Антифильтрационные меры

Потери воды в каналах, питая грунтовые воды, способствуют заболачиванию и засолению ценных орошаемых земель, снижают КПД системы, следовательно, увеличивают водозабор, размеры головного сооружения, каналов и сооружений на них, а при машинном орошении – и затраты энергии; увеличивают строительные и эксплуатационные затраты. Поэтому с потерями воды из каналов ведут систематическую борьбу.

Противофильтрационные мероприятия применяют их для уменьшения потерь воды на фильтрацию из оросительных каналов, когда КПД оросительной системы оказывается ниже заданного или каналы проходят в грунтах с высоким коэффициентом фильтрации (более 0,1 м/сут).

Для борьбы с фильтрацией воды из каналов служат: противофильтрационные одежды каналов из монолитного бетона, железобетонных плит, асфальта, камня, глины; водонепроницаемые экраны под каналами из полимерных пленок (пленочно-грунтовые, бетонно-пленочные и др.), глины и суглинка, бентонитовых глин и др.; уменьшение коэффициента фильтрации путем естественной и искусственной кольматации канала, глубокого и мелкого уплотнения грунта, нефтевания, солонцевания, оглеения и механического диспергирования грунта и т. п.

Противофильтрационные мероприятия выбирают в зависимости от сочетания гидрогеологических условий, протяженности канала, фильтрационных свойств грунта, величины требуемого снижения потерь и наличия местных материалов. Принятые противофильтрационные мероприятия обосновывают технико-экономическими расчетами.

Эффективность противофильтрационных одежд определяется: количеством сэкономленной воды; сроком службы; возможностью механизации строительства; затратами денежных, материальных и трудовых ресурсов; сложностью и стоимостью эксплуатации, ремонта и восстановления; улучшением мелиоративного состояния земель; увеличением сбора сельскохозяйственной продукции в результате роста орошаемой площади или повышения водообеспеченности и улучшения мелиоративного состояния земель; улучшением условий эксплуатации системы; уменьшением объема работ по очистке каналов и устройству дренажа; возможным уменьшением объема земляных работ; сокращением числа сопрягающих сооружений на оросительной сети.

Одежды из битумных материалов делают в виде поверхностной облицовки каналов и скрытых экранов. Поверхностные облицовки устраивают в виде сплошного покрытия на дно и откосы канала слоем асфальтобетона (толщиной 3…8 см), нагретого до 140°, с последующим уплотнением его до объемной массы 2,2 т/м3.

Для облицовки применяют битумы нефтяных марок.

Экраны из полимерных пленок толщиной 0,2…0,6 мм применяют в грунтах, в которых необходимо выполнять противофильтрационные мероприятия. Пленочные экраны устраивают только закрытыми по траншейной, периметрической и комбинированной схемам.

Траншейную схему применяют в связных и песчаных грунтах; периметрическую — при укладке экрана на откосы в любом грунте, причем на щебенистых грунтах пленку укладывают на подготовку из мелкозернистого грунта; комбинированную схему используют для крупных каналов, где волны могут разрушать откосы.

Грунтовые одежды из глин и суглинков применяют в тех случаях, когда ложе канала сложено из супесчаных, песчаных, гравелистых, галечниковых и других грунтов, водопроницаемость которых выше, чем водопроницаемость одежды.

Грунтовые одежды делают в виде открытой облицовки каналов и в виде скрытых экранов, покрытых защитным слоем из местного грунта.

Уменьшение коэффициента фильтрации канала достигается также снижением активной пористости грунта путем естественной и искусственной кольматации, глубокого и мелкого уплотнения, солонцевания, оглеения и других мероприятий.

Источник: mse-online.ru

Устройство облицовок каналов, типы облицовок (бетонные, железобетонные, синтетические пленки и материалы и др.)

Бетонные и железобетонные одежды наиболее широко применяют для борьбы с потерями воды на фильтрацию из каналов всех размеров, предохранения русла от размыва и зарастания. Для их устройства используют гидротехнический бетон, приготавливаемый на портландцементе пластифицированном, гидрофобном, стойким, марки не ниже 400. Толщина монолитных бетонных одежд зависит от условий их применения и составляет 10 25 см.

В каналах с расходом 1-10 м3/с заложение откосов для монолитной бетонной облицовки принимают 1,5, для сборной – 1-1,5.

Основание облицовки должно быть достаточно устойчивым и надежным. В зависимости от гидрогеологических условий его подготавливают путем замачивания присадочных и неплотных грунтов, уплотнения насыпных и материковых грунтов, планирования откосов и дна, устройства специальных подготовок и дренажа, обработки грунтов гербицидами.

