Способ строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах и дреноукладчик для его осуществления

Способ строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах и дреноукладчик для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гидротехническому и мелиоративному строительству и может быть использовано при прокладке коллекторно-дренажной сети в водонасыщенных грунтах на деградированных орошаемых землях сельскохозяйственного назначения.

Известен способ строительства дренажа при высоком уровне стояния грунтовых вод, включающий предварительное водопонижение по трассе дрены с помощью иглофильтровых установок и последующую укладку дренажа полумеханизированным, траншейным или узкотраншейным методом (Е.Д.Томин. Бестраншейное строительство закрытого дренажа. Москва, «Колос», 1981, с.24-31).

Недостатками этого способа являются необходимость выполнения водопонижения, а также высокие капиталовложения при укладке коллекторных и дренажных труб.

Известен также способ строительства дренажа в условиях высокого стояния грунтовых вод, включающий укладку закрытых пластмассовых дрен в щель, разрезаемую в грунте ступенчатым рабочим органом бестраншейного дреноукладчика, при этом перфорированную дренажную трубу обсыпают песчано-гравийной смесью для создания фильтра (В.А.Духовный и др. Горизонтальный дренаж орошаемых земель. Москва, «Колос», 1979, с.187-192).

Недостатками этого способа являются высокая энергоемкость процесса резания грунта, а также необходимость обязательной обсыпки дренажной трубы дорогой песчано-гравийной смесью для создания фильтра, так как из-за уплотнения грунта стенок щели ступенчатым рабочим органом бестраншейного дреноукладчика приток воды к дрене резко сокращается. Кроме того, при использовании такого способа необходимо построить спланированное под уклон «корыто» для прохода дреноукладчика из-за невозможности применения автоматического регулирования уклона.

Наиболее близким к предлагаемому является способ строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, включающий укладку коллекторных и дренажных труб дреноукладчиком, осуществляющим разработку грунта, его измельчение и размешивание в траншее до состояния текучести цепным активным рабочим органом с обратным движению вращением и перемещение между стенками траншеи и пассивного рабочего органа дреноукладчика разработанного, измельченного и размешанного грунта, которым засыпают уложенную коллекторную или дренажную трубу, опускаемую в траншею через направляющий лоток пассивного рабочего органа, и принудительную подачу воды при укладке трубы в траншею (RU 2232844 C1, опубл. 20.07.2004).

При осуществлении этого способа производят укладку дрен с перекрытием стока воды в их устьях, закладку коллектора и последовательное подключение дрен к коллектору с одновременным открытием для стока воды, при этом укладку дрен производят одновременно с принудительной подачей воды в уложенную часть дрены через свободный ее конец и укрытием верхней части фильтрующей обсыпки изолирующим экраном, причем зону принудительной подачи воды в дрену перемещают вслед за перемещающейся границей уложенной части дрены со скоростью ее укладки.

Недостатками такого способа строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах являются следующие факторы:

- уровень грунтовых вод по трассе укладки дрены, как правило, изменяется по вертикали в зависимости от грунтовых условий, и разница отметок уровня грунтовых вод может достигать довольно большой величины, что затрудняет производство работ из-за меняющихся условий;

- осуществление укладки шланга для подачи воды в дренажную трубу весьма трудоемкий процесс, сложность которого зависит от диаметра трубы и диаметра подающего воду шланга, а при диаметре дренажной трубы 100 мм пропихнуть внутрь нее гибкий шланг диаметром 30 мм на длину до 100 метров чрезвычайно трудно. Кроме этого, водоподающий шланг необходимо убирать из дренажной трубы по мере укладки последней, что также весьма затруднительно;

- прокладка изолирующего экрана для защиты фильтрующей обсыпки значительно удорожает и усложняет процесс укладки трубчатых дренажных систем.

Устранить указанные недостатки и исключить технологическую операцию обсыпки дренажной трубы песчано-гравийной смесью для создания фильтра позволяет предлагаемый способ строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод.

