонировался на ВДНХ СССР.
Впервые в России налажен машинный выпуск сетки двойного кручения из оцинкованной проволоки диаметром 3-4мм и размерами ячейки 70-120мм , что позволило начать проектирование объектов с применением передовой технологии изготовления и укладки габионов.
Разработанная технологическая линия для изготовления габионов применяется в 12 строительных организациях. Берегоукрепительные работы на основе применения выпускаемой сетки ведутся на Дальнем Востоке /бухта Ольга/, крепление рейхсбермы на Иркутской ГЭС и при креплении железнодорожного полотна /Дальневосточная ЖД/. Спроектировано и построено на 50% водозаборное сооружение в местности Унэгэтэй республика Бурятия, что позволило снизить стоимость строительства на 30% по сравнению с применением железобетона. Начаты работы по строительству водосбросного сооружения на Куда-ра-Сомонской плотине. Что позволит снизить стоимость по сравнению с первоначальным проектом (ЖБ) на 15-20 %.
Публикации. Список научных трудов автора по теме диссертации содержит 50 наименований, в том числе 3 учебных пособия и 11 патентов.
Объем и структура диссертации. Общий объем работы 236 стр. машинописного текста, включая 115 рис.ЗЗ табл. Диссертация состоит из вве-
Наиболее распространенные профили поперечных сечений каналов
Осушительные системы имеют следующие основные элементы (87): осушаемую территорию; регулирующую осушительную сеть; оградительную сеть; проводящую сеть; водоприемник; гидротехнические сооружения на осушительной сети; дороги и сооружения на них.
Регулирующая сеть в зависимости от использования осушаемой территории может быть открытой или закрытой в виде систематической сети открытых каналов или трубчатого дренажа. Кротового дренажа, выборочных каналов или дрен, глубоких каналов и дрен. Открытую систематическую осушительную сеть применяют для осушения лугов, лесов, болот для добычи торфа, предварительного осушения болот с последующей заменой ее закрытым дренажем при сельскохозяйственном их использовании.
Оградительная сеть состоит из нагорных, ловчих и береговых каналов и дрен.
К проводящей сети относятся магистральные каналы и коллекторы. Магистральные каналы обычно открытые, коллекторы - открытые и закрытые.
Схемы осушительной сети зависят от сельскохозяйственного использования земель. Типа водного питания. Размеров полей севооборота, рельефа поверхности, условий эффективной работы сельскохозяйственных машин, границ землепользования. Открытая проводящая сеть ускоряет отвод поверхностных вод весеннего снеготаяния по замерзшей почве без выноса питательных веществ. Открытая оградительная и закрытая проводящая сеть, ввиду большей глубины заложения, оказывают большее осушающее действие по сравнению с регулирующей сетью. Поэтому регулирующую сеть следует проектировать с учетом осушающего действия проводящей и оградительной сети.
По типу водного питания схемы осушения земель подразделяются на: земли атмосферного питания, грунтового водного питания, ґрунтово- напорного питания, намывного водного питания.
Если к осушаемому объекту примыкает лес, в котором снеготаяние обычно задерживается, то объект от притока воды ограждается нагорными каналами. При замкнутом бассейне грунтовых вод (грунтовое водное питание) основной метод осушения - понижение их уровня. При небольшой ширине осушаемого объекта и отсутствии притока вод со стороны прилегающих земель достаточно бывает провести один магистральный канал. Если осушаемый объект является только частью обширной заболоченной территории, то для перехвата грунтовых вод с прилегающих земель устраивают ловчие каналы или дрены. В случае, когда на осушаемый объект поступают грунтовые воды с водосбора, устраивают ловчие каналы или дрены. По понижению массива прокладывают магистральный канал. При использовании осушаемых земель под естественные сенокосы и при предварительном осушении проектируют открытую систематическую сеть или редкие глубокие каналы.
При поступлении фильтрационных вод из водохранилищ или рек осушаемые объекты ограждают береговым дренажем, при необходимости устраивают ловчий канал и систематический закрытый дренаж.
При осушении земель грунтово-напорного водного питания уровень напорных вод, поступающих с водосбора, понижают с помощью ловчего канала, который закладывают в местах наивысших пьезометрических напоров на границе объекта. Дно канала врезают в водоносный пласт на 0,3.. .0,5 м.
