WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На  правах  рукописи

фёдоров  Виктор Матвеевич

комплекс конструктивных и

технологических средств восстановления и повышения надёжности водопроводящей сети
оросительных систем

Специальность:  06.01.02 – «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических  наук

Новочеркасск – 2012

       Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального
образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,
Заслуженный мелиоратор РФ
Колганов Александр Васильевич

доктор технических наук, профессор,

Почётный работник высшего образования РФ
Гостищев Дмитрий Петрович

доктор технических наук, профессор
Дегтярев Георгий Владимирович

Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Волгоградская  государственная
сельскохозяйственная академия»

       Защита состоится  « 29 »  марта 2012 г.  в  10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.049.01 в ФГБОУ ВПО «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» по адресу: 346428, г. Новочеркасск, Ростовской области, ул. Пушкинская 111, ауд. 339, факс (8635) 22-44-59.

       С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научном отделе библиотеки ФГБОУ ВПО «НГМА». Автореферат размещён на сайте
ВАК Минобрнауки России referat_vak@obrnadzor.gov.ru

       Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью
предприятия, просим направлять учёному секретарю диссертационного совета.

       Автореферат разослан  « 20 » января 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Иванова Н.А.

Общая  характеристика  работы

Актуальность проблемы. Эффективность оросительных мелиораций в значительной степени зависит от технического состояния водопроводящих (водоподводящих и водораспределительных) сетей и элементов оросительных систем. В настоящее время многие из оросительных систем России, построенных в 1950–1970 годы, находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют скорейшей реконструкции или ремонта. В первую очередь, это касается водопроводящих сетей, протяжённость которых измеряется тысячами километров. Только на Северном Кавказе протяжённость таких сетей достигает 80 тыс. км.
В Ростовской области около 70 % каналов водоподводящих и водораспределительных сетей находятся в земляных руслах, в остальных регионах Северного Кавказа, за исключением Ставропольского и Краснодарского краёв, протяжённость их ещё более значительна. Значительные потери воды из таких каналов увеличивают стоимость водоподачи и приводят к различным нарушениям экологического плана – подъёму уровня грунтовых вод, засолению, заболачиванию и, как следствие, снижению продуктивности орошаемых земель. Для снижения потерь воды, предотвращения необратимых и нежелательных экологических последствий необходима реконструкция земляных каналов на основе широкого применения различного рода одежд (облицовок) или трубопроводов.

Кроме этой проблемы, безотлагательно необходимо решать ещё одну, не менее важную – проблему ремонта и восстановления облицованных каналов, лотковых каналов, трубопроводов. Показателен пример Ростовской области, где по данным управления «Ростовмелиоводхоз» из общего количества каналов, облицованных сборными железобетонными плитами, восстановления требуют – 30 %. Пятая часть лотковых каналов также нуждается в основательном ремонте или замене. Что касается сетевых трубопроводов из железобетонных труб РТН и РТНС, то из общего их числа 40 % требуют замены. С учётом сложившейся ситуации в области разработана программа улучшения технического состояния оросительных систем, согласно которой  ежегодно подлежат ремонту, восстановлению или замене: лотковые каналы, протяжённостью до 8 тыс.п.м.; трубопроводы, протяжённостью до 60 тыс.п.м. и каналы в облицовке, протяжённостью до 15 тыс.п.м.

Для решения указанных проблем необходимо наращивание производства сборных элементов и конструкций – лотков, труб и плит, для их использования: вместо земляных каналов; в качестве облицовок земляных каналов; взамен лотков, труб и плит, используемых в качестве облицовок и одежд каналов распределительной сети и пришедших в негодность по истечении срока эксплуатации или преждевременно.

Отсюда возникают важные задачи совершенствования, создания наиболее эффективных (рациональных) конструкций лотков, труб, плит и других сборных элементов, повышения их качества и надёжности. При этом следует учитывать не только достижения теории и практики в области создания экономичных, прочных и надёжных бетонных и железобетонных конструкций, но и технический уровень, состояние и конструктивные особенности водопроводящих сетей оросительных систем, степень их изношенности, недостаточность выделяемых ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, срок эксплуатации разрабатываемых элементов на сети. Этим обусловлена актуальность разработки и применения технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности лотков, труб, плит и других сборных элементов для устройства (переустройства), реконструкции, восстановления и поддержания в работоспособном состоянии открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей на основе современных способов конструирования элементов, использования недорогих и доступных материалов, применения высокоэффективных и ресурсосберегающих технологий, учитывающих базовые принципы экономного расходования ресурсов – оптимизацию количественных и качественных показателей свойств элементов (конструкций) и соответствие их качества и надёжности продолжительности функционирования на сети.

Цель работы: разработка комплекса технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности элементов и конструкций водопроводящих сетей оросительных систем на основе рационального их конструирования и использования ресурсосберегающих технологий при устройстве, реконструкции, восстановлении и поддержании в работоспособном состоянии открытых и закрытых сетей оросительных систем.

Основные задачи исследований:

на основе анализа современного состояния оросительных систем, известных способов их ремонта, восстановления и технического совершенствования, обосновать целесообразность разработки и применения технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности элементов водопроводящих сетей для эффективного и надёжного функционирования оросительных систем;

предложить новые теоретические и методологические подходы к созданию рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей для реконструкции и восстановления оросительных систем;

разработать рациональные конструкции железобетонных лотков, труб и плит с повышенной эксплуатационной надёжностью и обосновать возможности расширения сырьевой базы для их изготовления;

предложить способы и средства восстановления и повышения надёжности водопроводящих сетей оросительных систем на основе новых высокоэффективных технологических мер и технологий при изготовлении сборных элементов и устройстве сети;

разработать ресурсосберегающие технологии промышленного производства рациональных сборных элементов на предприятиях стройиндустрии и устройства их на водопроводящей сети оросительных систем;

провести натурные гидравлические исследования на водопроводящих сетях частично или полностью выполненных из предложенных, разработанных и изготовленных сборных элементов и оценить их эксплуатационные качества и надёжность;

определить экономическую эффективность предлагаемых средств при ремонте и реконструкции сети.

Объект исследований – водопроводящая сеть оросительных систем Южного федерального округа. Предмет исследований – методы, способы, технические и технологические средства повышения эффективности и надёжности водоподводящих и водораспределительных сетей оросительных систем.

Методология исследований. В качестве методологической основы использован комплекс лабораторных, экспериментальных, теоретических и натурных исследований с применением основных положений системного анализа, методов математического и графического моделирования, кинематического и гидродинамического подобия. Проводимые исследования соответствовали концепции государственной политики устойчивого водопользования в РФ, на основе трудов отечественных и зарубежных учёных по оценке современного состояния мелиоративных систем и эффективного их функционирования.

Оптимизационные задачи решались на основе классических методов математики, регрессионного и статистического анализа. Натурные гидравлические исследования проводились по методикам А. П. Зегжда, А. Д. Альтшуля,
В. М. Лятхера. Эксплуатационные качества и надёжность сети оценивались по результатам стандартных испытаний, сбора и обработки информации с привлечением теории вероятности и математической статистики. В ходе исследований использовались метрологически аттестованные приборы и стенды, оборудование промышленного изготовления, стандартные методики, позволяющие обеспечить достоверность полученных результатов и обоснованность сделанных выводов.

На защиту выносятся:

научное обоснование целесообразности разработки и применения комплекса конструктивных и технологических средств совершенствования лотков, труб, плит и других сборных элементов для повышения эффективности и надёжности водопроводящих сетей оросительных систем с нормативным и ограниченным сроком эксплуатации;

новые теоретические и методологические подходы к созданию рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей, отличительной особенностью которых является учёт старения и изношенности сетей и экономии ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, предполагающие системный подход к устройству, реконструкции и восстановлению открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей оросительных систем, предусматривающие комплекс взаимосвязанных и научно обоснованных способов рационализации их элементов конструирование по образу природных форм и структур, использование бетонов на недорогих и недефицитных заполнителях, применение ресурсосберегающих технологических средств и технологий, обеспечивающих экономное расходование ресурсов, оптимизацию количественных и качественных показателей свойств элементов (конструкций) и соответствие их качества и надёжности продолжительности функционирования;

расчётное обоснование эффективности и надёжности крупногабаритных лотков хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем, выполненных из блоков-оболочек верёвочного очертания высотой 2,0-3,0 м;

методика гидравлического расчёта внутрихозяйственных и крупногабаритных лотковых каналов с верёвочным профилем, основанная на эмпирическом уравнении кривой, повторяющей контур лоткового канала и зависимости, позволяющие производить гидравлический расчёт водопроводящих сетей после ремонтно-восстановительных работ;

конструкция железобетонных труб с металлическим сердечником, отличающаяся от известных наличием трёх дополнительных слоёв (двух адгезионных, на основе латекса СКС-50ГПС – по сердечнику и защитного, на основе латекса БС-65А – по наружному бетону трубы) и введением латекса СКС-65ГПБ в состав бетонных слоёв, что обеспечило повышение однородности и монолитности многослойной конструкции труб, за счёт улучшения (в 10-16 раз) сцепления металлического сердечника с бетонными слоями труб, снижения (в 3 раза) их водопоглощения, повышения (на 20-30 %) прочности и трещиностойкости;

конструкции и технологические основы устройства облицовок каналов блочного типа, отличающиеся от известных жёстким сочленением плит, образующих укрупнённые цельноформованные блоки трёх конфигураций (  , ,  ), обеспечивающих минимум герметизационных швов, повышение качества работ, защиту берм от разрушения, а облицовку – от выпора;

количественные значения эксплуатационных показателей, характеризующих пропускную способность, прочность, надёжность и ремонтопригодность открытой и закрытой водопроводящих сетей с использованием разработанных (рациональных) сборных элементов;

новые технологии устройства, реконструкции и восстановления водопроводящих сетей, отличающиеся от известных использованием укатанных бетонов, мобильных нагнетательных устройств и быстровозводимых опалубок в сочетании с полимерными материалами и быстротвердеющими композициями, новизна которых защищена 11 авторскими свидетельствами и патентами;

технологические средства повышения надёжности: а) применение формиатно-спиртового пластификатора для повышения на 10-15 % прочностных характеристик лотков, труб, плит и других сборных элементов, отличающееся тем, что при использовании недорогих местных заполнителей, смеси содержат пластификатор в количестве 2,0-4,0 % от массы цемента; б) особая очерёдность загрузки в смеситель и постадийное перемешивание компонентов для дополнительного прироста прочности бетона элементов (на 37-58 % при сжатии и на
39-54 % при изгибе) и повышения надёжности, отличающиеся тем, что вначале в смеситель загружают заполнитель (крупный + мелкий), затем добавляют
40-60 % воды затворения и 8-12 % формиатно-спиртового стабилизатора, предварительно перемешивают, после чего засыпают цемент, заливают остальную воду и перемешивают до получения однородной смеси; в) принудительное уплотнение бетонной смеси для послойного формования элементов нормативной или повышенной прочности при уменьшенном на 30-50 % расходе цемента, отличающееся применением в качестве вяжущего цемента (50 %) и золы (50 %), заполнителя – смеси высевки и песка (относительное содержание 24-32 %) и безвибрационным уплотнением вальцами с винтовыми рёбрами;

результаты экспериментальных исследований: а) по оценке влияния на трещиностойкость и долговечность элементов микронаполнителей и выявленные диапазоны их расходов (керамзитовой пыли – 20-30 % от массы цемента, золы – 240-280 кг/м3) с учётом нормативного обеспечения эксплуатационных качеств и надёжности сети; б) по обоснованию целесообразности применения лотков и труб с ограниченным сроком службы для временного поддержания оросительных систем в работоспособном состоянии и разработанные основные положения их промышленного производства.

