Строительство и архитектура 39 Наука Science & Technique техника, № 5, 2013 и Fig. 14. Unpolished C3-Sample, рhase Also the unpolished CNT-sample was exami- ned. In one region, for example, an elongated structure was found, that is recognizable in the up- per part of Fig. 15 and 16. Fig. 15. Unpolished CNT-Sample, height graphic Fig. 16. Unpolished CNT-Sample, рhase C O N C L U S I O N In the AFM images, structures of a size in the order of the nanotubes can be indicated. But due to the inhomogeneity of the material, a reliable identi- fication does not seem possible. More or less the same applies for the test series with the Nano- indenter. A reliable statement of the effect of the Nanotubes on the elasticity and the hardness is not possible because of the high fluctuation of the elas- tic modulus and hardness. Поступила 11.06.2013 УДК 626.86 ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ДАМБ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ НАВОДНЕНИЙ НА РЕКЕ ГОРЫНИ Докт. техн. наук, проф. МИХНЕВИЧ Э. И., канд. техн. наук, доц. БОГОСЛАВЧИК П. М., студ. ВОЛОДЬКО Е. А. Белорусский национальный технический университет В Беларуси последовательно осуществляет- ся программа защиты территорий от наводне- ний в бассейне рек Припяти и Горыни. Особую опасность возникновения катастрофических наводнений создает река Горынь. Она принад- лежит к типу равнинных рек с преобладанием –3.1 m –40.7 34.6 23.5 –29.4 Строительство и архитектура 40 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2013 снегового питания и характеризуется высоким весенним половодьем. Водосборная площадь р. Горыни в створе Давид-Городка составляет 27700 км2. Максимальный расход весеннего паводка 1%-й обеспеченности равен 3170 м3/с, летне-осеннего паводка 10%-й обеспеченно- сти – 453 м3/с. Пропускная способность русла реки сравнительно небольшая и составляет 300–350 м3/с. Поэтому весенним половодьем затапливаются десятки тысяч гектаров сельско- хозяйственных угодий, подтапливаются насе- ленные пункты, расположенные в Столинском районе Брестской области. За период наблюде- ний (39 лет) пойма затапливалась слоем 0,75 м на протяжении 22 лет и более высоким уровнем (0,75–1,50 м) – 5 лет. Продолжительность поло- водий – от 1 до 2,5 месяца, а в среднем – 1,5 месяца. Летне-осенняя межень нарушает- ся дождевыми паводками по 2–3 раза в сезон, а в дождливые годы – по 5–6 раз. Продолжи- тельность паводков колеблется от нескольких дней до 1,5 месяца. На первом этапе реализации программы за- щиты от наводнений выполнены инженерные мероприятия по защите от затопления Давид- Городока (проект «Белгипроводхоза», научное обоснование соавтора). В составе этих меро- приятий построен перепуск «Хорск», включа- ющий отрегулированное русло реки, и огради- тельные дамбы. Параметры перепуска: длина – 4,7 км; средняя глубина – 5,85 м; ширина по дну – 50 м; коэффициент заложения отко- сов m = 4; продольный уклон дна i = 0,0001. Пропускной расход весеннего паводка 1%-й обеспеченности по Хорскому перепуску Q = = 2110 м3/с. Ширина перепуска – 500 м. Длина оградительных дамб – 14,3 км. Дамбы Хорско- го перепуска защищают от наводнений пять сельских населенных пунктов и Давид-Городок с населением 18,5 тыс. человек. Реализация 1-й очереди противопаводковых мероприятий не решила в полной мере вопросы надежности защиты объектов Столинского района. Морфометрические условия сформиро- ваны таким образом, что при определенных отметках происходит перетекание части расхо- да р. Горыни в р. Льву и далее по системе водо- токов