Диссертация (1141446), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В серединеXX в. рулонные полимерные изделия представляли собой тонкие плёнкитолщиной в доли миллиметра [Гидротехнические сооружения, часть 1; Попченко,Глебов, Игонин; СН-551-82; ГОСТ 10354-82]. Сейчас используются более толстыегеомембраны, толщиной обычно 1-3 мм [ICOLD, 2010, B.135; ГОСТ Р 565862015]. Преимуществом полимерных материалов является их практически полнаяводонепроницаемость.В гидротехническом строительстве изделия из полимерных материаловначали использоваться сначала для [Рельтов, Кричевский] для борьбы с потерямиводы из каналов.
Первые плотины (Contrada Sabetta и Dobsina) с полимернымиэкранами были возведены соответственно в 1959 г. и 1960 г.В настоящее время наибольшее применение нашли поливинилхлорид (ПВХ)и полиэтилен (ПЭ) и полипропилен [ICOLD, 2010, B.135].Почти половина всех полимерных ПФЭ плотин выполнены из ПВХ. ПВХ(англ. PVC) начал использоваться с 1930-х годов и получил очень широкоераспространение в промышленности и быту.
Но в XXI в. его основноеприменение – именно в строительстве. Изделия из ПВХ прочные, но лёгкие. ИзтвёрдойразновидностиПВХ,винилпласта,изготавливаютшпунты.Вгидротехническом строительстве используется пластифицированный ПВХ илипластикат(PVC-F),Промышленностьюсодержащийвыпускаетсяпластификаторыширокийассортимент(около30%).геомембранизпластифицированного ПВХ толщиной 1,2÷2,2 мм. Геомембраны из ПВХсоединяются сваркой теплым воздухом.Благодаря пластификатору модуль деформации ПВХ снижается от2800 МПа в сотни раз. Геомембраны из ПВХ обладают высокой эластичностью имогут удлиняться без разрывов на 200% и более [Koerner]. Благодаря этому онистойки к проколам.
Геомембраны их ПВХ могут армироваться полиэстеровыминитями или стекловолокном, увеличивающими прочность на растяжение.Геомембраны из ПВХ имеет высокую прочность на растяжение. Они могут26выдерживать растягивающую нагрузку около 30 кН/пог.м при толщине лишь 3 мм[ICOLD, 2010, В.135]. Это соответствует прочности на растяжение около 10 МПа.ПластифицированныйПВХможетработатьвширокомдиапазонетемператур (до -60С), морозостоек.Проблемой использования ПВХ является то, что со временем количествопластификатора уменьшается, а при отсутствии пластификатора ПВХ являетсяжёстким и хрупким.
Потере пластификатора содействуют ультрафиолетовоеизлучение. Для защиты от ультрафиолета в геомембрану вводят белый краситель,который способствует отражению солнечного света. Используемые в настоящеепластификаторы обеспечивают срок службы открытых ПВХ-мембран не менее30 лет.ПЭ стал использоваться как материал с конца 1930х годов.
Благодаря своейвысокой прочности он с 1950х годов нашёл своё применение и в гидротехнике.Используется две основные разновидности ПЭ – полиэтилен высокойплотности (англ. HDPE) и низкого давления (рус. ПЭНД), а также полиэтиленнизкой плотности (англ. LDPE) и высокого давления (рус. ПЭВД). ПЭНД болеепрочен и долговечен. ПЭНД часто используется при строительстве хранилищтвёрдых и жидких отходов.
