 |
Бестраншейный мелиоративный дреноукладчик МД-4
|
|
|
|
Введение
Проектирование дренажных систем для предотвращения или ликвидации подтопления территорий надлежит выполнять требования СНиП 2.06.14-85 и СНиП II-52-74. При проектировании дренажных систем предпочтение отдают системам дренажа с отводом воды самотёком. Дренажные системы с принудительной откачкой воды требуют дополнительных затрат.
В зависимости от гидрогеологических условий устраивают горизонтальные, вертикальные и комбинированные дренажи.
Строительство горизонтального дренажа открытым траншейным и бестраншейным способом определяется экономической целесообразностью.
Бестраншейный дренаж.
При бестраншейной организации дренажа используется пассивный рабочий орган — нож, прорезающий в грунте щель шириной до 25 см. Обычно в щель одновременно с прорезанием укладывается пластмассовая труба, заранее обмотанная фильтрующим материалом.
1.1. Технология строительства. Бестраншейный дренаж строят в торфянистых грунтах без пней с помощью машин типа ДПБН-1,8 с пассивным рабочим органом в виде ножа, навешенного на трактор С-100 (рис. 28).
Рис. 28. Технологическая схема устройства бестраншейного дренажа на осушительных системах:
I - 1 - копание шурфа;
2 - намотка трубки на барабан;
3 - установка дреноукладчика;
4 - заправка трубки;
5 - установка рабочего органа;
II - 6- прорезка щели и укладка трубки;
7 - выглубление ножа в конце дрены;
8 - переезд на следующую дрену;
9 -контроль положения трубки и устранение дефектов укладки.
Щель шириной до 25 см нарезается без выемки грунта наружу. После прохода ножа из-за упругости грунта стенки щели снова смыкаются, поэтому укладка дренажной трубы производится сразу же вслед за ножом.
|
|
|
Дренажные трубы могут быть пластмассовые готовые или формируемые из пластмассовых лент сзади ножа. На таких дренах фильтров не устраивают, так как торф сам является фильтровым материалом.
1.2. Порядок устройства бестраншейного дренажа:
- проводят разбивку трассы и ее планировку;
- на дреноукладчик навешивают бухту с пластмассовыми трубками или катушку с пластмассовой лентой длиной, равной длине дрены;
- устанавливают дреноукладчик в устье дрены, конец трубы или ленты пропускают через направляющее устройство и закрепляют в устье дрены;
- от устья нарезают щель и одновременно укладывают дренажную трубу;
- в конце дрены выглубляют нож, а конец дренажной трубы сплющивают или закрывают заглушкой.
Высотное положение дрены проверяют щупом, погружая его в щель и нивелируя. Если труба или лента оборвалась в ходе укладки или неправильно уложена, то вручную копают шурф и устраняют дефект.
В устьях дрен закладывают готовые асбестоцементные гончарные или пластмассовые трубы. Работы по устройству устьев дрен выполняются вручную.
Бестраншейный горизонтальный трубчатый дренаж предназначен для осушения откосов мокрых выемок и оползневых склонов. Его выполняют в виде отдельных дрен, располагаемых или параллельно друг другу или веерообразно под углом 1-4° к горизонтали (рис. 3). Применение того или иного варианта расположения дрен принимают исходя из конкретных условий производства работ в зависимости от возможностей расположения бурового станка и удобства отвода поступающей по дренам воды за пределы выемки или оползневого массива. Дрены устраивают путем введения впредварительно пробуренные скважины пластмассовых перфорированных труб, заключенных в оболочку из нетканого геотекстильного материала.
4.2. Бестраншейный горизонтальный дренаж рассчитывают x) в такой последовательности:
|
|
|
x) Расчет целесообразно проводить на ЭВМ по разработанной в Союздорнии программе РГД [ 2].
