Технология и организация строительства закрытой оросительной сети из трубопроводов диаметром до 600 мм на просадочных грунтах (для условий Азербайджанской ССР)

В «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года» предусматривается дальнейшее развитие сельскохозяйственного производства /3/. Осуществление намеченных планов требует расширения масштабов работ по мелиорации земель и приобретает особое значение при решении продовольственной проблемы в нашей стране. Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют большое внимание вопросам развития орошаемого земледелия /68/.

Майский (1982 г.) Пленум ЦК КПСС обсудил и одобрил Продовольственную программу СССР на период до 1990 г. К 1990 г. намечено довести площади орошаемых земель в стране до 23. .25 млн. га, в том числе по Азербайджанской ССР обеспечить ввод в эксплуатацию 160 тыс. га орошаемых площадей и обводнение пастбищ на площади 285 тыс. га. Намечено осуществить строительство Виляшчайского и Вай-хирского водохранилищ, а также Шамхорского машинного канала и орошение земель на их базе. Приступить к строительству Базарчайского водохранилища, ввести в действие Сальяно-Астаринский, Мильский, Шерванский и другие групповые водопроводы /64/.

Следует отметить, что основные районы орошения расположены в зонах, где строительные работы на отдельных массивах выполняются в условиях просадочных грунтов. В ближайшие годы намечено резкое увеличение объема строительства закрытых трубопроводов на проса-дочных грунтах /79/. В этой связи совершенствование технологии и организации производства работ, снижение стоимости строительства закрытых оросительных трубопроводов за счет применения рациональной технологии и организации производства работ, а также прогрессивных методов строительства и оптимальных комплексов машин имеет важное практическое значение.

Несмотря на обширные исследования, проводимые в Советском Союзе и за рубежом в области изучения лессовых грунтов, отдельные элементы про садочных деформаций и вопросы, связанные с методами и технологией их предупреждения, еще недостаточно изучены, что объясняется сложностью и природной специфичностью этих пород. В настоящее время ведутся исследовательские работы по совершенствованию существующих методов и технологии возведения сооружений на просадочных грунтах и разрабатываются новые.

Ущерб, который наносится просадочными явлениями в лессовых грунтах самым различным сооружениям, так или иначе связан с водой. Отсюда весьма важное значение приобретают мероприятия, направленные на предотвращение просадочных явлений и защиту самих сооружений от деформаций, вызванных этими явлениями. Борьба с просадками при строительстве сооружений на лессовых грунтах ведется либо путем предупреждения возникновения просадочных деформаций, либо, наоборот, путем провоцирования естественного процесса просадки. Выбор того или иного варианта зависит от степени просадочности и мощности самих грунтов, особенностей конструкций сооружений, режима эксплуатации и других факторов. Большой вклад в изучение лессовых грунтов, разработку методов и технологий возведения сооружений на этих грунтах внесли советские ученые.

В последнее время в районах орошаемого земледелия все большее распространение стали получать закрытые оросительные системы, которые позволяют значительно снизить потери воды, повысить коэффициент земельного использования и создать предпосылки для проектирования и строительства автоматизированных мелиоративных систем, в том числе и на просадочных грунтах. В текущей пятилетке предстоит ввести в эксплуатацию 3,6 млн. га орошаемых земель, из числа которых около 40 $ будет оборудовано закрытыми трубопроводами.

Изучение и анализ строительных свойств просадочных грунтов имеют особое значение для обоснования методов строительства, технологии и организации производства работ по возведению сооружений на этих грунтах. Ввиду того, что просадочные грунты в Азербайджанской ССР в большинстве случаев распространены в предгорных наклонных равнинах, закрытые трубопроводы работают под большими напорами, что создает дополнительную опасность утечки воды в соединениях, водовыпусках и др. Последнее подтверждается опытом эксплуатации закрытых оросительных сетей на просадочных грунтах (Казахский и Таузский районы АзССР), где в результате утечки воды были зафиксированы случаи разрушений напорных оросительных трубопроводов.

