Статья: Этапы развития производства дренажных работ на юге России

В результате многолетних опытно-конструкторских работ в ЮжНИИГиМ был разработан и передан производству дреноукладчик УДМ-350 различных модификаций (УДМ-350М, УДМ-350-2М) с технологией (ТК) устройства дренажа в водонасыщенных грунтах (с лидерной дреной) в двух вариантах (рисунки 4-6). Рекомендуемые технологические операции представлены в таблице 2 [5].

Рисунок 3 - Экскаватор-дреноукладчик ЭТЦ-406 с рабочими органами скребкового типа

Рисунок 4 - Дреноукладчик УДМ-350

Рисунок 5 - Работа дреноукладчика УДМ-350 с перегружателем фильтроматериалов ПФП-13 по лазеру УКЛ-1

Рисунок 6 - Работа дреноукладчика УДМ-350 с погрузчиком ПФ-0,75

Таблица 2 - Рекомендуемые технологические операции

В первом варианте при дреноукладчике постоянно работает один перегружатель с трактором-тягачом и подвозкой к нему ОФМ автосамосвалами, а во втором производится раскладка отвалов вдоль трассы при загрузке ОФМ в бункер погрузчиком фронтального типа с поверхности земли и из кузова тракторного прицепа. Была разработана и апробирована технология устройства дренажа с применением дреноукладчика УДМ-350 (без лидерных дрен) и использованием карт гидроизогипс. Устройство дренажа с загрузкой в бункер ОФМ посредством перегружателя ПП-4 показано на рисунке 7.

1 - бульдозер; 2 - дреноукладчик; 3 - перегружатель ОФМ; 4 - излучатель лазерный; 5 - фотоприемник; 6 - автосамосвал; 7 - трактор-тягач

Рисунок 7 - Схема устройства дренажа с загрузкой в бункер ОФМ

Для совершенствования процессов устройства дренажа и практического применения их в производственных условиях были разработаны многовариантные технологии организации производства работ узкотраншейным способом с разработкой новых операционных приемов [5]:

- технология устройства дренажа с применением дреноукладчика ЭТЦ-406А в водонасыщенных (с пионерной траншеей) и естественной влажности грунтах, где применима экономичная доставка и загрузка ОФМ в бункер дреноукладчика экскаватором ЭО-2621А с грейфером и прицепом 2ПТС-4М;

- технология устройства дренажа импортными дреноукладчиками типа 6027 «Хайконс» в водонасыщенных грунтах (с лидерной дреной), где также применена экономичная загрузка в бункер дреноукладчика с поверхности земли ОФМ погрузчиком фронтального типа ПКУ-0,8 (ПФ-0,75);

- технология устройства дренажа с применением дреноукладчика УДМ-350 в водонасыщенных грунтах (с лидерной дреной) в двух вариантах. В первом варианте при дреноукладчике постоянно работает один перегружатель с трактором-тягачом и подвозкой к нему ОФМ автосамосвалами, а во втором производится раскладка отвалов вдоль трассы. Была разработана и апробирована технология устройства дренажа с применением дреноукладчика УДМ-350 (без лидерных дрен) и использованием гидроизогипс;

- технология устройства дренажа дреноукладчиком УДМ-350 в грунтах естественной влажности в зимних условиях;

- технология устройства коллекторно-дренажных систем в водонасыщенных грунтах.

Для производства работ в зимнее время была разработана технология (ТК) устройства дренажа дреноукладчиком УДМ-350 в грунтах естественной влажности в зимних условиях (рисунок 8) [5].

Для производства работ в водонасыщенных грунтах была разработана технология устройства коллекторно-дренажных систем, представленная на рисунке 9 (пат. 2320814 Российская Федерация, МПК (51) Е 02 В 11/00).

1 - трактор-тягач; 2 - пена с подогревателем труб; 3 - бухта дренажных труб; 4 - трубонаправляющий тракт; 5 - барабан-бухтодержатель; 6 - дреноукладчик; 7 - дренажная труба; 8 - объемно-фильтрирующий материал; 9 - бункер дреноукладчика

Рисунок 8 - Схема устройства дренажа из полимерных труб в зимних условиях (а. с. № 1760005)

1 - трасса коллектора; 2 - приямок; 3 - рабочий орган экскаватора-дреноукладчика; 4 - экскаватор-дреноукладчик; 5 - бункер-трубоукладчик; 6 - трубопровод-склиз; 7 - система криволинейных сит; 8 - труба дренирующего коллектора; 9 - защитно-фильтрирующий материал; 10 - объемно-фильтрирующий материал; 11 - дно траншеи; 12 - минеральный грунт; 13 - стенка траншеи

Рисунок 9 - Устройство дренирующего коллектора в водонасыщенных грунтах (патент № 2320814)

На эффективность работы дренажных конструкций большое влияние оказывало качество обратной засыпки грунтов дренажной траншеи, для повышения которого были разработаны устройства (а. с. 1760005 СССР, МПК Е 02 В 11/00) (рисунки 10-12).

