Содержание к диссертации
Введение 8
1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗА КРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА 18
1.1. Опыт строительства закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) дреноукладочными машинами 18
1.2. Применение традиционных конструкций, способов и технологий устройства ЗГД на опытно-дренажных участках 29
1.2.1. Строительство опытно-дренажных участков и работа закрытого дренажа в зоне орошения (на примере дренажных участков в регионах Северного Кавказа) 33
1.2.2. Основные особенности реализации традиционных способов строительства закрытого горизонтального дренажа 48
1.3. Применимость и условия работы машин и механизмов при устройстве коллекторно-дренажной сети 55
1.4. Технология и организация производства дренажных работ 63
1.5. Оценка работоспособности и технического состояния опытного дренажа на орошаемых землях, построенного раздельным способом.. 79
1.6. Оценка уровня механизации, основные технико-экономические показатели производства дренажных работ, выполняемых традиционными методами 83
1.7. Экологические аспекты технологических процессов производства дренажных работ 93
1.8. Определение основных направлений совершенствования машин и механизмов, технологии производства и организации дренажных работ 95
Введение 8
1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА ЗА КРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА НА ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЛЯХ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА 18
1.3. Опыт строительства закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) дреноукладочными машинами 18
1.4. Применение традиционных конструкций, способов и технологий устройства ЗГД на опытно-дренажных участках 29
1.2.3. Строительство опытно-дренажных участков и работа закрытого дренажа в зоне орошения (на примере дренажных участков в регионах Северного Кавказа) 33
1.2.4. Основные особенности реализации традиционных способов строительства закрытого горизонтального дренажа 48
1.9. Применимость и условия работы машин и механизмов при устройстве коллекторно-дренажной сети 55
1.10. Технология и организация производства дренажных работ 63
1.11. Оценка работоспособности и технического состояния опытного дренажа на орошаемых землях, построенного раздельным способом.. 79
1.12. Оценка уровня механизации, основные технико-экономические показатели производства дренажных работ, выполняемых традиционными методами 83
1.13. Экологические аспекты технологических процессов производства дренажных работ 93
1.14. Определение основных направлений совершенствования машин и механизмов, технологии производства и организации дренажных работ 95
Выводы по главе 107
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ ТРАСС И ДРЕНАЖ НЫХ МАТЕРИАЛОВ К СТРОИТЕЛЬСТВУ ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОН ТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА В ЗОНЕ ОРОШЕНИЯ УЗКОТРАНЩЕИНЫМ СПОСОБОМ 108
2.1. Организационно-технологические основы способов производства по видам дренажных работ 108
2.2. Теоретическое определение параметров срезки растительного слоя грунта при подготовке трасс для устройства закрытого горизон тального дренажа 113
2.3 .Разработка и исследование процесса навивки защитно-фильтрующих материалов (ЗФМ) на пластмассовые дренажные трубы.. 118
2.4. Разработка процессов доставки дренажных материалов на объек ты устройства закрытого дренажа 121
2.4.1. Формирование процессов погрузки-разгрузки, подготовки материалов для производства дренажных работ 121
2.4.2. Формирование процессов доставки труб и фильтромате-риалов на объекты устройства дренажа 129
2.4.3. Оптимизация процессов транспортировки фильтромате-риалов при подготовке к устройству закрытого дренажа 133
2.5. Разработка процесса раскладки сыпучих объемно-фильтрующих материалов (ОФМ) и их загрузки в бункера дреноукладчиков 138
Выводы по главе 143
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ОТ РЫВКИ УЗКИХ ДРЕНАЖНЫХ ТРАНШЕЙ И УКЛАДКИ ДРЕНАЖА В ГРУНТАХ РАЗЛИЧНОГО СОСТОЯНИЯ 145
3.1. Исследования процесса отрывки узких траншей землеройными рабочими органами дреноукладчиков. Трансформация угла наклона забоя при отрывке траншей. Основные параметры скребков 145
3.1.1. Устойчивость движения скребков в забое при отрывке дренажных траншей 151
3.1.2. Формирование рифленой рабочей поверхности скребковых рабочих органов дреноукладчиков 154