С целью обеспечения необходимой надежности и долговечности сооружений технология строительства закрытой оросительной сети на просадочных грунтах, в отличие от строительства на обычных грунтах, осуществляется с подготовкой основания, заключающейся в проведении специальных противопросадочных мероприятий. В современной литературе совершенно недостаточно уделено внимания вопросам, связанным с организацией производства работ при строительстве закрытых оросительных трубопроводов на просадочных грунтах. Имеющиеся материалы не освещают всего комплекса подлежащих рассмотрению вопросов и дальнейшая разработка этой проблемы является, безусловно, актуальной задачей.

Цель диссертационной работы заключается в том, чтобы на основе теоретических, лабораторных и полевых экспериментальных исследований разработать и практически осуществить необходимые мероприятия по технологии и организации строительства закрытых оросительных трубопроводов на просадочных грунтах, обеспечивающие подготовку устойчивых оснований и повышение эффективности возведения ирригационных сооружений, разработать комплексно-механизированные методы выполнения этих работ.

Научная новизна работы состоит в установлении закономерностей и способов интенсификации рабочего процесса строительства закрытых оросительных трубопроводов с учетом просадочных свойств грунтов и мероприятий по их устранению путем предварительного замачивания, в осуществлении впервые математического описания процесса, предусматривающего выполнение специальных технологических операций и организацию работ по их производству с применением эффективных средств механизации, позволяющего выбирать оптимальные технологические и технические решения в зависимости от типа просадочности грунтов, а также строительных, мелиоративных и экономических характеристик объекта.

На защиту выносятся следующие основные положения и разработки:

— результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие разработать научно обоснованную технологию и поточную организацию работ с применением сетевых моделей по строительству закрытых оросительных трубопроводов на просадочных грунтах;

— экономико-математическая модель процесса строительства закрытых оросительных трубопроводов на просадочных грунтах, обеспечивающая возможность поиска оптимальных решений;

— установленные закономерности, допускающие интенсификацию использования технологического комплекса машин при минимальных приведенных затратах;

— методика расчета основных технологических параметров процесса замочки просадочных грунтов.

Работа выполнена в лабораториях механики грунтов и механизации строительства гидромелиоративных систем Азербайджанского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации (Аз-НИИГиМ) в период 1976;1982 гг. Экспериментальные исследования проводились в совхозах им. М.Тусейна Казахского района и им. С.Бур

— 9 гуна Таузского района Азербайджанской ССР.

Результаты исследований нашли применение в проектах, разработанных институтом «Азгипроводхоз» и внедрены на объектах строительства «Главазмелиоводстроя». Экономическая эффективность от внедрения разработанных рекомендаций составляет 86,2 тыс. руб. на 1000 га орошаемой площади. Фактический эффект, полученный при строительстве закрытой оросительной сети в совхозе им. С. Bypiyra, составляет 72,4 тыс. руб., а в совхозе им. Н. К. Крупской — 21,5 тыс. руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. Современные инженерные оросительные системы имеют в своем составе закрытые трубопроводы, строительство которых осуществляется в нашей стране в широких масштабах. В одиннадцатой пятилетке около 40 $ вводимых площадей будет орошаться с применением закрытых трубопроводов. Для их строительства на прочном основании разработаны технологии и организационные схемы производства работ, а также эффективные комплексы машин, позволяющие с высокими степенью механизации и производительностью выполнять этот процесс. Строительство закрытых трубопроводов на просадочных грунтах значительно осложняется вследствие специфических свойств грунтов, обусловливающих существенные изменения в технологическом процессе.

2. Анализ современного уровня технологий, организации и средств механизации для строительства закрытых оросительных трубопроводов на просадочных грунтах показывает, что учет просадочных деформаций грунта при воздействии на него воды осуществляется недостаточно. Так, например, в условиях строительства объектов орошения в Азербайджанской ССР ограничиваются оставлением недоборов грунта в траншеях, относительно редко применяя приемы, стабилизирующие и упрочняющие грунтовые основания. Из-за недоучета просадочных явлений нередко создаются аварийные ситуации, заключающиеся в разрывах или нарушениях линии трубопроводов под влиянием чрезмерных деформаций грунта вследствие утечки воды из оросителей. Поэтому в комплексы работ до укладки трубопроводов в траншеи необходимо включать специальные противопросадочные мероприятия, наиболее перспективным из числа которых является предварительное замачивание грунтов.