Научная новизна результатов исследования:

обоснована целесообразность разработки комплекса конструктивных и технологических средств совершенствования лотков, труб, плит и других сборных элементов для повышения эффективности и надёжности водопроводящих сетей с нормативным и ограниченным сроками эксплуатации;

выдвинута и обоснована, адаптированная к современному состоянию оросительных систем, общая концепция создания рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей, учитывающая старение и изношенность сетей и недостаточность выделяемых ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, предполагающая системный подход к устройству, реконструкции и восстановлению открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей оросительных систем, основанная на научно обоснованных способах рационализации элементов (конструкций) и базовых принципах экономного расходования ресурсов при соответствии цены элементов качеству и сроку эксплуатации;

установлены в результате расчёта повышенная прочность и надёжность крупногабаритных лотков хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем, выполненных из блоков-оболочек верёвочного очертания высотой 2,0-3,0 м;

разработана методика гидравлического расчёта внутрихозяйственных и крупногабаритных лотковых каналов с верёвочным профилем, основанная на эмпирически подобранном уравнении кривой, наилучшим образом (R2 = 1) повторяющей контур лоткового канала;

получены количественные значения показателей, характеризующих эксплуатационные качества и надёжность многослойных железобетонных труб, разработаны технологические основы устройства облицовок блочного типа и облицовок из укатанного бетона для каналов оросительных систем;

установлены закономерности влияния уклона, глубины, режима потока и состояния поверхности лоткового и облицованного каналов после их ремонта и восстановления рациональными сборными элементами на коэффициенты шероховатости и гидравлических сопротивлений;

получены (на основе натурных исследований) количественные значения эксплуатационных показателей, характеризующих пропускную способность, прочность, надёжность и ремонтопригодность рациональных сборных элементов и участков водопроводящих сетей с их использованием после 3,0-3,5 лет их работы на действующих системах;

выявлена существенная роль дополнительных слоёв (адгезионных, защитного) в повышении однородности и монолитности многослойной конструкции труб, за счёт улучшения (в 10-16 раз) сцепления металлического сердечника с бетонными слоями труб, снижения (в 3 раза) их водопоглощения, повышения (на 20-30 %) прочности и трещиностойкости;

обосновано применение новых технологических мер, повышающих надёжность сети:  а) формиатно-спиртового пластификатора для повышения прочностных и эксплуатационных характеристик сборных элементов из бетонов на местных заполнителях, определены оптимальные параметры производства лотков, труб и плит с нормативным и ограниченным сроком службы;  б) особой очерёдности загрузки в бетоносмеситель и постадийного перемешивания компонентов, предусматривающих предварительное перемешивание заполнителей, части воды затворения и активирующего процессы контактообразования формиатно-спиртового стабилизатора с последующим введением цемента и добавлением остальной части воды;  в) нового технического средства для послойного уплотнения бетонной смеси на местных заполнителях, содержащего кинематически связанные вальцы с выполненными на их цилиндрической поверхности винтовыми рёбрами.

Практическая значимость работы характеризуется тем, что полученные в диссертации результаты открывают новые возможности для реконструкции открытой сети в земляном русле и проведения ремонтно-восстановительных работ на водопроводящей сети, имевшей ранее высокий технический уровень (лотковые и облицованные каналы, трубопроводы), но находящейся в настоящее время в предаварийном или непригодном для эксплуатации состоянии.

1. Для реконструкции открытой сети в земляном русле рекомендованы:

лотки внутрихозяйственные и крупногабаритные с верёвочным профилем, усовершенствованные конструкции труб с металлическим сердечником, крупногабаритные облицовки блочного типа, плиты креплений и облицовки из укатанных бетонов;

лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из бетонов на недорогих местных заполнителях (щебень и высевка Быстрореченского, Жирновского,
Карабулагского месторождений, песок речной Волжский), отвечающих общим требованиям ГОСТ и ТУ, за исключением 1-2 ограничений и обеспечивающих получение бетонов с требуемыми физико-механическими свойствами.

2. Для ремонта и восстановления сети, имевшей ранее высокий технический уровень рекомендованы:

лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из бетонов на недорогих местных заполнителях, отвечающих общим требованиям ГОСТ и ТУ, за исключением 1-2 ограничений и рассчитанные на нормативный срок службы;

лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из невысокопрочных бетонов и рассчитанные на ограниченный срок службы;

лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из бетонов на некондиционных заполнителях (щебень и высевка Потаповского и Садковского месторождений, мелкие пески Грушевского и Мишкинского месторождений),  не отвечающих нормативным требованиям и рассчитанные на ограниченный срок службы.

3. Обосновано расширение сырьевой базы для производства сборных элементов, позволяющей использовать недорогие местные строительные материалы, находящиеся в непосредственной близости от предприятий стройиндустрии – мелкие пески Грушевского и Мишкинского месторождений, щебень и высевку Потаповского, Садковского и Быстрореченского карьеров. Мелкие пески дешевле крупных на 20-30 %, высевка Потаповского и Садковского карьеров дешевле Жирновской и Карабулагской в 2 раза, цена Быстрореченского щебня на 30-50 % ниже цены щебня из высокопрочных пород.

4. Промышленно освоено производство сборных элементов и конструкций с высокой степенью рациональности, разработана нормативная база по их применению: рекомендации по восстановлению элементов оросительных систем (согласованы и одобрены НТС ФГБУ «Управление Ростовмелиоводхоз»); рекомендации по применению водных дисперсий полимеров в производстве железобетонных труб со стальным сердечником (утверждены отделением с.-х. наук при СКНЦВШ, НТС МВХ РСФСР); рекомендации по применению керамзитовой пыли для повышения качества железобетонных труб со стальным сердечником (утверждены отделением с.-х. наук при СКНЦВШ, НТС МВХ РСФСР); рекомендации по восстановлению элементов водопроводящих и водоподпорных сооружений оросительных систем (согласованы и одобрены НТС ФГБУ «Управление Ростовмелиоводхоз»); рекомендации по применению мелкозернистых бетонов с использованием промышленных отходов Северо-Кавказского региона (одобрены НТС ОАО НЗСМ); технические указания по применению золы-унос Новочеркасской ГРЭС при изготовлении предварительно напряжённых изделий и конструкций (одобрены ТС Шахтинского ЗЖБИ); технические условия на нетрадиционные материалы (согласованы с ОАО «Ростовводмелиорация»); руководство по применению укатанных бетонов в производстве изделий и возведении природоохранных сооружений (одобрено и использовано АООТ ЖБКиСМ, ОАО «Ростовводмелиорация»).

Внедрение. Результаты исследований использованы Азовским ОЭЗНТ при изготовлении железобетонных труб с металлическим сердечником, содержащих дополнительные покрытия и латекс в составе  бетонных слоёв (более 1 км труб, для Приморской оросительной системы, 1988 г.), Шахтинским, Зареченским, Пролетарским заводами  ЖБИ при производстве плит, труб, лотков, стоек, свай и других сборных элементов с использованием недорогих местных заполнителей с объёмом внедрения 52,5 тыс.м3 сборного железобетона (1988-1995 гг.), ОАО «Новочеркасский завод СМ» при производстве плит, блоков, стоек и других сборных элементов из бетонов на местных заполнителях с объёмом внедрения 42,7 тыс.м3 сборного железобетона (1988-1995 гг.), АООТ «ЖБК и СМ» (КСМ-4) при производстве плит, труб, свай и других сборных железобетонных элементов для мелиоративных систем и природоохранных объектов с объёмом внедрения 84,5 тыс.м3 сборного железобетона (1992-1996 гг.), КСМ-6 при производстве сборных железобетонных элементов с объёмом внедрения 6,3 тыс.м3 (1992 г.), АО «Шахтинские стройматериалы» при производстве сборных железобетонных элементов с объёмом внедрения 7,5 тыс.м3 (1993 г.), МП «Цемент» и МП «Стимул» при изготовлении сборных железобетонных элементов объёмом 7,7 тыс.м3 (1993 г.), а также управлениями оросительных систем Ростовской области при ремонте лоткового канала 2-У-1 на Азовской ОС, восстановлении канала МК-2 в земляном русле на Манычской ОС и трубчатого водовода на Мартыновской ОС (1995-2000 гг.). Результаты работы внедрены и в учебный процесс Южно-Российского государственного технического университета (НПИ), Новочеркасской государственной мелиоративной академии и включены в курсы дисциплин «Производство мелиоративных работ», «Производство строительных работ», «Организация и технология природоохранных работ», «Ресурсосберегающие технологии в природообустройстве», «Композитные материалы», «Местные строительные материалы», а также составляют основу учебных пособий «Производство изделий и строительство природоохранных объектов из укатанных бетонов» (2001 г.), «Ресурсосберегающие технологии бетонных и специальных работ в природообустройстве» (2005 г.), «Технология и организация строительных работ» (2006 г.).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на заседании Учёного Совета ЮжНИИГиМа (г. Новочеркасск, 1985-1989 гг.); НТС Минводхоза РСФСР (г. Москва, 1987 г.,1989 г.); отделении с-х наук при СКНЦВШ (г. Новочеркасск, 1987 г.); заседании учёного Совета НПО «Югмелиорация» (г. Новочеркасск, 1990-1993 гг.); расширенном НТС в объединении Ростовводмелиорация с приглашением специалистов Южгипроводхоза и дирекций СП (г. Ростов, 1988-1990 гг.); технических совещаниях, проводимых руководством научно-производственного предприятия «Консул» со специалистами Ростовских, Новочеркасских и Шахтинских заводов ЖБИ (1992-2004 гг.), региональных научно-технических конференциях и семинарах НГМА, ЮРГТУ (г. Новочеркасск, 2005-2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 48 научных работ, включая 16 работ в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 15 авторских свидетельств и патентов на изобретения, 2 монографии.

Личный вклад в решение проблемы.  Диссертационная работа является результатом 25-ти летних научных исследований автора, выполненных в лабораториях облегченных конструкций и мелиоративных трубопроводов
ЮжНИИГиМа, на кафедрах строительного дела, оснований и фундаментов и природообустройства НГМА, в лабораториях и на полигонах предприятий строительной индустрии и оросительных системах Южного Федерального округа. Постановка проблемы, формулирование задач, экспериментальные и теоретические пути их решения, научные и практические рекомендации, анализ, выводы и предложения производству, организация и руководство внедрением осуществлены автором лично.

В проведении ряда исследований участвовали А. М. Питерский, В. И. Про-копенко и В. М. Пилипенко. Материалы этих исследований вошли в совместные публикации. Общая доля автора в проведённых исследованиях, результаты которых вынесены на защиту, составляет около 90 %.

Структура и объём работы. Работа изложена на 357 страницах машинописного текста, состоит из введения, семи глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы и приложений, включая 104 рисунка и 69 таблиц. Список использованной литературы состоит из 308 наименований. Приложение содержит акты внедрения, акты испытаний, акты промышленного производства и процентовки.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследований. Изложены научная новизна и положения, выносимые на защиту. Отражены практическая значимость, сведения о внедрении результатов исследований и апробации работы.

В первой главе произведена оценка технического уровня оросительных систем, приведены пути их технического совершенствования, охарактеризованы сборные элементы массового применения – лотки, трубы и плиты, отмечены их роль и значение для эффективного функционирования водопроводящей сети оросительных систем, приведены научные основы их рационального конструирования и производства

Анализ технического состояния оросительных систем  юга России показал, что во многих случаях их эффективность и эксплуатационные качества оказываются недостаточными. Связано это с тем, что большинство систем строилось в 1950-1960 гг. и характеризуются низким техническим уровнем. Лишь после 1965 г., когда капитальные вложения в мелиорацию стали возрастать, технический уровень систем повысился. Значительная часть межхозяйственной и внутрихозяйственной  сети стала выполняться в облицовках, лотках, трубопроводах. Одновременно реконструировались и переустраивались системы в земляных руслах. Такие изменения происходили и на Северном Кавказе, в том числе Ростовской области. К 1990 г. здесь было построено 12 крупных оросительных систем, а площадь орошения составила 435 тыс.га. Высокими темпами реконструировались системы, распределительная сеть которых находилась преимущественно в земляных руслах. Но начиная с 1991 г. в мелиорации возникли и продолжают развиваться негативные процессы. В связи со значительным сокращением инвестиций в десятки раз уменьшились объёмы по мелиоративному улучшению, реконструкции и переустройству сети. В настоящее время только на Северном Кавказе в неудовлетворительном состоянии находятся межхозяйственная и внутрихозяйственная сеть протяжённостью свыше 80 тыс.км. И, в основном, это каналы без облицовок. В Ростовской области более 70 % каналов распределительной сети находятся в земляных руслах. Для снижения потерь воды, предотвращения необратимых экологических последствий необходима реконструкция земляных каналов на основе широкого применения различного рода одежд (облицовок) или трубопроводов.

Кроме этой проблемы безотлагательно необходимо решать ещё одну, не менее важную – проблему ремонта и восстановления облицованных каналов, лотковых каналов, трубопроводов. Так, в Ростовской области по данным визуальной инвентаризации 30 % облицованных каналов требуют восстановления, пятая часть лотковых каналов – основательного ремонта или замены, 40 % железобетонных труб – замены. По данным ВНИИГиМ, РосНИИПМ, НГМА техническое состояние оросительных систем Ростовской области, как и всего юга России, оценивается как неудовлетворительное и продолжающееся ухудшаться. Исследованию проблем технического состояния оросительных систем посвящены работы С.Ф. Аверьянова, И.П. Айдарова, М.Н. Багрова, А.И. Голованова, Д.П.Гостищева,  М.С.Григорова, К.В.Губера, А. Д.Гумбарова, Г.В.Дегтярева, И.А.Долгушева, Б.М.Кизяева, П.И.Коваленко, А.В.Колганова, А.А.Коршикова, Ю.М.Косиченко, И.П.Кружилина, А.Т.Лисконова, Ц.Е.Мирцхулавы, В.И.Ольга-ренко, Ю.П.Полякова, Ю.А.Свистунова, Г.А.Сенчукова, Б.А.Шумакова, Б.Б.Шумакова, В.Н.Щедрина, J.Biczok, D.Handley, H.Vaux, I.Kittreqe. Согласно результатам их исследований эксплуатационная надёжность оросительных систем во многом определяется состоянием межхозяйственной, хозяйственной и внутрихозяйственной сети. По мнению акад. В. Н. Щедрина для надёжного и эффективного функционирования оросительных систем необходимо выполнение межхозяйственной и внутрихозяйственной сети в облицовках, трубах или лотках, причём на межхозяйственной сети их удельный вес должен составлять не менее 40-50 % от всей протяжённости сети, а на внутрихозяйственной – не менее 70 %. Таким образом, имеется настоятельная необходимость в интенсивном наращивании производства сборных железобетонных элементов и, прежде всего элементов массового применения – лотков, труб, плит для использования: вместо земляных каналов; в качестве облицовок земляных каналов; взамен лотков, труб и плит, используемых в качестве облицовок и одежд каналов водопроводящей сети и пришедших в негодность по истечении срока эксплуатации или преждевременно. Учитывая это, большой научный и практический интерес представляют исследования, направленные на создание экономичных, прочных и надёжных лотков, труб, плит и других сборных элементов. Достигается это комплексом мер, основанных как на конструктивных, так и на технологических средствах повышения качества и надёжности лотков, труб, плит и других сборных элементов, обеспечивающих эффективное и надёжное функционирование оросительных систем (рисунок 1).