3.1.3. Механико-математическая модель процесса взаимодейст ия пластичных грунтов со скребковыми рабочими органами 162
3.1.4. Оценка работоспособности скребкового рабочего органа дреноукладчика 171
3.2. Исследование процесса отвалообразования грунтов на землерой ных и дреноукладочных машинах 175
3.2.1. Анализ процесса работы отвалообразователей грунтов... 175
3.2.2. Разработка процесса перемещения грунта к отвалообразо-вателю 177
3.2.3. Исследование процесса отвалообразования грунтов лопастным метателем на дреноукладчике 182
3.3. Разработка процесса формирования конструкции дрен с сокращенной фильтровой обсыпкой. 196
3.4. Составление баланса мощности работы узкотраншейного дреноукладчика 200
Выводы по главе 210
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКРІХ ПРОЦЕССОВ ОБРАТНЫХ ЗАСЫПОК И УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ ДРЕНАЖНЫХ ТРАНШЕЙ... 211
4.1. Технология и средства механизации для устройства обратных засыпок дренажных траншей 211
4.2. Технология и средства механизации для производства работ по уплотнению минеральных грунтов дренажных траншей 226
4.3. Разработка новой технологии засыпки и уплотнения грунтов узких дренажных траншей 246
4.3.1. Взаимодействие винтового уплотнителя с грунтом обратной засыпки в дренажной траншее 254
4.3.2. Определение производительности винтового уплотнителя грунтов 259
4.3.3. Динамика воздействия винтовым уплотнителем на грунт в траншее 260
4.3.4. Расчет энергетических затрат на привод винтового уплотнителя 267
4.3.5. Оценка качества работы винтового уплотнителя грунтов... 283
4.3.6. Автоматизация процесса засыпки-уплотнения грунтов дренажных траншей 286
Выводы по главе 291
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СТРОИ ТЕЛЬСТВА ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА В ЗОНЕ ОРОШЕНИЯ УЗКОТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ 293
5.1. Основные теоретические предпосылки к математическому моделированию технологического процесса устройства дренажа 293
5.2. Экономико-математическая модель процесса устройства дренажа узкотраншейным способом :. 298
5.3. Основные оценочные критерии процессов работы дреноукладоч-ных машин 307
Выводы по главе ". 314
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ МАШИН И ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕСОВ СТРОИТЕЛЬСТ ВА ДРЕНАЖА УЗКОТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ 316
6.1. Общая схема и методика проведения исследований 316
6.1.1. Методика выполнения лабораторных исследований 320
6.1.2. Методика выполнения исследований в производственных условиях 324
6.2. Исследование процесса навивки защитно-фильтрующих материалов (ЗФМ) на пластмассовые дренажные трубы 326
6.3. Исследование процесса подготовки трасс под устройство дренажа на экспериментальных участках 334
6.4. Исследование процессов доставки, раскладки и загрузки объемных фильтроматериалов в бункера дреноукладчиков 339
6.5. Исследования процесса формирования конструкции и работоспособности дрен с сокращенным объемом фильтрующей засыпки... 346
6.5.1. Исследование процесса формирования экономичных отсыпок объемных фильтроматериалов узкотраншейных дрен пла-нировщиком-формователем 346
6.5.2. Исследование работоспособности узкотраншейных дрен с полной и сокращенной фильтровой обсыпкой 353
6.6. Исследование процесса работы дреноукладчиков в водонасы- щенных и естественной влажности грунтах 358
6.6.1. Работоспособность скребковых рабочих органов на дрено- . укладчиках ' 358
6.6.2. Работоспособность отвалообразователя грунтов 362
6.6.3. Работа дреноукладчиков в грунтах естественной влажности. 3 63
6.6.4. Работа дреноукладчиков в водонасыщенных грунтах.: 368
6.7. Исследование новой технологии засыпки и уплотнения грунтов узких дренажных траншей 372
6.7.1. Результаты исследований процесса засыпки узких дренаж ных траншей 372
# 6.7.2. Результаты исследований процесса уплотнения узких дре нажных траншей 377
6.8. Исследование эффективности устройства и работоспособности узкотраншейных дрен в производственных условиях 383
6.9. Оптимизация применения машин дреноукладочных комплексов в процессах устройства закрытого горизонтального дренажа в зоне орошения 390
6.10. Энергетические затраты на работу дреноукладочных машин в зоне орошения 392
Выводы по главе 393
7. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОРГАНИ ЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕНАЖНЫХ РАБОТ КОМПЛЕКСНО- МЕХАНИЗИРОВАННЫМ УЗКОТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ 396
