UDC 631.6
CSCSTI 68.31
Russian Classification of Professions by Education 35.06.01
Russian Library and Bibliographic Classification 4
Russian Trade and Bibliographic Classification 630
BISAC TEC003050 Agriculture / Irrigation
The article considers a comparative analysis of innovative waterproofing lining of irrigation channels based on the KAPLAM geocomposite and traditional concrete lining. The relevance of the study is due to large losses in irrigation channels. A comparative analysis of the engineering efficiency and economic feasibility of both technologies is presented. Laboratory studies and calculated estimates of channels with various types of lining have been carried out. It is revealed that KAPLAM is a rolled material based on polyethylene with a laminating layer, completely waterproof, durable and flexible at subzero temperatures. The results obtained demonstrate the high efficiency of KAPLAM: thanks to the use of geocomposite, filtration losses are completely eliminated and the efficiency of the channels is increased, as well as resource savings and reduced life cycle costs compared to concrete cladding
KAPLAM geocomposite, concrete cladding, irrigation, waterproofing, life cycle, efficiency of channels, filtration losses
Инновационный геокомпозит «КАПЛАМ» эффективнее по сравнению с бетонной облицовкой оросительных каналов
Введение. Современные оросительные каналы испытывают значительные потери воды из-за фильтрации через дно и откосы каналов. В целом по России потери воды из каналов достигают до 60 % от подачи на орошение, при этом до 80–90 % этих потерь происходит именно вследствие фильтрации из оросительных каналов [1]. Повышение эффективности оросительных каналов тесно связано с внедрением противофильтрационных облицовок и инновационных материалов для снижения этих потерь. Однако даже при использовании различных традиционных материалов коэффициент полезного действия каналов остаётся относительно низким. Согласно исследованиям РосНИИПиМ, применение геосинтетических материалов в облицовке каналов практически полностью исключает фильтрационные потери и повышает КПД оросительной сети до 0,97-0,98. Геосинтетики характеризуются качеством, высокой прочностью при растяжении, долговечностью и технологичностью, что делает их эффективными в гидротехническом строительстве [2].
Новый гидроизоляционный геокомпозит «КАПЛАМ» (производитель – TERATEX) представляет собой многослойный материал на основе полиэтиленовой плёнки с армирующим полотном, разработанный для гидроизоляции сооружений, в том числе каналов. В сравнении с обычными геомембранами «КАПЛАМ» легче и прочнее, остаётся гибким при отрицательных температурах, допускает изготовление полотен шириной до 40 м, обеспечивает высокую скорость сварки и облегчает логистику благодаря малому весу. По техническим характеристикам геокомпозит «КАПЛАМ» имеет прочность на разрыв от 25 до 75 кН/м в зависимости от марки и демонстрирует 100 % водонепроницаемость по результатам испытаний [3].
Наряду с этим бетонная облицовка каналов, традиционно используемая уже длительное время, обладает сложностью монтажа, большими трудозатратами и необходимостью ремонта швов.
Важным компонентом оценки пригодности материала для использования в качестве облицовок является комплексный подход, объединяющий лабораторные испытания (механические характеристики, стойкость к проколу и растяжению, водонепроницаемость), полевые испытания (поведение швов, устойчивость к гидродинамическим нагрузкам, наблюдение за возникновением дефектов) и технико-экономическое обоснование, включающее оценку (анализ) жизненного цикла затрат. Современные публикации по проектированию и эксплуатации каналов подчёркивают необходимость проектного обеспечения монтажа и последующего мониторинга, а также проведения сценарного анализа затрат с учётом частоты ремонтов и риска механических повреждений - это особенно важно при сравнении гибких композитов и бетонных облицовок [4].
Цель наших исследований - провести сравнение применение инновационного геокомпозита «Каплам» с бетонной облицовкой оросительных каналов, объединяющую: технических требований к подготовке основания и транспортировки, укладки материала, а также технико-экономическое обоснование на базе оценки (анализа) жизненного цикла затрат. В статье будут представлены сравнительные расчёты приведённых затрат по альтернативным вариантам ремонта по сравнению с традиционными (геокомпозит КАПЛАМ, бетонные облицовки).
