Способ контроля водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений
Владельцы патента RU 2329354:
Государственное научное учреждение Поволжский научно-исследовательский институт эколого-мелиоративных технологий Российской академии сельскохозяйственных наук (RU)
Изобретение относится к способам определения потерь воды на фильтрацию через деформационные швы противофильтрационных облицовок водопроводящих гидротехнических сооружений. Для контроля водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений, преимущественно противофильтрационных облицовок водопроводящих каналов и водоемов, проводят дефектоскопию опытных образцов швов из различных герметизирующих материалов и деформационных швов из идентичных герметиков в реальных конструкциях сооружений ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на стыкуемых элементах на расстоянии не более 20 мм от их торцевых кромок до осей установленных излучателя и приемника и на одинаковом расстоянии от оси шва. В опытных образцах швов и в деформационных швах реальных конструкций сооружений измеряют время и скорость распространения продольных волн УЗК, определяют водопроницаемость опытных образцов деформационных швов из различных герметиков и по результатам ультразвуковых и фильтрационных испытаний устанавливают семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости» для швов из различных герметиков. По соответствующей рабочей градуировочной зависимости и выполненным натурным измерениям скорости распространения продольных волн УЗК в реальных швах определяют водопроницаемость деформационных швов гидротехнических сооружений, уплотненных конкретными герметиками. С целью реализации предлагаемого способа в конкретных условиях эксплуатации семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости шва» устанавливают для различных влажностей герметизирующих материалов в опытных образцах швов. При измерении скорости распространения продольных волн УЗК в реальных конструкциях деформационных швов определяют влажность их герметизирующих материалов и на основании рабочей градуировочной зависимости для конкретного герметизирующего материала швов с влажностью, равной влажности идентичного герметизирующего материала деформационных швов в конструкции сооружения, определяют водопроницаемость деформационных швов в натурных условиях. Изобретение позволяет снизить трудозатраты, стоимость и продолжительность исследовательских работ по определению водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений с обеспечением высокой точности измерений и возможности практической реализации для фильтрационных испытаний противофильтрационных конструктивных элементов сооружений в связи со специфическим технологическим режимом их работы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к способам определения потерь воды на фильтрацию через деформационные швы противофильтрационных облицовок водопроводящих гидротехнических сооружений в облицованных руслах, в частности оросительных каналов гидромелиоративных систем и аккумулирующих водоемов различного комплексного назначения: мелиоративного, противопожарного, спортивно-оздоровительного и др.
Известен способ измерения потерь воды с помощью фильтромерного отсека, образуемого эластичным экраном из резины с рифленой поверхностью. При этом способе экран раскрывают по контуру опорожненного от воды канала на длине исследуемого участка и торцевые концы экрана приклеивают к поверхности облицовки. Приклеивание осуществляют клеем «№88», мастикой УМС-50 или битумным лаком с использованием прокладок из марлевых бинтов. После высыхания клеящих средств полость экрана соединяют с расходомером и заполняют канал водой (см. SU, авторское свидетельство №151137, А1. М., кл3. G Е02В 13/00. Способ определения абсолютных фильтрационных потерь на участке ирригационного канала / Г.В.Абелишвили. - Заявка №754261/30-15; Заявлено 30.11.1961; опубл. 1962 г., бюл. №20).
Недостатками данного способа являются значительная трудоемкость и сложная технология подготовки и приклеивания экрана к поверхности облицовки; невозможность использования экрана значительных размеров, то есть на крупных каналах, а также на облицовках, деформационные швы которых образованы с применением закладных профильных элементов и имеют по всей длине трещину.