7.1. Научные основы формирования комплексов дреноукладочных машин и транспортно - технологических средств (ТТС) 396
7.2. Многовариантные, усовершенствованные и новые технологии строительства закрытого горизонтального дренажа узкотраншейным способом 403
7.2.1. Технология строительства закрытого дренажа в грунтах естественной влажности узкотраншейным способом 404
7.2.2. Технология строительства закрытого дренажа в водона-сыщенных грунтах узкотраншейным способом 408
7.2.3. Технология строительства закрытого дренажа узкотраншейным способом из полимерных труб зимой 413
7.3. Технологический регламент на устройство дренажа в зоне оро шения 417
Выводы по главе 422
8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СПОСОБОВ СТРОИ ТЕЛЬСТВА ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА В ЗОНЕ ОРОШЕНИЯ 423
8.1. Сравнительная эффективность применения дреноукладочных ' машин и способов строительства дренажа 423
8.2. Экономическая эффективность применения комплексно- механизированного узкотраншейного способа строительства дренажа 427
Выводы по главе 438
ОБШИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 439
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 445
ПРИЛОЖЕНИЯ 472
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ ТРАСС И ДРЕНАЖ НЫХ МАТЕРИАЛОВ К СТРОИТЕЛЬСТВУ ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОН ТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА В ЗОНЕ ОРОШЕНИЯ УЗКОТРАНЩЕИНЫМ СПОСОБОМ 108
2.1. Организационно-технологические основы способов производства по видам дренажных работ 108
2.2. Теоретическое определение параметров срезки растительного слоя грунта при подготовке трасс для устройства закрытого горизон тального дренажа 113
2.3 .Разработка и исследование процесса навивки защитно-фильтрующих материалов (ЗФМ) на пластмассовые дренажные трубы.. 118
2.4. Разработка процессов доставки дренажных материалов на объек ты устройства закрытого дренажа 121
2.4.4. Формирование процессов погрузки-разгрузки, подготовки материалов для производства дренажных работ 121
2.4.5. Формирование процессов доставки труб и фильтромате-риалов на объекты устройства дренажа 129
2.4.6. Оптимизация процессов транспортировки фильтромате-риалов при подготовке к устройству закрытого дренажа 133
2.5. Разработка процесса раскладки сыпучих объемно-фильтрующих материалов (ОФМ) и их загрузки в бункера дреноукладчиков 138
Выводы по главе 143
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ОТ РЫВКИ УЗКИХ ДРЕНАЖНЫХ ТРАНШЕЙ И УКЛАДКИ ДРЕНАЖА В ГРУНТАХ РАЗЛИЧНОГО СОСТОЯНИЯ 145
3.1. Исследования процесса отрывки узких траншей землеройными рабочими органами дреноукладчиков. Трансформация угла наклона забоя при отрывке траншей. Основные параметры скребков 145
3.1.1. Устойчивость движения скребков в забое при отрывке дренажных траншей 151
3.1.2. Формирование рифленой рабочей поверхности скребковых рабочих органов дреноукладчиков 154
3.1.3. Механико-математическая модель процесса взаимодейст вия пластичных грунтов со скребковыми рабочими органами 162
3.1.4. Оценка работоспособности скребкового рабочего органа дреноукладчика 171
3.2. Исследование процесса отвалообразования грунтов на землерой ных и дреноукладочных машинах 175
3.2.4. Анализ процесса работы отвалообразователей грунтов... 175
3.2.5. Разработка процесса перемещения грунта к отвалообразо-вателю 177
3.2.6. Исследование процесса отвалообразования грунтов лопастным метателем на дреноукладчике 182
3.5. Разработка процесса формирования конструкции дрен с сокращенной фильтровой обсыпкой. 196
3.6. Составление баланса мощности работы узкотраншейного дреноукладчика 200
Выводы по главе 210
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКРІХ ПРОЦЕССОВ ОБРАТНЫХ ЗАСЫПОК И УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ ДРЕНАЖНЫХ ТРАНШЕЙ... 211
4.4. Технология и средства механизации для устройства обратных засыпок дренажных траншей 211
4.5. Технология и средства механизации для производства работ по уплотнению минеральных грунтов дренажных траншей 226
4.6. Разработка новой технологии засыпки и уплотнения грунтов узких дренажных траншей 246
4.3.3. Взаимодействие винтового уплотнителя с грунтом обратной засыпки в дренажной траншее 254
4.3.4. Определение производительности винтового уплотнителя грунтов 259
4.3.3. Динамика воздействия винтовым уплотнителем на грунт в траншее 260
4.3.6. Расчет энергетических затрат на привод винтового уплотнителя 267
4.3.7. Оценка качества работы винтового уплотнителя грунтов... 283