По расположению на осушаемой площади регулирующая сеть подразделяется на систематическую и выборочную. В первом случае канала или дрены равномерно расположены по площади осушения на расчетном или нормативном расстоянии друг от друга. Во втором- регулирующая сеть устраивается лишь в тех местах, где уровни грунтовых вод не отвечают требованиям выращиваемым сельскохозяйственных культур (100). По конструкции регулирующая сеть проектируется открытой (каналы-осушители) и закрытой (закрытый дренаж). При размещении открытой сети осушителей, помимо рельефных условий, учитываются хозяйственные требования: схема открытой сети должна быть увязана с границами полей севооборотов, трассы осушителей должны совпадать с направлением основных обработок почвы.
Проводящая сеть осушительной системы собирает и отводит воды поверхностного и грунтового стока, поступающие в проводящую сеть как непосредственно (грунтовые воды через дно и откосы каналов, а поверхностные -через приемные воронки), так и из регулирующей сети. Количественное соотношение между объемами отводимых поверхностных и грунтовых вод зависит от времени года, гидрологических условий водосбора, типа водного питания и способа осушения. Однако, как правило, максимальные расходы, на которые рассчитывают проводящие каналы, определяют по поверхностному весеннему и летнему поводковому стоку, так как в сравнении с ним максимальный сток грунтовых вод обычно невелик.
Зависимость между размерами водосборной площади и стоком с единицы этой площади в определенных условиях позволяет вычислить количество поверхностного стока, притекающие к проводящему каналу.
При осушении минеральных почв проводящую сеть проектируют по четко выраженным тавельгам и понижениям и принятой схеме регулирующей сети. При осушении болот трассы каналов проводящей сети назначают с учетом рельефа минерального дна и проектируют по его тавельгу. Особенно необходимо выполнять это требование при мощности торфа на болоте более 2м. Магистральные каналы, прокладываемые на таких болотах, подвергаются значительной осадке, достигавшей 25...30%, а иногда и более начальной мощности.
Расположение проводящих каналов младших порядков, впадающих в магистральный канал, в плане, помимо учета гидрологических и гидрогеологических условий их предполагаемой работы, должно отвечать требованиям организации, территории, связанным с агротехникой и технологией сельскохозяйственного производства. Уменьшение поступления избыточных вод на осушаемую площадь с внешнего водосбора за счет оградительной сети разгружает регулирующую сеть и позволяет принять ее параметры с учетом уменьшения интенсивности водного питания.
Все каналы, для которых не делают гидравлический расчет, сопрягают с магистральным каналом и водоприемником так, чтобы дно впадающего канала было не более чем на 0,1 м ниже бытового уровня в принимающем канале или водоприемнике.
Научные предпосылки к перспективному направлению технологии строительства каналов методом послойного снятия грунта
Если рассматривать в целом картину распределения температуры мерзлотных толщ, то самые невысокие отрицательные значения свойственны южным районам, где они составляют -0,5, -1 градус, а в северных районах -5; -7 градус. Значительное влияние на температуру мерзлотных толщ оказывает высота над уровнем моря, поскольку на каждые 100 м высоты температура воздуха понижается на 0,5-0,6 градуса.
Верхняя граница многолетнемерзлых пород расположена неглубоко и обычно смыкается с границей сезонного промерзания. Только в пределах отдельных островов мерзлоты в долинах региона понижается до глубины 7-20м; между мерзлыми породами и деятельным слоем в таких случаях располагаются прослойки воды.
Деятельный слой - это слой грунтов сезонного промерзания и оттаивания. Мощность его в районах распространения многолетнемерзлых пород, в зависимости от вида почвенного покрова, растительности, литологического состава грунтов и экспозиции поверхности элементов рельефа изменяется в широких пределах от 20см до 3-4м. Рис.2.1-2.4 (8)
Северные части Красноярского края, Иркутской области и Бурятии -0,5-0,7м Михайловка Красноярского края, Ильинка в Бурятии Хилок Читин S среднегодовая температура -2 -3С
Под кустарниками грунт оттаивает на 30% медленнее, и в августе только на 1,2... 1,3 м, что делает невозможным производство выемки грунта за один проход экскаватора на полную глубину канала, которая чаще всего составляет 1,5 м. На площадях развития многолетнемерзлых пород выделяются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды.