Дренирующие подготовки под бетонные одежды устраивают в наиболее опасных местах: на косогорах, расположенных вблизи населенных пунктов, крупных предприятий и ответственных сооружений и на оползневых участках. Толщину дренирующего слоя делают не менее 10 см.

Сборные железобетонные плиты применяют в однослойных и многослойных противофильтрационных одеждах, если применение сборного железобетона целесообразно по данным технико-экономических обоснований; если требуется облицовка повышенной долговечности; при строительстве в безводных районах с высокими температурами, где устройство качественных облицовок из монолитного бетона трудно; при наличии баз строительной индустрии и для ликвидации сезонности строительства; при строительстве в труднодоступных и малоосвоенных районах.

При устройстве экранов из полимерных пленок целесообразно в качестве защитного слоя использовать грунт или железобетонные плиты, которые укладывают по водонепроницаемой пленке.

Многослойные одежды с гидроизоляционным слоем применяют на ответственных участках канала, где не допускается увлажнение грунтов, и одновременно требуются повышенные запасы устойчивости и прочности.

Для сборной одежды каналов служат плоские тонкостенные плиты преимущественно из напряженного железобетона длиной 4…9 м, шириной 0,6…3 м.

Швы однослойных сборных одежд каналов делают жесткими и гибкими. Качество их определяет величину фильтрационных потерь.

Для сокращения швов целесообразно применять плиты возможно больших размеров, чтобы одна плита перекрывала откос по всей его высоте. Зазоры между плитами оставляют 10 см для жестких швов и 4 см для температурных.

В качестве материала для заполнения швов можно использовать битумную мастику, герметик на основе жидких тиоколов, герметик на эпоксидно-тиоколовой основе, применение которого обеспечивает водонепроницаемость швов и необходимую эластичность стыков для бетонных и железобетонных плит.

Источник: mse-online.ru

Самая прочная и долговечная - одежда из монолитного и сборного бетона, железобетона. В таких облицовках канала устраивают продольные и поперечные, строительные, усадочные и температурные швы. Строительные швы делают через каждые 3-4 м, а температурные – через 10-12 м. Для герметизации швы заполняют мастикой (тиоколовой, армогёрметиком и др.).

Слой бетона в облицовках составляет на средних грунтах 7-15 см, на слабых – до 18-20 см при заложении откосов канала 1-1,5. Если необходимо устройство вертикального откоса (т=0), сооружают подпорные стенки.

Эффективность антифильтрационной одежды определяется качеством самой одежды и работы по созданию основания под одежду (специальная подготовка из грунта или тощего бетона, планировка ложа канала и др.).

Одежда из монолитного бетона или железобетона эффективна на каналах, имеющих большие уклоны, так как она имеет не только антифильтрационное свойство, но и защищает канал от размыва. Недостатками такой одежды являются появление трещин в бетоне при значительных колебаниях температуры, разрушение бетона под воздействием солей. Устройство таких одежд на просадочных грунтах нецелесообразно.

В последние годы в качестве антифильтрационного материала стали применять различные полиэтиленовые пленки. Получило распространение грунтопленочное покрытие. При его устройстве в русло канала укладывают пленку и засыпают ее защитным слоем грунта толщиной до 1 м.

Для усиления противофильтрационного эффекта при бетонировании оросительных каналов эффективны различные пленки, которые укладывают под бетонную одежду. Для борьбы с фильтрацией применяют также железобетонные плиты стандартных размеров. Плиты, применяемые для облицовок, имеют толщину 6 см, длину 6 и ширину 1; 1,5 и 2 м. При устройстве защитного крепления из плит особое внимание нужно уделять соединительным швам. Применяемые конструкции швов и технология их выполнения не всегда обеспечивают полную их водопроницаемость. На крупных оросительных каналах (глубина воды более 5 м) в последнее время в качестве антифильтрационной одежды используют крупногабаритные предварительно напряженные плиты размером 6000х740х80 мм.

Асфальтовую одежду в качестве антифильтрационной применяют значительно реже, чем бетонную, несмотря на то, что она обладает высокой водонепроницаемостью, морозо- и солеустойчивостью. Основное препятствие к широкому применению ее - значительная пластичность при высокой температуре, вследствие чего возникает необходимость увеличения заложения откосов каналов до 2,5-3, что снижает КЗИ массива и увеличивает размеры сооружений на канале. Рекомендуемая толщина слоя асфальта при устройстве таких облицовок – 2-5 см. Однако и при такой толщине одежду часто пробивает сорная растительность, что снижает качество противофильтрационной защиты, разрушает покрытие.

