УДК 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
ГРНТИ 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
ОКСО 35.06.01 Сельское хозяйство
ББК 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
ТБК 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Проанализированы причины появления дефектов бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений мелиоративных систем Республики Беларусь. Установлено, значительные разрушения происходят в зоне переменного уровня воды в сравнении с подводной и надводной зонами, что обусловлено значительными колебаниями температуры воздуха от 0 °C, а также циклами замораживания – оттаивания воды. Согласно выполненного анализа проектно-сметной документации на ремонты различного назначения ГТС производство бетонных и сопутствующих работ составляет 48…73 % от общего объема ремонтных работ, что указывает на необходимость совершенствования технологии ремонтов и повышения их качества. Для повышения эксплуатационной надежности бетонных и железобетонных конструкций рекомендуется при устройстве противофильтрационных облицовок использование композитной арматуры (АСК Ø 8 мм) и полиэтиленовой пленки.
дефекты, бетонные и железобетонные конструкции, гидротехнические сооружения, мелиоративные системы.
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. Указ Президента Российской Федерации от 01.12.2016 № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации».
2. Указ Президента Российской Федерации от 21.01.2020 № 20 «Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации».
3. Новиков А.Е., Комарова О.П. Проблемы и направления исследований в орошаемом земледелии // Мелиорация и водное хозяйство. - 2021. - № 5. - С. 8-10.
4. Новиков А.Е., Новиков А.А. Научное обеспечение орошаемого земледелия аридных территорий. ВНИИОЗу-55 лет // Орошаемое земледелие. - 2022. - № 3 (38). - С. 8-10.
5. Турапин С.С., Савушкин С.С., Каштанов В.В. Эксплуатация гидротехнических сооружений мелиоративного комплекса Минсельхоза России // Экология и строительство. - 2018. - № 2. - С. 19-26.
6. Деградация земель и опустынивание в России: новейшие подходы к анализу проблемы и поиску путей ее решения / Г.С. Куст, Т.М. Кудерина, О.В. Андреева [и др.]. - М.: Изд-во «Перо», 2019. - 235 с.
7. Куликова Е.В., Нигреева В.А. Влияние гидротехнических сооружений на состояние водных ресурсов Белгородской области // Модели и технологии природообустройства. - 2020. - № 1. - С. 18-23.
8. Кружилин И.П. Мелиорация земель - необходимое условие высокого уровня развития сельскохозяйственного производства // Вестник РАСХН. - 2013. - № 1. - С. 16-19.
9. Кружилин И.П., Новиков А.Е., Дубенок Н.Н. Обоснование водного режима почвы и регламента поливов аэробного риса // Вестник РСН. - 2021. - № 1. - С. 62-66.
10. Абдразаков Ф.К., Чуркина К.И. Состояние оросительных каналов Саратовского Заволжья и пути повышения их эффективности // Аграрный научный журнал. - 2020. - № 4. - С. 68-70.
11. Способ реконструкции деформационных швов противофильтрационных бетонных и железобетонных облицовок гидротехнических сооружений / С.Я. Семененко, Д.П. Арьков, С.С. Марченко [и др.] // Мелиорация и водное хозяйство. - 2017. - № 1. - С. 31-35.
12. Виды и структура ремонтных работ гидромелиоративных систем Республики Беларусь / Н.Н. Дубенок, Д.С. Дубяго, М.В. Климахина [и др.] // Орошаемое земледелие. - 2022. - № 4 (39). - С. 13-16.
13. Патент на изобретение № 2769233 Российская Федерация, МПК C04B 41/48. Способ приклеивания пленки полиэтиленовой к поверхности свежеуложенного бетона / Д.С. Дубяго, Ю.А. Мажайский, М.И. Голубенко [и др.]. - Опубл. 29.03.2022.
14. Дубяго Д.С., Новиков А.Е., Мажайский Ю.А. Повышение качества проводимых бетонных работ при ремонте и восстановлении конструкций гидротехнических сооружений на мелиоративных системах // Известия НВ АУК. - 2022. - № 4 (68). - С. 561-568.
15. Семененко С.Я., Марченко С.С., Арьков Д.П. Конструирование канальных плит с применением композитной арматуры // Известия НВ АУК. - 2021 - № 4 (64). - С. 378-390.
16. Семененко С.Я., Марченко С.С., Новиков А.Е. Сравнение расчетных характеристик и экспериментальных результатов испытаний бетонных балок с композитной арматурой на прогиб // Известия НВ АУК. - 2022. - 4 (68). - С. 434-440.
17. Государственная программа «Аграрный бизнес 2021-2025 годы». Введ. 11.02.2021. - Минск: Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь, 2021. - 115 с.
18. Судаков В.Б., Василевский А.Г. О ремонте бетонных и железобетонных конструкций в зоне переменного горизонта воды // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 2015. - Т. 262. - С. 55-60.