в р. Припять. Построенный Хорский пе- репуск способен отводить часть стока р. Горы- ни в обход Давид-Городка с максимальным расходом Q = 2110 м3/с. В естественном состо- янии перетекание части вод р. Горыни по Хо- томельскому направлению составляет 691 м3/с, а вниз по течению р. Горыни – 2479 м3/с, что на 369 м3/с больше расчетного расхода для Хор- ского перепуска. Пропуск по Хорскому перепуску дополни- тельного к проектному паводкового расхода 369 м3/с не представляется возможным, так как это вызовет подъем уровней воды выше гребня дамб, увеличение расчетных скоростей павод- ковых вод на 10–14 % и создаст угрозу разру- шения защитных дамб. Между тем перетека- ние части паводковых вод р. Горыни в поймы рек Львы, Моствы и Сдвиги вызывает подтоп- ление ряда населенных пунктов: Хотомеля, Ру- беля и других и затопление земель общей пло- щадью 3250 га. Инженерные решения по защите терри- торий от наводнений. Для того чтобы обе- спечить проектный гидрологический режим Хорского перепуска в районе Давид-Городка и одновременно защитить от наводнений насе- ленные пункты и земли по Хотомельской трас- се прохождения паводковых вод, в настоящее время запроектированы и реализованы инже- нерные решения, предусматривающие бифур- кацию части максимального стока р. Горыни в водосборы рек Львы, Моствы и Сдвиги в объеме 1066 м3/с путем сооружения на пойме р. Горыни направляющей (водоразделитель- ной) дамбы длиной 4,6 км и создания зимнего (незатапливаемого) польдера «Хотомельский» площадью 3250 га, строительство которого обеспечивает одновременно защиту от павод- ков населенных пунктов Рубель и Хотомель. Длина ограждающей дамбы вдоль р. Горыни и д. Хотомель – 14,2 км. Направляющая дамба разделяет поток весеннего половодья 1%-й обеспеченности на две части: расход 1066 м3/с направляется на Хотомельский перепуск и 2104 м3/с – по р. Горыни на Хорский перепуск (рис. 1). Устройство дамбы Хотомельского польдера сужает пойму р. Горыни в створе до 4 км, про- тив 6 км в естественном виде, в результате чего происходит форсировка паводковых уровней воды в среднем на 0,18 м, что обеспечивает со- здание гидравлического уклона в направлении р. Львы и р. Сдвиги и определяет возможность пропуска паводковых расходов в указанном выше расчетном значении 1066 м3/с. Строительство и архитектура 41 Наука Science & Technique техника, № 5, 2013 и Рис. 1. Схема бифуркации максимального стока р. Горыни: – скорость вдольберегового течения, м/с; Q – расход воды, м3/с Таким образом, данные инженерные реше- ния по устройству Хотомельского перепуска снимают критическую нагрузку на Хорский перепуск и создают условия для предотвраще- ния катастрофических последствий, возникаю- щих при пропуске паводков р. Горыни рас- четных обеспеченностей для Давид-Городка, других населенных пунктов и объектов Сто- линского района. Защита откосов дамб от вдольбереговых течений. Для надежной работы Хотомельского перепуска важным фактором является обеспе- чение устойчивости откосов дамб. Продольные скорости пойменного транзитного потока вдоль верхового откоса дамбы составляют 0,6–1,5 м/с. В наиболее сложных гидравлических условиях работает водораздельный участок дамбы. Здесь дополнительно возникают скорости вдольбере- гового течения, создаваемого косоподводящи- ми волнами в прибойной зоне, и в результате суммарные скорости возрастают до 2,89 м/с. Для обеспечения устойчивости и надежно- сти работы дамб необходимо принимать такое расчетное значение средней скорости потока, при котором не будут происходить их раз- мывы. Для