Противофильтрационные устройства из полимерных материалов

Противофильтрационные устройства из полимерных мате­риалов применяют для водоемов чистой воды, накопителей жидких отходов (накопителей промышленных сточных вод, биологических прудов, накопителей дождевых сточных вод, прудов-отстойников, бассейнов-испарителей), накопителей твердых отходов (хвостохранилищ, золоотвалов ТЭС, шламо-хранилищ, навозохранилищ, городских свалок) и противопо­жарных водоемов.

Противофильтрационное устройство из полиэтиленовой плен­ки включает пленочный элемент, подстилающий и защитные слои.

Противофильтрационные устройства из полиэтиленовой плен­ки не применяют, если:

- в жидких и твердых отходах содержатся загрязнения в раство­ренном, коллоидном или нерастворенном состоянии, к химичес­кому составу и поверхностно-активному воздействию которых по­лиэтиленовая пленка не обладает надлежащей стойкостью;

- температура пленочного элемента, закрытого защитным слоем толщиной 0,5 м, будет превышать в процессе эксплуатации 20 °С;

- при отрицательной температуре наружного воздуха не пред­ставляется возможным обеспечить требуемое качество подстилаю­щего и защитного слоя (максимальная крупность частиц до 5 мм; не должно быть льда, снега, камней, комьев грунта;

-стойкость против агрессивного действия складируемой сточной воды), а ка­чество пленочного элемента — требованиям сплошности и проч­ности швов (прочность шва не должна быть ниже 80 % прочности основного материала);

- в основании сооружений залегают грунты, не удовлетворяю­щие требованиям, предъявляемым главой СНиП по проектирова­нию плотин из грунтовых материалов, а также если это грунты, склонные к неравномерным деформациям, вечномерзлые или не­стойкие к агрессивному воздействию складируемых промышлен­ных отходов.

Основные схемы пленочных противофильтрационных устройств. Их подразделяют на экраны (рис. 1.5, а, д); диафрагмы вертикаль­ные (рис. 1.5, в, г) или наклонные (рис. 1.5, б).

По конструкции поперечного профиля противофильтрацион­ные устройства из полиэтиленовой пленки могут быть прямые (см. рис. 1.5, а, б, г) или ступенчатые (см. рис. 1.5, в).

Рис. 1.5. Типы пленочных противофильтрационных устройств накопителей: а, д — экраны; б...г — наклонная и вертикальные диафрагмы; 1 — пленочное покрытие; 2 — защитный слой грунта; 3 — пригрузка; 4 — подстилающий слой фунта; 5 — крепление края пленочного покрытия; 6 — дренаж

Основные схемы конструкций противофильтрационных уст­ройств из полиэтиленовых пленок показаны на рисунках 1.6 и 1.7.

Пленочные противофильтрационные устройства выполняют, как правило, однослойными из пленочного элемента, укладывае­мого на подстилающий слой и закрываемого сверху защитным слоем (рис. 1.6, а), использование в качестве защитного слоя воды или шламов (рис. 1.6, в, г) должно быть обосновано в проекте.

Рис. 1.6. Варианты конструкций однослойного противофильтрационного устройства из полиэтиленовой пленки: а — подстилающий и защитный слои из песка; б — подстилающий и защитный слои из не­связного грунта с включениями остроугольных частиц, полиэтиленовая пленка защищена про­кладками; в — защитный слой из воды, подстилающий — из песка; г — защитный слой из шламов, подстилающий — из песка; д — подстилающий слой из местного фунта, защитный — из песка; 1 — полиэтиленовая пленка; 2 — подстилающий слой из фунта; 3 — защитный слой из фунта; 4 — защитные прокладки; 5, 6 — соответственно подстилающий и защитный слои из несвязного фунта с включениями остроугольных частиц; 7 — слой воды; 8 — слой шлама; 9 — основание

Однослойное пленочное противофильтрационное устройство, выполняемое с применением защитных прокладок, укладываемых с обеих сторон пленочного элемента (рис. 1.6, б), устраивают при наличии в грунте подстилающего и защитного слоев частиц, ко­торые могут повредить пленочный элемент.

