RESULTS OF RESEARCH ON TECHNOLOGY OF MAKING ANTI - FILTRATION ELEMENTS OF DAMS BY POURING FAST HARDENING MATERIALS

Abstract

The results of research on creation of anti-filtration elements in dams with use of fast-hardening materials are presented. The amount of material consumed is defined as a technological parameter. Dependence of consumed material determining on the thickness of a layer is obtained. On the basis of the received dependence technical and economic comparison of options is made, the efficiency of the given technology is established.

Full Text

Снижение затрат на строительство плотин в настоящее время является актуальной задачей. В теле плотины можно выделить наиболее трудоемкую и затратную часть, которой является противофильтрационный элемент плотины (ПФЭ). Проанализировав существующие способы создания ПФЭ, нами предложена новая технология – проливка возводимого слоя быстротвердеющими материалами [1]. Предлагаемая технология создания противофильтрационного элемента проливкой предполагает выполнение следующих операций: подача жидкого быстротвердеющего материала в зону формирования ПФЭ – его проникновение за счет сил гравитации с последующим затвердеванием в пористой среде. При этом процесс проникновения материала представляет собой гравитационное движение. В качестве быстротвердеющих материалов могут быть рекомендованы синтетические материаставлена следующая задача исследования – выявить связь между объемом расходуемого материала технологическими и конструктивными параметрами формируемого ПФЭ по новой технологии. Исследования проводились на песчаной, щелевой модели и модели из щебенистого материала. Фотографии опытов приведены на рис. 1. В результате проведенных исследований [2] было установлено, что форма растекания описывается частью круга (рис. 2) радиуса R. Согласно технологии [3], радиус подбирается таким образом, чтобы в зависимости от материала тела плотины битум смог гарантированно проникнуть на заданную высоту. Радиус круга R с учетом описанных выше граничных условий численно принимается равным высоте слоя. Таким образом, можно определить площадь растекания в пределах первого слоя, которая составляет: 2  1   1    2   лы – быстротвердеющие пластмассы, бетонные смеs1  Нслоя      4 180  sin 1    180  sin 2  ; (1) си типа EMACO Nanocrete R4 Fluid. Нами был выбран наиболее доступный и относительно дешевый материал – битум.       в пределах последующих слоев: s  Н 2   1    3     Для оценки эффективности предлагаемого 2 способа по сравнению с другими необходимо найслоя     2   180 sin 3  , (2)  ти зависимость, позволяющую определить объем расходуемого материала. В связи с этим была погде ϕ1, ϕ2 и ϕ3 – некоторые углы, определяющие смещение центра окружности относительно середины слоя. 1 2 3 Рис. 1. Результаты исследования растекания на песчаной (1), щелевой (2) и модели из щебня (3) Рис. 2. Форма растекания битума в пределах нескольких слоев (опытные данные) Дальнейший анализ показывает, что необходимо установить связь между толщиной возводимого противофильтрационного устройства, глубиной наливки битума в канавку и зоной растекания. Для этого геометрически опишем конструкцию противофильтрационного устройства (рисунок 3). При глубине заливки битума в технологическую канавку 0,7Нсл обеспечивается перекрытие слоев противофильтрационного элемента. При увеличении глубины заливки происходит смещение центра радиуса растекания выше границы слоя, в пределах которого производится заливка, при уменьшении глубины заливки смещение радиуса происходит в обратном направлении. Указанное изменение глубины заливки битума в технологическую канавку предполагает дополнительные технологические операции устройства противофильтрационного устройства. Объем расходуемого материала на один погонный метр определится по геометрическим размерам формируемого противофильтрационного устройства в соответствии с рис. 4. Рис. 3. Конструкция противофильтрационного устройства: Н1 – высота заполнения битумом технологической канавки; Нслоя – высота слоя Рис. 4. Схема к определению объема расходуемого материала на один погонный метр. , м3, (3) где m – коэффициент пористости; Площадь S1 вычисляем из площади кругового сегмента: , м3, (4) где R – радиус окружности; s – длина дуги, ; l – длина хорды, l=Т; f – высота стрелки, . Подставляя (6) в (5), получим: . (7) (5) . Подставляя (7) в (3), найдем формулу для определения объема расходуемого материала для создания противофильтрационного устройства: . Значение угла ϕ определяем из треугольника (8) (рис. 3): . (6) Полученная зависимость позволила произвести технико-экономическое сравнение существующих технологий с предлагаемой. Результаты сравнения приведены в табл. 1. Затраты по вариантам в рублях Таблица 1 Наименование затрат Стоимость единицы Затраты работ по вариантам Ядро проливкой битумом Асфальтобетонное ядро в опалубке 1. Материалы (с учетом их изготовления) 1. Битум БН-III 350 52.5 (0.15) 19.6 (0.056) 2. Металлическая опалубка 15.6 13.26 (0.85) 3. Песок 270 3.78 (0.014) 2. Машины и механизмы 4. Автомобильный кран 10 т 101.2 6.33 5. Битумовоз 134.5 0.4 6. Транспорт материалов 67.47 4.73 3. Фонд оплаты труда 7. Затраты труда 29.39 0.34 22.74 8. Затраты труда машинистов 40.26 0.12 7.85 Итого затрат 53.37 78.29 Примечание. В скобках указан объем работ в кубометрах. В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы: на основании исследований получена численная зависимость для определения объема расходуемого материала для создания ПФУ по предлагаемой технологии; на основании технико-экономических расчетов по полученной зависимости выявлена экономическая целесообразность использования технологии создания ПФУ проливкой твердеющими материалами, эффективность за счет уменьшения трудоемкости процесса стала на 30 % меньше по сравнению с известными технологиями. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Пат. 2330140 РФ, B 09 B 7/00. Способ возведения плотины [Текст] / М.И. Бальзанников, В.А. Шабанов, А.А. Михасек. Заявл. 03.02.06; опубл. 27.07.08. Шабанов, В.А. Экспериментальное исследование проникновения вязкой жидкости в пористую среду [Текст] / В.А. Шабанов, А.А. Михасек // Известия вузов. Строительство. – 2006. №11-12. – С.52-56. Шабанов, В.А. Технология создания противофильтрационного устройства в «жестких насыпях» [Текст] / В.А. Шабанов, А.А. Михасек // Монтажные и специальные работы. – 2006. №11. – С. 11-13. © Михасек А.А., 2011