Задачей настоящего изобретения в части способа является упрощение, ускорение и удешевление производства работ при строительстве трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, включающем укладку коллекторных и дренажных труб дреноукладчиком, осуществляющим разработку грунта, его измельчение и размешивание в траншее до состояния текучести цепным активным рабочим органом с обратным движению вращением и перемещение между стенками траншеи и пассивного рабочего органа дреноукладчика разработанного, измельченного и размешанного грунта, которым засыпают уложенную коллекторную или дренажную трубу, опускаемую в траншею через направляющий лоток пассивного рабочего органа, и принудительную подачу воды при укладке трубы в траншею, согласно изобретению перед разработкой траншей и укладкой коллекторных и дренажных труб производят выравнивание уровня грунтовых вод по трассам коллекторных и дренажных труб, для чего по этим трассам отрывают канавы, заполняют их водой и оставляют в залитом водой состоянии не менее чем на 1 день для смачивания водой из отрытых канав нижележащего грунта по трассам коллекторных и дренажных труб и выравнивания уровня грунтовых вод по этим трассам, после чего, не отключая подачи воды в канавы, производят последовательную укладку вначале коллекторных труб одной трассы, а затем подключаемых к ним дренажных труб, причем одновременно с началом опускания коллекторной или дренажной трубы в траншею через направляющий лоток в последний принудительно подают воду для его заполнения.

При этом канавы по трассам коллекторных и дренажных труб отрывают глубиной до 0,5 метра и шириной не более 1 метра для заполнения их водой.

Заполненные водой канавы оставляют в залитом водой состоянии, преимущественно, на 2-3 дня.

Известен дреноукладчик, включающий базовую машину и полунавесную раму, на которой последовательно установлены активный рабочий орган, механизм подачи грунта для обратной засыпки траншеи, бункер-укладчик дренажных труб и фильтра и отвалы для засыпки траншеи, смещенные относительно друг друга в направлении движения и установленные под углом в горизонтальной плоскости, причем для повышения качества работы дреноукладчика путем обеспечения обратной заделки траншеи грунтом жидкой консистенции рабочий орган снабжен механизмом подачи жидкости, а рама - отражателем, установленным над рабочим органом и выполненным в виде купола с размещенными внутри него и расположенными по бокам рабочего органа наклонными щитками, при этом дреноукладчик имеет наклонные симметричные и развернутые в направлении движения ножи, установленные между бункером и отвалами для засыпки (SU 1131975 A, опубл. 30.12.1984).

Недостатки этого известного дреноукладчика состоят в сложности его конструкции и высоких затратах энергии при отрывке траншеи и укладке дренажных труб, а также в необходимости использования дорогих песчано-гравийных смесей в качестве сыпучего фильтрующего материала.

Наиболее близким к предлагаемому является дреноукладчик для строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, включающий базовую машину, на несущей раме которой по ходу движения последовательно смонтированы цепной активный рабочий орган с обратным движению вращением и пассивный рабочий орган с установленным в нем направляющим лотком для опускания в траншею коллекторных и дренажных труб, и систему принудительной подачи воды, содержащую насос, имеющий всасывающий патрубок, предназначенный для забора воды из канавы, и напорную магистраль (RU 2232844 C1, опубл. 20.07.2004).

Недостатки этого известного дреноукладчика заключаются в высоких затратах энергии при отрывке траншеи и укладке дренажных труб, обусловленных значительной энергоемкостью процесса перемещения пассивного рабочего органа в разработанном, измельченном и размешанном до состояния текучести грунте, который при этом продавливается между стенками траншеи и пассивного рабочего органа, оказывая существенное сопротивление перемещению последнего, и затрудняет протаскивание через направляющий лоток пассивного рабочего органа и опускание в траншею коллекторных и дренажных труб, а также в необходимости использования дорогих песчано-гравийных смесей в качестве сыпучего фильтрующего материала.

