Зарубежный и отечественный опыт применения листовых полимерных материалов (геомембран) в гидротехническом строительстве

Одновременно с внедрением полимерных пленок в гидротехническом строительстве, за рубежом нашли широкое применение листовые полимерные материалы толщиной более 0,5 мм, обладающие более высокими показателями надежности по сравнению с аналогичными полимерными пленками [45]. Несколько позже листовые полимерные материалы стали называться геомембранами [1,2].

Приставка «гео» к геомембране введена специально в международной практике для идентификации полимерных материалов, применяемых в строительстве при совместном использовании их с грунтами [2].

Термин «геомембрана» применяют в гидротехнике для обозначения сгибаемых и водонепроницаемых материалов, имеющих толщину от 0,5 до нескольких миллиметров. Для изготовления геомембран используют синтетические полимеры, пластификаторы. эластомеры и свстостабилизаторы [46].

В 1948 г. на каналах штата Юта была использована облицовка из листового бутилкаучука. Через 15 лет се сняли, облицовка была в хорошем состоянии, что позволило прогнозировать срок службы экрана из бугилкаучука до 40 лет. В 1961 г. листами толщиной 0,75 мм на системах Алтус и Тикумкари (США) покрыты участки каналов длиной 150 и 350 м; размеры листов в плане равны соответственно 100х67,5 и 61,5x10,5 м.

В Ираке, начиная с 1978 г., для борьбы с потерями воды на фильтрацию из оросительных каналов применяются синтетические пленки, такие как бутилкаучуковые толщиной 1-2 мм и этилен-полимер-битумные толщиной 1,8 мм. Применение бугил-каучуковых пленок обусловлено необходимостью обеспечения более падежной проти-вофильтрационной защиты на каналах, проходящих в сильнозагипсованных, скальных и песчаных грунтах. Бутилкаучуковая пленка укладывалась в облицовку каналов в сочетании с различными защитными материалами (бетон, торкрет-бетон).

На канале «Исхаки», рассчитанном на расход 80 м3/с, в 1978-1979 гг. на участке длинной 6,0 км была уложена бутилкаучуковая пленка толщиной 1,0 мм японской фирмы «Мицубоши». Для защиты пленки от повреждений под и на нее укладывали гсоткань «бидим» толщиной 0,6-1,5 мм. Поверх гсоткани укладывали слой монолитного бетона толщиной 12 см. Бетонопленочную облицовку укладывали сначала на дно, а затем на откосы канала.

На отдельных участках канала «Исхаки» длиной около 7 км по ранее уложенной бетонной облицовке (около 3 км) и по грунтовому основанию (около 4 км) была уложена бутилкаучуковая пленка толщиной 2,0 мм фирмы «Мицубоши». На бермах пленка заделывалась в траншеи. С целью предотвращения всплывания пленки па грунтовом участке канала с высоким уровнем стояния фунтовых вод полотнища пленочного экрана через каждые 600 м укладывались с нахлесткой 2-3 м, в нижнем полотнище устраивались прорези (обрагные клапаны), затем поверх пленки укладывалась фильтрующая ткань «бидим», и по всему сечению канала была предусмотрена пригрузка из монолитного бетона в виде полос шириной 1 м.

В общей сложности, при устройстве облицовки канала «Исхаки» (периметр сечения 42 м) в 1978-1979 гг. было уложено около 400 тыс. м2 бутилкаучуковой пленки толщиной 1-2 мм. Часть пленки (около 240 тыс. м“) толщиной 1 мм была уложена с защитным слоем бетона толщиной 12-15 см, около 160 тыс. м2 было уложено без защитного слоя [41].

На этом же канале было уложено около 160 тыс. м2 бутилкаучуковой пленки толщиной 2 мм фирмы «Таурус» (Венгрия). Полотнища пленки толщиной 1 мм соединялись специальным клеем, а при толщине пленки 2,0 мм - с помощью горячей вулканизации [41].