Надмерзлотные воды формируются над толщей мерзлых пород, распространены повсеместно и связаны с водонепроницаемыми породами различного возраста и состава, слагающими в основном деятельный слой, имеющий незначительную мощность. Водоупорным основанием для этих вод служит кровля многолетнемерзлых пород, а источниками пополнения являются атмосферные осадки, поверхностные водотоки, а также надмерзлотные воды, проникающие через сквозные талики. Надмерзлотные воды подвержены попеременному промерзанию и оттаиванию.
Наличие вечномерзлых грунтов (табл. 2.1.) в указанных выше зонах обуславливает и специфику работ в этих районах. Так как эти грунты водо-упорны, на таких площадях скапливается поверхностная вода (12), приводящая к заболачиванию значительных зон, занятых вечной мерзлотой. Деятельный слой, лежащий над вечномерзлым грунтом, летом оттаивает, а зимой замерзает. В этом слое грунта сосредотачивается жизнедеятельность растительных и живых организмов и протекают различные процессы. В зимний период деятельный слой сливается с мерзлотной толщей и образуется сливающаяся мерзлота. В зависимости от толщины торфяного покрова, мощности снежного покрова, а также среднегодовой температуры, мощность деятельного слоя колеблется в широких пределах - от 0,5 до 2м.
В отдельные годы наблюдается следующее: в теплую зиму 1983,1996гг. между деятельным слоем и вечной мерзлотой остается талый слой малой мощности, но для местных условий это скорее исключение из правил, чем система. Температура горных пород полностью определяется литологией отложений. В них температура горных пород у подошвы слоя составляет повсеместно выше 0 градусов. Но как только в поверхностных горизонтах встречаются пылевидные супеси или суглинки, тепловой баланс резко изменяется в сторону выхолаживания подстилающих пород вплоть до понижения их температуры ниже 0 град. (11).
Основным фактором в низкогорьях выступает рельеф, т.к. именно с ним связан и характер растительности, и характер рыхлых отложений, и условия их обводнения, поэтому и количество тепла, поступающего к деятельной поверхности, и затраты тепла на испарение меньшие. Радиационный баланс в закустаренной местности составляет лишь 37% от величины радиационного баланса открытой поверхности. В результате за летний период в затемненные места поступает на 30% меньше, чем на открытую поверхность.
Аналогичная картина теплообмена наблюдается в других районах Сибири, если в Северных районах температура у подошвы активного слоя - 5, то в южных - до -0,5 градуса. В северных районах Сибири вечной мерзлотой занято до 98%) территории, в южных - 20..30%».(30)
Для описания температурного поля с заданной величиной теплового потока из недр Земли, при известной температуре у подошвы активного слоя грунта; можно записать как [ЗО, Зі, U3J
H = 0/g + H0, где : Н- мощность криолитозоны . Я0- мощность активного слоя грунта g- геотермический градиент. 2.2.Научные предпосылки к перспективному направлению технологии строительства каналов методом послойного снятия грунта.
Осушаемые болота в областях Сибири чаще всего представляют собой площадь в котловине между гор от 40 до 2 тыс. га, а объем грунта, подлежащего выемке - от 40 до 200 тысяч кубометров. Применение базовой технологии ограничено временем полного оттаивания.
Сущность предложенной технологии поясняется схемами на которых последовательно показаны операции по послойному снятию грунта при каждой проходке экскаватора.
На рис.2.5 показан экскаватор при первом проходе, где экскаватор - 1 расположенный по центру создаваемой выемки, находится ближе к отвалу, что позволяет выгружая грунт в отвал 2 оставлять большую ширину бермы, на которой должны располагаться отвалы после 2 и 3 проходок экскаватора; с правой стороны экскаватора остается невыбранная дорожка 6 которая позволяет экскаватору при 2 и 3 проходах располагаться ближе к отвалу и производить выгрузку грунта на оставленной при первом проходе широкой берме; 3 - ширина канала по проекту; 9 - глубина канала после первой проходки экскаватора по каналу.
