Методика исследований устойчивости аэрационного дренажа

Устойчивость почвогрунтов систем кротового дренажа (КД) определялись тремя методами: лабораторным – С.Ф. Астапова; полевым – М.Н. Глотова; лабораторно – полевым (экспресс – методом) – Ф.Р. Зайдельмана [1,2,3,4]. Определение устойчивости КД в лабораторных условиях исследовалось на специальном грунтовом лотке размером 60х70х100 см (рис.).

Рис. Схема грунтового лотка для проверки устойчивости КД:

1 –лоток; 2 –грунт; 3-дренажные полости.

Лоток заполнялся характерным для аридных зон грунтом с плотностью скелета Р_ск = 1,87 г/см³. В нижней зоне лотка на глубине h = 50 см прокладывалась кротовина диаметром d = 40 мм. При этом прокладка кротовины осуществлялась механическим (трамбовкой) и гидравлическим (замочкой) способом уплотнения. Механическое уплотнение обеспечивает плотность почвы, однако, при этом структурные связи между частицами очень слабые. Уплотнение при помощи гидравлического способа достигается  практически до естественного состояния и в последующем обеспечивает достаточную плотность, а также достаточно крепкие структурные связи между частицами. Для формирования дренажных кротовых полостей в грунтовом лотке был использован металлический стержень диаметром   d = 40 мм, длиной 1200 мм, который располагали вдоль оси лотка. В последующем после уплотнения металлический стержень вытаскивался постепенным вращением в массиве грунта. Использование предлагаемого способа обеспечивало в грунтовом лотке образование двух сквозных параллельных дренажных полостей, обеспечивающих ведение визуальных наблюдений при проведении и после замочки наддренной зоны. Количество подаваемой воды для каждого полива устанавливалось из расчета промывной нормы тяжелой почвы. Средняя плотность почвы вокруг дрены определялась средней арифметической величиной из взятых точек отбора образцов.

В полевых условиях устойчивость КД проверяли путем раскопок действующих дрен. В течение 1990-1993г.г. было раскопано 140 дрен, обследовано 420 поперечных сечений, проведено анализ грунта околодренного пространства. Данная методика позволяет установить состояние КД, выявить причины и характер разрушений.    Устойчивость дрен определяли при различной глубине их залегания в пределах от 0,45 до 0,60 м, а также изменением диаметра кротовин от 40 до 50 мм при различных уклонах его заложения (0,001; 0,002; 0,003). Влажность почвы околодреннной зоны определяли через каждые 0,1 м по глубине заложения дрен. Повторность определения параметров устойчивости принималась пяти – шестикратная. Оценка пригодности грунтов к прокладке КД может быть дана на основе лабораторных и полевых опытов [5]. Среди лабораторных методов известен метод  С.В. Астапова, основанный на сопоставлении данных анализа микроагрегатного состава образца почвогрунта и данных анализа механического состава:

А =                                                                           /1/

где: А – условие устойчивости грунта;  – процентное содержание фракций диаметром 0,05-0,005 мм по микроагрегатному анализу;  - процентное содержание фракций диаметром 0,05-0,005 мм по механическому составу. При значениях: А  0,3 грунт устойчивый; А = 0,3 – 0,7 грунт малоустойчивый; А  грунт неустойчивый.

Метод Ф.Р. Зайдельмана основан на оценке интенсивности размокания воздушно сухих почвенных агрегатов размером 3-5 мм. В качестве показателя устойчивости КД принят вес агрегатных остатков образца стандартной навески после его размокания, просеивания в воде и сушки. Показатели устойчивости и ориентировочных сроков службы КД приведены в таблице.

Показатели устойчивости и ориентировочных сроков службы КД по методу Ф.Р.Зайдельмана

Среди полевых методов наиболее широко применяется метод шурфов М.Н.Глотова. Суть метода заключается в предварительной оценке  устойчивости КД по устойчивости стенок шурфов или скважин диаметром 20 см, в которых поддерживается постоянный уровень воды на горизонте закладки КД. Разрушение стенок шурфа или скважины в течение 30 минут свидетельствует о непригодности грунта к закладке КД. Метод агротехнической оценки включая следующие направления: требования к условиям испытаний; характеристики условиям испытаний; оценка качества выполнения технологического процесса.

Агротехническую оценку кротователей проводили на типичных для зоны объектах. Данные объекты должны иметь проекты или планы на производство КД работ. Участок опытной проверки должен удовлетворять следующим требованиям: рельеф и микрорельеф по всей длине трассы дрен должен быть одинаковый; грунт должен быть однородным по составу и соответствовать определенному типу; влажность почвы на минеральных грунтах до 35%. Условия испытаний включают: тип грунта, категорию, микрорельеф трассы КД, влажность грунта; твердость грунта; плотность грунтов; состояние поверхностного слоя грунта трасс. Основные данные по объектам должны включать: местоположение объекта; название мелиоративной системы; время строительства; описание по горизонтам и механический состав минеральных грунтов на максимальную глубину работы машины.

