Эксплуатация мелиоративных гидротехнических сооружений

1 Долговечность и срок службы сооружений

Срок службы сооружений - календарная продолжительность их экс­плуатации до наступления предельного состояния, при котором их даль­нейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за потери установлен­ных пределов прочности, устойчивости и невозможности обеспечить без­аварийную работу или если система перестала удовлетворять современ­ным требованиям из-за морального износа.

Долговечность - свойство элементов сохранять работоспособность до наступления предельного состояния и обеспечивать безаварийную ра­боту и дальнейшую эксплуатацию при установленной системе ремонта и содержания.

В процессе эксплуатации выделяются следующие периоды:

T₁ - начальный период приработочных отказов и выявления скрытых дефектов производства работ;

Т₂ - период нормального функционирования;

T₁+Т₂- момент начала интенсивного разрушения;

Т₃- период разрушения элементов системы в результате старения, износа.

Долговечность элементов системы сооружений можно повысить уве­личением прочности, уменьшением нагрузки и скорости старения.

Прочность можно увеличить совершенствованием технологии приго­товления материалов, упрочнением их в период старения, проведением профилактических ремонтных работ, применением защитных мероприя­тий.

Воздействие нагрузок на элемент системы можно уменьшить изме­нением его рабочих характеристик, учитывающих возможность воздейст­вия этих нагрузок.

Скорость старения элементов можно уменьшить посредством выбо­ра материалов с учетом среды, в которой они должны функционировать, устройством изоляции, ремонтом элементов.

Таким образом, долговечность отдельных элементов сооружений обусловливают следующие мероприятии: рациональный выбор конструк­ции и материалов сооружений с назначением меры их защиты; высокое качество производства работ; соблюдение проектного режима эксплуата­ции; проведение плановых ремонтов; исключение недопустимых нагрузок и агрессивного воздействия среды.

Средние сроки службы отдельных сооружений устанавливаются по нормативным документам.

Ремонтные работы подразделяются на три вида: текущий (плановый и непредвиден­ный); капитальный (выборочный и комплексный); восстановительный (аварийный).

2 Ремонт земляных гидротехнических сооружений

Основные причины повреждений и выхода из строя гидромелиора­тивных сооружений и систем подразделяются на естественные (природ­ные) и искусственные. К естественным причинам относятся воздействие разнообразных природных факторов: ветры, температура (промерзание и оттаивание грунтов), сток поверхностных и выклинивание грунтовых вод, неустойчивость грунтов, снежный и ледовый покров, эрозионные процес­сы, селевые потоки, просадка грунтов, осадка торфа.

Искусственные повреждения происходят из-за недостатков в проек­тировании, некачественного производства строительных и ремонтных ра­бот, отсутствия регулярного техобслуживания.

2.1 Ремонт грунтовых каналов

Основные виды и причины повреждения каналов

В наибольшей степени подвержены деформации осушительные ка­налы.

Рассмотрим основные виды и причины повреждений и разрушений осушительных каналов.

Причины разрушения откосов:

- в результате действия климатических факторов (температурных) грунты растрескиваются, в трещины попадают грунтовые и поверхностные воды, размывающие откосы, канал заиливается;

- сползание в канал верхних слоев осушенной поверхности откосов вследствие вытекания разжиженных грунтов из-под откоса;

- размыв откосов поверхностными водами в неустойчивых грунтах и в каналах без крепления откосов, вымытый с откосов грунт откладывается в канале в виде наносов (при отсутствии воронок и ловчих борозд для пере­хвата поверхностных вод);

- оплывание и обрушение откосов под действием грунтовых вод, вы­клинивающихся из дна и откосов канала;

- разрушение откосов в результате давления грунта кавальеров (при близком расположении и несвоевременном разравнивании грунтов ка­вальеров, несоответствии поперечного сечения канала строительным свойствам грунтов;

- подмыв подошвы откосов водой, протекающей в канале;

- разрушение льдом крепленных откосов в результате обрушения его большого количества в канал вместе с креплением или примерзания к креплению подтаявшего снега и последующего обрушения (необходимо лед вдоль откосов весной скалывать).

Причины размыва дна и откосов каналов:

- неправильное установление параметров канала, несоответствие скоростей течения строительным свойствам грунтов;

- размыв канала в местах поворота в связи с малым радиусом за­кругления;

- размыв дна и откосов в местах пересечения каналом легкоразмываемых грунтов или вследствие плохого крепления дна и откосов;

- размыв устьевых частей водосточных воронок, имеющих высоко­расположенные выпуски и большие расходы.

Причины заиления и засорения каналов:

- отложение в канале наносов, влекомых по дну или переносимых водой во взвешенном состоянии;

- заиление каналов, расположенных в поймах рек в период затопле­ния их полыми водами, в результате размыва и смыва грунта с территории водосбора паводковыми и ливневыми водами;

- заиление каналов и рек вследствие неравномерных условий движе­ния воды и уменьшения скоростей по направлению к устью;

- заиление откосов и дна продуктами сноса ветров и смыва водой грунта кавальеров;

- заиление каналов наносами, поступающими со дна впадающих ка­налов и воронок из-за неправильного сопряжения дна впадающего канала или воронки с основным каналом;

- отложение наносов в местах устройства запруд, переездов и других искусственных сооружений.

Зарастание кавальеров и берм каналов происходит в результате из­менения вводно-воздушного и питательного режимов почвогрунтов. За­растание дна и откосов каналов увеличивает их шероховатость, уменьша­ет скорость течения воды, создает подпор, что является причиной дефор­мации каналов.