определения допускаемых на раз- мыв скоростей для откоса использовали фор- мулу Э. И. Михневича [1]. Она учитывает все основные физические и физико-механические свойства грунта. Формула имеет следующий вид: 0,5 1 y доп в от x g dn hR d h 0,25 p p2 2 1 1 1 2 , c c f f g d g dm (1) где R – гидравлический радиус, м; d – расчет- ный диаметр грунта, м; ρ1 – плотность грунта с учетом взвешивания его водой, кг/м3; ρв – плотность воды, кг/м3; g – ускорение силы тя- жести, м/с2; f – коэффициент внутреннего тре- 5 4 3 2 0 1 Строительство и архитектура 42 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2013 ния грунта в воде; ср – удельное сцепление грунта при размыве в воде, Па; m – коэффици- ент заложения откоса; nу – коэффициент усло- вий работы, при содержании в потоке взвешен- ных наносов S ≤ 0,1 кг/м3 принимают значение nу = 1, а при S > 0,1 кг/м 3 nу = 1 + 2S; h – глуби- на воды в русле, м; hот – глубина от уреза воды до точки откоса, в которой определяется допус- каемая скорость, м; для наиболее неустойчивой нижней зоны откоса принимают hот = h. Коэффициент α и показатель степени х учи- тывают характер гидравлических сопротивле- ний и структуру потока, их значения принима- ют в зависимости от стадии движения наносов: α = 2,06; х = 0,167 – для стадии начала вле- чения отдельных зерен грунта; α = 3,16; х = 0,14 – для стадии начала обра- зования гряд; α = 5,96; х = 0,10 – для начала взвешивания грунта. Из зависимости (1) получена формула (2) для определения расчетного диаметра D мате- риала пригрузки (наброски) откосов, для кото- рой за расчетную принимается стадия начала влечения отдельных частиц [2]. Учитывая, что удельное сцепление материала наброски ср = 0, а коэффициент условий работы при содержа- нии в потоке наносов менее 0,1 кг/м3, nу = 1, формула (2) имеет вид 3 з 0,5 1,5 2 2 0,75 1 в , 8,74 ( ρ /ρ ) ( 1/ )n K D R g f m (2) где – скорость течения воды, м/с; fn – коэф- фициент внутреннего трения материала приг- рузки в воде, принимается равным 0,8–0,9 для гравия и мелкого щебня; fn = 1 – для камня и крупных сортированных фракций щебня; Kз – коэффициент запаса, учитывающий неравно- мерность распределения наброски на откосе, принимаемый равным h3,01 (h – высота крепления, м). По формуле (2) рассчитано крепление отко- сов каменной наброской на водоразделяющем участке дамбы (с ПК 82 по ПК 115). Для этого участка скорость = 2,89 м/с; R = h = 2,9 м; m = 3; ρ1/ρв = 1. Тогда диаметр частиц наброски будет равен 3 0,5 1,5 2 0,75 1,5 2,89 0,09 м. 8,74 2,9 (9,81) (1 1/3 ) D Содержание частиц с расчетным диамет- ром D должно быть в наброске не менее 50 % по массе, а ее толщина – не менее 3D. В качестве альтернативы рассмотрено креп- ление откосов использованными автомобиль- ными покрышками, которые укладываются на поверхности откоса с заполнением каменной наброской. В этом случае диаметр наброски можно рассчитывать для стадии начала взве- шивания грунта, а не для стадии начала влече- ния отдельных частиц. Формула (1) для определения допускаемой скорости для стадии начала взвешивания не- связного грунта имеет вид 0,50,1 0,25 21 доп 2 в 1 5,96 . g dR f d m (3) Тогда формула для расчета диаметра частиц наброски, которая укладывается внутрь авто- мобильных покрышек и в пространстве между ними, принимает вид 2,5 з 0,25 1,25 2 2 0,625 1 в . 