Задачей настоящего изобретения в части дреноукладчика является снижение затрат энергии и удешевление производства работ при строительстве трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в дреноукладчике для строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, включающем базовую машину, на несущей раме которой по ходу движения последовательно смонтированы цепной активный рабочий орган с обратным движению вращением и пассивный рабочий орган с установленным в нем направляющим лотком для опускания в траншею коллекторных и дренажных труб, и систему принудительной подачи воды, содержащую насос, имеющий всасывающий патрубок, предназначенный для забора воды из канавы, и напорную магистраль, согласно изобретению пассивный рабочий орган выполнен в виде полого жесткого корпуса с поперечным сечением обтекаемой измельченным и размешанным до состояния текучести грунтом формы с заостренной передней частью, а направляющий лоток выполнен в поперечном сечении замкнутой формы и с внутренними размерами, соответствующими форме и внешним размерам опускаемых через него коллекторных и дренажных труб, и из легкого материала, имеющего низкий коэффициент трения об него коллекторной трубы и дренажной трубы, обернутой фильтрующим материалом, и установлен продольно в полости жесткого корпуса с возможностью съема для замены при изменении формы и внешних размеров используемых коллекторных и дренажных труб, при этом насос установлен в передней части базовой машины, а напорная магистраль соединена с направляющим лотком в его верхней части для подачи в него воды при опускании коллекторной или дренажной трубы в траншею.

Полый жесткий корпус в поперечном сечении может быть выполнен из двух изогнутых створок, направленных выпуклостями в противоположные боковые стороны, соединенных одними продольными кромками шарнирно в задней части корпуса и смыкаемых другими продольными кромками с образованием заостренной передней части корпуса.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан дреноукладчик для строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, вид сбоку; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

При осуществлении предлагаемого способа строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, производят укладку коллекторных и дренажных труб дреноукладчиком, осуществляющим разработку грунта, его измельчение и размешивание в траншее до состояния текучести цепным активным рабочим органом с обратным движению вращением и перемещение между стенками траншеи и пассивного рабочего органа дреноукладчика разработанного, измельченного и размешанного грунта, которым засыпают уложенную коллекторную или дренажную трубу, опускаемую в траншею через направляющий лоток пассивного рабочего органа, и принудительную подачу воды при укладке трубы в траншею.

При этом перед разработкой траншей и укладкой коллекторных и дренажных труб производят выравнивание уровня грунтовых вод по трассам коллекторных и дренажных труб, для чего по этим трассам, например плужным канавокопателем, отрывают канавы, предпочтительно глубиной до 0,5 метра и шириной не более 1 метра, и заполняют их водой. Так как дренажную систему строят на орошаемых землях, вода практически к этим землям подведена. Канавы оставляют в залитом водой состоянии не менее чем на 1 день, преимущественно на 2-3 дня, для смачивания водой из отрытых канав нижележащего грунта по трассам коллекторных и дренажных труб и выравнивания уровня грунтовых вод по этим трассам. После чего, не отключая подачи воды в канавы, производят последовательную укладку вначале коллекторных труб одной трассы, а затем подключаемых к ним дренажных труб. При этом наличие избытка воды в грунте формируемой траншеи улучшает процесс резания и рыхления грунта активным рабочим органом дреноукладчика, уменьшает коэффициент трения стали по грунту, увеличивает рабочий ресурс режущих элементов. Увеличение объема воды в измельченном грунте позволяет достигать тиксотропных превращений в грунте (В.Ф.Бабков и др. Основы грунтоведения и механики грунтов. Москва, «Высшая школа», 1976, с.25-31) и повышать его текучесть.