4.3.6. Автоматизация процесса засыпки-уплотнения грунтов дренажных траншей 286
Выводы по главе 291
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СТРОИ ТЕЛЬСТВА ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА В ЗОНЕ ОРОШЕНИЯ УЗКОТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ 293
5.4. Основные теоретические предпосылки к математическому моделированию технологического процесса устройства дренажа 293
5.5. Экономико-математическая модель процесса устройства дренажа узкотраншейным способом :. 298
5.6. Основные оценочные критерии процессов работы дреноукладоч-ных машин 307
Выводы по главе ". 314
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ МАШИН И ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕСОВ СТРОИТЕЛЬСТ ВА ДРЕНАЖА УЗКОТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ 316
6.1. Общая схема и методика проведения исследований 316
6.1.3. Методика выполнения лабораторных исследований 320
6.1.4. Методика выполнения исследований в производственных условиях 324
6.4. Исследование процесса навивки защитно-фильтрующих материалов (ЗФМ) на пластмассовые дренажные трубы 326
6.5. Исследование процесса подготовки трасс под устройство дренажа на экспериментальных участках 334
6.6. Исследование процессов доставки, раскладки и загрузки объемных фильтроматериалов в бункера дреноукладчиков 339
6.7. Исследования процесса формирования конструкции и работоспособности дрен с сокращенным объемом фильтрующей засыпки... 346
6.5.3. Исследование процесса формирования экономичных отсыпок объемных фильтроматериалов узкотраншейных дрен пла-нировщиком-формователем 346
6.5.4. Исследование работоспособности узкотраншейных дрен с полной и сокращенной фильтровой обсыпкой 353
6.6. Исследование процесса работы дреноукладчиков в водонасы- щенных и естественной влажности грунтах 358
6.6.1. Работоспособность скребковых рабочих органов на дрено- . укладчиках ' 358
6.6.5. Работоспособность отвалообразователя грунтов 362
6.6.6. Работа дреноукладчиков в грунтах естественной влажности. 3 63
6.6.7. Работа дреноукладчиков в водонасыщенных грунтах.: 368
6.7. Исследование новой технологии засыпки и уплотнения грунтов узких дренажных траншей 372
6.7.1. Результаты исследований процесса засыпки узких дренаж ных траншей 372
# 6.7.2. Результаты исследований процесса уплотнения узких дре нажных траншей 377
6.10. Исследование эффективности устройства и работоспособности узкотраншейных дрен в производственных условиях 383
6.11. Оптимизация применения машин дреноукладочных комплексов в процессах устройства закрытого горизонтального дренажа в зоне орошения 390
6.10. Энергетические затраты на работу дреноукладочных машин в зоне орошения 392
Выводы по главе 393
7. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОРГАНИ ЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕНАЖНЫХ РАБОТ КОМПЛЕКСНО- МЕХАНИЗИРОВАННЫМ УЗКОТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ 396
7.3. Научные основы формирования комплексов дреноукладочных машин и транспортно - технологических средств (ТТС) 396
7.4. Многовариантные, усовершенствованные и новые технологии строительства закрытого горизонтального дренажа узкотраншейным способом 403
7.2.4. Технология строительства закрытого дренажа в грунтах естественной влажности узкотраншейным способом 404
7.2.5. Технология строительства закрытого дренажа в водона-сыщенных грунтах узкотраншейным способом 408
7.2.6. Технология строительства закрытого дренажа узкотраншейным способом из полимерных труб зимой 413
7.3. Технологический регламент на устройство дренажа в зоне оро шения 417
Выводы по главе 422
8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СПОСОБОВ СТРОИ ТЕЛЬСТВА ЗАКРЫТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА В ЗОНЕ ОРОШЕНИЯ 423
8.1. Сравнительная эффективность применения дреноукладочных ' машин и способов строительства дренажа 423
8.2. Экономическая эффективность применения комплексно- механизированного узкотраншейного способа строительства дренажа 427
Выводы по главе 438
ОБШИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ 439
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 445
ПРИЛОЖЕНИЯ 472
Введение к работе
Дренаж сельскохозяйственных земель - мероприятие, обеспечивающее отвод избыточных грунтовых вод по подземному трубопроводу (полости), снижение уровней грунтовых вод (УГВ) и засоленности земель посредством фильтрации потока через объемно- и защитно-фильтрующие материалы, отверстия, щели, либо зазоры в трубах.