86,72 ( ρ /ρ ) ( 1/ )n K D R g f m (4) Подставляя значения параметров, входящих в формулу (4), получаем: 2,5 0,25 1,25 2 2 0,625 1,5 2,89 0,014 м. 86,72 2,9 9,81 (0,8 1/3 ) D Для данного вида крепления диаметр в 6,4 раза меньше, чем для камня, укладываемого по откосу без применения шин. В таком креп- лении не требуется крупный сортированный камень, а может быть использован обычный гравий или щебень, что снижает стоимость креплений примерно в 1,5–1,8 раза. На прямолинейных участках дамбы скоро- сти не превышают значений 0,6–0,8 м/с, защита откосов обеспечивается здесь посевом трав, т. е. созданием дернового покрова. Защита откосов дамб от воздействия волн. Кроме размывающего действия потока, на от- косы водоразделительного участка дамбы воз- действуют также волны, возникающие на эк- ватории затапливаемой поймы в междуречье р. Горыни – р. Сдвиги. Здесь длина разгона вол- ны может достигать 4–5 км. Строительство и архитектура 43 Наука Science & Technique техника, № 5, 2013 и Для расчета диаметра каменной наброски, защищающей откос на участке, подверженном волновому воздействию, чаще всего исполь- зуются формулы (5) и (6). Формула (5) имеет вид [3] 3ш к , 0,524 М D (5) где 3 к 1% 3 1%3к в 0,079 , 1 1 h М h m где ρк, ρв – плотность камня и воды, т/м 3; λ, h1% – длина и высота расчетной волны, м; М – масса камня, т. Для участка дамбы, подверженной наиболее сильному волновому воздействию, расчетная волна имеет следующие параметры: длина вол- ны λ = 15 м; высота волны 1%-й обеспеченно- сти – h1% = 0,72 м. Подставив расчетные значения параметров волны при ρк = 2,65 т/м 3 и ρв = 1 т/м 3, получим: 3 3 3 0,079 2,65 0,72 15 0,015 т; 0,722,65 1 1 3 1 М 3 ш 0,015 0,22 м. 0,524 2,65 D Формула (6) имеет вид [4] 3 1% a б 1% к a 1,8 1,5 0,5 , 1,8 1 hm m D Ch m m (6) где С – гидравлический коэффициент сопро- тивления, принимаемый равным 0,2 при диа- метре камня более 0,15 м и высоте волны более 0,5 м; тh1% – пологость волны 1%-й обеспечен- ности, принимаемая для водохранилищ рав- ной 7; а – удельный вес аэрированной воды, стекающей с наброски в конце отката волны, принимаемый равным 10 кН/м3; к – удельный вес камня, который можно принять 26,5 кН/м3. Подставив в формулу (6) указанные выше значения параметров, получим 3 б 7 1,5 0,2 0,72 0,5 3 D 3 1,8 10 0,164 м. 1,8 3 1 26,5 10 Выполненные результаты расчета по устой- чивости откосов к волновым воздействиям по- казали, что для их защиты требуется камень большого диаметра, при самом минимальном 0,16 м толщина наброски 3D = 0,48 м, что при- ведет к большой стоимости крепления. Поэто- му и в данном случае было бы целесообразно применение утильных шин с заполнением их наброской. Специальные исследования по устой- чивости таких креплений к волновым воздей- ствиям не проводили. Однако можно предпо- ложить, что соотношение между крупностью частиц при сплошном покрытии откосов и при использовании шин может быть принято та- ким же, как и при защите откосов от размыва, где соотношение между значениями диаметра для указанных выше расчетных стадий равно 6,4 раза. Тогда необходимый диаметр частиц для заполнения шин составит 0,025 м. В качестве альтернативного варианта сни- жения стоимости крепления откосов от волно- вого воздействия предложена конструкция вол- ногасящей дамбочки (H = 1 м, m = 3), сооружа- емой вдоль основной дамбы, с покрытием ее каменной наброской и посадкой кустарниковой растительности. Такая конструкция крепления реализована на данном объекте. В Ы В О Д Ы 1. Инженерные решения по бифуркации ча- сти максимального стока р. Горыни в водосбо- ры рек Львы, Моствы и Сдвиги путем соору- жения водоразделительной дамбы и создания польдера обеспечивают защиту населенных пунктов и сельскохозяйственных территорий от затопления и предотвращают катастрофические наводнения в период прохождения половодий и паводков в бассейне р. Горыни. 