Рис. 1.7. Конструкции двухслойного (а, б) и комбинированного (в) противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки: а — верхний и нижний противофильтрационные слои выполнены из пленки; б — верхний противофильтрационный слой выполнен из пленки, нижний — из уплотненной глины; в — противофильтрационный слой выполнен из пленки, поверх которой отсыпан глинистый грунт; 1 — полиэтиленовая пленка; 2 — подстилающий слой из грунта; 3 — защитный слой из фунта; 4 — основание; 5 — дренажный слой; 6 — дренажная труба; 7 — слой уплотненного глинистого фунта; 8 — слой глинистого фунта

Двухслойное пленочное противофильтрационное устройство (рис. 1.7, а) применяют при наличии в сточной жидкости токсич­ных загрязнений.

В противофильтрационном устройстве (рис. 1.7, б) нижний пленочный элемент заменен слоем уплотненного глинистого грунта, в дренажном слое создается вакуум (порядка 0,01 МПа). При этом слой глиняного грунта после уплотнения должен иметь толщину не менее 0,6 м.

Комбинированное пленочное противофильтрационное устрой­ство состоит из пленочного элемента и уложенного поверх него глинистого слоя, а также подстилающего и защитного слоев (рис. 1.7, в), толщина защитного слоя из грунта должна быть не менее 0,5 м.

Полимерные пленочные экраны. Они обладают следу­ющими достоинствами: высокой водонепроницаемостью (фильт­рационные потери менее 2 %), эластичностью, прочностью, высо­кой технологичностью при сравнительно низкой стоимости (в 2...2,5 раза меньше стоимости асфальтобетона), их легко сварвать и склеивать.

Экраны из полимерных материалов применяют на плотинах третьего и четвертого классов, а при обосновании — на плотинах первого и второго классов высотой до 60 м. Для изготовления экранов применяются полиэтиленовые, поливинилхлоридные, бутилкаучуковые пленки толщиной 0,6...1,5 мм и более. Пленочные экраны предварительно сваривают (склеивают), изготавливая ук­рупненные полотнища, или соединяют рулоны на месте. Экран необходимо защищать от механических повреждений (грунтовый подстилающий слой толщиной 0,1...0,3 м из грунта крупностью d< 5 мм).

Для борьбы с грызунами и корнями растений, повреждающими пленку, защитный слой экрана специально обрабатывают.

Полиэтиленовые экраны располагают в верхней призме пло­тины (дамбы) и на дне сооружения. Они состоят из подстилаю­щего слоя, пленочного или листового элемента и защитного слоя, а в случае необходимости и дополнительных защитных прокладок.

По конструкции поперечного профиля различают прямые и ступенчатые экраны.

Для устройства подстилающего и защитного слоев используют несвязные естественные грунты, золошлаковый материал, отходы горнорудной промышленности (хвосты), прокладки из эластично­го вспененного полимерного материала, прокладки из рулонного и листового полиэтилена и т. д.

Толщину полиэтиленового экрана, расположенного в несвяз­ных грунтах, назначают:

- при отсутствии в эксплуатационный период на участках противофильтрационного элемента растягивающих напряжений;

- толщина элемента, мм,

(1)

- отсутствии в строительный период в пленке сквозных отвер­стий на контактах ее с грунтовыми частицами (условие неповреж­даемости);

- толщина элемента, мм,

δ≥ 0,003Hd_п (2)

где d_п — расчетный диаметр пор грунта, мм;

п* — коэффициент, учитывающий влияние на толщину противофильтрационного элемента, при отсутствии прокла­док п* = 1, при прокладках из поролона толщиной 10 мм п* = 2;

q — среднее дав­ление ходовых частей механизмов на грунт защитного слоя, Па;

h — толщина за­щитного слоя, м;

γ — объемный вес скелета грунта, т/м³;

Н — напор воды на противофильтрационный экран, м.