Известен способ измерения потерь воды через швы и облицовку гидротехнических сооружений, заключающийся в использовании фильтромеров. При этом способе измеряют потери воды через монолит облицовки канала и поперечные швы с помощью фильтромерных полостей, прижимаемых к облицовке через легко деформируемый материал. Фильтромерные полости устанавливают вдоль откоса канала по поверхности облицовки и вдоль шва, прижимают к облицовке и с помощью прокладок уплотняют полости. Внутрь полостей подают из тарированных емкостей воду и замеряют фильтрационный расход (см. SU, авторское свидетельство №592915. М., кл2. Е02В 3/16 А01G 25/00. Устройство для определения потерь воды в канале через противофильтрационные облицовки / В.М.Бойко и Е.А.Богатов. - Заявка №2379895/29-15; заявлено 14.06.1976; опубл. 15.02.1978, бюл. №6).
Недостатками этого способа являются невозможность определения потерь воды через облицовку, швы которой выполнены с закладными профильными элементами, то есть через облицовку, имеющую открытые трещины и скрытые пустоты вдоль швов, а также невозможность одновременного определения потерь воды через различные конструктивные элементы облицовки без взаимного влияния их фильтрационных расходов друг на друга. Эти недостатки в целом снижают точность измерений.
Известен также способ определения потерь воды через швы и облицовку гидротехнических сооружений, заключающийся в использовании фильтромеров, при этом измерение потерь осуществляют одновременно через швы и облицовку, в которой предварительно герметизируют трещины (см. SU, авторское свидетельство №918385. М., кл3. Е02В 3/16. Способ измерения потерь воды / В.М.Бойко. - Заявка №3007185/29-15; заявлено 24.11.1980; опубл. 07.04.1982, бюл. №13).
Описанный способ отличается значительной трудоемкостью, низкой точностью, чрезмерной продолжительностью испытаний и не реален для практического применения.
Более того, все вышеописанные, а также и другие известные в настоящее время способы практически не представляется возможным конкретно применить для фильтрационных испытаний противофильтрационных конструктивных элементов гидротехнических сооружений в связи со специфическим технологическим режимом их работы.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - создание принципиально нового способа контроля водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений, не имеющего аналогов в России и за рубежом.
Технический результат - снижение трудозатрат, стоимости и продолжительности исследовательских работ по определению водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений с обеспечением высокой точности измерений и возможности практической реализации для фильтрационных испытаний противофильтрационных конструктивных элементов сооружений в связи со специфическим технологическим режимом их работы.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ контроля водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений, преимущественно противофильтрационных облицовок водопроводящих каналов и водоемов, включает дефектоскопию опытных образцов швов из различных герметизирующих материалов и деформационных швов из идентичных герметиков в реальных конструкциях сооружений ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на стыкуемых элементах, на расстоянии не более 20 мм от их торцевых кромок до осей установленных излучателя и приемника и на одинаковом расстоянии от оси шва, при этом измеряют время и скорость распространения продольных волн УЗК в опытных образцах швов и в деформационных швах реальных конструкций сооружений, определяют водопроницаемость опытных образцов деформационных швов из различных герметиков и по результатам ультразвуковых и фильтрационных испытаний устанавливают семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости» для швов из различных герметиков, а затем по соответствующей рабочей градуировочной зависимости и выполненным натурным измерениям скорости распространения продольных волн УЗК в реальных швах определяют водопроницаемость деформационных швов гидротехнических сооружений, уплотненных конкретными герметиками.
Для обеспечения возможности практической реализации предлагаемого метода в специфических условиях эксплуатации гидротехнических сооружений семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости шва» устанавливают для различных влажностей герметизирующих материалов в опытных образцах швов, причем при измерении скорости распространения продольных волн УЗК в реальных конструкциях деформационных швов определяют влажность их герметизирующих материалов и на основании рабочей градуировочной зависимости для конкретного герметизирующего материала швов с влажностью, равной влажности идентичного герметизирующего материала деформационных швов в конструкции сооружения, определяют водопроницаемость деформационных швов в натурных условиях.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного способа, заключаются в следующем.
Заявленный способ ультразвукового контроля водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений реализуют следующим образом.