Материалы и методы. В рамках исследования были рассмотрены два варианта облицовки типового оросительного канала: бетонная облицовка (сборные железобетонные плиты) и армированный гидроизоляционный геокомпозит «КАПЛАМ». Для геокомпозита использовались характеристики из технических спецификаций производителя (ПЭ-плёнка с армирующим тканым полотном, водонепроницаемость 100 %, устойчивость к УФ и агрессивным средам не менее 85-90 %). При монтаже геокомпозита предполагалось устройство подготовительной песчаной/гравийной подушки с толщиной около 0,2–0,3 м (фракция до 30 мм) и последующая укладка композита с запайкой швов (в соответствии с нормативом СТО 24834307.011-2021) [3].
Нами ранее были проведены исследования, где в лабораторной части был сформирован участок канала, оснащённый бетонной облицовкой. Проведён экспериментальный замер фильтрационных потерь через образец облицовочного материала. В этом лабораторном эксперименте, на верхнюю поверхность бетонной плиты устанавливали вертикальный цилиндр (2-м труба, Ø15 см) и регистрировали снижение уровня воды через заданные интервалы времени [5].
Эмпирические данные показывают существенные потери: снижение уровня составило 0,3 см через 1 час; 2,0 см - через 12 часов; 4,1 см - через 24 часа; 6,5 см - через 48 часов; 12,5 см - через 96 часов.
Из эксперимента следует, что при отсутствии специально устроенного противофильтрационного слоя рассматриваемая бетонная облицовка обеспечивает ограниченную герметичность: за 96 часов наблюдается заметное снижение удерживаемого объёма воды, что обоснованно требует применения дополнительных гидроизолирующих мер при проектировании и эксплуатации [5].
Нами ниже экономическая часть исследования оформлена в виде сравнительной оценки затрат жизненного цикла. Состав затрат включал капитальные (материал, монтаж) и текущие (ремонт, обслуживание). Для каждого варианта оценивались сроки службы и необходимость ремонтных работ (например, замена плит, устранение трещин) и влияния этих факторов на суммарную стоимость системы в течение заданного временного горизонта (30-50 лет). Также учитывалось влияние использования легких рулонных материалов «КАПЛАМ» на сокращение трудозатрат и логистики при монтаже.
Эффективность инновационного геокомпозита «Каплам». В результате лабораторных испытаний установлено, что образец геокомпозита «КАПЛАМ» не пропускает практически никакой воды через себя, тогда как бетонная облицовка демонстрирует заметные фильтрационные потери. Подобные результаты согласуются с данными литературных источников. Например, для так называемого бетонного полотна (цементированного геотекстиля) зафиксировано в 4 раза меньшие фильтрационные потери по сравнению с обычной бетонной облицовкой [6]. Хотя «КАПЛАМ» технически отличается от цементированного геотекстиля (он состоит из полиэтиленовых слоёв), его водонепроницаемость 100 % по результатам испытаний обеспечивает аналогично низкие потери. Таким образом, можно ожидать, что канал с облицовкой «КАПЛАМ» будет иметь существенно меньшие потери на фильтрацию воды, чем при бетонной облицовке.
Снижение фильтрационных потерь прямо отражается на гидравлическом КПД каналов. Как было показано в исследованиях, полностью герметичные облицовки позволяют довести КПД системы до 0,97–0,98. В нашем случае теоретический расчёт повышения КПД с учётом нулевой проницаемости геокомпозита показывает рост эффективной подачи воды и улучшение режимов орошения. Напротив, для бетонной облицовки характерны дефекты (трещины, неплотности в швах), особенно при длительной эксплуатации и температурных перепадах, что приводит к ежегодным потерям. Кроме того, гладкий геокомпозит обеспечивает равномерное течение и минимальное сопротивление потоку [7].