Начиная с 50-х годов орошение и дренаж в России, взаимно увязанные технически и технологически, обеспечивали повышение эффективности орошаемого земледелия. Дренаж всегда защищал почвы и территории от негативных последствий орошения и подтопления, которые возникают от отрицательных последствий деятельности человека: нарушения режимов орошения, эксплуатации систем и водных объектов, некачественного проектирования и строительства оросительных и сбросных систем.
Известно, что дренаж необходим не только для снижения уровня грунтовых вод (УГВ), но и для промывки почв и исключения вторичного засоления орошаемых земель. Он улучшает и обеспечивает регулирование вводно-воздушного и теплового режимов почв. Дренаж, развивая и сохраняя потребительские свойства (состояние) природной среды, в нашем случае орошаемых земель, наряду с орошением является одним из важных направлений в мелиорации.
Актуальность проблемы. Международный и отечественный опыт неопровержимо доказывает, что орошение и дренаж, несмотря на кажущуюся функциональную противоположность, являются основными и незаменимыми средствами интенсификации и стабилизации сельскохозяйственного производства. Без их интенсивного развития немыслимо воссоздание и наращивание сельскохозяйственного потенциала России.
Дренирование - один из эффективных способов, обеспечивающих восстановление и улучшение состояния орошаемых земель. Эффективность его работы зависит от качества строительства, а затем от режима эксплуатации.
Традиционно дренаж строили открытым, широкотраншейным, раздельным (полумеханизированным) способом. В 70-х годах был осуществлен переход от открытого на закрытый горизонтальный трубчатый дренаж. Однако его строили также раздельным полумеханизированным способом, как и открытый. Узкотраншейный способ, как один из самых экономичных по причине отсутствия технологии строительства, дреноукладчиков и пластмассовых дренажных материалов, тогда еще не применялся. Однако раздельный полумеханизированный способ строительства дренажа имеет существенные недостатки: низкий уровень механизации дренажных работ - 24-35 %; большие объемы земляных работ - срезку растительного слоя по трассе дрены до 36 м3/м; разработку минеральных грунтов от 10,8 до 19,0 м3/м; расход сыпучих фильтроматериалов (ОФМ) - 0,22-0,29 м /м; низкую сменную выработку до 20-30 м/смену; высокие трудозатраты 0,83-1,20 чел.-час/м и себестоимость строительства - 315-500 р/м.
В 90-х годах в соответствии с программой "Дренаж", подготовленной Минводхозом Российской Федерации, возникла острая необходимость в разработке новой методологии подхода к решению проблемы узкотраншейного строительства дренажа. Появилась настоятельная необходимость в разработке системы технологических процессов, приемов и операций по обеспечению узкотраншейного способа строительства закрытого горизонтального дренажа по ряду координационных тем научно-исследовательских работ в соответствии с заданиями ГКНТ, общесоюзными и республиканскими программами в 1972-1987 гг. - 0.52.03 - 0.52.076, в 1989-1994 гг. - 5.26 с/1-1, в 1992-1995 гг.-8.1 "Разработать систему машин..." и в последующие годы темы - 22.7Б (1966 г.), 3.4 (1997 г.), 32 (1998 г.), 22 (1999 г.), 23 (2000 г.), 1.5/20 (2001г.), 1.2.5 (2000 г.).
В России в 60-70-х годах развитию проблем мелиорации и, в частности, осушению огромное внимание уделяли Абрамов С.К., Аверьянов С.Ф., Алексеевский Е.Е., Бердянский В.Н., Гурбанов Г.Н., Доктор Ф.Ш., Евтеев П.Д., Загуменный А.И., Казакова Б.С., Ковда В.А., Костяков А.Н., Легостаев B.M., Нестеров В.А., Озерский Е.И., Островский Э.М., Пивовар Н.Г., Рачин ский А.В., Серебренников Ф.В., Томин Е.Д., Филиппов Ю.Г., Шумаков Б.А., Эфендиев Н.Т. и другие.