Заметный вклад в решение подобных задач внесли И. И. Агроскин, В. С. Алтунин, А. Н. Аскоченский, Ю. М. Баженов, В. А. Белов, В. А. Волосухин, С. М. Васильев, А. И. Голованов, Г. И. Горчаков, А. Д. Гумбаров, И. А. Долгушев, А. В. Колганов, Б. М. Кизяев, А. А. Коршиков, Ю. М. Косиченко, И. Е. Мирц-хулава, В. И. Ольгаренко, Л. Ф. Ольгаренко, В. В. Орлов, В. В. Пославский, П. А. Полад-Заде, В. Н. Рагольский, Т. П. Сенкевич, Б. И. Сергеев, И. Д. Суладзе, Ю. А. Тевелев, Б. А. Шумаков, Б. Б. Шумаков, В. Н. Щедрин, В. В. Шугаев, G. Turraza, G. Pardoan, U. Todaro и др. Вместе с тем, при конструировании сборных элементов во внимание не всегда принимались аналоги живой природы (гибкие нити, цепные линии, верёвочные кривые), а заимствованные в ряде отраслей для повышения качества и надёжности элементов оросительных систем способы рационализации (в металлургии – «конструкционная многослойность», в строительстве – «крупногабаритность», «блочность») не были доведены до завершения, и не привели поэтому, к ожидаемым результатам. Так, параболические лотки оказались экономичными, но не прочными, трубы РТНС – экономичными, но не долговечными, плиты НПК – экономичными, но не надёжными. Кроме того, совершенствование сборных элементов основывалось на каком-то одном способе рационализации – или на использовании местных материалов, или только на применении ресурсосберегающих технологий, но, как правило, не на сочетании их.

Рисунок 1 – Комплекс конструктивных и технологических средств по обеспечению надёжности и качества водопроводящей сети оросительных систем

Не оправданы в полной мере и подходы к реконструкции и ремонту сети. При реконструкции каналов в земляном русле могут быть использованы новые, более совершенные конструктивные элементы. Что касается ремонта лотковых каналов или трубопроводов, содержащих непригодные элементы, то замена последних возможна лишь идентичными в конструктивном отношении элементами. Конечно, они (идущие на замену, скажем, параболические лотки) должны быть более надёжными и качественными, чем заменяемые, что достигается применением эффективных технологических средств и технологий. Кроме того, если в ремонте и восстановлении нуждается сеть с плановой заменой через
3-5 лет, но содержащая непригодные для оставшегося периода эксплуатации сборные элементы, то изготавливаемые для их замены лотки, трубы или плиты могли бы иметь и соответственный (3-5 лет), а не нормативный (25-30 лет) срок эксплуатации. Уместно в таких случаях использование сборных элементов из невысокомарочных бетонов, мелких и крупных заполнителей местных месторождений, а также ресурсосберегающих технологий и технологических средств на их основе.

Таким образом, совершенствование (повышение качества, надёжности) сборных элементов и конструкций, обеспечивающих эффективное и надёжное функционирование оросительных систем, должно опираться на инновационные конструктивные и технологические средства, учитывать технический уровень, состояние и конструктивные особенности водопроводящих сетей, степень их изношенности, недостаточность выделяемых ресурсов на их сохранение и поддержание в работоспособном состоянии, базироваться на оптимизации количественных и качественных показателей свойств элементов (конструкций) и соответствии их качества и надёжности продолжительности функционирования.

Во второй главе предложены экономичные, прочные и надёжные элементы рационального конструктивного решения. В основу их конструирования положены аналоги живой природы, конструкционная многослойность, применяемая в производстве листовых сталей и элементы блочного типа, используемые в строительстве. Предложены железобетонные крупногабаритные лотки с верёвочным профилем глубиной 2,0-3,0 м для хозяйственных и межхозяйственных каналов, многослойные трубы с металлическим сердечником, содержащие дополнительные покрытия и спецдобавки в бетонные слои, железобетонные облицовки каналов блочного типа и облицовки каналов из укатанных бетонов.

Конструкция водопроводящего лотка для внутрихозяйственной сети разработана ранее на основе предложенной методики определения рациональной формы поперечного сечения лоткового канала (а.с. № 1015038), предусматривающей исследование форм подвесных гибких каналов, очерченных по верёвочным кривым, перенос их на железобетонные лотковые каналы и последующий выбор наиболее рациональной (рисунок 2,а). Выбор рациональной формы поперечного сечения осуществлялся в два этапа.

На первом этапе проводились экспериментальные исследования подвесных гибких каналов, множество очертаний которых создаётся потоком воды. Исследования проводились на модели канала из прорезиненной ткани на капроновой основе. Очертания подвесного канала переснимались с модели специальным координатником.

а) при изменении расстояния между точками закрепления; б) крупногабаритный лоток

Рисунок 2 – Верёвочные очертания лотковых каналов

Согласно первому этапу исследований, предстояло решить задачу оптимизации и определить наиболее перспективные верёвочные очертания. Учитывая эти обстоятельства, в качестве независимых переменных (варьируемых факторов) были выбраны: ; ;, а в качестве параметра оптимизации , где соответственно, высота надводного борта, периметр оболочки гибкого канала, площадь его поперечного сечения. В соответствии с этим был применён 3-х факторный ротатабельный центральный композиционный план (РЦКП) 2-го порядка и получена математическая модель (), что позволило определить перспективные верёвочные очертания (A/L = 0,45-0,634), из числа которых и предполагалось выбрать рациональный профиль железобетонного лоткового канала для внутрихозяйственной сети.

Затем, был произведён статический расчёт железобетонных лотков-оболочек, выполнен сравнительный анализ гидравлических, статических и экономических показателей внутрихозяйственных лотков с верёвочными очертаниями в сопоставлении с применяемыми параболическими 2-й, 3-й степени, эллиптическими, овоидальными. Статический расчёт железобетонных лотков основывался на технической теории оболочек В.З. Власова и методе, разработанном В. В. Шугаевым, Ю. А. Тевелевым, Г. К. Хайдуковым.

Расчёт показал, что при высоте сечения Н = 1,0  м внутрихозяйственные лотки с верёвочными очертаниями, при A/L = 0,45-0,55, имеют значительно меньшие изгибающие моменты (М = 1,24-1,55 кН·м) в опасных точках сечения, в сравнении с применяемыми лотками – = 2,66 кН·м,  = 1,98 кН·м, =1,83 кН·м,  = 1,65 кН·м, а при A/L = 0,50-0,52 (а/Н = 0,68-0,70, где
а, Н – соответственно, малая и большая полуоси) соотношение вышеуказанных показателей является наивыгоднейшим, что собственно, и подтвердили натурные испытания железобетонных лотков с верёвочным очертанием глубиной 0,8 м, изготовленные на Зареченском заводе ЖБИ.

Далее, апробированная на внутрихозяйственных лотках, методология переноса верёвочных очертаний, как средство повышения прочности и надёжности, применена к лоткам крупногабаритным, выполненным из блоков-оболочек высотой 2,0-3,0 м и предназначенных для хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем (рисунок 2,б).

Каналы собирают из отдельных лотков-оболочек, изготовленных в заводских условиях по известным и новым технологиям, в том числе, и путём бетонирования через металлический лист. Отдельные блоки соединяют по длине склеиванием и дополнительно, при необходимости, натяжением на бетон пучков арматуры. Длина блоков-оболочек 2,0-5,0 м, толщина от 0,1 до 0,2 м, пропускная способность 5,0-15 м3/с, изготавливаются из гидротехнического бетона класса по прочности на сжатие В25-В30, армируются двойными арматурными сетками, арматура А-I  и А-II. В таблице 1 приведены координаты точек контура крупногабаритных лотков верёвочного очертания, выполненных из блоков-оболочек высотой 2,5 м.

Таблица 1 Координаты точек контура крупногабаритных лотков верёвочного очертания

Лотки,

a/H

Обозначения

координат

Координаты точек, м

1

2

3

4

5

0,68

х

0,000

0,8001

1,3483

1,6233

1,6955

у

0,000

0,2445

0,8758

1,6648

2,5000

0,70

х

0,000

0,8030

1,3623

1,6503

1,7593

у

0,000

0,2463

0,8753

1,6655

2,5000

Расчёт показал, что максимальные поперечные изгибающие моменты в наиболее опасных точках сечения крупногабаритных лотков-оболочек с верёвочным профилем, составляют  4,14 кН·м и 4,68 кН·м, в то время как с параболическим 2-й степени – 13,41 кН·м, с параболическим 3-й степени – 6,44 кН·м, с овоидальным – 5,76 кН·м, с эллиптическим – 5,37 кН·м. Следовательно, крупногабаритные лотки для хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем, имеющие рациональное верёвочное очертание, являются наиболее прочными и надёжными. При высоте поперечного сечения 2,5 м и краевых растягивающих напряжений на внутренней поверхности σкр = 22·10 Па, крупногабаритный лоток-оболочка с параболическим (2-й степени) очертанием должен быть выполнен толщиной 0,19 м, с параболическим (3-й степени) – 0,135 м,
с овоидальным – 0,125 м, с эллиптическим – 0,12 м, а с верёвочным – 0,10 м.

Таким образом, проведенное на конкретных примерах сравнение крупногабаритных лотков с различным поперечным очертанием показало и экономическую целесообразность (эффективность) применения лотков-оболочек
с верёвочным профилем в качестве противофильтрационных сборных облицовок хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем.

На основе эмпирически подобранного уравнения кривой наилучшим образом () повторяющей контур лотков, предложены методика и алгоритм гидравлического расчёта лотковых каналов верёвочного очертания, предусматривающие определение площади живого сечения и длины смоченного периметра при глубине воды в канале , по следующим зависимостям:

,                                 (1)

.                 (2)

К элементам массового применения на водопроводящей сети относятся и железобетонные трубы. Стремление к снижению их материалоёмкости при обеспечении требуемых прочностных показателей привело к созданию железобетонных труб с металлическим сердечником. По сравнению с обычными железобетонными, трёхслойные трубы с металлическим спирально-шовным сердечником значительно экономичнее по расходу бетона, имеют меньший объём и массу, а доставка их и монтаж не столь трудоёмки. При надлежащем качестве таких труб высокие прочностные показатели, стабильная пропускная способность и длительный срок службы должны были обеспечить предпочтительность их применения по сравнению с другими. Однако нарушения технологического характера привели к тому, что трёхслойная стенка трубы получалась немонолитной и неоднородной по толщине. Поэтому в ней уже на ранней стадии образовывались трещины, и происходило отслоение бетона, что снижало качество и долговечность трубы. Между тем, за рубежом (США, ФРГ, Франция) срок службы таких труб достигает 50-60 лет, а доля в общем количестве применяемых труб порядка
25-30 %. Для повышения эксплуатационных качеств и надёжности было предложено повысить однородность и монолитность стенки трубы за счёт улучшения сцепления металлического сердечника с бетонными слоями. С этой целью на поверхность сердечника предусматривалось нанесение дополнительных латексных покрытий, а в состав бетонных слоёв труб – введение латекса. Для надёжной работы труб в переувлажнённых грунтах предусматривалась также латексная обработка наружной бетонной поверхности.

В процессе исследований использовались латекс СКС-50 ГПС, ГОСТ 14053-93, латекс БС-65 А, ТУ-38-103550-98, латекс СКС-65 ГП марки Б, стабилизированный, ТУ-38-103111-98.

Для проведения исследований использовались предварительно нарубленные металлические пластины, форма-конус, испытательная машина МИИ-100. После покрытия пластин латексом на каждой из них размещали форму-конус и укладывали в неё бетонную смесь. В незатвердевшую смесь, строго по центру конуса, устанавливали анкерный крюк, а форму-конус затем снимали. Через 6 часов бетонные конусообразные образцы с пластинами помещали в пропарочную камеру для тепловлажностной обработки (ТВО). После её завершения и положенной выдержки, образцы с помощью анкерного крюка и кронштейна устанавливали между маховиком и захватным устройством МИИ-100. Усилие при отрыве бетонного конусообразного образца от покрытой латексом металлической пластины, как раз и характеризовало величину сцепления металлического сердечника с бетонными слоями труб (таблица 2).