19. Охапкин Г.В. Выбор способов ремонта бетона в зоне переменного уровня // Известия ВНИИГ им Б.Е. Веденеева. - 2018. - Т. 288. - С. 75-78.
20. Причины разрушения и концепции ремонта бетонных и железобетонных строительных конструкций гидротехнических сооружений / В.М. Давиденко, Г.Ф. Паромова, Г.В. Охапкин [и др.] // Известия ВНИИГ им Б.Е. Веденеева. - 2017. - Т. 286. - С. 3-9.
21. Указ Президента Российской Федерации от 01.12.2016 № 642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации».
22. Указ Президента Российской Федерации от 21.01.2020 № 20 «Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации».
23. Новиков А.Е., Комарова О.П. Проблемы и направления исследований в орошаемом земледелии // Мелиорация и водное хозяйство. - 2021. - № 5. - С. 8-10.
24. Новиков А.Е., Новиков А.А. Научное обеспечение орошаемого земледелия аридных территорий. ВНИИОЗу-55 лет // Орошаемое земледелие. - 2022. - № 3 (38). - С. 8-10.
25. Турапин С.С., Савушкин С.С., Каштанов В.В. Эксплуатация гидротехнических сооружений мелиоративного комплекса Минсельхоза России // Экология и строительство. - 2018. - № 2. - С. 19-26.
26. Деградация земель и опустынивание в России: новейшие подходы к анализу проблемы и поиску путей ее решения / Г.С. Куст, Т.М. Кудерина, О.В. Андреева [и др.]. - М.: Изд-во «Перо», 2019. - 235 с.
27. Куликова Е.В., Нигреева В.А. Влияние гидротехнических сооружений на состояние водных ресурсов Белгородской области // Модели и технологии природообустройства. - 2020. - № 1. - С. 18-23.
28. Кружилин И.П. Мелиорация земель - необходимое условие высокого уровня развития сельскохозяйственного производства // Вестник РАСХН. - 2013. - № 1. - С. 16-19.
29. Кружилин И.П., Новиков А.Е., Дубенок Н.Н. Обоснование водного режима почвы и регламента поливов аэробного риса // Вестник РСН. - 2021. - № 1. - С. 62-66.
30. Абдразаков Ф.К., Чуркина К.И. Состояние оросительных каналов Саратовского Заволжья и пути повышения их эффективности // Аграрный научный журнал. - 2020. - № 4. - С. 68-70.
31. Способ реконструкции деформационных швов противофильтрационных бетонных и железобетонных облицовок гидротехнических сооружений / С.Я. Семененко, Д.П. Арьков, С.С. Марченко [и др.] // Мелиорация и водное хозяйство. - 2017. - № 1. - С. 31-35.
32. Виды и структура ремонтных работ гидромелиоративных систем Республики Беларусь / Н.Н. Дубенок, Д.С. Дубяго, М.В. Климахина [и др.] // Орошаемое земледелие. - 2022. - № 4 (39). - С. 13-16.
33. Патент на изобретение № 2769233 Российская Федерация, МПК C04B 41/48. Способ приклеивания пленки полиэтиленовой к поверхности свежеуложенного бетона / Д.С. Дубяго, Ю.А. Мажайский, М.И. Голубенко [и др.]. - Опубл. 29.03.2022.
34. Дубяго Д.С., Новиков А.Е., Мажайский Ю.А. Повышение качества проводимых бетонных работ при ремонте и восстановлении конструкций гидротехнических сооружений на мелиоративных системах // Известия НВ АУК. - 2022. - № 4 (68). - С. 561-568.
35. Семененко С.Я., Марченко С.С., Арьков Д.П. Конструирование канальных плит с применением композитной арматуры // Известия НВ АУК. - 2021 - № 4 (64). - С. 378-390.
36. Семененко С.Я., Марченко С.С., Новиков А.Е. Сравнение расчетных характеристик и экспериментальных результатов испытаний бетонных балок с композитной арматурой на прогиб // Известия НВ АУК. - 2022. - 4 (68). - С. 434-440.
37. Государственная программа «Аграрный бизнес 2021-2025 годы». Введ. 11.02.2021. - Минск: Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь, 2021. - 115 с.
38. Судаков В.Б., Василевский А.Г. О ремонте бетонных и железобетонных конструкций в зоне переменного горизонта воды // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. - 2015. - Т. 262. - С. 55-60.
39. Охапкин Г.В. Выбор способов ремонта бетона в зоне переменного уровня // Известия ВНИИГ им Б.Е. Веденеева. - 2018. - Т. 288. - С. 75-78.
40. Причины разрушения и концепции ремонта бетонных и железобетонных строительных конструкций гидротехнических сооружений / В.М. Давиденко, Г.Ф. Паромова, Г.В. Охапкин [и др.] // Известия ВНИИГ им Б.Е. Веденеева. - 2017. - Т. 286. - С. 3-9.