Одновременно с началом опускания коллекторной или дренажной трубы в траншею через направляющий лоток в последний принудительно подают воду для его заполнения. При этом при опускании дренажной трубы через направляющий лоток в него подают воду не менее 3 литров на погонный метр дренажной трубы, обернутой фильтрующей тканью. Такой расход воды позволяет заполнять направляющий лоток, промачивая фильтрующую ткань, и предохранять направляющий лоток от попадания в него разжиженного грунта. Кроме этого, вода, поступающая из направляющего лотка вместе с дренажной трубой в грунт, способствует дополнительному разжижению водонасыщенного грунта вокруг дренажной трубы. Ускоренный поток воды в дренажную трубу, который возникает сразу же после укладки дренажной трубы за счет градиента напора, позволяет промывать прилегающие к дренажной трубе слои грунта и образовывать в них дополнительную направленную к дренажной трубе систему пор. Воду для подачи в направляющий лоток забирают прямо из канавы и подают в пассивный рабочий орган дреноукладчика.

Дреноукладчик для строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, включает базовую машину 1, на несущей раме 2 которой по ходу движения последовательно смонтированы цепной активный рабочий орган 3 с обратным движению вращением рыхлящей цепи сверху вниз и пассивный рабочий орган 4 с установленным в нем направляющим лотком 5 для опускания в траншею коллекторных и дренажных труб 6, и систему принудительной подачи воды, содержащую насос 7, имеющий всасывающий патрубок, предназначенный для забора воды из канавы, и напорную магистраль 8. Пассивный рабочий орган 4 выполнен в виде полого жесткого корпуса 9 с поперечным сечением обтекаемой измельченным и размешанным до состояния текучести грунтом формы с заостренной передней частью 10, что позволяет снизить усилие протаскивания его в грунтовой массе до минимального значения.

Направляющий лоток 5 выполнен в поперечном сечении замкнутой формы и с внутренними размерами, соответствующими форме и внешним размерам опускаемых через него коллекторных и дренажных труб 6, и из легкого материала, имеющего низкий коэффициент трения об него коллекторной трубы и дренажной трубы, обернутой фильтрующим материалом, и установлен продольно в полости жесткого корпуса 9 с возможностью съема для замены при изменении формы и внешних размеров используемых коллекторных и дренажных труб 6. При этом насос 7 установлен в передней части базовой машины 1, а напорная магистраль 8 соединена с направляющим лотком 5 в его верхней части для подачи в него воды при опускании коллекторной или дренажной трубы 6 в траншею.

Полый жесткий корпус 9 пассивного рабочего органа 4 в поперечном сечении может быть выполнен из двух изогнутых створок 11, направленных выпуклостями в противоположные боковые стороны, соединенных одними продольными кромками шарнирно в задней части 12 корпуса 9 и смыкаемых другими продольными кромками с образованием заостренной передней части 10 корпуса 9.

При помощи вышеописанного дреноукладчика осуществляют строительство трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах следующим образом.

Дреноукладчик осуществляет разработку грунта цепным активным рабочим органом 3 с обратным движению вращением, при этом грунт остается в узкой (равной ширине резания грунта) траншее и размешивается до состояния текучести, что позволяет пассивному рабочему органу 4 перемещаться в этом грунте. Через направляющий лоток 5 для опускания в траншею и укладки коллекторных и дренажных труб 6 на дно траншеи укладывают дренажную трубу 6 повышенной водоприемной способности, шириной до 200 мм, имеющую в сечении любую форму, например форму эллипса. Дренажную трубу начинают укладывать после укладки коллекторной трубы. В месте стыковки дренажной трубы с коллекторной трубой отрывают приямок, а затем от приямка отрывают канаву, которую заполняют водой, причем приямок и канаву не соединяют между собой. Через некоторое время после выравнивания по трассе дренажной трубы уровня грунтовых вод начинают укладывать дренажную трубу.

В приямок опускают активный рабочий орган 3 дреноукладчика, подсоединяют укладываемую дренажную трубу 6 к коллекторной линии и начинают укладку дренажной трубы 6.