2. Для определения расчетного диаметра ча- стиц каменной наброски откосов при воздей- ствии на них вдольбереговых течений предла- гается формула (2), полученная из зависимо- сти (1) для допускаемых скоростей на размыв Строительство и архитектура 44 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2013 откосов, исходя из стадии начала подвижки отдельных частиц, а для крупнозернистого ма- териала, укладываемого в отработанные авто- мобильные шины, – формула (4), исходя из стадии начала взвешивания частиц. 3. Для защиты откосов от действия волн диаметр частиц каменной наброски, рассчитан- ный по существующим формулам (5) и (6), имеет большие значения (0,16–0,22 м), и стои- мость такого крепления откосов дамб (тол- щиной 3D) становится значительной. Поэтому менее дорогостоящим является обеспечение устойчивости откосов дамб к действию волн путем сооружения вдоль основной дамбы вол- ногасящей дамбочки (высотой до 1 м) с покры- тием ее каменной наброской и посадкой ку- старниковой растительности, что фактически реализовано при сооружении противопаводко- вой дамбы в пойме р. Горыни. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Михневич, Э. И. Определение допускаемых скоро- стей течения воды в каналах / Э. И. Михневич // Гидро- техническое строительство. – 1989. – № 1. – С. 14–18. 2. Михневич, Э. И. Методика проектирования креп- лений каналов на основе эпюр распределения скоростей по ширине русла / Э. И. Михневич // Вестник БНТУ. – 2009. – № 5. – С. 5–8. 3. Гидротехнические сооружения комплексных гид- роузлов: учеб. пособие / П. М. Богославчик [и др.]; под общ. ред. Г. Г. Круглова. – Минск: БНТУ, 2006. – 585 с. Поступила 13.02.2013 УДК 665.7.06:66.02:622.33; 699.82 (035.5) ТЕХНОЛОГИЯ И ЭКОНОМИКА ПОЛУЧЕНИЯ УГОЛЬНОГО ТЕРМОПЛАСТИФИКАТА – КОМПОНЕНТА ГИДРОИЗОЛЯЦИИ КОНСТРУКЦИЙ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ Докт. техн. наук, проф. ЛЯХЕВИЧ Г. Д., канд. техн. наук, доц. ЛЯХЕВИЧ А. Г. Белорусский национальный технический университет Среди всех природных ресурсов сырья ор- ганического происхождения запасы углей и горючих сланцев наибольшие. Их доля в балан- се естественных органических материалов зна- чительно превышает долю нефти, горючих га- зов, древесины и других и составляет более 80 % от запасов всего органического сырья. В этой связи твердые горючие ископаемые – горючие сланцы, каменные, бурые, сапропели- товые, кеннельские угли, торф являются неис- черпаемым источником сырья для получения вяжущих, мастик, бетонов и, прежде всего, ас- фальтобетонов, аглопорита, гидроизоляционных и многих других строительных материалов [1]. Целью исследования авторов является раз- работка технологии получения из бурых углей угольного термопластификата, используемого для приготовления гидроизоляционных мате- риалов, применяемых для защиты конструкций мостов и тоннелей. Технология получения угольного термо- пластификата. Для разработки технологии получения термопластификата использовался канско-ачинский бурый уголь с характеристи- ками: технический анализ, % мас.: влага Wа 0,81; зола Аc 9,06; сера Saобщ 0,85, летучие V г 69,84; элементный анализ, % мас.: углерод Сг 64,35; водород Нг 5,46; сера Sгорг 0,32; азот Nг 1,83; кислород Ог 28,04. Исследования проводили на установке, обеспечивающей осуществление процесса в уг- леводородной среде при небольшом повышен- ном давлении в температурном интервале ((350–360) ± 5) оС. Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.