Противофильтрационные экраны представляют собой слабоводопроницаемый слой грунта или искусственного материала, защищенного достаточно толстым слоем грунта ложа канала от воздействия солнечных лучей и колебаний температур. Обычно их делают из глин, в частности из бентонитовых или из искусственных материалов, например из различных пленок. Экраны делают также и из полимерных материалов. Для того чтобы обезопасить их от повреждения растениями и грызунами, такие экраны укрепляют капроновыми нитями. Это также повышает шероховатость материала экрана и позволяет несколько снизить угол заложения откоса канала.

Противофильтрационные мероприятия выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить: необходимую водонепроницаемость грунта канала, достаточную прочность и долговечность конструкции, устойчивость ее к воздействию температур и разрушительному действию сорной растительности. Кроме того, должна быть обеспечена возможность механизации работ при строительстве и экономическая эффективность противофильтрационных мероприятий.

Средства, затрачиваемые на противофильтрационные мероприятия, быстро окупаются, так как их применение обеспечивает большую экономию воды, что повышает оросительную способность водоисточника, предотвращает ухудшение мелиоративного состояния орошаемого массива, снижает объем работ по строительству оросительной сети и сооружений на ней за счет уменьшения расходов брутто, увеличивает КЗИ орошаемой площади.

Окончательно противофильтрационную защиту выбирают на основе технико-экономического сравнения вариантов. При этом следует определить КПД сети (канала) до и после применения противофильтрационного мероприятия; полученную экономию воды и влияние ее на изменение стоимости насосной станции, водозаборного сооружения, на уменьшение размеров сечения каналов; улучшение мелиоративного состояния орошаемого массива.

Источник: Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации /
А.А.Богушевский, А.И.Голованов, В.А.Кутергин и др.;
Под ред. Е.С.Маркова. - М.: Колос, 1981.

Уплотнение и закрепление дна и откосов каналов

Одним из способов борьбы с фильтрацией воды из оросительных каналов является уменьшение водопроницаемости грунтов, которого можно достигнуть уплотнением грунтов. Уплотнение грунтов производится при помощи специальных катков, трамбовочных и вибрационных машин. Уплотнение может снизить фильтрацию на 70-75 %, но может проводиться только для связных грунтов.

Фильтрационные потери значительно снижаются также при изменении фильтрационных свойств грунта ложа канала путем уплотнения грунта и кольматации. Грунт ложа канала уплотняют различными способами: укатыванием, ударным и взрывным. Укатывание осуществляют специальными катками – кулачковыми, ребристыми или гладкими. Наиболее эффективно применение кулачковых катков, с помощью которых уплотняют грунт в слое 60-70 см. Ударное уплотнение осуществляют трамбующими машинами или плитами экскаваторов. Максимальный слой уплотненного грунта при их использовании составляет 1 м.

В последние годы грунт в дне и откосах каналов уплотняют с помощью направленных взрывов.

Действие уплотнения сохраняется в течение нескольких лет, после чего уплотнение следует возобновить. При уплотнении грунта необходимо обеспечить его оптимальную влажность.

Кольматация представляет собой вымыв илистых частичек грунта, поступающих с оросительной водой в верхний слой грунта ложа канала.

Устройство бетонной и железобетонной облицовки снижает потери на фильтрацию на 85-95 %, асфальтовой – на 80-90 %, экранов (глиняных) – на 60-80 %. При уплотнении грунта в ложе канала и кольматации потери снижаются на 50-70%.

Источник: Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации /
А.А.Богушевский, А.И.Голованов, В.А.Кутергин и др.;
Под ред. Е.С.Маркова. - М.: Колос, 1981.

Избранная библиография

Монографии и брошюры

Абуталиев Ф. Б. - Решение задач неустановившейся фильтрации. Численные и аналитические методы (1972) 

Аверьянов С.Ф. - Фильтрация из каналов и ее влияние на режим грунтовых вод (1982) 

Аравин В.И., Носова О.Н. - Натурные исследования фильтрации (теоретические основы) (1969) 

Высоконадежные конструкции противофильтрационных облицовок каналов и водоемов с применением инновационных материалов / Щедрин В.Н., Косиченко Ю.М., Ищенко А.В., Баев О.А. (2013) 

Гаджиев А.Б. - Деформационные швы гидротехнических сооружений (1975) 

Елшин И.М. - Полимерные материалы в ирригационном строительстве (1974)  

Защитные покрытия оросительных каналов / В.С.Алтунин, В.А.Бородин, В.Г.Ганчиков, Ю.М.Косиченко (1988) 

Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве (1978) 

Каналы-лотки и облицованные каналы на оросительных системах (обзор) (1961)  

Кордова И.С. - Облицовка каналов (1958) 

Лозовой В.Н., Васильченко А.П. - Варианты использования комбинированных типов водоводов (открытых и закрытых) с целью снижения фильтрационных потерь: научный обзор (2012) 

