КОМБИНИРОВАННЫЙ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫЙ ЭКРАН
COMBINED IMPERVIOUS SCREEN

Изобретение относится к области гидротехнического, природоохранного и гражданского строительства и может быть использовано при создании противофильтрационных устройств (из геосинтетических материалов) в основаниях, предпочтительно, на оросительных каналах, водоемах и накопителях отходов.
Известен комбинированный противофильтрационный экран (патент RU №2016162, опубл. от 15.07.1994), включающий полимерное полотно, подстилающий и защитный слой из грунта.
Недостатком данного технического решения является то, что подстилающий слой экрана выполнен из полиэтиленовой пленки, характеризующейся большой повреждаемостью при ее укладке, а также при эксплуатации сооружения, и повреждаемости от других (природных) факторов: корней растений, грызунов, кротов.
Известен противофильтрационный грунтовый глиняный экран (патент на полезную модель №78226, опубл. 20.11.2008), включающий слой глины, выполненный с приповерхностной зоной, упроченной щебнем или гравием, а также защитный слой грунта, выполненный из супесчаного (или несвязного) грунта.
Недостатком данного технического решения является высокая водопроницаемость при образовании трещин в глине, а также большие объемы земляных работ при создании такого экрана. Кроме того, вышеприведенный аналог характеризуется рядом существенных недостатков:
- большая трудоемкость при создании экрана, за счет большого объема земляных работ;
- низкие показатели технической эффективности и эксплуатационной надежности (небольшой срок службы, высокий коэффициент фильтрации и другие).
Известен способ и устройство создания противофильтрационного покрытия оросительных каналов (патент RU №2408761, МПК Е02В 3/16, Е02В 5/02, опубл. 10.01.2011), в котором по периметру канала укладывают двухслойное покрытие, в полость между слоями которого через горловину закачивают бетон.
Недостатком данного способа является то, что бетон трудно закачивать через горловины, и при закачивании само покрытие будет сползать и смещаться по откосу. Также возможны порывы в покрытии, неполное или неравномерное заполнение полости бетоном по длине.
Известен способ создания противофильтрационного экрана с геомембраной из полимерного материала (патент RU, №2374386, МПК Е02В 3/16, опубл. от 27.11.2009), включающий подготовку грунтового основания, укладку на него водонепроницаемой геомембраны, состоящей из герметично соединенных между собой полотнищ полимерного материала, устройство компенсаторов деформаций геомембраны со стыковым соединением полотнищ в местах устройства компенсаторов и перекрытием стыков снизу и сверху полосами материала, отличающегося от материала геомембраны, устройство защитного слоя экрана из грунта или иных материалов.
Недостатком данного способа является низкая эксплуатационная надежность вследствие размыва и сползания защитного слоя противофильтрационного экрана из грунтовых материалов, а также большая вероятность повреждения полимерной геомембраны как при ее укладке, так и при эксплуатации сооружения. Кроме того, данное покрытие характеризуется низкими противофильтрационными свойствами и его невозможно применять на накопителях и водоемах.
Наиболее близким техническим решением является комбинированный противофильтрационный экран, включающий полимерное полотно, подстилающий и защитный стой из грунта, причем экран выполнен из полимерной высокопрочной геомембраны, изготовленной из высокого первичного сырья, состоящей из полиэтилена низкого давления высокой плотности, при этом отмечено, что толщина и поверхностная плотность геомембраны определяются расчетным путем в зависимости от конкретных условий ее использования, и приведены формулы расчета толщины геомембраны (см. «Рекомендации по проектированию и строительству противофильтрационных устройств из геомембраны для гидротехнических сооружений в условиях Республики Казахстан». ТОО «Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства», ТОО «КазГеоСинтетика», Р РК ХХХ-ХХ-2011, Астана, 2011. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://k-g-s.kz/upload/userfiles/file/recmembrana.pdf, что обеспечивает разработку комбинированного противофильтрационного экрана, характеризующегося повышенной долговечностью и водонепроницаемостью.
