СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭРОЗИОННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ГРУНТОВЫХ НАСЫПНЫХ СООРУЖЕНИЙ Российский патент 2023 года по МПК C09K17/00 C09K17/18 C09K17/22 C09K17/40 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к области почвоведения, в частности, к отрасли эрозии почв и может быть использовано для защиты грунтовых насыпных сооружений многолетней эксплуатации от воздействия дождевых и талых водных потоков.

Насыпные грунтовые сооружения создают для защиты обваловок кустовых площадок для буровых нефтедобывающих и газодобывающих установок, искусственных откосов, временных оборонных сооружений и других насыпных объектов. Под воздействием дождевых и талых водных потоков поверхность этих объектов размывается и требует постоянного восстановления.

Уровень техники

Из уровня техники известны различные средства и способы защиты от размывания наклонных поверхностей насыпных сооружений - это посев травянистых растений, укладка рулонных газонов, армирование георешётками. Однако эти способы трудоёмки и дорогостоящие. Кроме того, любая растительность требует последующего постоянного ухода, что также влечет за собой дополнительные затраты. Поэтому более распространёнными способами сохранения поверхности насыпных сооружений являются способы с заполнением размытых участков привозной почвой с последующим её уплотнением. Данный способ раскрыт, например, в СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87 (Докипедия: СП 45.13330.2017 Земляные сооружения, основания и фундаменты Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87).

Однако, простое уплотнение почвы не обеспечивает долговременного сохранения эффекта эрозионной устойчивости, в результате чего возникает необходимость постоянного контроля состояния насыпного сооружения.

Из уровня техники известно влияние полиакриламидов (ПАА) на эрозионную устойчивость почвы, например, из публикации А. Е. КАСЬЯНОВ, М. С. ЗВЕРЬКОВ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К. А. Тимирязева», г. Москва, ВЛИЯНИЕ ПОЛИАКРИЛАМИДА НА РАЗБРЫЗГИВАНИЕ ПОЧВЫ (https://nbdrx.ru/pdf/Savostyanov/savost021.pdf).

В данном источнике раскрывается возможность внесения водного раствора ПАА на слой почвы для предохранения от эрозии почв.

Однако для достижения положительного влияния ПАА при его внесении в почву для предохранения от эрозии требуются высокие дозы препарата, что ведет к повышенной концентрации азота в почве и негативно сказывается на условиях роста растений.

Из публикации диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.03 «Влияние водорастворимых полимеров на агрофизические и почвозащитные свойства светло-серых эродированных почв Предкамья Республики Татарстан», к.с-х.н. Захарова Евгения Ивановна, 1999, также отмечено, что «Полимеры на основе полиакриламида способствуют формированию водопрочной структуры. Увеличение размеров почвенных агрегатов и повышение их водопрочности значительно увеличивает скорость инфильтрации воды в почву, уменьшая вероятность возникновения водной и ирригационной эрозии».

Однако в публикации раскрыто только влияние полиакриламида на формирование водопрочной структуры и способы её работы, но она не рассматривает практического применения этих свойств и технологии создания защитной оболочки насыпных сооружений.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ, раскрытый в публикации https://kurskfarc.ru/attachments/article/69/sb5_7oct.pdf.

В данной работе раскрыты особенности использования полиакриламида в сельском хозяйстве для улучшения свойств почвы полевых угодий (укрупняют почвенные агрегаты, что улучшает отвод влаги в глубь почвы на полях).

Однако степень влияния использования полиакриламида для достижения противоположных свойств - создания защитного слоя, не пропускающего влагу внутрь насыпного грунтового сооружения - в данной публикации не раскрывается.

Таким образом, техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих представленным выше аналогам за счет создания способа повышения эрозионной устойчивости насыпных грунтовых сооружений, обеспечивающего долговременное сохранение эрозионных свойств сооружения, что позволит увеличить временные промежутки между последующими обработками.

Краткое раскрытие сущности изобретения

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении эрозионной устойчивости поверхности насыпных сооружений за счет увеличения критической скорости размывающих водных потоков.

Заявленный технический результат достигается тем, что способ повышения эрозионной стойкости насыпных грунтовых сооружений включает приготовление защитной смеси, включающей почву насыпного грунтового сооружения, 1-%-ый водный раствор полиакриламида (ПАА) и воду в следующем соотношении перечисленных компонентов: 4,75-5,25 литра раствора ПАА:1 м³почвы: 150-250 литров воды, и нанесение полученной смеси на склон насыпного грунтового сооружения слоем толщиной 5-10 см с последующим оставлением до высыхания и образования коркового слоя, стойкого к воздействию размывающих водных потоков. Защитная смесь имеет гелеобразную консистенцию. Нанесение полученной смеси на склон выполняют однократно или многократно до достижения необходимой толщины слоя. Приготовление защитной смеси выполняют посредством механического перемешивания указанных компонентов в течение 5-8 минут.