В повышении производительности качества устройства закрытого горизонтального дренажа главенствующую роль функционально выполняет технология, включающая отдельные способы, приемы и операции. Проблемами совершенствования и применения технологии строительства закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) в зоне орошения изначально занимались Шумаков Б.Б., Бердянский В.Н., Духовный В.А., Гаджиметов Г.Н., Левчиков А.А., Томин Е.Д. В 90-х годах много внимания проведению исследований по технологическим особенностям и эксплуатации дренажа уделяли Колганов А.В., Коршиков А.А., Ольгаренко В.И., Поляков Ю.П., СенчуковТ.А., Щедрин В.Н. и ряд других ученых и специалистов-мелиораторов. Исследованиями оценки эффективности работы трубчатого дренажа, построенного раздельным полумеханизированным способом, занимались в Ростовской области Бредихин Н.Н., Джанумов Р.Г., Филиппов Ю.Г., на Украине Бугай Н.Г., Пивовар Н.Г., Олейник А.Я, Савчук Д.П., в Средней Азии Хегай В.В. Работоспособность землеройных рабочих органов в грунтах различного состояния изучали Ветров Ю.А., Зеленин А.Н., Мурадагаев М.С., липкость грунтов к рабочим поверхностям тщательно исследовал Калачев В.Я. Тяговые усилия на перемещение и работу бункеров дреноукладочных машин определял Пан-ченко А.Н. Исследования по обратной засыпке грунтов в дренажные траншеи проводили Пулатов У.Ю., Мирсагатов А.Н., Тюрин Л.П., Хоммадов К.Т. и Лещенко А.В.
Несмотря на наличие значительного объема научно-технической информации, закладки в проекты и строительство опытно-дренажных участков технология строительства закрытого горизонтального дренажа на орошаемых землях и подтопленных территориях Российской Федерации требовала принципиально нового подхода, решения и оставалась весьма актуальной.
Технолгия - сложный технико-технологический процесс, а вернее комплекс организационно-технических мероприятий, осуществляемых машинами, механизмами и техническими устройствами в регламентируемой последовательности. Вполне очевидно, что технология строительства дренажа должна в необходимой и достаточной степени постоянно отражать современный уровень развития технического уровня средств механизации.
Цель исследований - разработка комплексно-механизированных технологических процессов и формирование научно-технических основ строительства закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) в водонасыщенных и естественной влажности грунтах узкотраншейным способом с выдачей нормативно-методических документов, практических рекомендаций и предложений производству, обеспечивающих повышение производительности и качества укладки ЗГД.
Задачи исследований - провести анализ сложившейся практики строительства закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) традиционными методами, изучить технологии и особенности процессов строительства ЗГД в зоне орошения;
-выполнить анализ особенностей конструкций землеройных рабочих органов дреноукладочных машин, разработать новые машины и конструкции рабочих органов, обеспечивающих строительство ЗГД в грунтах различного состояния, включая водонасыщенные, обладающие липкостью; разработать критерии оценки работоспособности рабочих органов; выполнить оценку энергоемкости процесса работы дреноукладочных машин;
-разработать научно-технические основы формирования комплексно -механизированных технологических процессов строительства ЗГД узкотраншейным способом в зоне орошения;
-сформировать и использовать в производстве комплексы узкотраншейных серийных и новых дреноукладочных машин, оснащенных новыми рабочими органами; выполнить математическое моделирование и провести ыдать к практическому применению нормативно-методическую документацию, обеспечивающую экологическую безопасность производства дренажных работ в зоне орошения.
Предмет исследований - закономерности и тенденции формирования научных основ технологических процессов строительства ЗГД посредством резкого повышения уровня комплексной механизации, снижения трудовых, энергетических затрат и себестоимости работ, а также обеспечения экологической безопасности производства дренажных работ.
Объект исследований - технологические процессы строительства закрытого горизонтального дренажа на примере коллекторно-дренажных систем орошаемой зоны Северного Кавказа.
Достоверность результатов исследований подтверждена:
- большим объемом экспериментальных данных, полученных в полевых и лабораторных исследованиях в различных регионах России: Ростовской и Воронежской областях, Краснодарском и Ставропольском краях и в Республике Калмыкия;
- данными математического анализа, результатами полученных исследований и высокими значениями коэффициентов корреляционных отношений в полученных зависимостях и уравнениях;
-сходимостью экспериментальных положений с данными теоретических исследований и адекватностью в математических моделях, апробированных в лабораторных и производственных условиях.