В 1980 г. ЮжНИИГиМ было осуществлено строительство комбинированного экрана в совхозе «Приволье» Тульской области, грунты которого подвержены карсто-во-суффозионным процессам. Конструкция состояла из традиционного грунтопленочного и поверхностного экрана из армированного битумно-полимерного материала -«Армобитеп» (ТУ 21-27-80-80) [47]. Для поверхностных облицовок нашли также применение такие листовые битумно-полимерные материалы, как «Бронеизол», «Армобитеп» и материалы марки СТ. В таблице 2.9 приведены объекты с экранами из полимерных листовых материалов, выполненных в СССР и за рубежом.

В настоящее время за рубежом геомембранные покрытия на каналах по возможности оставляют открытыми во избежание уменьшения сечения канала и лучшего использования низкой гидравлической шероховатости материала. Открытое геомем-бранное покрытие нс подвержено обрастанию и обеспечивает быстрый и легко производимый ремонт, так как любое повреждение несложно выявить и устранить. Если требуется высокая гидравлическая эффективность для предотвращения образования складок, препятствующих току воды, то геомембранное покрытие натягивается с помощью таких же устройств, что и на плотинах [3].

В каналах энергетического назначения, где сроки строительства непосредственно влияют на расходы, так как в период реконструкции возможны перерывы в производстве электроэнергии, увеличение расхода воды в результате применения натяжной геомембраны экономически выгодно. Типичным примером этого является канал Сеньора до Порта (11ортугалия) длиной 2500 м (рисунок 2.17), подающий воду на одноименную ГЭС [3]. Пропускная способность канала снизилась по отношению к потребностям ГЭС из-за образования крупных трещин и шероховатости облицовки. Целью реконструкции была герметизация и повышение пропускной способности путем установки новой облицовки и наращивания стен на 10%.

Канал Сеньора до Порто с открытой натяжной геомембраной из ПВХ

Рисунок 2.17 - Канал Сеньора до Порто с открытой натяжной геомембраной из ПВХ

Таблица 2.9 - Каналы и водоемы в России и за рубежом с экранами из листовых полимерных материалов

Наименование канала или водоема

Год строительства

Тип экрана

Вид полимерного материала

Толщина полимерного материала, мм

Организация, фирма

Способ соединения

Расход канала, м3/с или площадь водоема, га

Глубина воды, м

Площадь экрана, тыс. м2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Распределительный канал Бг-Р-5 Азовской оросительной системы

1977

Поверхностный

Бутилкаучуковый «Бутилкор-С»

0,9

ЮжНИИГиМ

Склейка

1,2

1,0

0,3

Головной участок Большого Ставропольского канала (30,5 км)

1980

Комбинированный

Бутилкаучуковый

«Бутилкор-С»

2,0

Управление эксплуатацией Головного участка БСК ЮжНИИГиМ

Склейка

180

5,0

4,3

Водоем в совхозе «Приволье» Тульской области

1980

Поверхностный

Битумно-полимерный «Армобитеп»

3,0

Туламел иорация

ЮжНИИГиМ

Сварка

10

10

-

Капал Р-3-1 в зоне Таш-канала Таджикской ССР

1967

Поверхностный

Битумно-нолимерный «Бронсизол»

8-10

-

Сварка

1,8

1,6

200

Каналы Есаульской и Табатской ОС Красноярского края

1980

Поверхностный

Битумно-полимерный СГ-1 иСГ-2

2,5

СибНИИГиМ

Сварка

-

-

-

Пруд-накопитель в пос. Бол. Мурта Красноярского края

1982

Поверхностный

Битум но-полимерный СГ-1 и СГ-2

2,5

СибНИИГиМ

Сварка

-

-

-

Продолжение таблицы 2.9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Караулбазарский канал в Бухарской области Узбекской ССР

Бетонопленочный

Капроновая ткань, обработанная полиизобуги-леном

1,2

САНИИРИ

2,8

Машинный канал в Колхозабатском районе Таджикской ССР

1964

Поверхностный

Битумно-полимерный «Бронеизол»