Исследование работы КД проводилось согласно нормативных документов /ГОСТ 70. 12.1-85 «Испытания сельскохозяйственной техники. Машины мелиоративные осушительные и оросительные. Программы и методы испытаний». М. 1975г./, что предусматривало номенклатуру показателей качества выполнения технологического процесса машин. Кротователи подвергаются следующим видам испытаний: скорость движения, м/с; размеры дрен, м; выдержание продольного проектного уклона дна, см, %; прямолинейность оси продолженной дрены, см; сток воды, л/ч. Скорость движения машины измеряли при установившемся нормальном тепловом режиме двигателя трактора без перегрузки с трехкратной повторностью на учетном проходе длины трассы не менее 100 м. Скорость движения машины определяли по формуле:

V=                                                               /2/

где: V – скорость движения машины, м/с; S – пройденный путь, м; t – время прохождения пути, 1с.

Размеры КД определяли путем измерения в трехкратном повторении по длине трассы. На каждой учетной делянке производили вскрытие траншеи на глубину закладки дрен. Вскрывали три отрезка длиной 2-3м. В пределах участков делянки производили 30 измерений. Погрешность измерений составляло  ±1 см. Проверку выдержания проектного уклона необходимо проводить на трех уклонах КД / i₁ = 0,002; i₂ = 0,005; i₃ = 0,01/. Перед началом прокладки КД проводили продольную нивелировку оси трассы через 10 см. уклон КД определяли нивелированием с помощью щупа. Щуп устанавливали на дренер. Нивелирование проводили через 5 м с погрешностью ±1 см. Общее и местное отклонения определяли на основании статическую оценку выполненного уклона дрены производим, определяя начало и масштабы ортогональной системы координат. Началом координат выбираем точку, определяющую устье дрены, длину дрены располагаем на оси ординат с масштабом 0,1 м. Определение теоретического уравнения уклона дрены в зависимости от заданного уклона производим по формуле:               h_n= i_nх l                                              /3/

где: h_n– проектная глубина КД, м; i_n - длина КД, м;  l  - проектный уклон КД.

По методу наименьших квадратов определяем уравнение фактического уклона КД:

h_ф= i_ф х l                                               /4/

где: h_ф – фактическая глубина КД, м; i_ф  - фактический уклон КД;  l  -. длина КД, м.

Если  ( i_ф - i_n ), то полученный уклон КД находится в допустимых пределах.                                                                – нормативное значение отклонения уклона по агротехническим требованиям. Если  (i_ф - i_n ), то выполненный уклон не соответствует допустимым нормативам. Дренажный сток из отдельных дрен определяем измерением объема воды, вытекаемой из устья в единицу времени, в пятикратной повторности по формуле:

 =                                                                            /5/

где: V_в – объем воды; t – продолжительность опыта, с.

Наблюдения за характером дренажного стока проводим ежедневно в одно и то же время суток в период наивысшего стояния уровня ГВ на опытном участке. Одновременно контролируем динамику уровней ГВ по системе смотровых колодцев. Результаты агротехнической оценки обрабатываем, согласно показателей, приведенных в рабочих ведомостях. Местные отклонения от проектной глубины КД определяем как разность между расчетными и фактическими ординатами по формуле:

 = h_n - h_ф                                                                    /6/                                              

где:   - местное отклонение КД, м; h_n – проектная глубина КД, м; h_ф  – фактическая глубина КД, м.

По местным отклонениям определяем следующие статические характеристики: среднее значение местного отклонения; среднее квадратичное отклонение; коэффициент вариации; максимальное местное отклонение; количественная доля местных отклонений, превышающих допустимое значения по агротехническим требованиям. 

Литература:

1.      Астапов С.В. Устойчивость кротовых дрен при закладке кротового дренажа. –В кн.: Кротовый дренаж. –М.: 1943. –с.79-97.

2.      Глотов М.Н. Кротовый дренаж и его применение. Кротовый дренаж.М:1943.–с.8

3.      Евдокимова В.И., Розин В.А. Устойчивость кротовых дрен без крепления стенок. В кн.: Кротовый дренаж. –М.: 1943. –с.13-167.

4.      Зайдельман Ф.Р. Режим и условия мелиорации заболоченных почв. 2-е изд., – М.: Колос. 1975. 308с.

5.      Соколовская Л.Н. Осушение земель комбинированным дренажем.-М. 1966.с.81.