Причины разрушения берм и кавальеров каналов:

- обрушение в канал кавальеров вследствие сползания откосов;

- в результате использования водотоков в транспортных целях;

- в результате устройства на незакрепленных и неприспособленных участках дорог и пешеходных троп.

Причины повреждения и разрушения каналов при неправильной эксплуатации:

• захламление каналов посторонними предметами, что приводит к образованию подпора, отложению наносов, деформации дна и откосов;

• переезд транспортом, переход пешеходов в неустановленных местах, выпас скота на откосах разрушают бермы и откосы;

• вспашка земли на расстоянии ближе 0.5 м от бровки канала деформирует откосы, способствует попаданию глыб вспаханной земли в канал;

• разрушение откосов при сплаве леса.

Ремонт и очистка каналов осушительных систем

При ремонте каналов осушительных систем выполняют подготови­тельные и ремонтно-строительные работы.

К подготовительным работам относятся: разравнивание старых ка­вальеров; очистка берм от древесной растительности; понижение воды в канале удалением перекатов, водной растительности, мусора, посторон­них предметов, препятствующих стоку.

Технологический процесс ремонта осушительных каналов в земля­ном русле включает:

• планировку берм;

• выемку наносов и грунта из русла до проектного сечения, транспортирование его во временный отвал (основной и наиболее трудоемкий про­цесс);

• планировку откосов;

• разравнивание отвалов после подсушки грунта вдоль канала слоем 0.1-0.15 м;

• руслоукрепительные работы;

• устройство воронок (лотков) для сброса поверхностных вод в канал.

При капитальном ремонте крупных каналов (глубиной более 2 м) целесообразно применение одноковшовых экскаваторов, для каналов сред­них размеров (глубиной до 1.7-2.0 м) применяют машины с рабочими орга­нами непрерывного действия. При текущих ремонтах и техобслуживании более эффективно применение каналоочистителей с рабочими органами, навешиваемыми на трактор.

При ремонте и очистке осушительных каналов применяют следующие технологические схемы работы одноковшовых экскаваторов:

• поперечной разработкой, при которой экскаватор движется по берме канала параллельно его оси снизу вверх (против течения), проектное сечение разрабатывается за один проход, вынутый грунт укладывается в один отвал;

• двухсторонней поперечной разработкой, при которой проектное сечение разрабатывается за два прохода (первый - снизу вверх против тече­ния на проектную глубину шириной не менее 2/3 В.

Технологический процесс очистки или ремонта канала:

• окашивание берм и откосов канала и удаление травяной массы (чтобы лучше видеть рабочий орган и не нарушить прямолинейность его движения);

• планировка берм для прохождения каналоочистителя (т.к. планирует поверхность бермы);

• обозначение линии передвижения рабочего органа вешками (чтобы обеспечить линию движения рабочего органа);

• рабочие проходы базовой машины по бермам канала и очистка дна от наносов с выбрасыванием их за бровку канала;

• очистка устьевых частей каналов вручную или одноковшовыми экскаваторами;

• разравнивание выброшенных наносов и грунта после подсушки вдоль трассы канала;

• удаление со дна наносов комьев грунта, дернины, остатков растительности (вручную).

При большом заилении требуются неоднократные проходы машин.

При больших глубинах воды целесообразно очистку от наносов и уг­лубление русел каналов проводить плавучими землесосными снарядами, при этом выполняются следующие технологические работы и операции:

Подготовительные работы:

• устройство замкнутых или незамкнутых отстойников (отсыпка про­ дольных и поперечных дамб, оборудование водовыпусков в поперечных дамбах и сбросных устройствах в конце отстойников);

• доставка земснаряда на самый верхний участок русла, приведение его в рабочее состояние;

- разбивочно-геодезические работы (обозначение вешками оси и крайних границ выемки грунта - наносов).

Основные работы:

• разработка грунта земснарядом в русле и транспортирование пульпы в отстойник на участке - забое, соответствующем длине плавучего пульповода;

• перемещение плавучего специального пульпоразливочного устройства на новый участок работы земснаряда;

• разработка грунта и транспортирование пульпы на следующем участке русла (земснаряд при узких руслах с помощью гидромониторной на­садки);

- разравнивание отвалов грунта и наносов (бульдозер).

В зависимости от размеров канала, мощности наносов, гидрогеоло­гических условий применяют следующие технологические схемы и спосо­бы разработки грунта одноковшовыми экскаваторами: поперечная одно­сторонняя, поперечная двухсторонняя, продольная внутриканальная, про­дольная боковая (драглайн бокового копания), комбинированная (плаву­чий земснаряд и драглайн).

Облицованные каналы

Облицованные каналы очищают от наносов в основном средствами гидромеханизации и вручную (опасность повреждения облицовки землеройными органами).

Подготовительные работы:

• устройство временных отстойников для пульпы вдоль очищаемых каналов;

• окашивание берм и их планировка;

• доставка землесосное установки на участок канала и приведение ее в рабочее состояние.

Основные рабочие операции:

• разработка наносов гидротранспорт и укладка их вдоль очищаемо­ го канала, контроль качества очистки;

• технологический перерыв (подсушка наносов);

• разравнивание наносов и временных дамб отстойников, пульпы и транспортировка наносов на орошаемые поля.

В процессе работы земснаряд перемещается с помощью лебедок и тросов и разрабатывает наносы траншейным способом с выбросом пульпы с помощью пульпометной насадки на 15-20 м от оси земснаряда.