На рис. 2.6 показана вторая проходка экскаватора по каналу где, экскаватор производит забор грунта боковой проходкой и выгружает на противоположную сторону канала; 5 - отвал после второго прохода экскаватора, 7 -берма после образования второго отвала; 9 - глубина канала после первого прохода экскаватора по каналу; 10 - глубина канала после второго прохода .
На рисунке 2.7 показан экскаватор при третьем проходе по каналу, который доводится до проектного сечения, выбирая и дорожку оставленную при первом и втором проходе которая, позволяла ему находиться ближе к отвалу. 11 - отвал после третьей проходки; 12 - проектное сечение канала.
Вторая проходка экскаватора по каналу
В местах скопления воды грунт оттаивает интенсивнее, т.к. на ночь аккумулируется солнечное тепло, а в местах с остатками корневой системы кустарников оттаивание замедляется.
После снятия грунта производился замер температуры воды, которая составляет 4 градуса, через 2-3 часа по каналу идет вода, стекающая из прилегающих к нему зон и таяния мерзлого грунта в канале. На прилегающих к каналу территориях верховая вода прогревается солнцем и, скатываясь в канал, отдает часть тепла территории канала, по которой она проходит. Это способствует более интенсивному оттаиванию грунта (рис 3.14)
Снятие первого слоя грунта экскаватором продолжалось с 20 мая по 20 июня. Если 20 мая грунт в устье канала протаял на глубину 13-20 см. то по мере продвижения экскаватора вдоль канала выемка становилась все глубже, т.к. шло дальнейшее естественное оттаивание грунта (рис.3.12) и 20 июня экскаватор снимал грунт глубиной 40 см. Таким образом, глубина канала после первого прохода экскаватора составила от 20 до 40 см.
После снятия первого слоя грунта по образовавшейся выемке идет вода, которая скатывается из прилегающих к нему зон и приводит к их быстрому осушению, что в свою очередь позволяет раньше начать культуртехнические работы (рис.3.15).
Производя снятие второго слоя грунта, экскаватор находился на противоположной от отвала стороне канала, ведя разработку боковой проходкой (рис.3.16) и выгрузку грунта на противоположную от экскаватора сторону канала.
Разработку грунта при второй проходке экскаватора целесообразно вести ковшом со сплошной режущей кромкой, т.к. использование такого ковша уменьшает энергозатраты на 5-7%. При максимальном забросе ковша
Профиль канала после первой, второй и третьей проходки экскаватора по каналу. со сплошной режущей кромкой грунт выгружается на 30-40см. дальше, чем у ковша с зубьями. Происходит это по причине беспрепятственного движения грунта по режущей кромке, на которой нет зубьев. Канал при использовании ковша со сплошной режущей кромкой получается менее ровным,чем при применении ковша с зубьями, но при второй проходке это не нужно, т.к. окончательная доводка канала до проектного сечения производится при третьей проходке экскаватора, когда желательно применять ковш с зубьями. Применение такого ковша сокращает время на доводку откосов по сравнению с ковшом со сплошной режущей кромкой на 5-7%.
Кавальер образованный при второй проходке экскаватора, располагается рядом с отвалом от первой проходки, что позволяет кавальеру быстрее сохнуть; широкое расположение общего отвала позволяет бульдозеру повысить производительность на разравнивание отвала до 20%. Кавальер более сухой, чем образованный за один проход экскаватора (при базовом методе устройства канала), и бульдозер не вязнет в малосвязном грунте. Если высота отвала Н0 больше высоты разгрузки ковша Нр, следовательно, разгрузку грунта следует выполнять в отвал трапецеидальной формы Н0 = Нр. Ширина такого отвала в верхней части будет определяться выражением в = Е + Е, + т0И0 -к-тЯр -тЩН.Кр) (1+Н„):Н0К, где: Е - расстояние от оси хода экскаватора до дальнейшей верхней бровки отвала трапецеидальной формы; Е, - расстояние от оси хода экскаватора до подошвы откоса боковой выемки; т0 - заложение откосов отвала; Н0 - высота отвала; К - ширина бермы между верхней бровкой откоса и отвалом; m - заложение откосов канала; Н3 - глубина канала; Нр- высота выгрузки ковша К - коэффициент разрыхления. где: в0 - ширина отвала по верху; Щ,то2 - откосы отвала; Н0 высота отвала.