Одновременно с началом укладки дренажной трубы 6 включают подачу воды в направляющий лоток 5, в котором движется дренажная труба 6. После укладки дренажной трубы 6 по этой трассе приямок засыпают плодородным грунтом. При укладке дренажной трубы 6 вода, поступающая в направляющий лоток 5, смачивает фильтрующую ткань, обертывающую дренажную трубу 6, частично проникая внутрь дренажной трубы 6 и частично попадая в грунт вокруг дренажной трубы 6, что способствует созданию вокруг нее грунтовой массы повышенной влажности. Это способствует ускорению процесса водоотдачи грунта в дренажную систему за счет увеличения коэффициента фильтрации грунта, а также снижает давление грунта на дренажную трубу 6.

Таким образом, предлагаемый способ строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, и дреноукладчик для его осуществления позволяют быстро отводить воду из подтопленных земель сельскохозяйственного и промышленного назначения, сократив до минимума капитальные и энергетические затраты на прокладку коллекторно-дренажных систем.

1. Способ строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, включающий укладку коллекторных и дренажных труб дреноукладчиком, осуществляющим разработку грунта, его измельчение и размешивание в траншее до состояния текучести цепным активным рабочим органом с обратным движению вращением и перемещение между стенками траншеи и пассивного рабочего органа дреноукладчика разработанного, измельченного и размешанного грунта, которым засыпают уложенную коллекторную или дренажную трубу, опускаемую в траншею через направляющий лоток пассивного рабочего органа, и принудительную подачу воды при укладке трубы в траншею, отличающийся тем, что перед разработкой траншей и укладкой коллекторных и дренажных труб производят выравнивание уровня грунтовых вод по трассам коллекторных и дренажных труб, для чего по этим трассам отрывают канавы, заполняют их водой и оставляют в залитом водой состоянии не менее чем на 1 день для смачивания водой из отрытых канав нижележащего грунта по трассам коллекторных и дренажных труб и выравнивания уровня грунтовых вод по этим трассам, после чего, не отключая подачи воды в канавы, производят последовательную укладку вначале коллекторных труб одной трассы, а затем подключаемых к ним дренажных труб, причем одновременно с началом опускания коллекторной или дренажной трубы в траншею через направляющий лоток в последний принудительно подают воду для его заполнения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что канавы по трассам коллекторных и дренажных труб отрывают глубиной до 0,5 м и шириной не более 1 м для заполнения их водой.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что заполненные водой канавы оставляют в залитом водой состоянии преимущественно на 2-3 дня.

4. Дреноукладчик для строительства трубчатых дренажных систем в водонасыщенных грунтах, преимущественно на деградированных орошаемых землях при подъеме уровня грунтовых вод, включающий базовую машину, на несущей раме которой по ходу движения последовательно смонтированы цепной активный рабочий орган с обратным движению вращением и пассивный рабочий орган с установленным в нем направляющим лотком для опускания в траншею коллекторных и дренажных труб, и систему принудительной подачи воды, содержащую насос, имеющий всасывающий патрубок, предназначенный для забора воды из канавы, и напорную магистраль, отличающийся тем, что пассивный рабочий орган выполнен в виде полого жесткого корпуса с поперечным сечением обтекаемой измельченным и размешанным до состояния текучести грунтом формы с заостренной передней частью, а направляющий лоток выполнен в поперечном сечении замкнутой формы и с внутренними размерами, соответствующими форме и внешним размерам опускаемых через него коллекторных и дренажных труб, и из легкого материала, имеющего низкий коэффициент трения об него коллекторной трубы и дренажной трубы, обернутой фильтрующим материалом, и установлен продольно в полости жесткого корпуса с возможностью съема для замены при изменении формы и внешних размеров используемых коллекторных и дренажных труб, при этом насос установлен в передней части базовой машины, а напорная магистраль соединена с направляющим лотком в его верхней части для подачи в него воды при опускании коллекторной или дренажной трубы в траншею.

5. Дреноукладчик по п. 4, отличающийся тем, что полый жесткий корпус в поперечном сечении выполнен из двух изогнутых створок, направленных выпуклостями в противоположные боковые стороны, соединенных одними продольными кромками шарнирно в задней части корпуса и смыкаемых другими продольными кромками с образованием заостренной передней части корпуса.