Таблица 2 Влияние латекса на сцепление сердечника с бетонными слоями труб

Марка

латекса

Поверхность
сердечника

Расход материала, кг/м3

Усилие при

отрыве образца, %

цемент

песок

вода

латекс

-

Без латексного

покрытия

600

1320

250

-

100

Без латексного

покрытия

600

1320

208

48

140

СКС-50 ГПС

С латексным

покрытием

600

1320

250

-

1400

С латексным

покрытием

600

1320

208

48

1600

БС-65 А

С латексным

покрытием

600

1320

250

-

1200

С латексным

покрытием

600

1320

208

48

1450

СКС-65 ГП

марки Б

С латексным

покрытием

600

1320

250

-

1050

С латексным

покрытием

600

1320

208

48

1300

СКС-50 ГПС

Не обезжиренная с покрытием

600

1320

250

-

1000

Не обезжиренная с покрытием

600

1320

208

48

1100

Как следует из приведённых в таблице 2 данных, нанесение на поверхность металлического сердечника латексных покрытий увеличило сцепление между слоями труб в 10-16 раз. Наиболее эффективно применение латекса СКС-50 ГПС. При низком качестве обезжиривания или отсутствии такового, нанесённое на поверхность  металлического сердечника латексное покрытие увеличило сцепление между слоями труб в 10-11 раз.

Оправдано и добавление латекса в бетонную смесь в количестве 6-10 % от массы цемента. Установлено, что при добавлении 6-10 % латекса СКС-65 ГП марки Б в бетонную смесь, водопотребление последней снижалось, а латекс вёл себя как пластификатор. Наличие его в составе бетонных слоёв увеличило также их деформативность и на 10-25 % прочность на растяжение при изгибе. Оценивалось и водопоглощение бетонных слоёв, поскольку насыщение водой снижает их прочность и стойкость к воздействию агрессивных сред. Выявлено, что водопоглощение бетонов с латексом СКС-65 ГП марки Б в 2,0 и более раза ниже водопоглощения контрольных (заводских), а при дополнительной их защите гидроизоляционным покрытием на основе латекса БС-65А, преимущество это оказывалось ещё более ощутимым. Именно латекс БС-65А оказался наиболее эффективным гидроизоляционным покрытием по наружному бетонному слою трубы. Полученные результаты были проверены в условиях Азовского ОЭЗНТ, где была изготовлена опытно-промышленная партия труб ТНС 10.100 (более 1 км).

В состав бетонной смеси внутреннего и наружного слоёв труб вводился латекс СКС-65 ГПБ, а на поверхность сердечника пневмораспылителем наносился латекс СКС-50 ГПС. Наружная бетонная поверхность труб обрабатывалась латексом БС-65 А.

Одновременно с формованием труб изготавливались и образцы полимерцементного бетона внутреннего и наружного слоёв труб. Образцы внутреннего центрифугированного слоя изготавливались в кольцевых формах-приставках, а наружного торкретированием жёсткого полимерцементного бетона на формы-пластины, закрепляемые на металлическом сердечнике. Образцы твердели вместе с трубами, после чего были испытаны в заводской лаборатории (таблица 3).

Таблица 3 Показатели свойств полимерцементного бетона труб ТНС 10.100

Состав бетона

Средняя по 8 образцам прочность на растяжение, МПа / %

Среднее значение водопоглощения,

% по массе

внутренний слой

наружный

слой

внутренний

слой

наружный

слой

Заводской

2,21/100

2,37/100

8,0

7,0

С латексом СКС-65 ГПБ (8 % от массы цемента)

2,72/123

2,77/117

3,5

2,4

Испытаниями труб на стенде установлено, что ширина раскрытия трещин в бетоне наружного слоя не превышала 0,2 мм, а составы бетона с латексом СКС-65 ГПБ для внутреннего и наружного слоёв труб, по сравнению с контрольными (заводскими), прочнее при раскалывании на 17-23 %. Наблюдения за работой изготовленных труб на распределительной сети в хозяйствах Азовского района, проводимые выборочно в течение пяти лет, подтвердили их высокую эксплуатационную надёжность.

Рациональный подход должен быть принят и по отношению к сборным облицовкам каналов. Применяемые плиты не позволяют при устройстве облицовок избежать большого числа герметизационных швов и стыков. К тому же при этом остаются необлицованные бермы, что приводит к разрушению их растительностью и поверхностными водами, которые, скапливаясь под плитами и замерзая зимой, выдавливают их, нарушая целостность облицовок.

Решение проблемы в создании облицовок блочного типа (а.с. № 1532650, рисунок 3), имеющих минимальное число герметизационных швов. Блочные элементы могут быть выполнены в виде плит, жёстко сочленённых между собой и образующих укрупнённые цельноформованные блоки трёх конфигураций:

,  ,  -образные.

При укладке таких блоков обеспечивается одновременная защита берм и откосов или берм, откосов и дна (части дна) канала. При устройстве облицовок предусматривается: разработка выемки канала; углубление (при необходимости) дна на величину подушки; удаление корневищ и включений;  планировка и уплотнение откосов и дна; укладка плёночного экрана; защита его у дна подушкой и монтаж блоков. На рисунке 3в изображён цельноформованный блок для облицовки блочного типа. Изготовление таких блоков осуществлялось в заводских условиях путём бетонирования в горизонтальных формах «дном вверх» с уплотнением на виброплощадке. Технологический процесс изготовления блоков включал: изготовление сварной арматурной сетки; подготовку формы к бетонированию; укладку арматурной сети в форму;  бетонирование; ТВО; распалубку блоков; доставку их на склад. Расчёт облицовок производился на эксплуатационную нагрузку с учётом давления воды и собственного веса, а расчётная модель представляла балку, лежащую на упругом основании.  Основные параметры, включая толщину облицовки и ширину швов определялись из выражений:

,  ,  ,  .  (3)

Рациональным (экономия цемента от 30 до 50 %) представляется и устройство облицовок каналов из укатанных бетонов (рисунок 4). Разработку грунта ведут скреперами, одноковшовыми (или роторными) экскаваторами, отделку грунтового русла перед бетонированием профилировщиками.

а) на распределительном канале; б) на магистральном канале;

1 слой бетонирования; 2 каток; 3 – вальцы

Рисунок 4 Облицовки канала

из укатанного бетона

Для бетонирования грунтового русла канала с одновременным устройством деформационных швов используют жёсткую бетонную смесь. В качестве главного компонента вяжущего используется портландцемент или сульфатостойкий портландцемент (50 %), а в качестве вспомогательного – зола (50 %), представляющая собой тонкодисперсный порошок, образующийся из сжигаемых (в пылевидном состоянии) каменных углей. В качестве инертных и других материалов рекомендуются: мелкий щебень из известняка (песчаника, кварцита) фракции 5-10 или высевки фракции 0-5 с модулем крупности 2,5-3,0; песок с модулем крупности 1,5-2,2; пластификатор (ПФС, С-3, ЛСТМ) и вода.

Приготовление жёсткой бетонной смеси осуществляют в бетоносмесителях принудительного действия. Продолжительность перемешивания 40-80 с. Жёсткость бетонной смеси на месте укладки 15-30 с. Для доставки и укладки бетона могут использоваться автосамосвалы, бетоноукладчики или краны. Укладку и распределение смеси производят слоями, число и толщина которых предварительно назначается с учётом зависимости (6) и уточняется на месте производства работ при опытной укладке. Для устройства и герметизации швов рекомендуется использовать листовой полимерный материал или профилированный полиэтилен – патент № 58560. При подаче смеси бетоноукладчиками укладка её на бетонируемую поверхность в слой производится сразу на всю высоту (толщину) слоя при непрерывном перемещении хобота бетоноукладчика. При подаче бетонной смеси автосамосвалами разравнивание производят мобильным отвалом или бульдозером. Уплотнение смесей следует производить вальцами или катками статического (или статическо-вибрационного) действия. В стеснённых местах могут быть использованы малогабаритные катки или трамбовки. Число проходов уплотняющего катка (вальца) по одному следу определяется по зависимостям (6, 7, 8) и уточняется по результатам опытной укатки. На поверхности бетонной смеси не допускается образование «гребней» и цементного молока. После укладки и укатки смеси поверхность бетона должна находиться в увлажнённом состоянии. При температуре воздуха +5 С и возможных заморозках уход за бетоном заключается в укрытии его паро- или гидроизоляционным материалом – плёнкой или толью, а при необходимости устраивается теплоизоляционный слой.

В третьей главе приведены высокоэффективные, ресурсосберегающие технологические средства и технологии, обеспечивающие повышение эффективности и надёжности элементов водопроводящей сети.

Замена дорогих высококачественных заполнителей дешёвыми и недефицитными стала обычной практикой, что отрицательно сказалось на свойствах бетона, качестве сборных элементов и надёжности водопроводящих сетей оросительных систем. Для компенсации их негативного влияния и обеспечения существенного прироста прочностных и эксплуатационных характеристик лотков, труб, плит и других сборных элементов, разработан комплекс технологических мер, направленных на решение проблем надёжности оросительных систем.

Предложено применение формиатно-спиртового пластификатора (ПФС), который идентичен по эффективности, но более чем на порядок дешевле С-3. Для оценки влияния ПФС на прочность и надёжность лотков, труб, плит и других сборных элементов поставлен эксперимент по симплекс-суммируемому плану второго порядка на правильном шестиугольнике. Варьировали расход цемента () и количество пластификатора (), оценивали – удобоукладываемость () смеси и прочность бетона (). Обработка экспериментальных данных позволила получить адекватные на 5 %-ом уровне значимости модели исследуемых функций отклика:

                       (4)

Геометрический образ прочности бетона в 28 суток показан на рисунке 5.

Видно, что бетоны класса В30 (М400) можно получить из смеси с расходами цемента от 420 до 470 кг/м3, В35(М450) – с расходами цемента от 455 до 515 кг/м3 и т. д.  При этом оптимальная дозировка ПФС, обеспечивающая минимальный расход цемента при требуемой прочности и удобоукладываемости, около 2 % от массы цемента. Для сокращения расхода цемента на 8-12 % и повышения на 10-15 % основных прочностных характеристик бетона дозировку ПФС в количестве 1,8-2,2 % от массы цемента следует считать оптимальной. При отсутствии ПФС допускается применение С-3 в виде раствора рабочей концентрации в количестве 1,3 % от массы цемента. Для отработки производства лотков, труб, плит, стоек и других элементов из бетонов на недорогих местных заполнителях в заводских условиях было осуществлено изготовление опытных партий изделий. Пластификатор формиатно-спиртовой применялся в виде раствора нормальной концентрации. ТВО изделий и образцов начиналась через 3 часа после формования. Внешний вид изделий оценивался осмотром всей опытной партии. Испытание проводили на основе известных методик. Лотки испытывались гидростатическим путём, трубы гидравлическим способом на специальном стенде, плиты и стойки на испытательном устройстве в виде стола с опорами. Основные показатели (Rб, F, W), характеризующие свойства бетонов сборных элементов, соответствовали требуемым, и согласовывались (отклонение 6-10 %) с результатами исследований. Что же касается самих изделий лотков, труб и плит, то отсутствие течи, влажных пятен (для лотков, труб) и трещин являлось свидетельством соответствия требованиям нормативных документов. С 1989 по 1996 гг. заводами ЖБИ Ростовской области (Зареченским, Шахтинским, Пролетарским, Новочеркасскими) по предложенной технологии было произведено свыше 125 тыс.м3 сборного железобетона – лотков, труб, плит, стоек, свай и др.

Для существенно бльшего прироста основных прочностных и эксплуатационных характеристик бетонных и железобетонных элементов водопроводящей сети разработана особая очерёдность загрузки и постадийное перемешивание компонентов, предусматривающие активацию поверхности заполнителей и процессов контактообразования смачиванием заполнителей бетона долей воды затворения с формиатно-спиртовым стабилизатором (СФС) – патент № 2028279. От традиционной (одностадийной) технологии приготовления бетонной смеси предлагаемая отличается предварительным перемешиванием крупного и мелкого заполнителей с долей воды затворения и СФС, не препятствующими введению в бетонную смесь и других компонентов с водой затворения (таблица 4).

Таблица 4 – Результаты сравнительных испытаний

Способ

приготовления

бетонной

смеси

Класс бетона по прочности на сжатие

Доля воды затворения для предварительного перемешивания, %

Длительность предварительного перемешивания, мин.