Подготовленные опытные образцы герметизированных швов из различных герметизирующих материалов сначала выдерживают на воздухе в течение не менее десяти дней после их изготовления до полного отвердения мастичного герметика в соответствии с нормативными требованиями, а затем выполняют дефектоскопию опытных образцов швов из различных герметизирующих материалов и деформационных швов из идентичных герметиков в реальных конструкциях сооружений ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на стыкуемых элементах на расстоянии не более 20 мм от их торцевых кромок до осей установленных излучателя и приемника и на одинаковом расстоянии от оси шва, при этом измеряют время и скорость распространения продольных волн УЗК в опытных образцах швов и в деформационных швах реальных конструкций сооружений, определяют водопроницаемость опытных образцов деформационных швов из различных герметиков и по результатам ультразвуковых и фильтрационных испытаний устанавливают семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости» для швов из различных герметиков, после чего по соответствующей рабочей градуировочной зависимости и выполненным натурным измерениям скорости распространения продольных волн УЗК в реальных швах определяют водопроницаемость деформационных швов гидротехнических сооружений, уплотненных конкретными герметиками.
Для обеспечения возможности практической реализации предлагаемого метода в специфических условиях эксплуатации гидротехнических сооружений семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости шва» устанавливают для различных влажностей герметизирующих материалов в опытных образцах швов, причем при измерении скорости распространения продольных волн УЗК в реальных конструкциях деформационных швов определяют влажность их герметизирующих материалов и на основании рабочей градуировочной зависимости для конкретного герметизирующего материала швов с влажностью, равной влажности идентичного герметизирующего материала деформационных швов в конструкции сооружения, определяют водопроницаемость деформационных швов в натурных условиях.
Пример. Определить водопроницаемость деформационных швов шириной (Вш) 0,05 м, уплотненных тиоколовой мастикой КМ-0,5 в противофильтрационной облицовке оросительного канала из сборных железобетонных плит 6×1,5×0,06 м. Конструкция деформационных швов (см. фиг.1) выполнена по патенту РФ на изобретение №2278921 (см. Патент №2278921 (RU). С 2 МПК7 Е02В 3/16 (2006.01). Деформационный шов сборной облицовки каналов / Алимов А.Г. (RU). - Заявка №2004126810/03; заявлено 06.09.2004; опубл. 27.06.2006, бюл. №18) и включает тиоколовую КМ-0,5 герметизирующую мастику 2, соединяющую сборные железобетонные плиты 1, пороизоловую прокладку 3, покрытую по внешнему периметру гидроизоляционным слоем 1,5...2 мм 4, и противоадгезионный слой 5.
Параметры оросительного канала: длина (L) - 1500 м, наполнение (Н) - 1,1 м; ширина по дну (в) - 1,5 м; коэффициент заложения откосов (m) - 2. Коэффициент фильтрации подстилающих грунтов под облицовкой канала (Кг) составляет 0,01 м/сутки.
Подготовленные и выдержанные на воздухе в течение десяти дней до полного отвердения опытные образцы швов (90 шт.) из герметизирующей тиоколовой мастики КМ-0,5 подвергли ультразвуковому продольному профилированию путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на стыкуемых элементах (бетонных плитках, изготовленных из бетона того же номинального состава, по той же технологии, при том же режиме твердения, что и конструкции, подлежащие контролю) образцов швов на расстоянии 15 мм от их торцевых кромок до осей установленных излучателя и приемника и на одинаковом расстоянии от оси образцов швов, при этом измеряли время и скорость распространения продольных волн УЗК в опытных образцах швов. После этого с помощью специального прибора (не показан) определяли водопроницаемость опытных образцов швов и по результатам ультразвуковых и фильтрационных испытаний опытных образцов швов установили рабочую градуировочную зависимость «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости» для швов из тиоколовой мастики КМ-0,5 следующего вида:
где Кв - коэффициент водопроницаемости (фильтрации) образцов деформационных швов, см/с;
1·10-6 - значение коэффициента пропорциональности, см/с;
2,4·10-4 - значение коэффициента размерности, с/см;
Cjk - скорость распространения продольных волн УЗК в образцах швов, м/с.