8-10

САНИИРИ

Сварка

8-10

-

6,0

Канал «Исхаки» (Иран)

1979

Поверхностный

Бутилкаучуковый «Мицу»

2,0

«Мицубоши»

Склейка

80

4,5

16,0

Канал «Киркук-Адхем» (Иран)

1981

Бетонопленочный

Полиэтиленби-тумные «Карбо -фол»

1,8

«Нидерберг-Хими» (ФРГ)

Склейка

150

25,5

25,5

Канал Фери в Калифорнии (США)

1964

Поверхностный

Бутилкаучуковый

1,0

«Дюпон»

-

-

-

-

Водохранилище Куалу-пуу на Гавайях (США)

1969

Поверхностный

Бутилкаучук, армированный нейлоном

0,8

-

-

-

18,0

450

Регулирующий бассейн «Аркад» (США)

-

-

«Теранап»

3,0

Сипласт

Сварка

0,8

3,0

8,0

Ирригационный бассейн в Мари-Галант (Г вадслупа)

-

Поверхностный

«Тсранап»

3,0

Сипласт

Сварка

0,14

3,0

1,4

Владелец в качестве надежных вариантов рассматривал слой армированного бетона толщиной 15 см и открытую натяжную дренированную геомембрану из ПВХ. Гидравлические расчеты показали, что вариант с геомембранным покрытием из ПВХ при том же наращивании по высоте стен канала позволял достичь средней пропускной способности примерно на 50 % выше, чем вариант с бетонной облицовкой. Выбор был сделан в пользу варианта с облицовкой из ПВХ.

После 10 %-го наращивания стен канала и установки открытого дренируемого натяжного геомембранного покрытия из ПВХ пропускная способность увеличилась на 90 %. Выводы, сделанные владельцем [48, 49], показывают, что описанная конструкция покрытия из ПВХ эффективна с точки зрения гидроизоляции и борьбы с обрастанием, и что механическое крепление способно выдержать ток воды. Такой вариант можно считать техническим успехом; кроме того, он значительно дешевле, чем традиционные конструкции. На ГЭС Сеньора до Порто увеличение выработки эквивалентно получению дополнительного ежегодного дохода в сумме 110 тыс. дол.

Широкую популярность при реконструкции плотин в Европе геомембраны получили в конце 1960-х гг. [3]. По данным комиссии по большим плотинам, в мире геомембраны нашли применение для реконструкции 97 больших плотин разных видов, причем реконструкция могла охватывать всю грань плотины, либо только поврежденные элементы.

Приблизительно в 70 % случаев геомембраны выполнялись из ПВХ, а в 30 % -из гибкого полиэтилена различной плотности, гипалона, полипропилена или полиэтилена высокой плотности. Геомембраны из ПВХ лучше использовать в комбинации с геотекстилем, обладающим противопрокольными и дренирующими характеристиками и присоединяемым к ПВХ во время изготовления композитного покрытия (геокомпозит). Геокомпозит из ПВХ, поставляемый в виде гибких листов, обычно устанавливается непосредственно на поврежденную поверхность.

Следует отметить, что в настоящее время, все более широкое применение геомембраны из ПВХ находят в гидротехническом строительстве в виде противофильт-рациоппых устройств и защитных покрытий при ремонте и реконструкции грунтовых, каменно-земляных и бетонных плотин [1, 3], а геомембраны из полиэтилена и буги-каучука используются при строительстве оросительных каналов, т. к. они более гибкие и пластичные.

По данным СИНГ па 2005 год в мире насчитывалось более 250 плотин с водонепроницаемыми геомембранами, где они применялись в качестве противофильтраци-онных экранов и диафрагм, а также при ремонте поврежденных напорных поверхностей арочных, гравитационных и контрфорсных плотин. В связи с этим особый интерес представляет разработка группы компаний «Carpi» по созданию открытой дренированной натяжной геомембраны для зашиты бетонных поверхностей напорных граней плотин [3].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >