Пример из практики: Ремонт поврежденного ирригационного канала с помощью цементобетонных полотен.

Введение
Ирригационные каналы являются важнейшей инфраструктурой для сельского хозяйства, но многие стареющие сооружения страдают от просачивания воды, разрушения и даже катастрофических аварий. Традиционные методы восстановления — каменная насыпь, монолитный бетон или гибкие мембраны — часто сопряжены с чрезмерными затратами, длительными сроками строительства или ограниченной долговечностью. В данном исследовании рассматривается реальный проект: ирригационный канал длиной 2,5 километра, который вышел из строя из-за сильного подмывания и нестабильности склона. В качестве решения были выбраны цементные маты (также известные как цементные сетки). Мы подробно рассмотрим проблему, рассмотренные варианты, процесс установки и долгосрочные результаты. В процессе мы оценим цементные покрытия с различными технологиями облицовки, включая облицовку для дренажных канав, пластиковую облицовку для дренажных канав и пластиковую облицовку для канав, чтобы понять, почему цементное покрытие раньше было предпочтительным выбором.

Проблема – Приходящий в упадок канал в сельскохозяйственном регионе
Рассматриваемый канал изначально был построен в 1970-х годах как необлицованный земляной канал. Десятилетия сноса воды постепенно размывали берега и дно. К 2022 году выявились три типа разрушения. Во-первых, потери на фильтрацию достигли 40% отводимой воды, то есть почти половина воды так и не достигла расположенных ниже по течению ферм. Во-вторых, после сильных дождей начали проседать перенасыщенные водой берега, блокируя канал и требуя экстренного дноуглубления. В-третьих, на участках с высокой скоростью течения вблизи водосбросных сооружений произошло подмывание у основания берега, что угрожало полным прорывом. На участке длиной 300 метров уже произошел полный прорыв, образовалась 5-метровая дыра, которая перекрыла водоснабжение 1200 гектаров рисовых полей. Местному водохозяйственному управлению требовался быстрый, надежный и экономически эффективный ремонт.

Прежде чем принять решение об использовании цементобетонных покрытий, инженеры оценили гибкий вкладыш для дренажной канавы на поврежденном участке. Традиционный вкладыш для дренажной канавы из полиэтилена должен был бы остановить просачивание, однако он не решил бы проблему структурной нестабильности берегов канала. Без армирования такой вкладыш был бы пробит камнями или животными и не оказывал бы сопротивления гидравлическому подъему. Эта сложность заставила бригаду задуматься о более тяжелых решениях.

Почему были выбраны цементно-бетонные одеяла?
Бетонные маты представляют собой гибкие геотекстильные сетки, пропитанные сухой бетонной смесью. После укладки на подготовленный склон и увлажнения они превращаются в тонкий (10–20 мм), прочный и непроницаемый бетонный слой. Для этого аварийного ирригационного канала выделился ряд преимуществ. Установка быстрая — мат можно развернуть, закрепить и увлажнить за несколько дней, а не недель. Мат повторяет неровные, размытые контуры, в отличие от негибких сборных панелей. Затвердевший мат практически непроницаем, исключая просачивание. И он лучше, чем гибкие мембраны, противостоит гидравлическому подъему, размыву и воздействию циклов замерзания-оттаивания.

Кроме того, группа исследователей рассматривала в качестве альтернативы пластиковую облицовку для дренажных канав. Обычная пластиковая облицовка для дренажных канав (например, из полиэтилена высокой плотности толщиной 40 мил) отлично предотвращает утечку воды, но для ее использования требуется ровное, уплотненное основание и защитное геотекстильное или грунтовое покрытие. В канале, который уже пострадал от проседания грунта, основание было неровным и неустойчивым. Установка пластиковой облицовки потребовала бы значительных работ по выравниванию и уплотнению, что увеличило бы сроки выполнения работ на несколько недель. Более того, пластиковая облицовка для дренажных канав не обеспечивает усиления откоса; если грунт за ней смещается, облицовка рвется. В отличие от цементобетонного покрытия, цементные плиты мягко сцепляются с грунтом и образуют негибкую оболочку, которая распределяет нагрузки.

Ещё одним вариантом раньше была стандартная пластиковая облицовка для канав — более лёгкая, обычно неармированная мембрана. Хотя она дешевле и удобнее в обращении, пластиковая облицовка подвержена воздействию ультрафиолетового излучения, повреждениям от грызунов и проколам от мусора. В ирригационном канале, состоящем из осадка и иногда древесного мусора, риск выхода из строя в течение 5 лет был неприемлемо высок. Цементные покрытия, после затвердевания, выдерживают истирание и удары, что делает их пригодными для длительного использования.

