UDK 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.06.01 Сельское хозяйство
BBK 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
TBK 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
The reasons for the appearance of defects in concrete and reinforced concrete structures of hydraulic structures of reclamation systems of the Republic of Belarus are analyzed. It has been established that significant damage occurs in the zone of variable water level in comparison with the underwater and above-water zones, which is due to significant fluctuations in air temperature from 0 °C, as well as cycles of freezing and thawing water. According to the analysis of design estimates for repairs of hydraulic structures for various purposes, the production of concrete and related works is 48 ... 73% of the total repair work, which indicates the need to improve the technology of repairs and improve their quality. To increase the operational reliability of concrete and reinforced concrete structures, it is recommended to use composite reinforcement (ASK Ø 8 mm) and polyethylene film when installing impervious linings.
defects, concrete and reinforced concrete structures, hydraulic structures, ameliorative systems
Введение. В настоящее время Россия, как и Республика Беларусь, столкнулась с глобальными и национальными вызовами, которые обусловлены геополитической и санитарно-эпидемиологической обстановкой, а также другими причинами, негативно влияющими на сельскохозяйственный сектор. Особого внимания требуют экологические, природно-ресурсные и технологические вызовы, создающие существенные риски снижения уровня дохода сельскохозяйственного производства [1-4]. На территориях ведения сельского хозяйства с неустойчивым выпадением атмосферных осадков гидротехнические сооружения (ГТС) мелиоративных систем оказывают определяющее влияние на получение проектных урожаев сельскохозяйственных культур. Это, главным образом, связано с обеспечением требуемого уровня грунтовых вод, своевременного отвода излишков воды или транспортирования воды к оросительным системам [5-9]. Однако текущее эксплуатационное состояние большинства бетонных и железобетонных конструкций ГТС вызывает особое опасение, по имеющимся публикациям [10-12] это состояние можно охарактеризовать как удовлетворительное и неудовлетворительное. При этом технологии обслуживания и ремонта таких конструкций, например, использование полимерных композиций разработанного состава для приклеивания полиэтиленовой пленки к поверхности бетона [12-14], или повышения эксплуатационной надежности бетона при относительном удешевлении строительных работ, например, при армировании неметаллической композитной арматурой [15, 16], имеются и широко используются как в мелиоративно-водохозяйственном комплексе, так и в смежных областях.
Материалы и методы исследования. Обследование и оценка состояния отдельных гидротехнических сооружений мелиоративных систем, расположенных на территории Республики Беларусь (Могилевская область), выполняли с использованием типовых методик, разработанных ГО «Белводхоз». Данные стоимости работ по ремонту или восстановлению ГТС приняты из производственных проектов.
Результаты исследования и их обсуждение. В соответствии с Госпрограммой Республики Беларусь в качестве приоритетных направлений на период до 2025 года запланировано выполнение неотложных ремонтно-эксплуатационных работ на мелиоративных системах и отдельных гидротехнических сооружениях [12, 14, 17].
По результатам обследования ГТС мелиоративных систем Республики Беларусь выявлено множество дефектов бетонных и железобетонных конструкций, выраженных локальными разрушениями бетона в окружении его неповрежденной структуры (рис. 1). Дефекты проявляются по-разному в различных частях сооружений. Например, в шлюзах-регуляторах до 90% разрушений выявлено в их камерах и в конструкциях элементов рисбермы. Преимущественно это дефекты, связанные с образованием раковин в стенках и днище камеры, разрушение бетона в бычках и устоях, стенках и днище (с обнажением и без обнажения арматуры), разрушение плит и блоков, смещение и выкрашивание бетона швов между плитами.
Практически на всех обследованных сооружениях из-за невысокого уровня воды в камере шлюза-регулятора в зимний период происходило промерзание воды до самого его днища. Например, в 2011…2021 гг. промерзание воды на отдельных водохранилищах зафиксировано на уровне 0,4…0,6 м и более. Вследствие этого на днище шлюза-регулятора появились шелушение и отслоение бетона, раковины и оголение арматуры. В камере шлюза-регулятора разрушение бетона отмечено в береговых устоях и открылках на блоках и днище в диапазоне 0,1…0,2 м вверх от уровня воды в период осенне-зимних и весенних заморозков и вниз на глубину промерзания воды до
В конструкциях железобетонных опор и устоев мостовых переходов преимущественно наблюдали шелушение и отслоение бетона с обнажением и без обнажения арматуры, а у труб-переездов и труб-регуляторов дополнительно обнаружены раковины, разрушение плит и блоков, их смещение, выкрашивание бетона в швах между плитами. Отличительной особенностью вышедших из строя труб-переездов и труб-регуляторов является разрушение стыков во входном и выходном оголовках труб, а также в теле труб, через которые происходит вымыв грунта, сопровождающийся просадкой насыпи и дорожного покрытия.