Методология исследований. Все наблюдения и исследования проводились в соответствии с требованиями государственных и отраслевых стандартов, общепринятых методик, подготовленных и разработанных МГУ, ВНИИГиМ, Союзводпроект, Госэкомелиовод, Союзгипроводхоз, ДорНИИ, ФГНУ «РосНИИПМ» и других. Экспериментальные лабораторные и полевые исследования проводились с применением современной измерительной и тензометрической аппаратуры. Обработка экспериментальных данных осуществлялась методами математической статистики.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
- сформированы научно-технические основы с разработкой комплексно-механизированных технологических процессов строительства закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) в зоне орошения узкотраншейным способом;
- установлены зависимости основных параметров землеройных рабочих органов (ЗРО) от формы разгрузочных элементов и конструктивных особенностей узкотраншейных дреноукладочных машин и разработана методика оценки работоспособности ЗРО в грунтах различного состояния, включая водонасыщенные, обладающие липкостью;
- установлена зависимость производительности узкотраншейных дре-ноукладчиков от положений уровней грунтовых вод (УГВ) на орошаемых землях;
- построены номограммы для определения составов комплексов транс-портно-технологических средств (ТТС) и дреноукладочных машин;
- предложена экономико-математическая модель работы состава комплекса дреноукладочных машин в водонасыщенных грунтах на коллекторно-дренажных системах, выполнена оценка и проведена оптимизация работы дреноукладочных машин по техническим и технико-экономическим показателям;
- определены энергозатраты на работу шести типов дреноукладочных машин в различных грунтовых условиях;
- обоснованы и оптимизированы рабочие параметры засыпателя- уплотнителя минеральных грунтов узких дренажных траншей;
- разработаны комплексно-механизированные технологии навивки рулонных материалов (ЗФМ) на дренажные трубы и их обсыпки ОФМ, подготовки трасс к строительству дренажа;
- установлены показатели технической эффективности работы дренажа (ЗГД), построенного узкотраншейным способом.
На защиту выносятся:
- новые технологии: подготовки трасс и дренажных материалов; строительства закрытого горизонтального дренажа (ЗГД) по многовариантным процессам и операциям в устойчивых естественной влажности и неустойчивых водонасыщенных грунтах; способов загрузки бункеров дреноукладчиков (в движении) сыпучими объемно-фильтрующими материалами (ОФМ); обратной засыпки и уплотнения грунтов узких дренажных траншей;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке новых конструкций землеройных рабочих органов и отвалообра- зователей грунтов, методика оценки их работоспособности;
- методика формирования составов и оптимизация процесса работ дре-ноукладочных комплексов машин, входящих в состав экономико-математической модели и применимости комплексов машин в зависимости от фильтрационных свойств грунтов и срока снижения УГВ;
- математические модели процесса работы засыпателя и уплотнителя в грунтах различной влажности, липкости и их состояния при производстве работ в узкотраншейном способе строительства;
- экономическое и экологическое обоснование применимости технологических процессов строительства ЗГД на орошаемых землях и подтопленных территориях России.
Практическая ценность работы. Разработанные новые технологии строительства закрытого горизонтального дренажа узкотраншейным способом были заложены в проекты и широко применялись на орошаемых землях и подтопленных территориях в Ростовской и Воронежской областях, Краснодарском и Ставропольском краях и в республике Калмыкия в различных грунтовых условиях и периоды времени года.
Результаты исследований по диссертации были представлены и использованы в 13 нормативно-методических документах, включающих: 10 технологических карт на производство дренажных работ узкотраншейным способом, инструкцию по эксплуатации дренажа и - "Система технологий и машин" для Ростовской области (1996 г.) и Федеральные регистры технологий и машин Российской Федерации (совместно с ВНИИГиМ, 2003 г.).
Реализация результатов работы. Новые технологии были реализованы: при подготовке трасс под строительство ЗГД дреноукладчиком ЭТЦ-406А в Ново-Усманской ПМК-11 "Воронежводмелиорация" (1989 г.) на дренах длиной 13,5 км с применением ЭТР-162; подготовке дренажных материалов (навивка ЗФМ на трубы) на двух навивочных установках УНФ и УНФ-М в УПТК треста "Мелиоводстрой" (г. Сальск) в 1986-1990 гг.; строительстве ЗГД узкотраншейным способом с применением дреноукладчиков ЭТЦ-163М, ЭУТЦ-400, ЭТЦ-406А, Супер-300, 6027 "Хайконс", УДМ-350 и УДМ-350М (-2М) на Северном Кавказе составило общей протяженностью свыше 2300 км дренажа в водонасыщенных и естественной влажности грунтах; новых способах загрузки бункеров шести дреноукладочных машин в движении сыпучими ОФМ на Северном Кавказе, в Воронежской области и в Республике Калмыкия; обратной засыпки и уплотнения грунтов узких дренажных траншей длиной 25 км в Ростовской области на площади 600 га. Все названные технологии были использованы и заложены в проекты институтами ГУ "Южводпроект", Севкавгипроводхоз, ЦЧОгипроводхоз и другими.
