Экономия материалов и средств при строительстве прудов-накопителей с дамбами из грунта с разделительной стенкой.
Строительство прудов-накопителей с разделительной стенкой из насыпных грунтовых дамб является составной частью строительства сооружений для очистки дождевых вод, собираемых с территории крупного предприятия. В данной статье рассматриваются вопросы разработки проекта и строительства прудов-накопителей дождевых сточных вод очистных сооружений на производственном объединении "Ижорские заводы" в городе Санкт-Петербурге.
Под строительство прудов был выделен участок 150 * 220 м. По проекту предлагалось, что дамба для прудов-накопителей должна иметь высоту 6 м. На этапе согласования проекта автором был произведен математический обсчет, с целью совершенствования проектных решений, чтобы построить пруды-накопители с высотой дамб, при которой объем чаш прудов был бы наибольшим, а объем грунтовых дамб, ограждающих пруды, наименьшим.
Вот как были осуществлены расчеты
Размер участка А * Б = 150 * 220 м.
К = 3 — уклон насыпи для песчаного грунта.
С = 5 м — ширина проезда по верху дамб.
Требуется определить оптимальную высоту дамб.
Определяем объем чаши прудов
V = [А — 4kh — 2c + kh] * [2*(Б/2 — 3Kh — 1,5C) + 2kh] * h = АБh — 3БKh**2 — 2Бch — 4AKh**2 + 12k2h**2 + 17CKh**2 — 3AСh + 6С2h
Возьмем производную по h и, решив квадратное уравнение, найдем высоту дамб, при которой объем чаш прудов будет наибольшим.
V1 = 150 * 220 — 6200*3h -2*220 * (5 — 8*150*3h + 36*32*h2 + 34*5*3h — 3*150*5 + 6*52 = 0
324h**2 — 7050h + 28 700 = 0
Получим два значения для высоты дамбы:
h1 = 16,33 — мнимый корень (в расчет не берется) и
h2 = 5,42 — высота дамбы, при которой объем чаш прудов будет наибольшим.
Определим объем чаш прудов при высоте дамбы h = 5,42м.
V = (A — 3Kh — 2С)/(Б — 4Кh — 3С)*h = (150 — 3*3*5,42 — 2*5)/(220 — 4*3*5,42 — 3*5)*5,42 = 91,22*139,96*5,42 = 69 198 куб. м
Вычисляем объем грунта в дамбах при h = 5,42 м
Vгр = h*(kh + c)*[3A — 2Б — 6,86*(2Kh + C)] + CKh**2 + 2K2h**3/3 = 5,42*(3*[5,42 + 5)*[3*150 — 2*220 — 6,86*(2*3*5,42 + 5)] + 5*3*5,422 + (2*32*5,423)/3 = 72 894 + 440,65 + 955,32 = 74 290 куб. м
Составим таблицу и построим график зависимости объемов чаш прудов и объемов грунтовых дамб от высоты дамб.
Исходя из экономии строительных материалов и объемов работ, принимаем высоту дамбы прудов-усреднителей из песка с разделительной стенкой на участке в плане А * Б = 150 * 220 м равной 4 м.
При этом объем чаш прудов составит 65 312 куб. м, что на V6 – VL = 68 628 — 65 312 = 3316 куб. м или на 4,83% меньше проектного объема чаш прудов.
А объем песчаного грунта, идущего на формирование дамб, составит 47 623 куб. м, что на V6гр — V4гр = 85 842 — 47 623 = 38 219 куб. м или на 44,5% меньше проектного объема ограждающих дамб из песка.
Налицо существенная экономия материалов и объемов работ.
При высоте дамбы 4 м значительно снижается боковое гидростатическое давление на нее, которые зависит в квадрате от столба залитой в пруды воды.
Для сохранения завышенных объемов выполняемых работ пруды-накопители были построены по проекту, с высотой дамб 6 м, а не так, как предлагалось — высотой 4 м.
После окончания строительства, при наполнении прудов водой, из-за большого бокового гидростатического давления на дамбу, ее в одном месте прорвало.
Пульпа из песка с водой затопила расположенный ниже кирпичный завод. Жертв и пострадавших не было. Последствия аварии ликвидировали, дамбу восстановили. Отличившихся на аварийно-спасательных работах наградили.
В настоящее время эксплуатируемые пруды-накопители при заполнении их дождевыми сточными водами функционируют с некоторыми ограничениями.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы
Директор малого внедренческого предприятия «Фундамент» В.Е. Бардин