оценивают степень устойчивости откоса или оползне вого склона при наиболее неблагоприятных условиях воздействия природных факторов и определяют необходимый уровень понижения грунтовых вод в выбранном месте размещения дренажа;
Рис. 3. Схема бестраншейного горизонтального дренажа:
1 - лоток; 2 - водоотводная часть дрены; 3 - водоприемная часть дрены; 4 - грунт; 5 - уровень грунтовых вод после осушения грунтового массива; 6 - поверхность скольжения
назначают тип дренажной трубы (гладкостенная, гофрированная и т.п.), ее диаметр и тип фильтрующего геотекстильного материала для оболочки дрен и определяют максимально возможный приток воды в дрену с учетом характеристик грунтов, перфорации дренажных труб и расчетного коэффициента поперечной фильтрации геотекстильного материала;
назначают уклон дрен и определяют максимальный отвод воды из дрены, скорость оттока, водоприемную способность дрены и ее длину;
определяют расстояние между дренами, а также время осушения оползневого массива; если необходимо сократить время осушения, то расчет уточняют, применяя другие типы дрен или фильтров либо изменяя расстояние между дренами.
Оценку степени устойчивости откоса или оползневого склона, установление мест размещения дренажа и необходимого уровня понижения грунтовых вод выполняют по известным методикам или по программам расчета устойчивости на ЭВМ [ 4 - 6]. Тип дренажной трубы и геотекстильного материала назначают с учетом того, чтобы диаметр дрен составлял не более 0,9 диаметра скважины. Расчетный коэффициент поперечной фильтрации геотекстильного материала принимают с учетом его кольматации грунтовыми частицами и определяют при испытании на фильтрационном приборе (типа прибора Союздорнии) образца геотекстильного материала при удельной нагрузке Р ¢:
Р ¢ = (g h + q ¢) tg 2 (45 - 
).
4.4. Максимальный подток q ¢ max воды к дрене определяют исходя из критической скорости фильтрации воды в грунте:
q ¢ max = p D 1 l 4 
,
где D 1 - внешний диаметр дренажной трубы, см;
l 4 - длина дрены, см; l 4 = 100 см;
J ¢ - градиент напора на границе грунт-дрена; J ¢ = 1
|
|
|
п - активная пористость грунта;
;
e - коэффициент пористости;
w n - максимальная молекулярная влагоемкость грунта [ 7], % массы скелета грунта.
Во всех случаях подток воды к дрене должен быть равен (или меньше) возможному втоку q ¢ вт воды в дрену, определяемому характеристиками фильтрующей оболочки из геотекстильного материала, количеством и размером водоприемных отверстий в дренажной трубе (см. п. 3.11):
q ¢ max £ q ¢ вт = p D 1 l 4 K фп;
q ¢ max £ q ² вт = b d n 1 n 2 Vm,
где K фп - расчетный коэффициент поперечной фильтрации геотекстильного материала, см/с.
Таблица 1
| Грунт | Размер частиц, мм | Максимальная молекулярная влагоемкость, % массы скелета грунта |
| Песок: | ||
| крупный | 1-0,5 | 1,57 |
| средний | 0,5-0,25 | 1,60 |
| мелкий | 0,25-0,1 | 2,73 |
| Песчаная пыль | 0,1-0,05 | 4,75 |
| Ил | 0,05-0,005 | 10,18 |
| Глина | < 0,005 | 44,85 |
Скорость оттока воды из дрены Vm и максимальный отток q 0 воды определяют по формулам (12), (13), (15) и (16).
Если не соблюдается условие п. 2.3, то необходимо изменить тип геотекстильного материала. При несоблюдении условия п. 2.4 следует изменить тип дренажной трубы, например перейти на использование дренажных труб с большим количеством водоприемных отверстий или применить трубы большего диаметра. При этом необходимо вновь определить q ¢ max и проверить соблюдение условий пп. 2.3 и 2.4.
В качестве дополнительной меры можно использовать также увеличение угла наклона дрен до 4 °.
Оптимальную длину l 5водоприемной части дрены (см. рис. 3) определяют из условия обеспечения возможности оттока воды из дрены при работе дренажной трубы полным сечением:
l 5 = 
.