Конструктивно «КАПЛАМ» сочетает гидроизоляцию и армирование, что увеличивает устойчивость покрытия к механическим нагрузкам (оседание грунта, подвижки) и предотвращает разрывы. Геосинтетические материалы в целом, обладают значительной растяжимостью и сохраняют прочность при высоких деформациях. В совокупности это обеспечивает высокую надёжность облицовки и долгосрочное сохранение гидроизоляционных свойств [8].
Нами были подготовлены экспериментальные образцы композитного материала «Каплам 500» (композитный материал толщиной 0,5 мм) проведены лабораторные исследования.
По итогу пяти повторений данного эксперимента, удалось получить следующие результаты (таблица 1).
Таблица 1 - Испытания на прочность при растяжении материала «Каплам 500».
|
Материал |
Метод |
№ попытки |
Предел прочности (Кн/м) |
Визуальный результат |
|
Каплам 500 |
ГОСТ Р 56785–2015 |
1 |
36 |
Отрыв |
|
Каплам 500 |
ГОСТ Р 56785–2015 |
2 |
37 |
Отрыв |
|
Каплам 500 |
ГОСТ Р 56785–2015 |
3 |
38 |
Отрыв |
|
Каплам 500 |
ГОСТ Р 56785–2015 |
4 |
37 |
Отрыв |
|
Каплам 500 |
ГОСТ Р 56785–2015 |
5 |
36 |
Отрыв |
Данный образец, как и предполагалось выдержал более высокую нагрузку. Предел прочности выше из-за его толщины. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Испытания на прочность при растяжении «Каплам 1000»
|
Материал |
Метод |
№ попытки |
Предел прочности (Кн/м) |
Визуальный результат |
|
Каплам 1000 |
ГОСТ Р 56785- 2015 |
1 |
69 |
Отрыв |
|
Каплам 1000 |
ГОСТ Р 56785- 2015 |
2 |
70 |
Отрыв |
|
Каплам 1000 |
ГОСТ Р 56785- 2015 |
3 |
71 |
Отрыв |
|
Каплам 1000 |
ГОСТ Р 56785 -2015 |
4 |
70 |
Отрыв |
|
Каплам 1000 |
ГОСТ Р 56785- 2015 |
5 |
68 |
Отрыв |
По результатам испытаний, мы получили данные доказывающие, что композитные материалы «Каплам 500 и 1000» обладает прочностью при растяжении, заявленным производителем.
Зависимость прочности растяжении при заводских и лабораторных исследованиях материала «Каплам 1000»
Это показатель деформативности (пластичности):
ε=
Где ε - относительное удлинение; ΔL - приращение длины; L0 - исходная длина, мм.
Этот показатель для материала «Каплам 500» составляет в пределах (10 - 20 %), а для материала «Каплам 1000» в пределах (1 - 4,5 %) и характеризует «поведение материала до разрыва».
Его использование позволит выяснить насколько пластичен материал. Этот показатель важен, ведь облицовка должна обладать большой пластичностью для того, чтобы избегать изменений форм под воздействием сил и изменений температуры воздуха. Также нами были проведены лабораторные исследования на продавливание композитных материалов.
Нами представлено подробное описание наблюдений по процедуре определения сопротивления статическому продавливанию образцов геокомпозитов «Каплам 500» и «Каплам 1000». Для этого были подготовлены экспериментальные образцы композитного материала «Каплам 500» (толщиной 0,5 мм) и «Каплам 1000» (толщиной 1 мм).
На прикреплённых фотографиях зафиксирован общий вид испытательной установки и зоны контакта в момент продавливания образца Каплам 1000. На снимках видна рамка с песчаной подсыпкой, в которой размещён образец геокомпозита; сверху располагается шток/шарик нагружающего устройства и измерительная линейка, служащая визуальным калибровочным ориентиром.
Испытание организовано в соответствии с методическими указаниями ГОСТ 2678-94 по определению сопротивления статическому продавливанию (испытание шариком). При данном испытании образец размещается на уплотнённой песчаной подсыпке в ограничивающей рамке, после чего на образец воздействует шарик, или шток установки, контролирующий нагрузку. Регистрируются параметры до достижения критерия разрушения или до достижения заданного смещения [9].