Таким образом, результаты обследования ГТС выявили значительные разрушения железобетонных конструкций в зоне переменного уровня воды в сравнении с подводной и надводной зонами, что обусловлено значительными колебаниями температуры воздуха от 0 °C (до 100 раз и более в холодный период года), циклами замораживания – оттаивания воды. При этом гидротехнический бетон в порах и капиллярах испытывает деструктивное воздействие расширяющегося льда, который и провоцирует возникновение локальных дефектов. На рисунке 2 систематизированы причины появления дефектов в бетонных и железобетонных конструкциях ГТС.
На основе проведенного анализа проектно-сметной документации на ремонты различного назначения ГТС на мелиоративных системах (шлюзов-регуляторов, труб-регуляторов, труб-переездов, мостовых переходов) выделено 4 основных вида работ (таблица). При такой классификации можно определить долю отдельных видов работ в общей их стоимости, а также изменение вышеуказанных долей в зависимости от назначения сооружения. Согласно полученным результатам производство бетонных и сопутствующих работ составляет от 48 до 73 % (за исключением мостовых переходов) от общего объема ремонтных работ, при этом монтаж и гидроизоляция конструкций в общем объеме работ составляют всего 1,3…8,2 %.
Дефекты в конструктивных элементах ГТС мелиоративных систем и методы их устранения [18-20] схожи по своей природе, в связи с чем приведенное в таблице относительное соотношение стоимостных затрат между отдельными группами ремонтных работ может быть применено при решение аналогичных задач в мелиоративно-водохозяйственном комплексе Российской Федерации.
Современный уровень конструкционных и связующих материалов позволяет реализовывать инновационные экономически обоснованные технологии строительства и ремонта ГТС мелиоративных систем. Для повышения эксплуатационной надежности бетонных и железобетонных конструкций, например, при устройстве противофильтрационных облицовок оросительных каналов, можно рекомендовать взамен традиционной стальной арматуры (Вр-II Ø 5 мм) использование композитной (АСК Ø 8 мм). Такое решение обеспечивает сооружению устойчивость к коррозии и, соответственно, долговечность, позволяет уменьшить защитный слой бетона, толщину и массу плиты не снижая прочностных характеристик элемента конструкции [11, 15].
Таблица – Относительные стоимостные затраты на выполнение работ
при ремонтах ГТС, %
|
Виды работ при ремонте ГТС |
Виды ГТС |
|||
|
шлюз-регулятор |
труба-регулятор |
труба- переезд |
мостовые переходы |
|
|
1. Земляные работы по восстановлению форм и размеров конструктивных элементов |
12,8 |
25,1 |
14,6 |
- |
|
2. Производство бетонных и сопутствующих работ |
48,2 |
49,1 |
72,8 |
9,8 |
|
2.1. Земляные работы |
3,1 |
23,8 |
37 |
- |
|
2.2. Монтаж (демонтаж) бетонных и железобетонных конструкций |
- |
8,2 |
1,3 |
- |
|
2.3. Производство бетонных работ |
35,8 |
6,3 |
1,8 |
9,8 |
|
2.4. Гидроизоляция бетонных и железобетонных конструкций |
- |
- |
3,9 |
- |
|
2.5. Водоотлив |
9,3 |
10,8 |
28,8 |
- |
|
3. Работы по ремонту (восстановлению) водорегулирующего оборудования |
36,8 |
25 |
- |
- |
|
4. Работы по ремонту (восстановлению) ограждающих конструкций |
2,2 |
1,0 |
0,4 |
90,2 |
|
Всего |
100 |
100 |
100 |
100 |
В мелиоративном строительстве и при проведении ремонтно-восстановительных работ для создания оптимальных температурно-влажностных условий для твердения и упрочнения гидротехнического бетона, исключающих температурно-усадочные деформации и формирование трещин, достижения необходимой прочности в проектные сроки, рекомендуется приклеивание полиэтиленовой пленки к прилегающей поверхности бетона водным раствором полимерной композиции на основе латекса синтетического и натрий-карбометилцеллюлозы технической с содержанием твердых компонентов 24,9…37,4% [12-14].