Угол поворота платформы, как видно на рис. 3.18. составляет 35 град. При таком угле поворота использование второй скорости не позволят совмещать операции цикла без их задержки, т.к. пока ковш принимает верхнее положение, платформа успевает повернуться на 50-60 град. Применение же первой скорости, при всех прочих равных условиях, позволяет платформе повернуться на 25-35 град., что не ведет к задержке в совмещении операций цикла (рис.3.20.-3.22) А меньшая потребляемая мощность от двигателя на поворот платформы может быть использована для большой загрузки ковша (с шапкой), что ведет к увеличению производительности на 3-4%.
Дня нахождения угла поворота платформы экскаватора при второй проходке, находим центр тяжести забоя, для чего следует рассмотреть сечение канала рис. 3.17 где слой грунта, снимаемый при второй проходке экскаватора представляет собой разнобокую трапецию имеющую вид:
Расстояние X, - Х2, равное нижнему основанию трапеции, нам известно, остается определить Х2-Х3, которое находим из уравнения, рассматривая треугольник Х2Х30; угол Х2Х30 зависит от заложения откосов в канале и также может быть определен известными формулами. Таким образом, найденное Хкрит проходит в известном расстоянии от левой бровки образованного при первом проходе канала.
Экономическая эффективность крепления гидротехнических сооружений изделиями на основе сетки двойного кручения
Строительство осушительных каналов в зонах глубокого промерзания грунтов в основном ограничивается наличием сезонных и вечномерзлых грунтов, а также геологическими , гидрогеологическими условиями, объемом работ и параметрами каналов.
При устройстве осушительных каналов методом послойного снятия грунта применяются экскаваторы 3.. .4 размерных групп.
Формулы, устанавливающие связь между размерами канала и параметрами экскаватора, имеют следующий вид: hKae - высота кавальеров, м; -"max - максимальная ширина канала по верху, которая может быть выполнена экскаватором, Ru е - требуемый радиус выгрузки для заданных размеров забоя; а - коэффициент, равный единице при укладке грунта на одну сторону и 0,71 при укладке на обе стороны; - объем выемки на 1 пог.м.; - угол наклона откоса кавальера, ; - коэффициент разрыхления грунта; Б - возможная высота выгрузки грунта; Z - запас между высотой кавальера и зубьями ковша, равный 0,5 м RB тах - максимальный радиус выгрузки; С - ширина бермы, равная глубине канала. где : Rp радиус разгрузки ковша экскаватора; вб - берма безопасности; к - ширина бермы между отвалом и каналом; В0 - ширина отвала по низу; Б-ширина нижней тележки экскаватора; Z0 - расстояние от оси вращения до оси пяты стрелы; 1С- длина стрелы; гг - радиус головного блока; а - угол наклона стрелы.
Для экскаватора с гидроприводом угол наклона стрелы и радиус головного блока исключаются
Параметры канала для экскаваторов различных размерных групп при послойном снятии грунта.
Среднее значение количества неблагоприятных для строительства осушительных каналов дней получено при обработке данных, а значения удельного их веса к годовому рабочему времени для 3...5 температурных зон приведены в таблице 5.2
Как видно из таблицы производительность экскаватора при послойном снятии грунта не снижается по сравнению с базовой технологией за счет мень шего угла поворота платформы, а разравнивание бульдозером требует меньше го времени за счет того, что отвал образованный за несколько проходов экскаватора имеет форму трапеции и быстрее теряет влагу, за 1 -2 месяца. Технико-экономическая эффективность работ по строительству осушительных каналов методом послойного снятия грунта определяется по сущест w вующей методике /79/ и включает определение экономического эффекта и экономии трудовых и топливно-энергетических ресурсов. Б- количество рабочих в экипаже; гр - суммарная трудоемкость всех видов ремонтов за межремонтный срок; Плб - количество перебазировок в год; гдм -трудоемкость при перебазировках; - трудоемкость монтажа при перебази їй ровках; г„ - трудоемкость перебазировок; гду - трудоемкость установки дополнительных устройств при перебазировках.
Метод позволяет удлинить строительный сезон землеройной техники (экскаваторы, бульдозеры) с 3 до 6 месяцев. За счет чего получаем эффект экономии производственных фондов и ввод дополнительных площадей осушаемых земель в эксплуатацию. Рис. 5.1.