Проектирование противофильтрационных облицовок мелиоративных каналов: обзор / Ю.М.Косиченко, Е.И.Шкуланов, Г.Л.Лобанов, Е.А.Савенкова, А.М.Кореновский (2011) 

Полад-заде П.А., Гришенко Н.С., Чаталбашев П.П. - Опыт строительства крупных каналов (1982) 

Статьи

Алимов А.Г. - Современные водосберегающие конструкции защитных покрытий мелиоративных гидротехнических сооружений и противопожарных водоемов (2006) 

Алимов А.Г. - Современные противофильтрационные конструкции мелиоративных каналов и методы их расчета (2007) 

Баев О.А. - Основные виды и свойства геосинтетических материалов и геокомпозитов для противофильтрационных экранов накопителей и каналов (2013) 

Баев О.А. - Зарубежный и отечественный опыт применения бентонитовых матов в противофильтрационных экранах оросительных каналов и накопителей (2014) 

Батчаев Е.А. - Конструкции облицовок канала в условиях сухого жаркого климата 

Бакланова Д.В. - Расчет фильтрации через земляные дамбы на проницаемом основании (2016) 

Джураев Р.Х., Духовный В.А., Каминский И.Я., Шамрай Л.П. - Пути экономии средств и воды при борьбе с фильтрацией из каналов (1969) 

Духовный В.А. - Вопросы глубокого уплотнения грунтов с ненарушенной структурой в условиях Голодной степи (1960) 

Духовный В.А. - Фильтрационные потери из каналов оросительных систем, их влияние на водный режим территории и борьба с ними (1967) 

Духовный В.А. - Комбинированное антифильтрационное покрытие земляных каналов (1968) 

Зуев О.В., Шипилов В.М. - Противофильтрационные грунтобентонитовые экраны (2008) 

Зуев О.В., Шипилов В.М. - Расширяющаяся битумно-акриловая мастика (2008) 

Зуев О.В., Петров А.А., Байкова Р.Ф. - Новые герметизирующие битумно-полимерные материалы для противофильтрационного уплотнения сопряжений элементов сборных бетонных покрытий (2012) 

Кокарев Я.В., Косиченко Ю.М., Кореновский А.М. - Способы строительства противофильтрационных облицовок на каналах оросительных систем (2014) 

Панкова Т.А., Орлова С.С., Затинацкий С.В. - Материалы, применяемые для облицовки оросительных каналов (2015) 

Рахимов Ш.Х., Бекчанов Ш.К.., Муратов А.Р. - Пути повышения КПД ирригационных каналов на супесчаных грунтах Хореземского оазиса (2008) 

Руденко И., Нурметов К., Жаббаров Х., Султонов М. - Изоляция дна канала пластиковым покрытием: преимущества, расчеты, перспективы (на примере Хорезмской области) (2012) 

Сафронова Т.И., Дегтярев Г.В. - Предупреждение потерь воды на каналах рисовых оросительных систем (2006) 

Салиджанов С.Б., Ташмухамедов А.Ю., Духовный В.А. - Конструкция тонкостенных преднапряженных железобетонных плит для облицовки канала (1978) 

Чернов М.А. - Конструкции защитных облицовок каналов и водоемов с применением геосинтетических материалов (2011) 

Рекомендательные документы и руководства

Временные технические указания по устройству сборных облицовок оросительных каналов (1968) 

Материалы к техническим условиям и нормам проектирования оросительных систем. Бетонные одежды оросительных каналов (1957)

Методические рекомендации по применению новых герметизирующих материалов в водохозяйственном строительстве (1975) 

Патенты

Деформационный шов противофильтрационных облицовок каналов и водоемов (RU 2281360) 

Деформационный шов облицовки канала (SU 1730340) 

Деформационный шов облицовки канала (SU 1723236) 

Облицовка канала (SU 1728339) 

Способ укрепления грунта (SU 1677179) 

Способ герметизации швов облицовки канала (SU 1715942) 

Способ герметизации швов облицовки канала (SU 1715941) 

Способ герметизации швов облицовки канала (SU 1708993) 

Способ защиты берега от размыва потоком и устройство для его осуществления (SU 1559036) 

Способ защиты деформационных швов облицовки канала от разрушений растительностью (SU 1555415) 

Способ герметизации швов облицовки канала (SU 1541339) 

Способ химической защиты облицовок каналов от разрушения растительностью (SU 1236054) 

Устройство для очистки канала от наносов (SU 1511322) 

Устройство для очистки канала от наносов (SU 1596011) 

Противофильтрационное устройство для канала, оборудованного эксплуатационной дорогой (SU 1562388)