Выводы. Техническое состояние гидротехнических сооружений мелиоративных систем Республики Беларусь требует незамедлительного проведения ремонтно-восстановительных работ, которые обеспечат более длительный период их эксплуатации и, соответственно, эффективное использование мелиорированных земель в целях получения устойчиво высоких урожаев сельскохозяйственных культур. В отдельных случаях при отсутствии возможности восстановления функций гидротехнического сооружения имеет место изменение его назначения, например, демонтаж трубы-регулятора и назначение ей функций трубы-переезда.
1. Decree of the President of the Russian Federation dated December 1, 2016 No. 642 “On the Strategy for Scientific and Technological Development of the Russian Federation.”
2. Decree of the President of the Russian Federation dated January 21, 2020 No. 20 “On approval of the Doctrine of Food Security of the Russian Federation.”
3. Novikov A.E., Komarova O.P. Problems and directions of research in irrigated agriculture // Land reclamation and water management. - 2021. - No. 5. - P. 8-10.
4. Novikov A.E., Novikov A.A. Scientific support for irrigated agriculture in arid territories. VNIIOZ-55 years // Irrigated agriculture. - 2022. - No. 3 (38). - P. 8-10.
5. Turapin S.S., Savushkin S.S., Kashtanov V.V. Operation of hydraulic structures of the reclamation complex of the Ministry of Agriculture of Russia // Ecology and construction. - 2018. - No. 2. - P. 19-26.
6. Land degradation and desertification in Russia: new approaches to analyzing the problem and finding ways to solve it / G.S. Kust, T.M. Kuderina, O.V. Andreeva [and others]. - M.: Pero Publishing House, 2019. - 235 p.
7. Kulikova E.V., Nigreeva V.A. The influence of hydraulic structures on the state of water resources in the Belgorod region // Models and technologies of environmental management. - 2020. - No. 1. - P. 18-23.
8. Kruzhilin I.P. Land reclamation is a necessary condition for a high level of development of agricultural production // Bulletin of the Russian Academy of Agricultural Sciences. - 2013. - No. 1. - P. 16-19.
9. Kruzhilin I.P., Novikov A.E., Dubenok N.N. Justification of the soil water regime and irrigation regulations for aerobic rice // Vestnik RSN. - 2021. - No. 1. - P. 62-66.
10. Abdrazakov F.K., Churkina K.I. The state of irrigation canals in the Saratov Trans-Volga region and ways to increase their efficiency // Agrarian scientific journal. - 2020. - No. 4. - P. 68-70.
11. Method for reconstructing expansion joints of anti-filtration concrete and reinforced concrete linings of hydraulic structures / S.Ya. Semenenko, D.P. Arkov, S.S. Marchenko [et al.] // Land reclamation and water management. - 2017. - No. 1. - P. 31-35.
12. Types and structure of repair work of hydro-reclamation systems of the Republic of Belarus / N.N. Dubenok, D.S. Dubyago, M.V. Klimakhina [and others] // Irrigated agriculture. - 2022. - No. 4 (39). - pp. 13-16.
13. Patent for invention No. 2769233 Russian Federation, IPC C04B 41/48. Method of gluing polyethylene film to the surface of freshly laid concrete / D.S. Dubyago, Yu.A. Mazhaisky, M.I. Golubenko [and others]. - Publ. 03/29/2022.
14. Dubyago D.S., Novikov A.E., Mazhaisky Yu.A. Improving the quality of concrete work during the repair and restoration of hydraulic structures on reclamation systems // Izvestia NV AUK. - 2022. - No. 4 (68). - pp. 561-568.
15. Semenenko S.Ya., Marchenko S.S., Arkov D.P. Design of channel slabs using composite reinforcement // Izvestia NV AUK. - 2021 - No. 4 (64). - pp. 378-390.
16. Semenenko S.Ya., Marchenko S.S., Novikov A.E. Comparison of calculated characteristics and experimental results of tests of concrete beams with composite reinforcement for deflection // Izvestia NV AUK. - 2022. - 4 (68). - pp. 434-440.
17. State program “Agricultural business 2021-2025”. Enter. 02/11/2021. - Minsk: National Legal Internet Portal of the Republic of Belarus, 2021. - 115 p.
18. Sudakov V.B., Vasilevsky A.G. On the repair of concrete and reinforced concrete structures in the zone of variable water horizon // Izvestia VNIIG im. B.E. Vedeneeva. - 2015. - T. 262. - P. 55-60.
19. Okhapkin G.V. Selection of methods for repairing concrete in a zone of variable level // Izvestia VNIIG named after B.E. Vedeneeva. - 2018. - T. 288. - P. 75-78.