На рисунке 13 представлены технологические схемы работ по замочке грунтов в дренажной траншее глубиной до 3,0-3,5 м (а. с. 727729 СССР, МПК Е 01 С 19/38, Е 02 D 3/06; а. с. 1649028 СССР, МПК Е 02 В 11/02).

а - вид сбоку; б - вид сверху

Рисунок 10 - Схема работы машины обратной засыпки (МОЗ) грунтов дренажной траншеи

а - вид сбоку; б - вид сверху

Рисунок 11 - Устройство для обратной засыпки и уплотнения грунтов в траншеях (ЗУГД-В) (а. с. № 727729)

Рисунок 12 - Конструктивная схема засыпателя-уплотнителя дренажных траншей (а. с. № 1649028)

1 - автогрейдер; 2 - поливочная машина ПМ-130; 3 - отвал грунта; 4 - труба дренажная; 5 - обсыпка ОФМ; 6 - перемычка; 7 - первый слой засыпки грунтом; 8 - вода в прудке; 9 - устьевое сооружение; 10 - шланг сливной

Рисунок 13 - Технологическая схема работ по замочке грунтов в узкой дренажной траншее

Таким образом, при разработке процессов были использованы новые технические решения по устройствам и способам, проведено формирование транспортно-технологических средств с учетом теоретических и экспериментальных зависимостей, а также усовершенствованы вспомогательно-подготовительные, заключительные и основные виды работ.

По результатам исследований, выполненных в ФГБНУ «РосНИИПМ» (ЮжНИИГиМ), были разработаны 10 технологических карт на производство работ по строительству закрытого горизонтального дренажа в зоне орошения узкотраншейным способом в различных природных условиях (в грунтах естественной влажности, в водонасыщенных грунтах и зимних условиях). В таблице 3 приведены технико-экономические показатели, характеризующие разные способы строительства дренажа.

Таблица 3 - Сравнение технико-экономических показателей способов строительства дренажа

Анализ динамики площадей орошения на оросительных системах юга России показал, что за период с 1990 по 2010 г. они сократились с 2,7 млн га до 727 тыс. га, при этом площади, обеспеченные дренажем, уменьшились на 15,7 %, в том числе закрытым дренажем - на 7,8 %.

Выполненные в эти годы полевые исследования показали, что причинами низкой эффективности и выхода дрен из строя являются большей частью неудовлетворительное проектирование, несовершенство конструкций, низкое качество проектных работ и отсутствие технических средств и технологий эксплуатации построенного дренажа [8, 9].

На рисунке 14 приведена схема причинно-следственных связей, обуславливающих неудовлетворительную работу закрытого дренажа в орошаемой зоне юга России, в которой кратко изложены наиболее часто встречающиеся ошибки проектирования, строительства и эксплуатации.

К организационным факторам, снижающим эффективность работы дренажа, относятся прежде всего отсутствие в орошаемой зоне стройной структуры службы по обслуживанию закрытых дрен, несовершенство существующих технологий по уходу за дренами, а также отсутствие необходимых материальных средств у землепользователей, в чьем ведении находится дренаж.

Реализация программы обеспечения продовольственной безопасности России потребует решения задачи повышения производства животноводческой продукции (мяса и молока), которое можно осуществить только путем создания устойчивой кормовой базы на основе мелиорации.

Необходимо отметить, что в соответствии со ст. 43 Федерального закона от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» при проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию и в процессе эксплуатации мелиоративных и водохозяйственных систем и сооружений должны приниматься меры по охране водных объектов, земель, почв и т. д. Одной из мер при решении данного вопроса может служить устройство закрытого горизонтального дренажа.

В соответствии с Федеральным законом № 184-ФЗ «О техническом регулировании» на данный момент отсутствует какая-либо нормативная документация, определяющая правила и контроль выполнения всего комплекса работ по проектированию, строительству и эксплуатации дренажных систем.

Рисунок 14 - Схема причинно-следственных связей, обуславливающих неудовлетворительную работу закрытого дренажа

В связи с этим в настоящее время появилась потребность в разработке документа в области стандартизации СТО НОСТРОЙ «Мелиоративные и водохозяйственные системы и сооружения. Строительство горизонтального дренажа на землях сельскохозяйственного назначения. Правила и контроль выполнения, требования к результатам работ».

В документе должно быть предусмотрено рассмотрение работ подготовительного и основного периодов строительства закрытого горизонтального дренажа. Он должен включать правила выполнения строительных работ при сооружении элементов дренажа, проведения работ в особых условиях (зимнее время), а также требования эксплуатационного контроля.

На основании вышеизложенного можно сформулировать следующие выводы:

1. Разработанные в ФГБНУ «РосНИИПМ» (ЮжНИИГиМ) комплексы (дреноукладочные машины и механизмы), а также многовариантные технологии и процессы производства дренажных работ позволили осуществить на оросительных системах юга России в 80-90-е годы прошлого столетия строительство и реконструкцию закрытого дренажа на площади около 1 млн га.

2. Накопленный в 80-90-е годы двадцатого столетия опыт может лечь в основу создания современной нормативно-методической документации по проектированию, строительству и эксплуатации дренажной сети.