Количество

СФС, % от воды затворения

Прочность

бетона после пропаривания, % от проектной

сжатие

изгиб

Одностадийный

(традиционный)

В15

100

3

0

76

72

В22,5

100

3

0

78

75

Наиболее близкий

к предлагаемому:

с добавкой
хлорида железа

В15

30

2

0

127

138

В22,5

30

2

0

125

128

с добавкой
хлорида алюминия

В15

30

2

0

132

126

В22,5

30

2

0

130

126

Предлагаемый

В15

30

2

6

109

96

В15

40

3

8

137

139

В15

50

4

10

152

145

В15

60

3

12

141

144

В15

70

2

14

112

107

В22,5

30

2

6

103

106

В22,5

40

3

8

142

147

В22,5

50

4

10

158

154

В22,5

60

3

12

153

142

В22,5

70

2

14

114

117

Установлено, что предварительное перемешивание крупного и мелкого заполнителей в течение 3-4 мин  с 40-60 % воды затворения и 8-12 % (от общего количества воды затворения) СФС, является оптимальным, обеспечивая повышение прочности бетона после пропаривания на 37-58 % при сжатии и на 39-54 % при изгибе, что существенно превышает соответствующие показатели наиболее близкого (к предлагаемому) способа. Разработанная особая очерёдность загрузки и постадийное перемешивание компонентов испытывались на заводах ЖБИ Ростовской области. СФС применялся в виде раствора рабочей концентрации. Водный раствор СФС готовился в специальном отделении, оснащённом ёмкостями для хранения и для приготовления водного раствора рабочей концентрации, а также оборудованием для приготовления, транспортировки и дозировки СФС. Ёмкость для водного раствора СФС была снабжена устройством для перемешивания и подогрева раствора, а также фильтрующим устройством на выходе.

Испытаниями установлено, что предложенная очерёдность загрузки и постадийное перемешивание компонентов способствуют повышению прочности бетонных и железобетонных элементов после пропаривания, стабилизации их прочности, снижению расхода цемента на 15-20 %, уменьшению длительности пропаривания за счёт ускорения твердения бетона. Промышленное производство сборных элементов на бетонах с предварительной активацией заполнителя осуществлялось на Новочеркасских и Шахтинских заводах ЖБИ, предприятиях «Цемент» и «Стимул», где было изготовлено свыше 60 тыс.м3 сборного железобетона и сэкономлено более 3 тыс.т цемента.

На качество и надёжность сборных элементов водопроводящей сети, существенным образом влияет и принятый способ формования. Из-за наличия большого внутреннего трения между частицами, бетонные смеси на малопрочных, мелких заполнителях плохо уплотняются вибрированием. Для принудительного уплотнения таких смесей предложен послойный способ формования сборных элементов кинематически связанными вальцами с выполненными на их цилиндрической поверхности винтовыми рёбрами (а.с. № 1818240). Обеспечено принудительное перемещение, сближение и плотная упаковка частиц смеси в объёме укатываемого слоя элементов нормативной или повышенной прочности с уменьшенным на 30-50 % расходом цемента.

При отработке технологии использованы мелкозернистые бетонные смеси. Выбор этот обусловлен отсутствием в них «арочного эффекта». Для приготовления мелкозернистой смеси использовался портландцемент марки 500, Волжский песок с Мк = 1,51, отход камнедробления известняка фракции 0-5 мм (высевка) с Мк = 2,98, микронаполнитель зола-унос, ПФС. Расход вяжущего (цемент + зола) соответствовал расходу цемента (430 кг/м3) в составе вибрированного бетона для плит, а относительное содержание песка (24-32 %) в смеси заполнителя минимальной пустотности заполнителя. Укатыванием смеси на установке моделировали формование плит, получали образцы-призмы размером 100100500 мм, которые затем распиливали на кубы с ребром 100 мм и испытывали.

Обработка данных позволила получить математическую модель прочности (5) и её геометрический образ (рисунок 6):

.                (5)

Из полученных данных следовало, что оптимальными будут составы бетонов с расходом цемента 215-225 кг/м3 и относительным содержанием песка 28-32 %. Далее устанавливалась зависимость структурно-механических свойств бетона от технологических факторов. Использован план Бокса-Бенкина для трёх факторов, совпадающий с симметричным квази-Д оптимальным планом, т.е. с

одним из «равномерно лучших» планов для размерностей К = 2-7. Расход составляющих бетона принят следующим: цемента 217 кг/м3, золы 213 кг/м3, песка 510 кг/м3, высевки – 1300 кг/м3, ПФС – 9 л/м3, воды – 150 кг/м3 (при отсутствии ПФС допускается применение С-3 в виде раствора рабочей концентрации в количестве 6 л/м3). Обработка данных и проверка статистических гипотез адекватности и информационности позволили получить зависимость относительной прочности от технологических факторов в виде:

.                         (6)

Учитывая, что фактор (число слоёв) является дискретной переменной, стабилизируя его на уровнях 1; 0, получим локальные двухфакторные модели:

при = 1 (один слой):

;                 (7)

при = 0 (два слоя):

.         (8)

Геометрические образы моделей (7) и (8) представляют собой проекции изолиний относительной прочности на факторную плоскость (рисунок 7).

Из рисунка 7 следует, что существует область факторного пространства (заштрихованная на рисунке 7,б), где с доверительной вероятностью Р = 0,95 гарантируется получение двухслойных плит из мелкозернистого бетона класса по прочности не ниже В25 (марки 300).

Рисунок 7 – Геометрические образы относительной прочности
однослойных (а) и двухслойных (б) плит

В пределах заштрихованной области факторного пространства плиты из бетона класса В25 (М 300) могут быть отформованы из уложенного в два слоя мелкозернистого бетона как при контактном давлении 0,6 МПа, так и при 0,4 МПа, но число проходов при этом должно быть увеличено с 8 до 10. Изготовленные по предложенной технологии плиты использованы на открытой водоотводящей сети промзоны г. Ростова-на-Дону. Формовали их при уменьшенном в два раза (как и при опытной отработке) расходе цемента, на высевке и песке, не отвечающих требованиям нормативных документов по зерновому составу, содержанию пылевидных и глинистых частиц. Вместе с тем, наблюдение за их работой в течение 5-ти лет показали их высокие эксплуатационные качества и надёжность.

Эксплуатационная надёжность сборных элементов водопроводящей сети, работающих в условиях переменной влажности, может быть повышена и микронаполнителями в составе смесей. С этой целью в состав бетонной смеси вводилась зола-унос Новочеркасской ГРЭС и оценивалось её влияние на эксплуатационные качества сборных элементов, прежде всего, на трещиностойкость и долговечность. Определялись они на основе изменения прочности бетонных образцов, находящихся в среде с переменной влажностью окружающей среды. При этом сравнивались прочностные показатели затвердевших образцов после насыщения их водой с прочностными показателями аналогичных образцов после насыщения их водой и дополнительного выдерживания в воздушно-сухих условиях. Обработка экспериментальных данных позволила получить адекватную на 5 %-ом уровне значимости математическую модель исследуемой функции отклика

                       (9)

Геометрический образ критерия долговечности  бетонов модифицированных золой-унос представлен на рисунке 8, из которого следует, что равнопрочность  бетонов в сопоставляемых сериях наблюдается в широком диапазоне расходов золы-унос. Учитывая целесообразность максимального использования золы в бетонах, количество её на 1 м3 смеси может быть доведено до 240-280 кг. Дальнейшее увеличение золы привело бы к снижению трещиностойкости и долговечности сборных элементов. Внедрение осуществлялось на Шахтинском заводе ЖБИ при промышленном производстве плит ПК и НПК. В отличие от лотков и плит, использование золы в составе центрифугированного бетона железобетонных труб, не привело к повышению их эксплуатационных качеств. Под действием центробежных сил мельчайшие частицы золы удалялись из бетонной смеси вместе с избыточной водой затворения. В связи с чем, в состав бетонной смеси вводилась керамзитовая пыль. Установлено, что при введении её за счёт части песка, прочность центрифугированного бетона на растяжение при раскалывании повышается на 25-40 %. Оптимальная дозировка керамзитовой пыли 20-30 % от массы цемента. В условиях действующего производства на Азовском заводе были изготовлены опытные трубы по существующей технологии с частичной заменой песка керамзитовой пылью в количестве 23 %. Испытания показали, что опытный состав с керамзитовой пылью для бетона защитных слоёв труб по сравнению с контрольным прочнее при раскалывании на 17-20 %. Водопоглощение бетона с керамзитовой пылью на 0,5-0,7 % ниже, чем контрольного. При испытаниях труб на гидравлическом стенде установлено соответствие их техническим требованиям.

К числу важных относится и проблема временного поддержания в работоспособном состоянии сети с плановой заменой через 3-5 лет, но содержащей непригодные для эксплуатации сборные элементы. Экономически целесообразно использовать для их замены лотки, трубы или плиты с соответственным (3-5 лет), а не нормативным (25-30 лет) сроком службы. Рационально, в таких случаях, снижение физико-механических свойств бетона элементов, рассчитанных на сокращённый период эксплуатации, или применение заполнителей, не отвечающих нормативным требованиям. Для лотков и труб с классом бетона по прочности на сжатие не В30, а В22,5 получена адекватная на 5 %-ом уровне значимости математическая модель вида:

                       (10)

Учитывая 30 %-ую долю мелкого заполнителя в общем его количестве и оптимальную дозировку ПФС (1,8-2,2 %), для лотков и труб с сокращённым периодом эксплуатации были получены составы бетонов с уменьшенным на 12 % расходом цемента.

Применение заполнителей невысокого качества – мелких песков, отходов камнедробления песчаника, известняка, ухудшит свойства бетона и эксплуатационные качества сборных элементов. Для компенсации их отрицательного влияния использовали ПФС. В качестве исходных для производства лотков и труб с ограниченным сроком службы были приняты производственные составы бетонов Зареченского завода ЖБИ. Вяжущим для приготовления смесей служил портландцемент марки 500, крупным заполнителем – щебень фракции 5-20 мм с содержанием пылевидных и глинистых частиц в количестве 6,7 %, мелким заполнителем – отход камнедробления песчаника (высевка) фракции 0-5 мм с Мкр = 2,48, с содержанием пылевидных и глинистых частиц 18,4 % а.с. № 1698216. Для сравнения готовили бетонные смеси на заводских материалах и формовали образцы – кубы с ребром 100 мм. Из полученных по результатам испытаний данных следовало, что введение в смесь ПФС в количестве 2-4 % от массы цемента обеспечило повышение прочности бетона на 25-40 %. Связано это с созданием новых центров кристаллизации в контактной зоне цемента, дополнительно повышающих прочность цементного камня и бетона.

Производство сборных элементов с ограниченным сроком службы отрабатывалось в заводских условиях. ПФС применялся в виде раствора повышенной концентрации (3 % от массы цемента). При отсутствии ПФС допускается применение С-3 в виде раствора рабочей концентрации в количестве 2 % от массы цемента.

Учитывая качество заполнителей в режим ТВО, были внесены изменения. Предварительная выдержка изделий 7 часов, что обеспечило (рисунок 9) минимальные деформации бетона и создание первичной структуры.

Подъём температуры в пропарочных камерах осуществляли плавно в течение 4-х часов до 80 С. Продолжительность изотермической выдержки 10 часов. Для предупреждения деструктивных процессов в бетоне снижение температуры в пропарочных камерах производили плавно скорость остывания изделий не более 25 С/час. Испытания бетонов и конструкций, проведённые по стандартным методикам показали соответствие их требованиям нормативных документов. В 1990-1991 гг. на Зареченском заводе ЖБИ было изготовлено свыше 5 тыс.м3 сборного железобетона на некондиционных заполнителях с повышенным содержанием пылевидных и глинистых частиц. Качество лотков и плит соответствовало в основном установленным требованиям. Учитывая, что используемые заполнители на 30-40 % дешевле заводских, элементы и конструкции на их основе рекомендованы для ремонта и восстановления устаревших трактов водопроводящей сети.

Четвёртая глава посвящена вопросам ремонта и восстановления водопроводящей сети, с применением разработанных (рациональных) элементов, конструкций, технологий. Лотковый распределитель 2-У-1 (Азовская ОС) был сдан в эксплуатацию более 30 лет тому назад. За этот период три десятка лотков пришли в неудовлетворительное состояние и требовали замены. На одном из участков канала осадка достигла 20 см, что привело к нарушению стыков, появлению трещин и сколов в замковой части и зоне опирания. В трёх лотках (в замковой части) снаружи у опор были обнаружены наплывы белого цвета, являющиеся следствием выщелачивания вяжущего фильтрующейся сквозь бетон водой. Два лотка имели видимые трещины у опор. Осмотр трёх разрушенных лотков показал полную потерю сцепления арматуры с бетоном. Часть лотков имела ярко выраженную продольную трещину в замковой части и разрушенный бетон на участках опирания. Десять из тридцати доставленных к распределителю лотков были рассчитаны на ограниченный срок службы, использовались отдельно от остальных и пошли на замену непригодных (для дальнейшей эксплуатации) лотков, преимущественно в концевой части распределителя. Для выполнения ремонтных работ были организованы звенья из двух монтажников и машиниста автокрана. Демонтаж и монтаж лотков, опор и фундаментов производился автокраном. Разработка грунта в котлованах при откапывании фундамента, подготовка основания и обратная засыпка котлована – экскаватором «Беларусь» и вручную. Привезённые на место ремонта лотки из бетонов на местных заполнителях с добавлением ПФС разгружались автокраном и укладывались в непосредственной близости от него. Переворачивание их на месте монтажа и последующая посадка на опоры производилась с помощью специальной траверсы.