3. В результате лабораторных, полевых исследований и опытно-экспериментальных работ по определению основных водно-физических,.

— 146 механических свойств грунтов и других характеристик, проведенных на объектах строительства закрытых оросительных трубопроводов, установлена принадлежность грунтов опытных участков к сильнопроса-дочным. Для данных грунтовых условий высокая степень просадочности в некоторой степени связана с выщелачиванием легкорастворимых солей, что приводит к дополнительному увеличению пористости грунтов, а следовательно, и к увеличению просадочных деформаций.

Установлены закономерности протекания просадочных деформаций грунта при замочке и скоростей их распространения в зависимости от времени, количества поданной воды и ряда других факторов, позволяющие определить основные конструктивные параметры необходимых сооружений, а также технологические параметры процессов по предварительного замачиванию и устройству закрытой оросительной сети на просадочных грунтах.

4. Замачивание грунта должно продолжаться до стабилизации просадочных деформаций. Замачивание необходимо проводить в широких траншеях трапецеидального сечения, а не в узких с вертикальными стенками. При подаче воды в траншеи с вертикальными стенками последние разрушаются, грунт сползает на дно, в результате чего доступ воды в нижние слои просадочной толщи уменьшается.

Продолжительность предварительного замачивания с целью провоцирования просадочных деформаций зависит от инженерно-геологических условий, мощности грунтовой толщи, фильтрационных свойств лессовых грунтов, а также от условий замачивания и размеров источника увлажнения. Для практических расчетов время замачивания может быть принято в количестве 30 суток на каждые 10 м замачиваемой толщи.

5. Математическое моделирование является наиболее современным и эффективным методом исследования сложных экономических проблем. Применение этого метода к решению комплексных задач проекти.

— 147 рования и строительства оросительных систем позволяет избежать дорогостоящих и долговременных производственно-экспериментальных работ и получить такие решения, которые практически невозможно отыскать натурным экспериментированием.

В результате теоретических исследований технологии и организации строительства закрытой оросительной сети в условиях просадочных грунтов разработана экономико-математическая модель, которая включает аналитическое описание всех основных операций и характеристик технологического процесса.

6. Разработанная экономико-математическая модель технологии и организации строительства закрытых оросительных систем в условиях просадочных грунтов позволила с применением ЭВМ провести в лабораторных условиях научные исследования, проведение которых в производственных условиях связано с весьма высокими трудоемкостью, продолжительностью и стоимостью работ, а осуществить моделирование отдельных элементов и процесса в целом в натурных экспериментах практически невозможно. Модель относительно легко адаптируется к различным природно-экономическим и хозяйственным условиям и адекватно отражает реальные условия технологии и организации производства работ. Точность отражения моделью экономической ситуации находится в пределах 1% к общим учитываемым затратам.

7. По результатам исследований разработанной организационно-технологической модели процесса по параметрам оросительной системы установлено, что оптимальная длина оросительных трубопроводов при расстояних между ними 100.200 м должна назначаться в пределах 300.400 м. Длина оросителей может быть увеличена до 450 м при уклонах местности L ^ 0,01. Длина отсека должна приниматься наибольшей из возможных, так как это связано с повышением коэффициента использования отсека, значение которого оказывает большое влияние на экономику процесса замочки.

8. Опытно-производственные работы, проведенные на объектах строительства закрытых оросительных систем, подтвердили основные положения и выводы теоретических и лабораторных исследований. Основные показатели по рекомендуемой технологии и организации производства работ значительно превосходят показатели по применяемой технологии: машиноемкость выполнения операций по процессу в целом сократилась в 1,1.1,22 раза, трудоемкость — в 1,3.1,33 раза, а производительность труда в целом по процессу возрастает на 20. .25 $. По результатам исследований разработанные технологии для современного этапа и на перспективу рекомендованы для внедрения в проектных и строительных организациях Главазмелиоводстроя.

9. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили сформулировать научно обоснованные рекомендации по технологии и организации производства работ при строительстве закрытой оросительной сети из трубопроводов диаметром до 600 мм на просадочных грунтах. В комплекс работ в качестве основных операций входят: отрывка траншей трапецеидальной формы с разделением их на отсеки перемычками из естественного грунтазамочка грунта в траншеяхуплотнение дна траншеймонтаж трубопроводов и обратная засыпка траншей. Длина отсеков назначается исходя из уклона дна траншей, оптимальное ее значение для исследованных условий — 300 м. При рытье траншей оставляют недобор выемки грунта из них согласно величине ожидаемой просадки (для грунтовых условий объектов опытно-производственных работ недобор составлял 0,3−0,6 м).

Процесс замачивания необходимо проводить, начиная с водозал бора, одновременно в нескольких отсеках, с помощью временного водопровода, до получения стабилизации просадочных деформаций. Для замачивания траншей под распределительные трубопроводы могут быть использованы трубы, предназначенные для укладки закрытой оросительной сети. После окончания процесса замачивания они демонтируются и укладываются в траншеи.

После практической стабилизации просадочных деформаций и подсыхания грунта производится поверхностное уплотнение дна траншей с доведением его отметки до проектной, а затем осуществляется укладка труб. Организация всех работ — поточная, осуществляемая с использованием разработанных сетевых моделей по процессу.

10. Исследование вопросов поточной организации замочки траншей под закрытые трубопроводы показало, что для средних условий строительства, при расстояниях между оросителями 100.200 м размер одной захватки под замочку должен быть ограничен участком длиной по распределителю 1000.1250 м и включать все оросители, относящиеся к этому участку. Строгая последовательность проведения замочки грунта определяет поточность выполнения технологических операций: при замочке первой захватки на второй захватке осуществляются подготовительные работы (снимается растительный слой, отрываются отсеки, монтируются временные трубопроводы). После окончания замочки на первой захватке вода немедленно переключается на вторую захватку.

В дальнейшем для замачивания каждого из последующих отсеков используется вода, подаваемая по уже уложенной части трубопровода при помощи гидрантов, которые устанавливаются в местах распределения.

Замочка грунта в траншеях должна проходить несколько стадий до полной стабилизации просадочных деформаций. Необходимая продолжительность замочки для наиболее распространенных условий Азербайджанской ССР равна 20 суткам, а количество воды, подаваемое на замочку до полной стабилизации просадочных деформации грунта, составляет 18−20 м3 на I к? поверхности дна траншеи.

11. Расчетный экономический эффект от применения рекомендуемой технологии и организации производства работ по строительству.

— 150 закрытых оросительных трубопроводов на просадочных грунтах составляет 86,2 тыс. руб. на 1000 га орошаемой площади по сравнению с применяемым в настоящее время вариантом. Фактически полученный эффект при внедрении разработок на объекте строительства закрытой оросительной системы в совхозе им. С. Вургуна, с площадью орошения 860 га, составил 72,4 тыс. руб., а в совхозе им. Н. К. Крупской, с площадью орошения 256 га, — 21,5 тыс. руб. Наибольшим удельным весом в общей сумме затрат обладают затраты на укладку трубопроводов (включая стоимость материалов), которые изменяются в пределах 36.58% при расстояниях между оросителями 100.200 м. При этих же условиях затраты на замочку грунта в траншеях составляют 30. .36% от общей суммы затрат.

Дальнейшее совершенствование технологии и организационных схем производства работ по строительству закрытых оросительных трубопроводов на просадочных грунтах с использованием нового оборудования типа МВ-2 и №-3 обеспечит получение еще большего технико-экономического эффекта.

12. Дальнейшие исследования в области технологии и организации строительства оросительных трубопроводов на просадочных грунтах целесообразно направить на:

— разработку и внедрение в производство способов и средств для газовзрывного импульсного воздействия на грунты, подверженные просадкам;

— изыскание новых высокоэффективных методов воздействия на грунты с целью стабилизации просадочных деформаций при возведении на них линейных мелиоративных сооружений.