Фотографии демонстрируют равномерную укладку песчаной подсыпки в рамке, отсутствие заметных пустот и сравнительно однородный рельеф песка вокруг области контакта. На одном из снимков присутствует миллиметровая шкала, что позволяет визуально определить глубину воздействия. Место продавливания расположено вблизи центра образца; визуально определима локальная вдавленность и вытеснение песка в радиальном направлении от точки контакта, что характерно для режима статического продавливания.
Ниже приведена оценочная таблица со значениями. Все приведённые числовые получены из исследований, проведённых по (ГОСТ 2678-94 и аналогичных индексных испытаний).
Таблица 3 - Испытания для определения сопротивления статическому продавливанию композитных материалов
|
Материал |
Метод |
Параметры испытания |
F max (Н) |
Смещение при F max (мм) |
Комментарий (поведение) |
|
Каплам 500 |
ГОСТ 2678-94 |
скорость ~10 мм/мин, песчаная подсыпка, рамка |
550 Н |
3–6 мм |
Локальная вдавленность, возможно частичное расслоение, без крупного разрыва |
|
Каплам 1000 |
ГОСТ 2678-94 |
скорость ~10 мм/мин, та же конфигурация |
945 Н |
5–10 мм |
Значительно большая стойкость |
Таким образом, мы получили результаты испытаний, доказывающие, что композитные материалы «Каплам 500 и 1000» обладает прочностью при статическом продавливании производителем. Эти данные подтверждают нашу теорию о том, что использование перспективных композитных материалов является необходимостью в нынешнее время, ведь по сравнению с традиционными материалами, композиты имеют ряд важных преимуществ.
Таким образом, инженерно‑гидротехническая эффективность геокомпозита «КАПЛАМ» превышает аналогичный показатель бетонной облицовки: практически исключаются фильтрация и утечки, повышается равномерность подачи и эксплуатационная долговечность канала.
Оценка жизненного цикла затрат. При сравнении затрат жизненного цикла важно учитывать, как начальные инвестиции, так и расходы на эксплуатацию и ремонт. Материалы для бетонной облицовки традиционно имеют сравнительно высокую стоимость и требуют сложной подготовки площадки и большого количества трудоёмких операций. Геокомпозит «КАПЛАМ» отличается малым весом и крупноформатными рулонами, что снижает логистику и укладочные трудозатраты. Благодаря лёгкости материала и возможности сваривать широкие полотнища до 40 м, суммарные затраты на монтаж могут быть существенно ниже.
Также стоит отметить, что бетонные покрытия требуют устройства деформационных (усадочных) швов и периодических ремонтов (заполнение трещин, заливка швов полимером и т.д.), что увеличивает эксплуатационные затраты [10]. В случае с цельным сварным геокомпозитом необходимость таких мероприятий полностью отпадает. Из-за этого суммарные эксплуатационные затраты на поддержание герметичности канала при использовании «КАПЛАМ» будут меньше, чем при бетоне.
В этом разделе представлены расчёты технико-экономического сравнения двух технологий облицовки оросительного канала на участке длиной 1 км (площадь облицовки S = 8 500 м²): геокомпозит «КАПЛАМ» (марки 500 и 1000) и традиционная бетонная облицовка.
Методика расчёта
Расчёт включает статьи затрат:
- материалы (мембрана/геотекстиль/анкеры);
- монтаж (укладка, сварка швов, подготовительные работы);
- доставка/логистика;
- эксплуатационные затраты за 30 лет.
Входные параметры
Длина участка L - 1 000 м.
Площадь облицовки S - 8 500 м²
Цена «Каплам 500» - 300 р/м²
Цена «Каплам 1000» - 450 р/м²
Геотекстиль - 510 000 р.
Количество необходимых анкеров - 12 000 шт.
Цена анкера - 40 р/шт.
Монтаж (укладка + сварка) - 110 р/м²
Доставка - 2 000 р.
Эксплуатационные затраты за 30 лет - 4 200 000 р.