Свои особенности присущи и ремонтным работам на закрытой сети. Разрушение трубопроводов происходит как от коррозии, так и от различных силовых воздействий. Так, участок сети в хозяйстве Мартыновский, выполненный из труб РТНС и проложенный в минерализованных грунтах, был подвержен химическому и электрохимическому воздействию грунтовой среды, что вызвало коррозию защитного бетонного покрытия и сердечника значительной части труб. Было принято решение демонтировать участок сети, заменив его трубопроводом из железобетонных труб РТН из бетонов на недорогих местных заполнителях. Экскаватором участок трубопровода был откопан, разрезан на части и поднят на бровку траншеи. Профиль траншеи дорабатывали вручную, выравнивание основания производили песчаной подушкой. Доставленные для замены трубы раскладывались вдоль бровки, кран устанавливали за трубами. После укладки труб в траншею и заделки стыковых соединений осуществляли предварительную засыпку трубопровода грунтом с подбивкой пазух и равномерным его уплотнением с обеих сторон труб. Стыки трубопровода засыпали после испытаний его на прочность и герметичность.

Предметом особой заботы мелиораторов является и реконструкция каналов в земляном русле. Предложенные для этого железобетонные плиты (ПК, НПК) на пластифицированных бетонах, экономичны и прочны. Оценка их работы в облицовке канала МК-2 Манычской ОС указывает на достаточно высокую их надёжность. Но большое число герметизационных швов в облицовке, со временем, негативно скажется на её эксплуатационных качествах. В связи с чем, использование укрупнённых цельноформованных блоков для устройства облицовки (а.с. № 1532650), является настоятельной необходимостью. С этой целью разработаны технологические схемы на создание облицовок каналов из блоков с повышенным уровнем индустриализации, а также схемы устройства таких облицовок. Для повышения эксплуатационных качеств сети, проложенной в сложных грунтовых условиях, реконструкцию её рекомендовано осуществлять поэтапно. Первоначально (рисунок 10), с помощью экрана с закреплёнными на нём валиками и перфорированными полостями (а.с. № 1193216), инъектированием закрепляющего (полимерного, например) раствора и поочерёдным устройством валиков (а.с. № 1258936) создают укреплённое грунтополимерное русло

канала, которое затем, облицовывают плитами.

Подобным образом рекомендовано поступать и при прохождении канала в насыпи. Используя экран и гибкую опалубку (а.с. № 979570) (рисунок 11) создают экранированное криволинейное русло, которое при необходимости облицовывают лотками.

Испытаниями подтверждена и целесообразность применения таких опалубок при устройстве облицовок каналов (рисунок 12) из укреплённого грунта (а.с. № 1254094, 1242564). Принудительное уплотнение укатыванием показано при послойном формовании плит креплений.  Поскольку, часть массы реальных заполнителей  составляла вода,  потребовалась  корректировка состава смеси с учётом влаги в заполнителях:

Ц = 230 кг/м3, З = 200 кг/м3,

П = 555 кг/м3, Выс = 1290 кг/м3,

ПФС = 9 л/м3, В = 120 л/м3.

Давление, передаваемое вальцами на бетонную смесь рассчитывали по формуле:  , где безразмерный коэффициент,
= 0,5; линейное давление, н/м; модуль деформации, Па; радиус вальца, м. При = 0,49 МПа, числе слоёв (2), толщине слоя (5-7,5 см) и числе проходов (5-7) катка по одному следу, показатели основных прочностных и эксплуатационных свойств бетона плит соответствовали нормативным.

В пятой главе приведены результаты гидравлических исследований (1999–2000 гг.) на водопроводящей сети после выполнения на ней ремонтно-восстановительных работ. Объектами исследований были:

восстановленный лотковый распределитель 2-У-1 Азовской ОС. Объект был сдан в эксплуатацию более 30 лет назад. Пришедшие за этот период в негодность лотки были заменены на предлагаемые (лотки из бетонов на местных заполнителях), а требующие ремонта восстановлены;

реконструированный канал МК-2 Манычской ОС. Один из участков канала в земляном русле был облицован плитами НПК из бетонов на недорогих местных заполнителях, другой плитами НПК из бетонов на применяемых (заводских) заполнителях без добавления ПФС.

На лотковом распределителе было выбрано 4 участка протяжённостью 65 м, а на канале МК-2 четыре участка по 50 м.  Назначались два створа, в которых измерялись параметры потока глубина, скорость, расход.

Гидравлический уклон устанавливался по результатам нивелирования.
С помощью нивелировки определялись высотные отметки элементов (лотков, плит) на выбранных участках, определяющих положение линии дна. Замер глубины воды производился в 5-ти промежуточных створах по течению и против течения с помощью специальных реек и металлической линейки со шкалой деления 1 мм. При диапазоне измеряемых глубин 0,18-0,60 м относительная погрешность измерений не превышала 1 %. В граничных створах каждого участка осуществлялся замер скоростей с помощью микровертушки Х-6. Замеры скоростей производились по вертикалям трёхточечным способом. Относительная погрешность измерения времени экспозиции вертушки составляла 0,8 %. Средняя скорость (Vcp) для каждой скоростной вертикали определялась по формуле

,                                         (11)

а расход для створа канала по зависимости

.        (12)

Расходы определялись в двух граничных створах - начальном и конечном. По среднеарифметическому значению в граничных створах определяли средний расход на участке. Обработанные по стандартной методике результаты гидравлических исследований были сопоставлены с обобщённой формулой А.Д. Альтшуля, учитывающей влияние шероховатости водопроводящего тракта (), гидравлического радиуса (R), уклона (i) и справедливой для любой области гидравлических сопротивлений

.                                        (13)

На рисунке 13 приведено сравнение обобщённой формулы А. Д. Альтшуля с полевыми гидравлическими исследованиями на лотковом распределителе с частично заменёнными и отремонтированными сборными элементами. При нанесении на график опытных точек осреднённое значение эквивалентной шероховатости находилось в пределах
1,0-2,0 мм. Величина среднего отклонения – 4,7 %. Меньшую величину отклонения даёт предложенный нами вариант формулы А. Д. Альтшуля с уточнённым значением коэффициента при логарифме

.                                (14)

Обработанные по общепринятой методике полевые гидравлические исследования реконструированного канала МК-2, были также сопоставлены с формулой А. Д. Альтшуля. Кроме опытных данных по участку, облицованном предлагаемыми плитами, анализировались и данные, характеризующие элементы потока на участке облицованном заводскими плитами.

Оказалось, что коэффициенты шероховатости и гидравлических сопротивлений на участке в облицовке из предлагаемых плит были меньше соответственно на 10 % и 25 %. Обусловлено это изготовлением плит из смесей с улучшенными технологическими свойствами, что обеспечило высокое качество укладки и уплотнения смесей, а также уменьшение абсолютной шероховатости предлагаемых плит.

Шестая глава посвящена исследованиям эксплуатационных качеств и надёжности водопроводящих сетей и сооружений, выполненных из предложенных сборных элементов. Опираясь на фундаментальные работы акад. Ц.Е. Мирцхулавы и акад. В.Н. Щедрина, нами была произведена оценка эксплуатационных качеств и надёжности отремонтированных и восстановленных участков водопроводящей сети после 3-3,5 лет их эксплуатации.

Обследования облицовки на участке канала МК-2 показали, что рекомендуемые плиты НПК и швы между ними после 3-х лет эксплуатации находились в хорошем состоянии. Разрушений поверхности, раковин, сколов и видимых трещин не наблюдалось. Для оценки качества облицовки производили выбуривание образцов-кернов непосредственно из элементов облицовки контрольных плит, имеющих размер 150050060 мм и уложенных в облицовку вместе с плитами НПК три года назад. Отбор кернов осуществляли специальными станками колонкового бурения, снабжёнными алмазно-металлическими коронками. Чтобы условия их испытаний были идентичны условиям испытаний геометрически правильных образцов-цилиндров, высверленные из контрольных плит керны специально обрабатывали. Предел прочности на растяжение при раскалывании для кернов определяли по формуле: , где  t толщина подливки; h высота керна; d диаметр керна.

Приведение значения Rрр к нормируемому пределу прочности на растяжение при изгибе Rри, производилось путём умножения Rрр на переходной коэффициент к =1,07. Водонепроницаемость бетона плит определялась по методу «мокрого пятна» на специальной установке. В результате натурных исследований установлено, что прочность бетона в предлагаемых плитах после трёх лет эксплуатации соответствовала марке 300 (классу В22,5 по прочности), а водонепроницаемость марке W6.

В 1999 г. на Мартыновской ОС после 3-х лет эксплуатации участка сети из железобетонных труб на бетонах из недорогих местных заполнителей с добавлением пластификатора ПФС, были проведены натурные исследования по определению прочностных характеристик труб, проработавших на сети три года. Определение прочности бетона в железобетонных трубах производили «неразрушающим» методом. Для этого экскаватором разрабатывали траншею глубиной не более 0,4 м до верха трубы, чтобы не нарушить её верхнюю часть. Грунт, оставшийся на трубе, а также грунт вдоль боковой поверхности и под трубой, разрабатывали вручную. Обеспечив, таким образом, доступ к трубе эталонным молотком К.П. Кашкарова получали два отпечатка – на бетонной поверхности трубы и на эталоне, и по градуировочной зависимости  , где диаметр отпечатка на бетонной поверхности, диаметр отпечатка на эталонном стержне, определяли прочность бетона железобетонных труб. В результате натурных исследований установлено, что прочность бетона опытных труб после трёх лет эксплуатации соответствует марке 400 (классу В30 по прочности на сжатие).

На Мартыновской ОС в течение трёх с половиной лет собирались также сведения о повреждениях и отказах трубопроводов. Наблюдения велись на трёх участках закрытой оросительной сети: 1-й участок из труб РТН из бетонов на недорогих местных заполнителях с ПФС; 2-й участок из труб РТН заводского производства (базовый вариант); 3-й участок из труб РТНС, железобетонных с металлическим сердечником. Для оценки надёжности и долговечности трубопроводов определялись: среднее число повреждений в год на каждом из участков  ; вероятность безотказной работы трубопровода в течение года  ; вероятность отказа трубопровода в течение года  ; наработка на отказ  . Оказалось, что среднее время безотказной работы 1-го участка трубопровода (из предлагаемых труб) 14 месяцев, 2-го участка 4,5 месяца; 3-го участка 2,5 месяца, при этом вероятность безотказной работы трубопровода из предлагаемых труб доведена до  82 %.

Надёжная и стабильная работа водопроводящей сети зависит от многих факторов и требует особого внимания при проектировании, строительстве и эксплуатации оросительных систем. Надёжность и работоспособность оросительных систем характеризуется безотказностью, ремонтопригодностью, долговечностью. По их численным показателям можно судить и о потребности той или иной системы или участка сети в ремонтно-восстановительных работах. Для этого нами определялись коэффициент готовности (Kг), наработка на отказ (Т), среднее время восстановления (Тв) и коэффициент технического использования системы (Kт)

;  ;  ;  .(15)

Оценивался уровень надёжности каналов распределительной сети Азовской ОС, облицованных плитами НПК, трубопроводов внутрихозяйственной сети хозяйства «Мартыновский» (Мартыновская ОС), выполненных из труб РТН и РТНС, лотковых каналов хозяйства «Советская Россия» (Азовская ОС). Численные статистические показатели приведены в таблице 5.

Оценка показателей надёжности сравниваемых участков сети позволила установить, что водопроводящая сеть из открытых каналов (облицованных плитами НПК или в лотках) имеет большую вероятность безотказной работы. Это подтверждается и наработкой на отказ, характеризующей время производительной работы сравниваемых сетей. Так, период между двумя последовательными отказами на открытой сети 42,18 и 47,47 часа, а на закрытой (преимущественно из труб РТНС) 30,14 часа.

Таблица 5 Показатели надёжности и ремонтопригодности водопроводящих
сетей

Наименование

показателей

Типы сетей в виде

облицованных каналов

трубопроводов РТН и РТНС

лотков

Коэффициент готовности, Kг

0,96

0,89

0,97

Наработка на отказ, Т, час.

42,18

30,14

47,47

Время восстановления, Тв,час.

1,58

3,14

1,51

Коэффициент технического
использования Kт

0,94

0,87

0,95

Следует отметить и то, что водопроводящая сеть из открытых каналов, в сравнении с сетью из труб РТН и РТНС, требует в 2 раза меньше времени (1,51 и 1,58 часа, против 3,14 часов) на восстановление из-за вынужденного нерегламентированного простоя, вызванного отысканием и устранением отказа. С учётом полученных результатов и данных объединения «Ростовводэксплуатация» о необходимости ремонта и восстановления 30 % каналов в сборной железобетонной облицовке, 20 % лотковых каналов и 40 % железобетонных трубопроводов, будущий заказ на производство сборных элементов для восстановления подобных (обследованным) оросительных систем, ориентировочно может выглядеть так: 40 % трубы; 30 % лотки; 30 % плиты.