Однако вряде случаев при расчете дрен, особенно при малом коэффициенте фильтрации грунтов, длина водоприемной части дрены может оказаться чрезмерно большой (несколько сотен метров). Это приводит к необходимости использовать специальные буровые станки и увеличивать стоимость дренажа. Следует также учитывать и то, что максимальная длина дрен определяется в основном геологическим строением оползневого массива и может составить всего несколько десятков метров. Поэтому при расчете длины водоприемной части дрен необходимо соблюдать условие
|
|
|
l доп ³ l 5 + ln,
где l доп - допустимая длина дрены, определяемая геологическим строением оползневого массива и параметрами бурового оборудования, см;
ln - длина дрены от водосбросного лотка до начала водоприемной части, см.
С учетом установленного значения l 5, атакже постоянного притока воды с верховой части склона расстояние между дренами при параллельном их расположении L 0 определяют по формуле / 2/
,
где Н 1 - расчетный уровень грунтовых вод, см;
h 0 - уровень грунтовых вод у дрены, см; h 0 = 0,5 D.
При веерном расположении дрен величина L 0 соответствует расстоянию между дренами в средней части водоприемной длины дрен.
4.9. Необходимое количество п 4дрен определяют по формуле
п 4 = 
,
где В - ширина или часть ширины оползневого массива при блоковом варианте его осушения, см.
Если L 0 > 1 м, то расчет целесообразно повторить, применив дренажные трубы большего диаметра, и принять окончательное решение на основе технико-экономического сравнения вариантов.
Полное время осушения Т оползневого массива с учетом времени, необходимого для постоянного перехвата грунтовых вод, поступающих с верховой части склона, определяют по формуле
где A - коэффициент, определяемый по 
(табл. 2);
hp - расчетный уровень понижения грунтовых вод (см. рис. 3), см.
Таблица 2
| z = h 0/ H 1 | A | z = h 0/ H 1 | A | z = h 0/ H 1 | A |
| 0,86236 | 0,3 | 0,817 | 0,7 | 0,597 | |
| 0,05 | 0,86100 | 0,4 | 0,781 | 0,8 | 0,497 |
| 0,10 | 0,85700 | 0,5 | 0,734 | 0,9 | 0,357 |
| 0,20 | 0,84200 | 0,6 | 0,674 |
Если время осушения Т больше требуемого, то следует применить дрены большего диаметра или с боль шей водоприемной способностью и повторить расчет. Кроме того, если известно требуемое время осушения, то можно из зависимости (29), задавшись значением T, определить расстояние L 0 при ранее вычисленной длине l 5водоприемной части дрены. При этом следует учитывать, что первый вариант даст возможность получить наиболее экономичное решение и ко второму варианту нужно прибегать лишь в тех случаях, когда необходимо ускорить осушение массива.
Бестраншейный мелиоративный дреноукладчик МД-4
К бестраншейным дреноукладчикам относятся МД-4 и МД-12 (на базе трактора Т-130.1.Г-1, укладывающие трубу на глубину 1,6—1,8 м в щель шириной 25 см. Для увеличения тягового усилия МД-4 может работать в паре с тягачом МД-5 на базе того же трактора. Предназначенный для строительства специального дренажа в зонах орошения дреноукладчик МД-13 снабжён ступенчатым ножом для уменьшения усилия при прорезании грунта, он может прокладывать щель глубиной до 3 метров. Существуют производимые в Германии и Голландии машины, снабженные Δ-плугом или V-образным рабочим органом. При движении машины рабочий орган вырезает и приподнимает призму грунта, в образуемую при этом щель глубиной до 1,8 метра укладывается дрена, после чего грунт опускается обратно.
|
|
|
Бестраншейный мелиоративный дреноукладчик МД-4 прорезает щель глубиной до 1,8 м и одновременно укладывает пластмассовые дренажные трубы в грунтах I-III категорий при содержании каменистых включений диаметром не более 0,4 м и погребенной древесины диаметром не более 0,1 м, обеспечивая качественное устройство дренажных линий на спланированной трассе. Высота (глубина) местных неровностей не должна превышать 0,2 м на длине 5 м. Поперечный уклон трассы не должен быть более 3°.
Дреноукладчик МД-4 состоит из базовой части, навесного оборудования, гидросистемы и системы управления. База дреноукладчика МД-4 состоит из трактора Т-130.1.Г-1, гусеничных тележек, редуктора гусеничного хода, гусеничных лент и балансира. Навесное оборудование, предназначенное для прорезания в грунте узкой щели с заданным уклоном дна и укладки пластмассовой дренажной трубы, включает рычаг, коромысла, нож, трубоукладчик, бухтодержатель.
Трубоукладчик шарнирно соединен с рабочим органом - ножом. Поворот трубоукладчика относительно последнего ограничен ходом гидроцилиндра. В транспортном положении трубоукладчик плотно прижат к ножу. Трубоукладчик представляет собой сборную конструкцию, состоящую из бункера, лотка, настила, направляющей, прижимного ролика и ограждения. Бункер - сварная конструкция коробчатого сечения с опорным дном. Верхняя часть бункера закрыта настилом с ограждением. Дно лотка имеет V-образный профиль. Верхняя часть лотка шарнирно закреплена на бункере, нижняя снабжена опорой, скользящей по дну дренажной щели.
При разработке щели и укладке дренажа уклон выдерживается отработкой команд гидроцилиндров поворота рабочего органа и трубоукладчика. Гидроцилиндр подъема рабочего органа находится в плавающем положении. Задача управления сводится к ведению носка ножа на проектной глубине параллельно копирному тросу или оптической оси теодолита. Выполнение заданных параметров щели обеспечивается системой высотного регулирования положения рабочего органа, которая ведет точку подвески датчика высотного положения по копиру, а также системой угловой стабилизации, поддерживающей постоянным угол резания рабочего органа относительно горизонтали.
Ручное управление высотным положением рабочего органа выполняется машинистом. При загорании одной из сигнальных ламп на пульте управления машинист устанавливает золотник распылителя в соответствующее положение. При работе по оптической оси теодолита угловое положение ножа поддерживается так же, как и при работе по копирному тросу, а высотное положение носка ножа относительно оптической оси поддерживается оператором при подаче сигналов на электрогидрозолотник гидроцилиндра трубоукладчика с дистанционного пульта управления.
Тяговое усиление дреноукладчика МД-4 (250 кН) увеличивает тягач МД-5 (150 кН). Взаимодействие машин обеспечивается аналогичными скоростными характеристиками. Тягач МД-5 состоит из базового трактора Т-130.1.Г-1, балансира, буксирного устройства, гидросистемы, гусеничных тележек, механизма привода гусеничного хода, гусеничной ленты. Суммарная масса машины и тягача 51 т, давление на грунт соответственно 0,04 и 0,03 МПа.
Дреноукладчик МД-4 с тягачом МД-5 создан Мозырским заводом мелиоративных машин в сотрудничестве с учеными ленинградским научно-производственным объединением «ВНИИЗеммаш». Их проекты разработали инженера Л.А.Ильина и А.М.Фурман. Лично работу по внедрению новой техники контролировали и вели главный инженер завода Е.И.Шейнин, главный конструктор А.В.Искрицкий, заместитель главного конструктора М.Х.Каменко. В 1981 г. в Москве на Международной выставке «Стройдормаш-81» машины удостоены диплома.
Заключение
Преимущества бестраншейного способа состоят в минимальном объёме земляных работ, отсутствии потерь почвенного слоя, простоте рабочего органа, высокой производительности и низкой себестоимости строительства. Недостатки состоят в ограничении диаметра дренажной трубы, затруднённости контроля её укладки, большом тяговом сопротивлении и невозможности работы в грунтах с посторонними включениями.
Список использованных источников:
1. База знаний – раздел «Технология и устройство горизонтального дренажа» http://www.cawater-info.net/;
2. Википедия - https://ru.wikipedia.org/;
3. Портал http://hydrotechnics.ru/, раздел - Бестраншейный дренаж;
4. http://www.znaytovar.ru
Оглавление:
Введение 2.
1. Бестраншейный дренаж 3.
1.1. Технология строительства 3.
1.2. Порядок устройства бестраншейного дренажа 3.
1.3. Бестраншейный мелиоративный дреноукладчик МД-4 7.
Заключение 9.
Список использованных источников 10.
|
|
|