20. Causes of destruction and concepts for repairing concrete and reinforced concrete building structures of hydraulic structures / V.M. Davidenko, G.F. Paromova, G.V. Okhapkin [and others] // News of VNIIG named after B.E. Vedeneeva. - 2017. - T. 286. - P. 3-9.
21. Decree of the President of the Russian Federation dated December 1, 2016 No. 642 “On the Strategy for Scientific and Technological Development of the Russian Federation.”
22. Decree of the President of the Russian Federation dated January 21, 2020 No. 20 “On approval of the Doctrine of Food Security of the Russian Federation.”
23. Novikov A.E., Komarova O.P. Problems and directions of research in irrigated agriculture // Land reclamation and water management. - 2021. - No. 5. - P. 8-10.
24. Novikov A.E., Novikov A.A. Scientific support for irrigated agriculture in arid territories. VNIIOZ-55 years // Irrigated agriculture. - 2022. - No. 3 (38). - P. 8-10.
25. Turapin S.S., Savushkin S.S., Kashtanov V.V. Operation of hydraulic structures of the reclamation complex of the Ministry of Agriculture of Russia // Ecology and construction. - 2018. - No. 2. - P. 19-26.
26. Land degradation and desertification in Russia: new approaches to analyzing the problem and finding ways to solve it / G.S. Kust, T.M. Kuderina, O.V. Andreeva [and others]. - M.: Pero Publishing House, 2019. - 235 p.
27. Kulikova E.V., Nigreeva V.A. The influence of hydraulic structures on the state of water resources in the Belgorod region // Models and technologies of environmental management. - 2020. - No. 1. - P. 18-23.
28. Kruzhilin I.P. Land reclamation is a necessary condition for a high level of development of agricultural production // Bulletin of the Russian Academy of Agricultural Sciences. - 2013. - No. 1. - P. 16-19.
29. Kruzhilin I.P., Novikov A.E., Dubenok N.N. Justification of the soil water regime and irrigation regulations for aerobic rice // Vestnik RSN. - 2021. - No. 1. - P. 62-66.
30. Abdrazakov F.K., Churkina K.I. The state of irrigation canals in the Saratov Trans-Volga region and ways to increase their efficiency // Agrarian scientific journal. - 2020. - No. 4. - P. 68-70.
31. Method for reconstructing expansion joints of anti-filtration concrete and reinforced concrete linings of hydraulic structures / S.Ya. Semenenko, D.P. Arkov, S.S. Marchenko [et al.] // Land reclamation and water management. - 2017. - No. 1. - P. 31-35.
32. Types and structure of repair work of hydro-reclamation systems of the Republic of Belarus / N.N. Dubenok, D.S. Dubyago, M.V. Klimakhina [and others] // Irrigated agriculture. - 2022. - No. 4 (39). - pp. 13-16.
33. Patent for invention No. 2769233 Russian Federation, IPC C04B 41/48. Method of gluing polyethylene film to the surface of freshly laid concrete / D.S. Dubyago, Yu.A. Mazhaisky, M.I. Golubenko [and others]. - Publ. 03/29/2022.
34. Dubyago D.S., Novikov A.E., Mazhaisky Yu.A. Improving the quality of concrete work during the repair and restoration of hydraulic structures on reclamation systems // Izvestia NV AUK. - 2022. - No. 4 (68). - pp. 561-568.
35. Semenenko S.Ya., Marchenko S.S., Arkov D.P. Design of channel slabs using composite reinforcement // Izvestia NV AUK. - 2021 - No. 4 (64). - pp. 378-390.
36. Semenenko S.Ya., Marchenko S.S., Novikov A.E. Comparison of calculated characteristics and experimental results of tests of concrete beams with composite reinforcement for deflection // Izvestia NV AUK. - 2022. - 4 (68). - pp. 434-440.
37. State program “Agricultural business 2021-2025”. Enter. 02/11/2021. - Minsk: National Legal Internet Portal of the Republic of Belarus, 2021. - 115 p.
38. Sudakov V.B., Vasilevsky A.G. On the repair of concrete and reinforced concrete structures in the zone of variable water horizon // Izvestia VNIIG im. B.E. Vedeneeva. - 2015. - T. 262. - P. 55-60.
39. Okhapkin G.V. Selection of methods for repairing concrete in a zone of variable level // Izvestia VNIIG named after B.E. Vedeneeva. - 2018. - T. 288. - P. 75-78.
40. Causes of destruction and concepts for repairing concrete and reinforced concrete building structures of hydraulic structures / V.M. Davidenko, G.F. Paromova, G.V. Okhapkin [and others] // News of VNIIG named after B.E. Vedeneeva. - 2017. - T. 286. - P. 3-9.