Расчетный диаметр поры несвязного грунта

d_n = φA/B,

где φ — коэффициент, зависящий от значения отношения А/В, здесь А — сумма произведений всех максимальных диаметров фракций на процентное содержание этих фракций в грунте; при этом берут максимальные диаметры тех фракций, ди­аметры частиц которых превышают (dw — размеры фракций грунта, масса ко­торых вместе с массой более мелких фракций составляет 90 %) или включают в себя это значение;

В — суммарное процентное содержание в грунте рассматривае­мых фракций:

А/В, мм 5 10 20 30 50 100

φ 0,942 0,892 0,854 0,724 0,537 0,300

при А/В < 5, φ = 1,0.

За окончательную толщину противофильтрационного экрана принимают большее значение, полученное по формулам (1) и (2).

Расчет по формуле (1) обязателен для конструкций, у кото­рых δ/d_п ≤ 0,2. В остальных случаях толщину полиэтиленового эк­рана принимают в соответствии с формулой (2), но не менее 0,2 мм.

Конструкция узла сопряжения должна обеспечивать его водо­непроницаемость. В качестве уплотняющих прокладок рекомен­дуют мягкую резину, вспененную резину, эластичный пенопласт и др. Узел сопряжения для дополнительной герметизации заливают и обмазывают битумной мастикой, разогретой до температуры не выше 75 °С.

Устраивать противофильтрационный элемент целесообразно в безветренную погоду. Уложенные полотнища должны быть засы­паны грунтом по возможности в кратчайший срок.

Заделку экранов и диафрагм в берега и элементы бетонных со­оружений и устройство компенсаторов желательно выполнять после отсыпки и уплотнения защитного слоя.

Сопряжение полиэтиленового полотнища с грунтовыми (скальными) основаниями или бетонными сооружениями выпол­няют после бетонирования сооружения и снятия опалубки.

В случае, когда экран расположен в жизнедеятельном слое грунта, подстилающие и защитные грунтовые слои подвергают специальной обработке для исключения повреждений пленки ра­стениями и грызунами.

Производство работ. В проекте производства работ по созданию противофильтрационного устройства из полиэтиленовой пленки дополнительно необходимо рассмотреть:

- укладку пленочного устройства с учетом конкретных условий строительства;

- организацию контроля качества работ и безопасности ведения работ;

- доставку, разгрузку и хранение рулонов пленки;

-изготовление и транспортировку полотнищ на место укладки.

Последовательность операций при строительстве противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки показана на рисунке 1.9.

Рис. 1.9. Последовательность операций при строительстве противофильтрационных устройств из полиэтиленовой пленки

Работы по сварке и монтажу пленочных противофильтрационных устройств, как правило, выполняют при положительной температуре воздуха, а все работы по созданию противофильтрационного устрой­ства оформляют актами освидетельствования скрытых работ.

Толщина подстилающего слоя должна быть от 0,1 до 0,3 м. На поверхности подстилающего слоя не допускается образования скоплений воды. Проезд механизмов и автотранспорта по подго­товленному подстилающему слою запрещается. Движение бульдо­зеров по откосу допускается только снизу вверх, а толщина защит­ного слоя равна не менее 0,8 м.

Крепление пленочного противофильтрационного устройства на гребне дамбы следует выполнять после окончания укладки за­щитного слоя на откосе.

Крупные полотнища пленки (шириной 10... 12 м и длиной 40 м и более) изготавливают в специально оборудованных цехах или помещениях.

Металлические экраны

Металлические экраны обладают следующими достоинствами:

- абсолютной водонепроницаемостью;

- большой гибкостью (т. е. хо­рошо приспосабливаются к деформациям плотины);

- возводят их в короткие сроки.

Недостатки: необходимость защиты от коррозии (катодная защита, покраска), причем опасна не равномерная коррозия (0,01...0,05 мм/год), а язвенная коррозия (0,1...0,4 мм/год), достаточно высокая стоимость.

Металлические экраны целесообразно применять при высокой влажности или в суровых климатических условиях, при отсут­ствии других материалов. Толщина экрана 6... 12 мм, щиты свари­вают, устраивая также компенсаторы; экран укладывают на бетон­ную подготовку или на рамы.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Ознакомиться с целью работы и теоретическими положениями, изложенными в практикуме.

2. Кратко законспектировать, зарисовать схемы.