По данным натурных исследований двадцати реальных деформационных швов из тиоколовой мастики КМ-0,5 ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя 6 и приемника 7 ультразвуковых колебаний (УЗК) на стыкуемых плитах на расстоянии 15 мм от их торцевых кромок (см. фиг.2) и на одинаковом расстоянии от оси шва L/2 скорость распространения продольных волн УЗК (Cjk) в исследуемых швах противофильтрационной облицовки канала с учетом качества их исполнения варьировала в пределах от 3500 до 4000 м/с и составила в среднем 3750 м/с.
Подставляя это значение Cjk=3750 м/с в уравнение (1), характеризующее рабочую градуировочную зависимость «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости», получим среднее значение коэффициента водопроницаемости (фильтрации) исследованных деформационных швов (20 шт.) тиоколовой мастики КМ-0,5 в противофильтрационной облицовке канала
Кв=1·10-6(1-2,4·10-4·3750)=1·10-7 см/с.
Дополнительными натурными фильтрационными испытаниями, выполненными с помощью точечных фильтромеров на вышеотмеченных реальных деформационных швах, установлено, что среднее значение коэффициента водопроницаемости исследованных швов из тиоколовой мастики КМ-0,5 равно Кв=0,97·10-7 см/с.
Погрешность в определении коэффициента водопроницаемости деформационных швов предлагаемым способом составила всего лишь (1·10-7-0,97·10-7)·100/1·10-7=3%, что свидетельствует о высокой точности этого способа.
Разработанный метод контроля водопроницаемости деформационных швов по предлагаемому изобретению позволяет в натурных условиях при эксплуатации гидротехнических сооружений исключить трудоемкую и не всегда возможную, в связи со специфическим технологическим режимом работы сооружений, установку фильтромеров и придонных фильтромерных отсеков (ПФО) и значительно снизить тем самым трудозатраты, стоимость и продолжительность исследовательских работ по определению фильтрации через бетонные и железобетонные конструкции, преимущественно противофильтрационных облицовок каналов и водоемов.
Таким образом, пример апробации предлагаемого способа контроля водопроницаемости деформационных швов свидетельствует о достижении технического результата по данному изобретению.
1. Способ ультразвукового контроля водопроницаемости деформационных швов гидротехнических сооружений, преимущественно противофильтрационных облицовок водопроводящих каналов и водоемов, включающий дефектоскопию опытных образцов швов из различных герметизирующих материалов и деформационных швов из идентичных герметиков в реальных конструкциях сооружений ультразвуковым продольным профилированием путем установки излучателя и приемника ультразвуковых колебаний (УЗК) на стыкуемых элементах на расстоянии не более 20 мм от их торцевых кромок до осей установленных излучателя и приемника и на одинаковом расстоянии от оси шва, при этом измеряют время и скорость распространения продольных волн УЗК в опытных образцах швов и в деформационных швах реальных конструкций сооружений, определяют водопроницаемость опытных образцов деформационных швов из различных герметиков и по результатам ультразвуковых и фильтрационных испытаний устанавливают семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости» для швов из различных герметиков, а затем по соответствующей рабочей градуировочной зависимости и выполненным натурным измерениям скорости распространения продольных волн УЗК в реальных швах определяют водопроницаемость деформационных швов гидротехнических сооружений, уплотненных конкретными герметиками.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что семейство градуировочных зависимостей «скорость ультразвука - коэффициент водопроницаемости шва» устанавливают для различных влажностей герметизирующих материалов в опытных образцах швов, причем при измерении скорости распространения продольных волн УЗК в реальных конструкциях деформационных швов определяют влажность их герметизирующих материалов и на основании рабочей градуировочной зависимости для конкретного герметизирующего материала швов с влажностью, равной влажности идентичного герметизирующего материала деформационных швов в конструкции сооружения, определяют водопроницаемость деформационных швов в натурных условиях.