Подстановка параметров и поэтапные вычисления:
«Каплам 500»Стоимость мембраны: Геотекстиль: 510000 р. Анкеры: 12000 х 40 р/шт. = 480000 р. Материалы (сумма): Монтаж: 110 р/м2 х 8500 = 935000 р. Доставка: 2000 р. Эксплуатационные затраты за 30 лет: 4200000 р. Итого (полная стоимость жизненного цикла): Стоимость 1 м2: 8677000 / 8500 = 1020,9 р/м2. |
«Каплам 1000»Стоимость мембраны: Геотекстиль: 510000 р. Анкеры: 12000 х 40 р/шт = 480000р. Материалы (сумма): Монтаж: 110 р/м2 х 8500 = 935000 р. Доставка: 2000 р. Эксплуатационные затраты за 30 лет: 4200000 р. Итого (полная стоимость жизненного цикла): Стоимость 1 м2: 9952000 / 8500 = 1171 р/м2. |
|
Вариант |
Материалы, р |
Монтаж, р |
Доставка, р |
(30 лет) |
Итого, р |
р/м² |
|
Каплам-500 |
3540000 |
935000 |
2000 |
4200000 |
8677000 |
1020,9 |
|
Каплам-1000 |
4815000 |
935000 |
2000 |
4200000 |
9952000 |
1171 |
|
Бетон |
68000000 |
20400000 |
388000 |
16600000 |
107 090 000 |
12599 |
По расчётам применение геокомпозита «КАПЛАМ» (марки 500 и 1000) обеспечивает существенно более низкую полную стоимость жизненного цикла на участке 1 км по сравнению с традиционной бетонной облицовкой. Оценочная стоимость составляет ≈8,67 млн. р. для «КАПЛАМ-500» и ≈9,95 млн. р. для «КАПЛАМ-1000» против ≈107,09 млн. р. для бетонной облицовки [11]. Основные факторы экономии - более низкая удельная стоимость материала, меньшая логистика и упрощённая технология укладки.
Подводя итоги экономической части, можно заключить, что несмотря на стоимость самого геосинтетического материала, общая стоимость системы «КАПЛАМ» + монтаж, оказывается ниже аналогичной бетонной облицовки. Это достигается за счёт снижения трудозатрат, быстрой укладки без сложной подготовки и долгого срока службы без капитального ремонта.
Выводы. Выполненный сравнительный анализ показал, что канал облицованный инновационным материалом «КАПЛАМ» существенно эффективнее традиционной бетонной облицовки. «КАПЛАМ» обладает полностью герметичными свойствами (водонепроницаемость 100 %) и высокой прочностью, благодаря чему практически исключает фильтрацию и потери воды в канале. Это позволяет значительно повысить КПД оросительной системы (практически до 0,97–0,98), в то время как бетонная облицовка со временем утрачивает герметичность из-за растрескивания и швов.
Кроме того, эксплуатация «КАПЛАМ» требует меньших затрат на монтаж и обслуживание. Лёгкий рулонный материал прост в транспортировке и быстро монтируется. Исследования показывают, что альтернатива бетону на основе современных геосинтетиков позволяет снизить материальные и трудовые затраты по сравнению с классической облицовкой. При оценке жизненного цикла «КАПЛАМ» даёт экономию за счёт минимизации потерь воды и уменьшения затрат на поддержание герметичности.
Отсюда следует, что применение инновационного геокомпозита «КАПЛАМ» в облицовке оросительных каналов является более эффективным как с инженерной, так и с экономической точек зрения по сравнению с бетонной облицовкой. Ведь применение геокомпозита «КАПЛАМ» (марки 500 и 1000) в роли облицовки оросительного канала на участке 1 км по сравнению с традиционной бетонной облицовкой даёт экономию более чем в 10 раз. Новый материал обеспечивает ресурсосбережение и достижение высоких эксплуатационных показателей каналов. Полученные результаты подтверждают целесообразность внедрения геокомпозита «КАПЛАМ» в мелиоративных системах для снижения потерь воды и повышения эффективности оросительных сетей.