Пошаговый процесс ремонта
В ходе восстановительных работ был охвачен поврежденный участок длиной 300 метров, а также прилегающие опасные участки длиной 200 метров, что в общей сложности составило 500 метров. Проект осуществлялся в 5 логических этапов.

Первым этапом была подготовка участка. Аварийная зона была осушена, а осыпавшиеся частицы — удалены. Обрушившиеся откосы были срезаны и приведены к устойчивому уклону 1,5:1 (горизонталь к вертикали). Был уложен 100-миллиметровый слой песка, выполняющий функции дренажного и выравнивающего основания, а также служащий защитной прослойкой, предохраняющей покрытие от острых предметов в процессе гидратации.

Во-вторых, были развернуты одеяла. На площадку были доставлены рулоны цементобетонного одеяла (каждый шириной два метра и длиной 20 метров). Бригада развернула их вдоль канала и по боковым склонам, перекрывая соседние рулоны на 100 мм. Одеяла были закреплены на вершине здания и вдоль его основания металлическими скобами и заземляющими штифтами.

В-третьих, произошло увлажнение и затвердевание. С помощью системы струйного распыления воды под низким давлением листы были равномерно насыщены влагой. Цементная смесь внутри гидратировалась экзотермически, и в течение 24 часов лист затвердел, образовав прочный бетонный слой. Группа выдерживала поверхность влажной еще 72 часа, чтобы обеспечить полное затвердевание.

В-четвертых, стыки были герметизированы и защищены. Перекрытия были заделаны цементным раствором для создания непрерывного непроницаемого барьера. На верхнем и нижнем концах водоотводного полотна ранее встраивали в существующие бетонные здания (опорные стены и водосбросные колодцы), чтобы предотвратить подмывание ремонтных работ водой.

В-пятых, обратная засыпка и восстановление растительного покрова выполнили свою задачу. Тонкий слой плодородной почвы был уложен поверх защитного покрытия банка (там, где это было разрешено) и засеян травой, что улучшило эстетику и снизило тепловую нагрузку на бетон.

В ходе аналогичного проекта подрядчик установил отдельную облицовку для дренажной канавы вдоль 150-метрового ответвления, питающего главный канал. Это ответвление имело низкую скорость течения и надежные берега, поэтому гибкая облицовка для дренажной канавы (армированный полиэтилен) была там просто великолепна. Однако для поврежденного участка главного канала цементобетонное покрытие оказалось действительно лучшим вариантом.

Результаты работы за два года
Благодаря высококачественным результатам ремонта и мониторинга, два ирригационных сезона были успешно завершены. Просачивание через отремонтированный участок снизилось с примерно 40% до менее чем 2%. Фермеры, проживающие ниже по течению, отметили увеличение надежной подачи воды на 25%. Обследования берегов канала подтвердили отсутствие провисаний или оползней. Цементно-бетонное покрытие сохранило свою целостность даже после нескольких циклов замерзания-оттаивания. Во время столетнего шторма скорость течения превысила 3 ​​м/с, но покрытие осталось целым, в то время как прилегающие неотремонтированные земляные участки подверглись эрозии. За два года с момента установки на отремонтированном участке не потребовалось ни ремонта, ни очистки от ила — разительный контраст с существовавшей ранее необходимостью экстренного технического обслуживания каждые 4–6 месяцев.

Для сравнения, боковой участок, где была установлена ​​гибкая пластиковая облицовка для дренажной канавы, потребовал двух ремонтных работ по устранению проколов (один от камнепада, другой от норы грызуна). Эта пластиковая облицовка для дренажной канавы, тем не менее, по-прежнему нуждается в постоянном техническом обслуживании. Однако цементно-бетонное покрытие основного канала не требует обслуживания. Когда власти рассматривали возможность облицовки каждого другого участка с высоким риском, они снова отказались от модной пластиковой облицовки канавы из-за ее уязвимости. Вместо этого они отдали предпочтение цементно-бетонным покрытиям для всех будущих ремонтных работ в местах с высокой скоростью течения или нестабильной погодой.