Личный вклад автора. Диссертация является результатом анализа и обобщения многолетних исследований автора, которые проводились в лабораторных, опытных и производственных условиях орошаемой зоны, в частности, в Ростовской и Воронежской областях, Краснодарском и Ставропольском краях и в Республике Калмыкия.
Постановка проблемы, определение ее актуальности, целей и задач, обоснование выбранного направления работы и методов проведения экспериментальных исследований, методологическое обеспечение экспериментов, разработка технологических процессов строительства закрытого горизонтального дренажа с подготовительными, основными и заключительными операциями, определение эмпирических параметров и получение математических зависимостей и моделей, разработка методик оценки работоспособности землеройных рабочих органов и определения энергетических затрат, составление заключения и предложений производству, а также разработка нормативно-методических документов по профилю диссертационной работы выполнялись лично автором. Решение ряда конструкторских задач по дрено-укладочным машинам, внедрение результатов исследований по технологическим процессам строительства ЗГД в различных регионах России осуществлялось под непосредственным руководством автора. Общая доля в выполненных научно-исследовательских работах, результаты которых вынесены на защиту, составляет более 80 %.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и содействие в выполнении научно-исследовательских работ сотрудникам и специалистам ФГНУ "РосНИИПМ" (ГУ "ЮжНИИГиМ"), НГМА, ВНИИГиМ, Союзводпро-ект, Южводпроект, Ростовмелиоводхоз, Росоргтехводстрой.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на межреспубликанских и республиканских научно-технических и научно-практических конференциях (г. Киев КИСИ, 1979-1981 гг.; г. Ташкент, 1981 г.), региональных конференциях НГМА, ФГНУ "РосНИИПМ" (ГУ "ЮжНИИГиМ") и ЮГВХ (ГУ "Южводпроект") г. Новочеркасск - 1974, 1978, 1982, 1984, 1988, 1990, 1992, 1993, 1995 - 2003 гг. и в г. Зернограде, АЧГАА, 1983 г.
Материалы Пособия к ВСН 33-2.03-86, технологические особенности проектирования, временные методические указания и рекомендации по технологии комплексно-механизированного узкотраншейного способа строительства дренажа в зоне орошения, разработанные по теме диссертации докладывались на научно-технических советах Минводхоза РСФСР и были переданы государственному концерну по водохозяйственному строительству "Водстрой" (г. Москва) для практического использования.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедр мелиоративно-строительных, агропромышленных машин и оборудования; технологии и организации работ Новочеркасской государственной мелиоративной академии (НГМА).
За разработку и внедрение скребковых землеройных рабочих органов (1983 г.) и технологии строительства дренажа узкотраншейным способом (1988 г.) автор награжден двумя серебряными медалями ВДНХ СССР. Работа по технологии и механизации производства обратных засыпок и уплотнения грунтов узких дренажных траншей (2001 г.) и технология строительства дренажа в зимних условиях (2002 г.) экспонировались на ВВЦ РФ, за которые автор награжден двумя золотыми медалями.
Публикации результатов исследований. По теме диссертационной работы опубликовано 199 научных работ общим объемом 509,1 печатных листа), в том числе лично автора 244,1 п.л. Опубликована монография объемом 7.5 п.л., депонирована рукопись (монография) объемом 15.75 п.л. и коллективная монография общим объемом 25.4 п.л., в том числе лично автора 4.6 п.л. Всего научных работ 51, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК РФ опубликовано 5 статей, опубликованы брошюры (объем 8.0 и 6.0 п.л.). В Федеральном регистре базовых и зональных технологий и технических средств для мелиоративных работ в с/х производстве на период до 2010 г. включены для практической реализации 4 ведущие машины дреноукладочных комплексов. Получено 37 авторских свидетельств и 3 патента на изобретения. Общая доля личного участия автора в работах, опубликованных в соавторстве, составляет до 80%.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, общих выводов и предложений производству. Она изложена на 575 страницах машинописного текста, в том числе 444 страниц основного текста, иллюстрирована 125 рисунками и содержит 68 таблиц и 7 приложений. Библиография включает 251 наименование, в том числе 10 иностранных авторов. При методической помощи, непосредственном участи и под руководством автора проводили исследовательские работы 8 научных сотрудников ФГНУ "РосНИИГТМ" (ГУ "ЮжНИИГиМ").