В седьмой главе на примере площади орошения 650 га (отд. хоз. «Советская Россия») занятой под семипольный севооборот, показана экономическая целесообразность ремонта лотковой сети, содержащей непригодные для эксплуатации элементы, путём их замены лотками из бетона на местных заполнителях, обеспечивающими не только снижение потерь воды и улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель, но и дополнительное орошение 63 га овощей и получение ещё 1207,2 тыс. руб. прибыли. Представлены также экономическое обоснование и перспективы применения рациональных элементов и конструкций на оросительных системах области при выполнении ремонтно-восстановительных работ. Используя предложенные технические и технологические решения предприятиями Ростовской области было произведено свыше 200 тыс.м3 сборного железобетона для строительных и ремонтно-восстановительных работ и сэкономлено  более 12 тыс.тонн цемента (более 40 млн.руб., в ценах 2009 г). Экономический эффект от устройства на канале МК-2 сборной облицовки с применением плит НПК из бетона на местных заполнителях составил 192,9 тыс.руб./км, от замены участка сети в железобетонных трубах РТНС (хозяйство «Мартыновское») на трубопровод из предлагаемых труб РТН – 227 тыс.руб./км, от проведения ремонтно-восстановительных работ на лотковом канале 2-У-1 (Азовская ОС) – 177 тыс.руб./км. Экономическая эффективность от применения предлагаемых сборных элементов видна на примере Азовской ОС, являющейся одной из наиболее крупных. Протяжённость всех оросительных каналов Азовской ОС 1036 км. Протяжённость облицованных каналов 135 км. Согласно проектным проработкам института «Южгипроводхоз» (1980-1985 гг.), выполнение облицовки на оставшейся части каналов потребует (ориентировочно):

для межхозяйственных каналов: 90 км железобетонной одежды из плит; 35 км железобетонных лотков; 12 км трубопроводов;

для внутрихозяйственных каналов: 460 км железобетонных лотков; 300 км трубопроводов.

Учитывая, что предлагаемые элементы изготовлены из бетонов с уменьшенным в среднем на 50-60 кг/м3 расходом цемента, выполнение 1 км канала в облицовке из предлагаемых плит сэкономит более 30 т цемента, лотков от 10 до 14 т цемента, железобетонных труб от 14 до 18 т цемента. Если учесть и то, что предлагаемые элементы изготавливаются из бетонов на щебне не из высокопрочных пород ценой 700 руб./м3, а из обычного щебня ценой 500-600 руб./м3, то замена выпускаемых сборных элементов предлагаемыми, при реконструкции каналов в земляном русле на Азовской ОС, сэкономит около 64 млн.руб. В настоящее время замены требуют 30 % каналов облицованных плитами, 20 % лотковых каналов и 40 % железобетонных трубопроводов. Восстановление их рациональнее проводить сборными элементами, рассчитанными на сокращённый период эксплуатации, в этом случае, эффект от реализации предложения на оросительных системах Ростовской области, составит 226 млн. руб.

Общие выводы

1. Анализ технического состояния оросительных систем юга России показал, что вследствие их старения, изношенности и крайне низких темпов переустройства большинство систем находятся в неудовлетворительном состоянии и требуют реконструкции, ремонта, восстановления. Особое внимание следует обратить на водопроводящую сеть оросительных систем, имеющую протяжённость на десятки тысяч километров и находящуюся на 2/3 в земляных руслах, а часть сети, выполненная в облицовках, на треть непригодна для эксплуатации. В результате – повышение уровня грунтовых вод, засоление, заболачивание и, как следствие, снижение продуктивности орошаемых земель.

Одним из эффективных способов решения проблемы является широкомасштабное использование сборных железобетонных элементов лотков, труб, плит и других, предназначенных, прежде всего, для реконструкции, ремонта, сохранения и поддержания в работоспособном состоянии водопроводящих сетей существующих оросительных систем. Учитывая это, большой научный и практический интерес представляют исследования, направленные на создание экономичных, прочных и надёжных  лотков, труб, плит и других сборных элементов. Достигается это комплексом мер, основанных как на конструктивных, так и на технологических средствах повышения качества и надёжности сборных элементов.

2. Научно обоснована целесообразность разработки и применения технически эффективных и технологически обоснованных средств повышения качества и надёжности лотков, труб, плит и других сборных элементов водопроводящих сетей для эффективного и надёжного функционирования оросительных систем с нормативным и ограниченным сроком службы.

Разработаны новые теоретические и методологические подходы к созданию рациональных элементов и конструкций водопроводящих сетей с повышенной эксплуатационной надёжностью, отличительной особенностью которых является учёт старения, изношенности сетей и недостаточности выделяемых ресурсов на сохранение и поддержание их в работоспособном состоянии, предполагающие системный подход к устройству, реконструкции и восстановлению открытых, закрытых и облицованных водопроводящих сетей оросительных систем, предусматривающие комплекс взаимосвязанных и научно обоснованных способов рационализации их элементов конструирование по образу природных форм и структур, использование бетонов на недорогих и недефицитных заполнителях, применение ресурсосберегающих технологий.

3. Установлены в результате расчёта повышенная прочность и надёжность крупногабаритных лотков хозяйственных и межхозяйственных каналов оросительных систем, выполненных из блоков-оболочек верёвочного очертания высотой 2,0-3,0 м. Технико-экономическая эффективность их применения в качестве противофильтрационной защиты каналов обусловлена также снижением толщины лотка-оболочки на величину от 15 до 40 %, уменьшением ширины полосы отчуждения вдоль канала, увеличением площади командования над орошаемыми площадями.

На основе эмпирически подобранного уравнения кривой разработаны методика и алгоритм гидравлического расчёта внутрихозяйственных и крупногабаритных лотковых каналов с верёвочным профилем и определены основные характеристики живого сечения потока в них.

4. Разработана конструкция железобетонных напорных труб с металлическим сердечником, отличающаяся повышенной эксплуатационной надёжностью, за счёт наличия дополнительных слоёв (адгезионных, на основе латекса СКС-50 ГПС – по сердечнику, защитного, на основе латекса БС-65А – по наружному бетону) и латекса СКС-65 ГПБ в составе бетонных слоёв, что увеличило сцепление между слоями труб в 10-16 раз, снизило водопоглощение бетонных слоёв в 3-4 раза, повысило прочность бетона на растяжение на 10-25 %, а при раскалывании на 17-20 %.

5. Предложены новые конструкции (а.с. № 1532650 и его варианты) и технологические основы устройства облицовок блочного типа для каналов в земляном русле, выполненные из жёстко сочленённых плит, образующих укрупнённые цельноформованные блоки трёх конфигураций, обеспечивающих минимум герметизационных швов, повышение качества работ, защиту берм от разрушения, а облицовку от выпора.

6. Разработаны новые технологии устройства, реконструкции и восстановления сети в земляном русле с применением укатанных бетонов, полимерных экранов, мобильных устройств и грунтовых или грунтополимерных композиций (по а.с.  № 1193216, № 1258936, № 979570, № 1125327, № 1242564, № 1254094, № 1583520, № 1749424, № 1654445, № 1135835, № 58560).

7. Экспериментально обосновано расширение сырьевой базы для производства предложенных элементов и конструкций, повышающих эффективность и эксплуатационные качества водопроводящей сети:

щебень и высевка Быстрореченского, Жирновского, Карабулагского месторождений, песок речной Волжский, отвечающие общим нормативным требованиям за исключением 1-2 ограничений и обеспечивающие получение бетонов для сборных элементов с нормативным сроком службы;

щебень Потаповского и Садковского месторождений, отходы камнедробления Быстрореченского, Потаповского и Садковского карьеров, мелкие пески Грушевского и Мишкинского месторождений, не отвечающие нормативным требованиям по ряду показателей, и рекомендованные для сборных элементов, рассчитанных на ограниченный срок службы.

8. Предложены технологические средства, повышающие надёжность сети: а) применение формиатно-спиртового пластификатора (а.с. № 1698216), представляющего собой побочный продукт производства спирта-пентаэритрита, для повышения на 10-15 % основных прочностных характеристик бетона лотков, труб, плит и других сборных элементов, сокращения на 8-12 % расхода цемента в равнопрочных элементах с нормативным сроком службы, повышения на
25-40 % (по отношению к заводским элементам) прочности лотков, труб и плит из бетона на местных заполнителях с повышенной (2-4 %) дозировкой пластификатора, отработкой технологии в заводских условиях и промышленным производством элементов с нормативным и ограниченным (бетоном класса В22,5) сроком службы на предприятиях стройиндустрии; б) применение керамзитовой пыли и сухой золы для повышения прочности, трещиностойкости и долговечности сборных элементов с определением диапазона их расходов (пыли – 20-30 % от массы цемента, золы – 240-280 кг/м3) для обеспечения нормативных (или повышенных) показателей прочности и надёжности, подтверждённых в производственных условиях.

9. Разработана особая очерёдность загрузки в бетоносмеситель и постадийное перемешивание компонентов (патент РФ № 2028279) для дополнительного прироста прочности бетона сборных элементов (на 37-58 % при сжатии и 39-54 % при изгибе), повышения их долговечности и уменьшения на 15-20 % расхода цемента. Вначале в смеситель загружают заполнитель (крупный + мелкий), затем добавляют 40-60 % воды затворения и 8-12 % СФС, предварительно перемешивают в течение 2-4 мин, после чего засыпают цемент, перемешивают его до равномерного распределения по поверхности заполнителя, заливают остальную воду и окончательно перемешивают до получения однородной бетонной смеси.

10. Разработано и прошло производственную проверку новое техническое средство (а.с.№ 1818240) для послойного формования сборных элементов нормативной и повышенной прочности с уменьшенным на 30-50 % расходом цемента, путём принудительного уплотнения бетонных смесей на малопрочных, местных заполнителях кинематически связанными вальцами с винтовыми рёбрами при оптимизированных технологических режимах – числе слоёв 2-3, контактном давлении на смесь 0,4-0,8 МПа, числе проходов 6-10.

11. Проведённые после ремонтно-восстановительных работ на Азовской и Манычской оросительных системах гидравлические исследования на водопроводящих сетях позволили получить следующие результаты:

натурные потоки в отремонтированном лотковом канале находились в турбулентном режиме при спокойном состоянии, коэффициент шероховатости увеличивался с уменьшением глубины потока и с увеличением смещения лотков в вертикальной плоскости, а гидравлические сопротивления уменьшались с увеличением чисел Фруда и Рейнольдса и зависели от уклона, состояния поверхности и величины смещения звеньев (лотков) в вертикальной плоскости;

натурные потоки в реконструированном канале МК-2 находились на границе переходной и квадратичной области гидравлических сопротивлений, коэффициенты шероховатости и гидравлических сопротивлений на участке в предлагаемых плитах изменялись, соответственно, в пределах п = 0,0127-0,0140, λ = 0,012-0,0149, что соответствует бетонным облицовкам с гладкой поверхностью находящимся в хорошем состоянии. На участке в базовых плитах коэффициенты шероховатости и гидравлических сопротивлений отличались в большую сторону соответственно на 10 % и 25 %. Объясняется это выполнением предлагаемых плит из смесей с улучшенными технологическими свойствами, что обеспечило высокое качество их уплотнения и уменьшение шероховатости плит;

независимо от области гидравлических сопротивлений, шероховатости, гидравлического радиуса и уклона, значения коэффициентов Шези группируются вдоль прямой, построенной по формуле А. Д. Альтшуля при эквивалентной шероховатости Кэ= 1,0-2,0 мм, что позволяет использовать её при гидравлических расчётах. Меньшую погрешность даёт предложенный вариант этой формулы с уточнённым коэффициентом (23,5) при логарифме.

12. Исследования по оценке эксплуатационных качеств и надёжности сетей с восстановленным трактом позволили получить следующие результаты:

прочность плит НПК после 3-х лет эксплуатации соответствовала классу бетона В22,5, железобетонных труб РТН, определённая «неразрушающим» методом классу бетона В30, водонепроницаемость марке W6;

с учётом полученных показателей безотказности (λ, Р, F, Тср) можно утверждать, что водопроводящие сети с использованием предлагаемых элементов являются наиболее надёжными и долговечными;

согласно наработке на отказ и времени восстановления, вероятность безотказной работы водопроводящих трактов оросительных систем открытого типа (каналов, лотков) выше, чем трубопроводов, и отличаются они повышенной степенью надёжности, ремонтопригодности и долговечности;

для восстановления мелиоративных систем Ростовской области заказ на производство элементов, в процентном отношении, должен выглядеть следующим образом: 40 % трубы, 30 % лотки, 30 % плиты.