Сравнение затрат и выгод
Для отремонтированного участка длиной 500 метров была проведена полная оценка стоимости на протяжении всего жизненного цикла. Стоимость цементобетонного покрытия составила 18 500 долларов США за материалы и укладку (примерно 37 долларов США за погонный метр для задней части длиной 2 метра плюс боковые откосы). Прогнозируемый срок службы составляет более 25 лет при минимальном техническом обслуживании, что дает общую стоимость за 25 лет около 22 000 долларов США, включая мелкий ремонт трещин. Монолитный бетон обошелся бы в 52 000 долларов США и занял бы шесть недель вместо десяти дней. Каменная насыпь с глиняным сердечником обошлась в 31 000 долларов, однако она уже не была абсолютно непроницаемой, всё ещё пропуская 10–15% воды за счёт просачивания; за 25 лет стоимость этой потерянной воды составила 45 000 долларов, что сделало её самым дорогим вариантом в целом. Гибкая пластиковая облицовка для дренажной канавы (тяжелого класса) имела первоначальную стоимость 14 000 долларов, но ожидаемый срок службы составлял всего 12–15 лет из-за риска воздействия ультрафиолетового излучения и проколов. Два основных ремонта за 25 лет обойдутся в общей сложности в 28 000 долларов, плюс расходы на простой. Даже недорогая пластиковая облицовка канавы стоимостью 8 000 долларов на начальном этапе потребует универсальной альтернативы и не обеспечит структурной поддержки.

Бетонное покрытие обеспечило хорошую стабильность благодаря низкой первоначальной стоимости, высокой долговечности и отсутствию просачивания. Для дренажных каналов с низким давлением и малым расходом обычная пластиковая облицовка канавы все еще может быть подходящей. Но для крупного ирригационного канала с высокими расходами, представляющего угрозу для государственного бюджета, бетонное покрытие предпочтительнее. После этого исследования водохозяйственное управление пересмотрело свои инженерные требования, классифицировав бетонные покрытия как предпочтительное покрытие для всех ремонтных работ на «критических участках».

Извлеченные уроки
В результате этого проекта появилось несколько ключевых инструкций. Правильная практика земляного полотна имеет важное значение — даже высококачественное цементобетонное покрытие не может перекрыть огромные пустоты, а направление выравнивания песка оказалось решающим. Перекрытия должны быть не менее ста мм и заделаны цементным раствором, чтобы предотвратить попадание воды под одеяло. Гидратацию следует тщательно контролировать: слишком много воды вымывает цементные частицы, слишком мало оставляет сухие карманы; рекомендуется использовать калиброванный распылитель. Наконец, интеграция покрытия с существующими конструкциями - вставка в передние стены, ящики для сброса или желоба - предотвращает размыв по сторонам.

Кроме того, в ходе исследования было доказано, что цементобетонные покрытия могут использоваться наряду с обычными облицовочными материалами для дренажных канав. В аналогичной ирригационной системе облицовка дренажной канавы (гибкая мембрана) удовлетворительно справляется со своей задачей в условиях низкой энергии. Но для неукрепленных склонов главного канала ничто, кроме цементобетонного покрытия, не подошло бы. Инженеры должны постоянно адаптировать технологию облицовки к гидравлическим и геотехническим требованиям. Кроме того, гладкое, труднопроходимое дно цементобетонного покрытия предотвращало проникновение корней близлежащих ив и тростника — преимущество перед пластиковой облицовкой канавы, которая может быть повреждена агрессивными корнями.

Заключение
Восстановление вышедшего из строя оросительного канала с использованием цементобетонных подушек когда-то имело оглушительный успех. В течение десяти дней 500-метровая часть, пострадавшая от катастрофической эрозии и просачивания, однажды превратилась в прочную, непроницаемую и не требующую особого ухода систему транспортировки воды. Два года эксплуатации доказали стойкость одеяла к размыву, замерзанию, оттаиванию и гидравлическому поднятию. В отличие от таких вариантов, как монолитный бетон, каменная наброска или гибкие мембраны, включая облицовку для дренажной канавы, пластиковую облицовку для дренажной канавы и пластиковую облицовку канавы, цементно-бетонное покрытие оказалось наиболее экономически эффективным в течение 25-летнего жизненного цикла.

Для ирригационных округов, водохозяйственных организаций и инженеров-строителей, сталкивающихся со схожими проблемами, цементобетонные покрытия представляют собой эффективное решение. Они сочетают в себе гибкость геосинтетических материалов с прочностью и водонепроницаемостью бетона. Хотя пластиковая облицовка для дренажных канав может также подойти для каналов с низким уровнем нагрузки, а простая пластиковая облицовка для канав может быть достаточной для коротких каналов, ничто не сравнится с цементобетонным покрытием, когда канал уже вышел из строя и нуждается в постоянном, надежном решении. Данный пример демонстрирует, что при правильном планировании и установке цементобетонные покрытия могут быстро, доступно и экологично восстановить старую ирригационную инфраструктуру.

Связаться с нами

Название компании: Шаньдунская компания новых материалов Chuangwei, LTD.

Контактное лицо :Джейден Сильван

Контактный номер:+86 19305485668

Ватсап:+86 19305485668

Корпоративная электронная почта: cggeosynthetics@gmail.com

Адрес предприятия:Парк предпринимательства, район Даюэ, город Тайань.

                                Провинция Шаньдун