Оба вида ПЭ морозостойки.ПЭ очень химически стойкий материал. Оба вида полиэтилена имеютвысокую прочность на разрыв в геомембранах – около 25 МПа [ГОСТ Р 565862015].Дляполиэтиленовыхплёноксоветскиенормативныедокументыустанавливали прочность в пределах 12,7÷14,7 МПа [ГОСТ 10354-82]. Приразрыве ПЭ способен удлиниться в 4-6 раз.Полиэтилен более жёсткий материал по сравнению с пластифицированнымПВХ [Koerner]. Модуль линейной деформации (секущий) ПЭВД составляет около400500 МПа [ГОСТ Р 56586-2015], а модуль деформации ПЭНД в 2-3 раза выше.Первоначальноиспользовалисьтонкие(0,3÷0,6 мм)полиэтиленовыеплёнки, поэтому существовала опасность прокалывания на контакте с острымикамнями [ГОСТ 10354-82; СН-551-82]. В настоящее время используются толстые(до 3 мм) геомембраны из ПЭ, которые хорошо сопротивляются прокалыванию.27Их укладывают на нетканный геосинтетический материал, геотекстиль, которыйзащищает геомембрану от проколов.
Иногда (с 1980-х годов) геотекстильламинируют на поверхность геомембраны, получается геокомпозит.Недостатком ПЭ как и других полимеров является постепенное старение,т.е. деструкция и потеря изначальных свойств. Старение происходит в результатеокислительных реакций. Ему содействует солнечная радиация и высокиетемпературы.Впоследнеевремяпоявилисьрезультатыисследованийдолговечности геомембран [Koerner, Hsuan, Koerner; Tian, Benson, Tinjum, Edil]. Входе них геомембраны подвергались различным воздействий в течениенескольких лет, при чём интенсивность воздействий повышалась по сравнению сестественными условиями. За срок службы полимерных материалов принимаютпериод, в течение которого их прочностные показатели снижаются в 2 раза.Исследования показали, что в условиях высоких температур гарантийныйсрок службы открытых геомембран из ПВХ составляет около 30 лет, ПЭВД –около 40 лет, а ПЭНД более 40 лет [Koerner, Hsuan, Koerner].
По сравнению сПВХ ПЭ более долговечен.Однако условия работ геомембран в гидротехническом строительстве болееблагоприятные. Ещё в 1960-х годах было обнаружено, что, если в конструкцииполимер защищён от воздействия температур и ультрафиолетового излучения, онпрактически не стареет [Рельтов, Кричевский; Складнев, Глебов, Лысенко].Последние исследования показали, что в условиях температур близких к 0C,отсутствия ультрафиолетового облучения срок службы ПЭНД может достигатьнескольких сотен лет [Koerner, Hsuan, Koerner; Tian, Benson, Tinjum, Edil].Полипропилен в основном используют для изготовления геотекстиля. Егосрок службы меньше, чем у ПЭ.С применением полимерных материалов изготавливают различные готовыеизделия для гидротехнического строительства.
Помимо геомембран, геотекстиляи георешёток можно назвать композитные шпунты и бентоматы.Бентонитовый мат – это рулонное противофильтрационное изделие,водопроницаемость которых обеспечивается наличием гранул бентонитовых28глин, которые расположены между полотнами тканого и нетканого геотекстиля,соединёнными иглопробивным способом [Косиченко, Баев].Композитныйшпунтпредставляетсобойполимернуюшпунтовуюконструкцию, армированную стекловолокном. Технология их изготовления быларазработана и запатентована в России в 2012 г.
[Патент РФ № 2012100048/03].Такие шпунты лёгкие, но прочные [Илюхин], не неподвержены коррозии.В последнее время появились предложения об использовании для созданияПФЭ высоких плотин резины [Zelin Ding, Shuhui Guo, Bowen Sun].Ещё одним материалом, из которого могут выполняться ПФЭ грунтовыхплотин, является сталь [Гидротехнические сооружения, часть 1; Моисеев].Преимуществами стальных листов являются их очень высокая прочность игибкость. Однако случаи применения стали в грунтовых плотинах редки, т.к.сталь – очень дорогостоящий материал. Кроме того, сталь подвержена коррозии.Заключение1) В последнее время диапазон негрунтовых строительных материалов иизделий, которые могут быть использованы для противофильтрационныхустройств грунтовых плотин, резко расширился.