1. Bandurin M.A., Yurchenko I.F. Obosnovanie ekologo-ekonomicheskoy effektivnosti primeneniya protivofil'tracionnyh geotekstil'nyh pokrytiy vodoprovodyaschih sooruzheniy orositel'nyh sistem // Vestnik YuRGTU (NPI). Ser. «Soc.-ekon. nauki». 2018. № 3. S. 95–103.
2. Kokarev Ya.V., Kosichenko Yu.M., Korenovskiy A.M. Sposoby stroitel'stva protivofil'tracionnyh oblicovok na kanalah orositel'nyh sistem // Puti povysheniya effektivnosti oroshaemogo zemledeliya: materialy / Rossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut problem melioracii (RosNIIPM). — Novocherkassk, 2015. - S. 27. - URL: https://www.cawater-info.net/bk/improvement-irrigated-agriculture/files/rosniipm54.pdf (data obrascheniya: 22.11.2025).
3. TERATEX Geo. Geokompozit gidroizolyacionnyy «KAPLAM». Opisanie produkcii // Oficial'nyy sayt kompanii TERATEX (RU). URL:https://teratexgeo.ru/produkcziya/geo-kompozit- gidroizolyaczionnyj-kaplam/ (data obrascheniya: 16.11.2025)
4. Abdrazakov F.K., Rukavishnikov A.A., Safin E.E. Metody diagnostiki oblicovannyh orositel'nyh kanalov // Prirodoobustroystvo. 2024. № 5. S. 21-27. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2024-5-21-27
5. Abdrazakov F. K., Rukavishnikov A. A. Ocenka perspektivy ispol'zovaniya betonnogo polotna v kachestve oblicovochnogo materiala dlya pokrytiya orositel'nyh kanalov. Izvestiya NV AUK. 2020. 4(60). 327-339. DOI:https://doi.org/10.32786/2071-9485-2020-04-32.
6. Abdrazakov F.K., Rukavishnikov A.A. Isklyuchenie neproizvoditel'nyh poter' vodnyh resursov iz orositel'noy seti za schet ispol'zovaniya innovacionnyh oblicovochnyh materialov // Agrarnyy nauchnyy zhurnal. 2019. № 10. S. 91–94. - URL (data obrascheniya: 23.11.2025).
7. Kosichenko Yu.M., Baev O.A. Gidravlicheskaya effektivnost' orositel'nyh kanalov pri ekspluatacii // Vestnik MGSU. 2020. T. 15, № 8. S. 1147–1162.
8. Sol'skiy S.V., Lopatina M.G., Bykovskaya S.A., Klushencev V.A. Problemy primeneniya geosinteticheskih materialov (geomembran) v konstrukcii protivofil'tracionnyh elementov gidrotehnicheskih sooruzheniy // Izvestiya VNIIG im. V.A. Vedeneva. 2020. Vyp. 296. S. 22–43.
9. GOST 2678-94. Materialy rulonnye krovel'nye i gidroizolyacionnye. Metody ispytaniy. - M.: IPK Izdatel'stvo standartov, 1996. - URL: https://docs.cntd.ru/document/901710684 (data obrascheniya: 22.11.2025).
10. Rukovodstvo po remontu i zaschite gidrotehnicheskih sooruzheniy (materialy i tehnologii: torkretirovanie, nalivnye sostavy) / Mapei Russia – «Remont i zaschita konstrukciy» (prakticheskoe rukovodstvo). - [el. resurs]. - URL:https://aomapei.ru/upload/iblock/d7d/ha175ve6wzgual0g4uz2e52gfav9xwi8.pdf (data obrascheniya: 23.11.2025)
11. Abdrazakov, F. K. Tehniko-ekonomicheskoe obosnovanie primeneniya geomembran i geotekstilya dlya oblicovki kanalov / F. K. Abdrazakov, E. E. Safin, A. A. Rukavishnikov // Prirodoobustroystvo. – 2025. – № 4. – S. 51-59. – DOIhttps://doi.org/10.26897/1997-6011-2025-4-51-59. – EDN SJOTSZ.