13. Внедрение результатов исследований осуществлялось на оросительных системах Ростовской области и предприятиях строительной индустрии. Ремонт участка сети на площади 650 га, позволил сэкономить 198920,6м3 воды для дополнительного орошения 63 га, что обеспечило 1207,2 тыс. руб. прибыли. На основе предложенных решений произведено свыше 200 тыс.м3 сборного железобетона и сэкономлено около 12 тыс.тонн цемента (более 40 млн.руб., в ценах 2009 г.). Экономический эффект от устройства на канале МК-2 облицовки из предлагаемых плит составил 192,9 тыс.руб./км, от замены непригодного участка сети в трубах РТНС на трубопровод из труб РТН – 227 тыс.руб./км, от проведения ремонтно-восстановительных работ на лотковом канале 2-У-1 – 177 тыс.руб./км. Замена выпускаемых сборных элементов предлагаемыми, при ремонте и реконструкции сети на Азовской ОС, сэкономит около 64 млн.руб., а восстановление водопроводящих трактов ОС Ростовской области элементами с сокращённым периодом эксплуатации, изготовленных из бетона класса не В30, а В22,5, обеспечит 226 млн. руб. экономии.

Рекомендации производству

  1. Для реконструкции старой (в земляном русле) сети рекомендуются: лотки внутрихозяйственные и крупногабаритные с верёвочным профилем, многослойные трубы с металлическим сердечником, облицовки каналов блочного типа из жёстко сочленённых плит, плиты креплений и облицовки каналов из укатанных бетонов, что обеспечит повышенную эффективность и надёжность внутрихозяйственной, хозяйственной и межхозяйственной сети оросительных систем.
  2. Ремонт и восстановление сети, имевшей ранее высокий технический уровень (лотковые и облицованные каналы, трубопроводы) следует осуществлять: лотками, трубами, плитами и другими сборными элементами с нормативными и повышенными эксплуатационными качествами, изготовленными из бетонов на недорогих местных заполнителях, отвечающих (в основном) нормативным требованиям. Дозировка ПФС-2 % от массы цемента, а С-3 (при отсутствии ПФС) – 1,3 %.
  3. Для ремонта и временного (на 3-5 лет) поддержания в работоспособном состоянии лотковых каналов, трубопроводов и облицованных каналов, плановая замена которых предусмотрена (из-за изношенности) через 3-5 лет, рекомендуются: лотки, трубы, плиты и другие сборные элементы из невысокомарочных бетонов, рассчитанные на сокращённый период эксплуатации, или лотки, трубы, плиты из бетонов на некондиционных заполнителях (не отвечающих нормативным требованиям) и также рассчитанные на сокращённый период эксплуатации. Обязательно применение ПФС в количестве 2-4 % от массы цемента или аналогичных по эффективности действия С-3, 10-03.

Публикации, отражающие основное содержание диссертации

1. Научные работы, опубликованные в ведущих рецензируемых журналах

  1. Фёдоров В.М. Совершенствование сборных элементов водопроводящих сетей // Мелиорация и водное хозяйство. – 2007. № 4. 0,13 п.л. (лично автором 0,13 п.л.).
  2. Фёдоров В.М. Железобетонные напорные трубы с металлическим сердечником для мелиоративных систем // Вестник Саратовского госагроуниверситета. – 2008. № 7. 0,19 п.л. (лично автором 0,19 п.л.).
  3. Фёдоров В.М. Двухстадийное приготовление бетонных смесей для элементов оросительных систем // Вестник Саратовского госагроуниверситета. – 2008. № 8. 0,13 п.л. (лично автором 0,13 п.л.).
  4. Фёдоров В.М. Облицовки блочного типа для водопроводящей сети оросительных систем / В.М.Фёдоров, А.П. Медведева // Вестник Саратовского госагроуниверситета. – 2008. № 9. – 0,19 п.л. (лично автором 0,11 п.л.).
  5. Фёдоров В.М. Активация заполнителя бетона водными растворами промышленных отходов / А.М. Питерский, В.М.Фёдоров // Изв. вузов. Строительство. Новосибирский гос.архит.-строит. ун-т. – 2008. № 10. – 0,25 п.л. (лично автором 0,125 п.л.).
  6. Фёдоров В.М. Производство плит креплений из укатанных бетонов для гидромелиоративного строительства // Мелиорация и водное хозяйство. – 2009. № 1. – 0,19 п.л. (лично автором 0,19 п.л.).
  7. Фёдоров В.М. Трубы из бетона с керамзитовой пылью / А.М. Питерский, В.М. Фёдоров // Мелиорация и водное хозяйство. – 2010. № 4. – 0,19 п.л. (лично автором 0,1 п.л.).
  8. Фёдоров В.М. Сборные элементы оросительной сети из бетона с микронаполнителем // Научный журнал КубГАУ. – 2010. № 64(10). pdf/23. – 0,5 п.л. (лично автором 0,5 п.л.).
  9. Фёдоров В.М. Мелиоративные трубы из полимерцементного бетона // Научный журнал КубГАУ. – 2010. № 64(10). pdf/24. – 0,625 п.л. (лично автором 0,625 п.л.).
  10. Фёдоров В.М. Эксплуатационные качества гидротехнического бетона с добавкой сухой золы // Мелиорация и водное хозяйство. – 2010. № 6. – 0,19 п.л. (лично автором 0,19 п.л.).
  11. Фёдоров В.М. Применение укатанных бетонов в водохозяйственном строительстве // Научный журнал КубГАУ. – 2011. № 65(01). pdf/22. – 0,75 п.л. (лично автором 0,75 п.л.).
  12. Фёдоров В.М. Оценка надёжности водопроводящей сети оросительных систем // Научный журнал КубГАУ. – 2011. № 65(01). pdf/21. – 0,625 п.л. (лично автором 0,625 п.л.).
  13. Фёдоров В.М. Железобетонные лотки с верёвочным очертанием для каналов водохозяйственных систем // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2011. № 1. – 0,25 п.л. (лично автором 0,25 п.л.).
  14. Фёдоров В.М. Новые облицовки каналов оросительных систем // Научный журнал КубГАУ. – 2011. № 66(02). pdf/20. – 0,625 п.л. (лично автором 0,625 п.л.).
  15. Фёдоров В.М. Конструктивные и технологические мероприятия для эффективной работы водопроводящей сети оросительных систем // Научный журнал КубГАУ. – 2011. № 66(02). pdf/21. – 0,625 п.л. (лично автором 0,625 п.л.).
  16. Фёдоров В.М. Тонкодисперсные промышленные отходы в гидротехническом бетоне / В.М. Фёдоров, А.М. Питерский // Изв. вузов. Строительство. Новосибирский гос.
    архит.-строит. ун-т. – 2011. № 2. – 0,25 п.л. (лично автором 0,125 п.л.).

2. Авторские свидетельства и патенты

  1. А.С. 1532650, СССР. Канал / В.М. Фёдоров, А.Л. Лащёнов, Вад.М. Фёдоров, И.Ф. Рубашкин. – Опубл. 30.12.1989. Бюл. № 48 (лично автора 40 %).
  2. А.С. 1818240, СССР. Рабочий орган для уплотнения бетонной смеси / В.М. Фёдоров, А.М. Питерский, В.М. Пилипенко. – Опубл. 30.05.1993. Бюл. № 20 (лично автора 35 %).
  3. А.С. 979570, СССР. Способ строительства каналов / В.М. Фёдоров, К.К. Карп, Вад.М. Фёдоров. – Опубл. 07.12.1982. Бюл. № 45 (лично автора 35 %).
  4. А.С. 1193216, СССР. Способ создания грунтополимерной облицовки и устройство для его осуществления / Вад.М. Фёдоров, В.М. Фёдоров, А.С. Барутенко. – Опубл. 23.11.1985. Бюл. № 43 (лично автора 30 %).
  5. А.С. 1242564, СССР. Способ строительства каналов / В.М. Фёдоров, А.С. Барутенко, Вад.М. Фёдоров, Е.А. Фёдорова. – Опубл. 07.07.1986. Бюл. № 25 (лично автора 40 %).
  6. А.С. 1258936, СССР. Способ создания противоэрозионной облицовки гидротехнических сооружений / Вад.М. Фёдоров, В.М. Фёдоров, А.С. Барутенко. – Опубл. 23.09.1986. Бюл. № 35 (лично автора 35 %).
  7. А.С. 1125327, СССР. Способ создания противофильтрационного экрана и устройство для создания противофильтрационного экрана на канале (его варианты) / Вад.М. Фёдоров, В.М. Фёдоров. – Опубл. 23.11.1984. Бюл. № 43 (лично автора 50 %).
  8. А.С. 1254094, СССР. Способ выполнения комбинированной облицовки канала / В.М. Фёдоров, А.С. Барутенко, Вад.М. Фёдоров. – Опубл. 30.08.1986. Бюл. № 32 (лично автора 35 %).
  9. А.С. 1749424, СССР. Способ возведения монолитного трубопровода / В.М. Фёдоров, Ю.С. Шарапов, Вад.М. Фёдоров, А.М. Питерский. – Опубл. 23.07.1992. Бюл. № 27 (лично автора 40 %).
  10. А.С. 1583520, СССР. Способ выполнения монолитной облицовки канала и устройство для его осуществления / Вад.М. Фёдоров, А.А. Коренев, В.М. Фёдоров. – Опубл. 07.08.1990. Бюл. № 29 (лично автора 30 %).
  11. А.С. 1135835, СССР. Способ строительства каналов / Вад.М. Фёдоров, Г.Л. Батин, В.М. Фёдоров. – Опубл. 23.01.1985. Бюл. № 3 (лично автора 30 %).
  12. А.С. 1654445, СССР. Способ изготовления мелиоративной трубы / А.В. Ищенко, В.Б. Ковшевацкий, Н.А. Евстратов, В.М. Фёдоров. – Опубл. 07.06.1991. Бюл. № 21 (лично автора 25 %).
  13. Пат. 2028279, РФ. Способ приготовления бетонной смеси / А.М. Питерский, В.М. Фёдоров, В.М. Пилипенко, Е.А. Шляхова, А.А. Лисконов. – Опубл. 30.01.1995. Бюл. № 4 (лично автора 25 %).
  14. Пат. 58560, РФ. Деформационный шов / В.И. Перепелицин, В.М. Федоров, И.Н. Федорова. – Опубл. 27.11.2006. Бюл. № 33 (лично автора 30 %).

3. Монографии

  1. Фёдоров В.М. Конструкции водопроводящих сооружений оросительных систем (монография). – Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2008. – 9 п.л. (лично автором 9 п.л.).
  2. Фёдоров В.М. Водопроводящие сооружения оросительных систем (монография). Ростов-на-Дону – Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2004. – 17,5 п.л. (лично автором 17,5 п.л.).

4. Прочие издания

  1. Фёдоров В.М. Надёжность водопроводящих сооружений оросительных систем и её количественная оценка / В.М. Фёдоров, В.И. Прокопенко // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. Т. 19 Проблемы орошаемого земледелия и лесоразведения юга России. – Новочеркасск, 2003, всего 0,7 п.л., в том числе автора 0,35 п.л.
  2. Фёдоров В.М. Производство бетонных и железобетонных изделий из укатанных бетонов / В.М. Фёдоров, А.В. Авилова // Агропромышленные машины и оборудование: сб. научн. тр. НГМА. – Новочеркасск, 2000, всего 0,45 п.л., в том числе автора 0,22 п.л.
  3. Фёдоров В.М. Рекомендации по восстановлению элементов водопроводящих и водоподпорных сооружений оросительных систем / В.М. Фёдоров, Е.В. Васильева; ФГБОУ ВПО НГМА. – Новочеркасск, 2011, всего 3,2 п.л., в том числе автора 1,6 п.л.
  4. Фёдоров В.М. Технология производства элементов водопроводящей сети из бетонов с пластифицирующим компонентом // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. Т. 11 Водохозяйственные проблемы юга России. – Новочеркасск, 2000, всего 0,32 п.л., в том числе автора 0,32 п.л.
  5. Фёдоров В.М. Укатанные бетоны – новое направление в технологии бетонных работ // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. Т. 11 Водохозяйственные проблемы юга России. – Новочеркасск, 2000, всего 0,38 п.л., в том числе автора 0,38 п.л.
  6. Фёдоров В.М. Исследования гидравлических характеристик потока в лотковом канале после проведения ремонтно-восстановительных работ / В.М. Фёдоров, В.И. Прокопенко // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. Т. 19 Проблемы орошаемого земледелия и лесоразведения юга России. – Новочеркасск, 2003, всего 0,7 п.л., в том числе автора 0,35 п.л.
  7. Фёдоров В.М. Особенности укатанных бетонов, их достоинства и недостатки / В.Н. Донец, В.М. Фёдоров, В.Б. Ковшевацкий // Мелиорация антропогенных ландшафтов: межвуз. сб. Т. 17 Рациональное использование земельных и водных ресурсов юга России. – Новочеркасск, 2002, всего 0,32 п.л., в том числе автора 0,1 п.л.
  8. Шкура В.Н. Рекомендации по восстановлению элементов оросительных систем / В.Н. Шкура, Н.А. Иванова, В.М. Фёдоров, В.П. Максимов и др.; ФГБОУ ВПО НГМА. – Новочеркасск, 2011, всего 8,0 п.л., в том числе автора 1,2 п.л.

Подписано в печать 09.12.2011                         Формат 60×84 1/16

  Тираж  100 экз.                     Заказ  №

Отдел оперативной полиграфии ФГБОУ ВПО «НГМА»,

346428, г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111

 



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.