Недостатком данного технического решения является использование в качестве защитных слоев шлама и золы ТЭЦ, что является не применимым для оросительных каналов и водоемов. При использовании таких защитных слоев они будут не только размываться потоками воды, но и загрязнять окружающую среду. Кроме того, в представленном техническом решении выполнен и показан защитный слой из воды, который в свою очередь не является защитным слоем.
Техническим результатом, на который направлено данное изобретение, является разработка комбинированного противофильтрационного экрана, характеризующегося повышенной долговечностью и водонепроницаемостью.
3
2
Технический результат достигается за счет устройства комбинированного противофильтрационного экрана, включающего полимерное полотно (полимерную высокопрочную геомембрану, изготовленную из высокого первичного сырья, состоящую из полиэтилена низкого давления высокой плотности, с содержанием сажи не более 1,0-1,5%, толщиной 0,4 мм, с поверхностной плотностью >0,96 г/см), при этом полимерная геомембрана уложена на песчаное подготовленное основание толщиной 0,2-0,3 м, и выполнен дренажный слой из глауконитового песка толщиной 0,3-0,4 м, с покрытием из тканого геотекстиля высокой плотности, 1000-1200 г/м. Поверх тканого геотекстиля устроено защитное покрытие выполнено на накопителях отходов - из каменной наброски или щебня, толщиной 0,3-0,4 м; на оросительных каналах - из бетона, толщиной 0,1-0,15 м, на водоемах - из грунта, толщиной 0,5 м.
Изобретение поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - комбинированная противофильтрационная и дренажная конструкция с геомембраной и глауконитовым песком;
Фиг. 2 - комбинированная противофильтрационная конструкция с геомембраной;
Фиг. 3 - комбинированная противофильтрационная и противопросадочная конструкция с геомембраной и армирующим слоем из геосетки/георешетки;
Фиг. 4 - комбинированная противофильтрационная конструкция с геомембраной и бентонитом.
Цифрами на чертежах обозначено:
1 - полимерная геомембрана;
2 - тканый геотекстиль;
3 - нетканый геотекстиль;
4 - грунтовое естественное основание;
5 - полимерный закрепитель поверхности;
6 - полимерная плоская геосетка/георешетка
7 - защитное покрытие;
8 - Na-бентонит;
9 - песчаное основание;
10 - глауконитовый песок.
Комбинированный противофильтрационный экран выполнен следующим образом (фиг. 1).
3
2
Комбинированная противофильтрационная и дренажная конструкция с геомембраной и слоем глауконитового песка (фиг. 1) представляет собой экран, состоящий из полимерной высокопрочной геомембраны 1, изготовленной из высокого первичного сырья (состоящей из полиэтилена низкого давления высокой плотности, с содержанием сажи не более 1,0-1,5%, толщиной 0,4 мм, с поверхностной плотностью >0,96 г/см), уложенной на подготовленное песчаное основание 9 (толщиной 0,2-0,3 м), и выполнен дренажный слой из глауконитового песка 10 (толщиной 0,3-0,4 м), предназначенного для отвода загрязненного фильтрата из накопителей, с покрытием из тканого геотекстиля 2 (высокой плотности, 1000-1200 г/м). Поверх тканого геотекстиля 2 устроено защитное покрытие 7, на накопителях отходов - из каменной наброски или щебня, толщиной 0,3-0,4 м; на оросительных каналах - из бетона, толщиной 0,1-0,15 м, на водоемах - из грунта, толщиной 0,5 м.
Наличие в данной конструкции дренажного слоя из геотекстиля высокой плотности и глауконитового песка позволяет снижать градиенты напора, а также очищать и отводить загрязненный фильтрат с накопителей отходов. Подготовленное песчаное основание служит для предотвращения повреждаемости полимерной геомембраны остроугольными и крупными частицами естественного грунтового основания.