Экономический эффект за счет использования одного экскаватора вместо двух при выполнении одного и того же объема работ за сезон определяется по формуле Э = (3,-32)А2, (5.11) 31 и 32- приведенные затраты на единицу продукции, производимой с применением базовой и новой технологии; А2 - годовой объем производства продукции с помощью новой техники в расчетном году, в натуральных единицах; Э - годовой экономический эффект, руб. С - себестоимость единицы продукции; 3 - приведенные затраты на единицу продукции, руб.; К - удельные капитальные вложения в производственные фонды; Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, равный 0,15.
Исходя из условия, что в варианте предлагаемой технологии требуется вдвое меньше техники, для выполнения равного объема работ за сезон, то стоимость машин будет К (базовая технология) = 11900x2=23800 руб.; К (новая технология) = 11900x1=11900 руб.; В обоих вариантах применяется один бульдозер, поэтому в расчетах это не учитываем. Затраты на эксплуатацию (С, и С2 ) по обоим вариантам будут равны и исходя из общего срока 6 месяцев. Исходя из этого формула (5.11) примет вид:
Сравнительный сетевой график производства работ строительства каналов в зонах глубокого промерзания грунтов базовым методом и методом послойного снятия грунта. Щ Э = ЕН{КС-КН) = 0,15(23800-11900) = \Шруб., (5.13) За счет ускорения сельскохозяйственного оборота осушенных земель эффект ощущаем по дополнительному чистому доходу в сельском хозяйстве Эф=гц(Т,-Т2)А (5.14) rq - дополнительный чистый доход, руб./га; Г, и Т2 - продолжительность строительства по сравниваемым вариантам. Дополнительный чистый доход с осушенных земель для зоны Восточной Сибири составляет в среднем 76 руб./га.
Здесь не учтены потери урожая при очистке канала, которые происходят в течение 2-3 лет после разравнивания грунта бульдозером и могут составлять от 10 до 30% площади занимаемой сенокосом.
При сравнении с потерями, которые могут быть на площадях, занятыми высокоурожайными сельскохозяйственными культурами, то потери возрастают многократно.
Однако в зонах глубокого промерзания грунтов осушенные площади на 80-90% используются для сенокосов и выпаса животных поэтому наиболее экономически выгодным следует считать, применение такого типа крепления на перепадах, мостовых переходов, быстротоках и устьевой части магистральных каналов. Для сравнения взято крепление мостового перехода построенного в 1998г. Ранее предполагалось крепление каменной наброской как наиболее экономичное по сравнению с креплением железобетонными плитами. После сравнительного анализа различных типов крепления было установлено, что наиболее экономичным будет крепление на основе изделий из сетки двойного кручения.
После детального анализа гидрологических условий и существующих рекомендаций и нормативных документов по устройству каменной наброски сделаны следующие выводы.
При данной скорости 3,97 м/сек и глубине потока до 4,3м (при половодье) укрепление каменной наброской будет работать на пределе своих возможностей. Обычно, каменную наброску применяют до скоростей 2,5-3,0 м/сек (габионы при скоростях до 4-6м/сек)
При скорости течения 3,97 м/сек требуемый размер камня в каменной наброске составляет 0,6-0,94 м при заложении откосов 1:1,5 (меньшие значения получены при расчете по формулам ПМП-91, большие- по Рекомендациям ЦНИИС 1979 года).
Камень таких размеров, образующий в наброске большие щели, рекомендуется укладывать в укрепление методом мощения (без расклинки, но с подбором лица).
При требуемом для укрепления размере камня дк. = 0,6м толщина каменной наброски должна составлять: 3Jr=l,8 (не менее трех слоев).Произведенное сравнение двух вариантов укрепления (каменная наброска и габионы) по стоимости в базовой цене 1984 года. Стоимость укрепления каменной наброской составляет 4306руб. за 100 кв.м. стоимость укрепления габионами 1751 руб за 100кв.м. При устройстве габионов расходуется примерно в три раза меньше камня и это оказывает решающее влияние на стоимость укрепления.
Таким образом, укрепление габионами в данных условиях предпочтительнее как по стоимости, так и по надежности его работы при больших скоростях течения. При расчете стоимости укрепления принималась транспортировка камня на расстояние 11 км.