Например, эффективно вгидротехническом строительстве внедряются полимерные материалы. Наоборот,некоторые другие материалы (дерево, сталь) выходят из использования.Возможности для применения материалов на основе цемента – возрастают, т.к.благодаря развитию строительных технологий, они приобретают новые свойстваи становятся дешевле.2) Появляются возможности для создания новых типов ПФЭ грунтовыхплотин, в которых могут быть скомбинированы различные по свойствамискусственные строительные материалы.3) Многие искусственные строительные материалы, которые в настоящеевремя являются перспективными для использования в гидротехническомстроительстве, по характеру своего поведения значительно отличаются отгрунтов.
Это эластичные и более жёсткие материалы.291.2. Опыт создания противофильтрационных элементов в основаниигрунтовых плотинФильтрация воды происходит как в теле, так и в основании плотин. Поэтомугрунтовые плотины должны иметь противофильтрационные устройства не тольков теле, но и в основании плотины.Конструктивно они могут представлять зубья, стенки, завесы и понуры[Гидротехнические сооружения, часть 1; Айрапетян], а выполняться как изгрунтов, так из негрунтовых материалов.Зубья представляют собой продолжение ПФЭ плотины в основании.
Чащевсего они выполняются из бетона. Зубья углубляются в основание на небольшуюглубину, чаще всего прорезая небольшой слой нескальных грунтов.Противофильтрационные стенки и цементационные завесы углубляются воснование на большие глубины. Они могут прорезать как скальные (илиполускальные), так и нескальные грунты.Внескальномвыполнятьсяизоснованиишпунтапротивофильтрационные(деревянного,металлического,стенкимогутжелезобетонного,полимерного, композитного) методами забивки, вибропогружения и др. Глубинашпунтовой стенки обычно не превышает 25 м.В трещиноватой, фильтрующей скале выполняют инъекционные завесы. Ихпреимуществом в том, что они могут выполняться на очень большие глубины(сотни метров).
Метод создания инъекционных завес заключается в нагнетаниипод давлением в трещины и поры горной породы специальных растворов дляснижения водопроницаемости породы [Производство гидротехнических работ,часть 2]. В трещины могут инъектироваться глиноцементные, цементные,битумныерастворы,жидкоестекло[Бобров].Инъекционныезавесысприменением цементных растворов называют цементационными.Инъекционные завесы могут выполняться и в нескальных грунтах.
Перваяинъекционнаязавесаваллювиальныхкрупнообломочныхгрунтахбылавыполнена на плотине Серр-Понсон (Франция) в 1954-1956 гг. [Бобров].30Масштабные работы по устройству цементационной завесы в песчано-гравийномосновании были проведены при строительстве Асуанской плотины [Моисеев,Моисеев; Шайтанов].Однако процесс инъекции нескальных грунтов технологически сложен из-завысокой проницаемости крупнообломочных грунтов, созданы специальныеметоды инъецирования нескальных грунтов [Бобров, Журкина, Ганичев,Мещеряков, Хейфец]. Инъекцию нескальных грунтов производят не цементными,а глинисто-цементными (бентонито-глинистыми) растворами.
Ещё одним изнедостатков инъекционных завес в нескальных грунтах является большой объёмработ и расход материалов. Толщина инъекционной завесы в крупнообломочныхгрунтахпо[СП39.13330.2012]должнасоставлятьпримерно20%отдействующего напора.Как альтернатива созданию инъекционных завес в уже в 1950х годах былсоздан метод создания завес в виде траншейных стен [Ганичев, Мещеряков,Хейфец]. В СССР в 1957-1959х гг. стена впервые была выполнена в основанииЧурубай-Нуринской плотины (на глубину до 40 м) из суглинисто-цементногоматериала.Технология метода траншейных стен заключается в двух основныхоперациях [Производство гидротехнических работ, часть 2] (рис.1.1 Приложения).Первая – разработка траншеи под защитой бентонитового раствора, которыйпредотвращает обрушение стенок траншеи и препятствует поступлению втраншею воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