Осуществление изобретения

Для реализации заявляемого способа формируют защитную смесь, приготовленную из местной почвы (составляющей защищаемое насыпное сооружение), пропитанную раствором полимерных препаратов (например, полиакриламидом) в соотношении 4,75-5,25 литра 1-% раствора ПАА на 1 м³ почвы. В автомиксер загружают в соответствии с указанным соотношением объем почвы и объем препарата. Содержимое перемешивают в течение 5-8 минут. В процессе перемешивания в смесь добавляют воду и доводят смесь до получения гелеобразной консистенции, способной растекаться по наклонной поверхности с углом наклона 45-60°. Количество добавляемой воды обусловлено, в том числе, свойствами используемой почвы. Так, например, для песчаных почв, на 1м³ почвенной смеси потребуется 150 - 250 л литров воды. Готовую массу перегружают в бункер бетононасоса, который выдавливает её через гибкий шланг на обрабатываемую поверхность насыпного сооружения в виде струи. Гелеобразная масса, растекаясь сверху вниз, образует сплошное покрытие склона насыпного сооружения. Нужную толщину такого защитного слоя 5-10 см набирают многократным наливом массы на склон. При высыхании такая гелеобразная масса образует защитную корку. Срок высыхания слоя толщиной 5-10 см зависит от климатических условий и составляет ориентировочно 5-10 дней.

Качественный и количественный состав защитной смеси, для повышения эрозионной стойкости насыпных сооружений был разработан и испытан в лабораторных условиях кафедры эрозии и охраны почв факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова.

В качестве опытной реализации способа были сформированы горки с наклоном 45 и 60° из песка и суглинистой почвы. Затем отдельно приготовлены смеси этих почв с 1-% водным раствором полиакриламида в соотношении 5 литров ПАА на 1м³ почвенной смеси. В эти смеси добавляли воду до достижения гелеобразной консистенции способной растекаться сплошным слоем и покрывали ими поверхности горок. Этими же смесями были заполнены кюветы размером 135х280х50 мм. Через 10 дней зафиксировали полное высыхание нанесенного на горки слоя и, соответственно, формирование коркового слоя как на склоне, так и в кюветах. Для проведения анализа на вымывание почв после высыхания смеси и формирования коркового слоя кюветы были установлены в гнездо лотка, в котором измеряли скоростные характеристики водного потока. Такие же кюветы были заполнены песком и суглинистой почвой без обработки, и также испытаны на лотке.

Скорость водного потока, при которой почвы начинали интенсивно вымываться, (размывающая скорость) фиксировали. Результаты исследований представлены в таблице 1, из которой видно, что полученный корковый слой повышает устойчивость исследуемой почвы к воздействию водного потока. Исследованы были песчаная и суглинистая почвы.

При исследовании была установлена размывающая (критическая) скорость водного потока незащищённой поверхности почвы и с образованным защитным слоем. При фиксации указанных скоростей наблюдали первые признаки разрушения исследуемых образцов - смывание почвенных агрегатов водным потоком.

Выводы, полученные относительно скоростей вымывания почв для коркового слоя в кюветах, оказались справедливы и для эксперимента на корковом слое на насыпных горках.

Таблица 1 песчаная суглинистая незащищённая защищённая корковым слоем с ПАА незащищённая защищённая корковым слоем с ПАА Скорость водного потока (критическая), м/с 0,100 0,112 0,193 0,392

Из таблицы видно, что почвы, обработанные в соответствии с заявляемым способом, допускают скорости водных потоков, увеличенные примерно в два раза по отношению к критическим скоростям водных потоков необработанных почв.

Полученный корковый слой в силу свойств ПАА сохраняется довольно долго, что позволит проводить повторные обработки насыпных сооружений значительно реже, чем при простом уплотнении. Так, повторная обработка почв при способе, основанном на заполнении размытых участков привозной почвой с последующим её уплотнением требуется один раз в 4-5 лет, в то время как повторная обработка после применения заявляемого способа потребуется только через 8-10 лет.

Заявляемое изобретение относится к области почвоведения, в частности к отрасли эрозии почв, и может быть использовано для защиты грунтовых насыпных сооружений многолетней эксплуатации от воздействия дождевых и талых водных потоков. Описан способ повышения эрозионной стойкости насыпных грунтовых сооружений, заключающийся в том, что: готовят защитную смесь, включающую почву насыпного грунтового сооружения, 1 % водный раствор полиакриламида (ПАА) и воду в следующем соотношении перечисленных компонентов: 4,75-5,25 л раствора ПАА:1 м³ почвы:150-250 л воды; наносят полученную смесь на склон насыпного грунтового сооружения слоем толщиной 5-10 см и оставляют до высыхания и образования коркового слоя, стойкого к воздействию размывающих водных потоков. Технический результат - повышение эрозионной устойчивости поверхности насыпных сооружений за счет увеличения критической скорости размывающих водных потоков. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ повышения эрозионной стойкости насыпных грунтовых сооружений, отличающийся тем, что

- готовят защитную смесь, включающую почву насыпного грунтового сооружения, 1 % водный раствор полиакриламида (ПАА) и воду в следующем соотношении перечисленных компонентов: 4,75-5,25 л раствора ПАА:1 м³ почвы:150-250 л воды,

- наносят полученную смесь на склон насыпного грунтового сооружения слоем толщиной 5-10 см и оставляют до высыхания и образования коркового слоя, стойкого к воздействию размывающих водных потоков.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что защитная смесь имеет гелеобразную консистенцию.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нанесение полученной смеси на склон выполняют однократно или многократно до достижения необходимой толщины слоя.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что приготовление защитной смеси выполняют посредством механического перемешивания указанных компонентов в течение 5-8 мин.