В качестве вариантов на оросительных каналах, водоемах и накопителях отходов могут быть использованы и другие конструкции комбинированных противофильтрационных экранов (фиг. 2-4).
3
Фиг. 2 - комбинированная противофильтрационная конструкция с геомембраной представляет собой экран, состоящий из полимерной высокопрочной геомембраны 1, изготовленной из высокого первичного сырья (состоящей из полиэтилена низкого давления высокой плотности, с содержанием сажи не более 1,0-1,5%, толщиной 0,4 мм, с поверхностной плотностью >0,96 г/см). При этом для исключения повреждения противофильтрационного элемента (полимерной геомембраны) к геомембране 1 с двух сторон водонепроницаемым клеем (например, водостойким клеем «ULTRA-FIX»), через 1,0-1,5 м приклеены полотнища защитного слоя из тканого 2 и нетканого геотекстиля 3. Полотнища уложены на грунтовое естественное основание 4. Для исключения гидратации-дегидратации и возможного последующего отклеивания верхнего тканого полотнища геотекстиля 2, а также для повышения пропускной способности на оросительных каналах, на тканый геотекстиль 2 наносится полимерный закрепитель поверхности 5 (например, жидкая полимерная эмульсия «М 100+50»).
Данная конструкция обеспечивает высокий противофильтрационный эффект и значительный срок службы за счет применения высокопрочной полимерной геомембраны, выполненной с защитным двухсторонним покрытием из геотекстиля. Обработка полимерным закрепителем тканого геотекстиля позволяет увеличить прочностные характеристики и повысить пропускную способность при применении данной конструкции на оросительных каналах.
Фиг. 3 - комбинированная противофильтрационная и противопросадочная конструкция с геомембраной и армирующим слоем из геосетки/георешетки представляет собой экран, состоящий из полимерной высокопрочной геомембраны 1, к которой для исключения повреждения поверх приклеен тканый геотекстиль 2. При этом, для исключения просадок грунтового основания, противофильтрационное полотнище уложено на армирующий слой из полимерной плоской геосетки/георешетки 6. Кроме того, в данном варианте дополнительно выполнено защитное покрытие 7 (на накопителях отходов, для предупреждения повреждения противофильтрационного полотнища (геомембраны) - защитное покрытие из каменной наброски или щебня, толщиной 0,3-0,4 м; на оросительных каналах для повышения пропускной способности и предотвращения размыва - из бетона, толщиной 0,1-0,15 м; для водоемов - из грунта, толщиной 0,5 м).
Данная конструкция отличается большой деформационной способностью выдерживает просадки основания до 0,5 м, а также обеспечивают высокие противофильтрационные свойства.
Фиг. 4 - комбинированная противофильтрационная конструкция с геомембраной и бентонитом представляет собой экран, состоящий из полимерной высокопрочной геомембраны 1, которая уложена на слой Na-бентонита 8 (толщиной 0,02 м). В свою очередь Na-бентонита 8 нанесен на нетканый геотекстиль 3 для исключения вымыва его в нижележащие горизонты грунтового естественного основания 4. Поверх полимерной геомембраны 1 устроено защитное покрытие 7.
Данная конструкция обеспечивает полную водонепроницаемость за счет применения полимерной высокопрочной геомембраны и Na-бентонита. При повреждении полимерной геомембраны и фильтрации воды (жидкого фильтрата) через повреждения происходит взаимодействие воды с Na-бентонитом. В результате этого происходит гидратация бентонита и образование водонепроницаемого экрана в целом.
Применение комбинированных конструкций противофильтрационных экранов на оросительных каналах и водоемах позволяет экономить водные ресурсы на 20-30%, за счет исключения фильтрации, а также создавать более благоприятную экологическую обстановку на накопителях отходов.
Прогнозный срок службы комбинированных противофильтрационных экранов (с применением геосинтетических материалов) составляет более 100 лет.