СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕЛЕВОГО РУСЛА Российский патент 1994 года по МПК E02B3/00 E02B3/02 

Изобретение относится к способам регулирования селевого русла с использованием гидротехнических сооружений и может быть использовано на селеносных водотоках и их притоках для предотвращения возникновения катастрофических селей.

Целью изобретения является повышение эффективности работ за счет предотвращения образования катастрофических селей путем обеспечения перемещения продуктов эрозии вдоль уклона селевого русла в условиях ограничения скорости их движения.

Цель достигается тем, что по способу регулирования селевого русла, включающему подготовку створов, возведение каскада селеулавливающих сооружений с запорными органами в нечетных створах, полное или частичное занесение продуктами эрозии верхних бьефов селеулавливающих сооружений в нечетных створах и возведение нового каскада селеулавливающих сооружений с запорными органами в четных створах, после установки селеулавливающих сооружений в четных створах селеулавливающие сооружения в нечетных створах демонтируют, а после полного или частичного занесения продуктами эрозии верхних бьефов селеулавливающих сооружений в четных створах эти сооружения демонтируют, а в нечетных возводят, причем до начала производства работ по каждой перестановке селеулавливающих сооружений через створы установки осуществляют пропуск продуктов эрозии, накопленных выше них ранее.

На фиг.1 представлены селевое русло и его притоки в плане, местоположение створов установки селеулавливающих сооружений и группировка селеулавливающих сооружений в каскады; на фиг.2 - показано селевое русло (фрагмент), продольный разрез, селеулавливающие сооружения установлены в нечетных створах; на фиг.3 - то же, верхний бьеф селеулавливающих сооружений в нечетных створах занесен продуктами эрозии горных пород, перемещенными очередным селевым потоком; на фиг.4 - то же, селеулавливающие сооружения демонтированы в нечетных створах, установлены в четных створах, в нечетных створах выполнена разборка крупных фракций продуктов эрозии, отложившихся у сквозных селеулавливающих сооружений; на фиг.5 - то же, верхний бьеф селеулавливающих сооружений в четных створах занесен продуктами эрозии, продукты эрозии, накопленные выше нечетных створов, унесены очередным селевым потоком; на фиг. 6 - то же, селеулавливающие сооружения демонтированы в четных створах, установлены в нечетных створах; на фиг.7 - сквозное тросовое селеулавливающее сооружение (фрагмент), устанавливаемое в верхнем створе каскада; на фиг.8 - то же, устанавливаемое в нижнем створе каскада; на фиг.9 изображена установка селеулавливающего сооружения перед участком селевого русла с повышенным уклоном, продольный разрез; на фиг.10 - установка селеулавливающего сооружения перед каньоном, план.

Способ регулирования селевого русла осуществляют следующим образом.

На селевом русле 1 (или на его притоке 2) намечают нечетные 3 и четные 4 створы установки селеулавливающих сооружений 5 с запорными органами. Сооружения 5 в створах 3 (или 4) могут быть сгруппированы в каскады 6 (вдоль селевого русла 1, вдоль его притоков 2) или могут быть сгруппированы в серию каскадов 6 вдоль основного русла 1 или его притока 2 (фиг.1).

Затем осуществляют подготовку нечетных створов 3 под установку поперечных селеулавливающих сооружений 5. Для этого в зависимости от типа и конструктивных особенностей селеулавливающих сооружений 5 осуществляют планировку основания, установку боковых опор, могут возводить основание в виде фундамента и т.п.

В подготовленных створах 3 возводят поперечные селеулавливающие сооружения 5 в виде глухих плотин (из железобетона, бетона, каменной наброски и т.п.) или в виде сквозных сооружений (тросовых плотин, плотин из сборного железобетона ячеистой конструкции, плотин из утилизированных автопокрышек и т. п. ). Сквозные селеулавливающие сооружения 5 работают более эффективно. Они при высокой надежности функционирования обладают низкой стоимостью, малой трудоемкостью строительства, могут быть в сжатые сроки возведены в труднодоступных створах 3, 4. Предлагаемый способ предусматривает использование сооружений 5 в виде глухих плотин в случае наличия ранее построенных глухих плотин в селевых руслах 1, 2, в случае экономической целесообразности возведения глухих плотин из местных строительных материалов и т.п.

В результате установки селеулавливающих сооружений 5 получают в их верхних бьефах емкости 7, которые могут принять большие объемы продуктов 8 эрозии горных пород, перемещаемых каждым очередным проходящим селем на нижележащие отметки.

В случае установки сквозных селеулавливающих сооружений 5 последние дополнительно обеспечивают гашение кинетической энергии проходящих селевых потоков (как при обтекании сооружений 5 потоком, так и в их верхнем бьефе, являющемся водобойным колодцем для потока) и ограничение тем самым скорости движения селей и их транспортирующей способности.

На сквозные селеулавливающие сооружения 5 по сравнению с глухими сооружениями действуют во много раз меньшие динамические нагрузки от селевых потоков, поскольку они обеспечивают увеличение времени взаимодействия конструкций с селевым потоком. Это позволяет существенно облегчить их опоры, фундаменты, несущие элементы и, следовательно, снизить стоимость работ.

После полного или частичного занесения верхних бьефов селеулавливающих сооружений 5 продуктами 8 эрозии, перемещенными очередным селевым потоком, селеулавливающие сооружения 5 в нечетных створах 3 демонтируют, а в нижерасположенных частных створах 4 возводят. Демонтаж сооружений 5 осуществляют, начиная с тех объектов, у которых верхний бьеф более полно занесен продуктами 8 эрозии (т.е. демонтаж сооружений 5 могут начинать с верховий, с нижних участков или с середины селевого русла 1 и его притоков 2). Причем, чтобы исключить возможность образования селей малой обеспеченности (катастрофических), демонтаж последующего (по времени) селеулавливающего сооружения 5 в нечетном створе 3 начинают после полной установки предыдущего (по времени) селеулавливающего сооружения 5 в четном створе 4.

Если свободного объема емкостей 7 в верхних бьефах селеулавливающих сооружений 5 не достаточно для задержания перед защищаемыми объектами 9 всего объема продуктов 8 эрозии горных пород, которые могут быть перемещены селем расчетной обеспеченности, переустановку сооружений 5 могут осуществлять при частичном заполнении их верхних бьефов продуктами 8 эрозии, не дожидаясь полного заполнения.

В случае необходимости ускорения производства работ, например после прохождения селя, влекущего большое количество продуктов 8 эрозии, могут одновременно осуществлять процесс установки нескольких селеулавливающих сооружений 5 в четных створах 4, а затем демонтировать сооружения 5 в вышележащих нечетных створах 3.

После установки селеулавливающих сооружений в четных створах 4 и демонтажа сооружений 5 в нечетных створах 3 осуществляют мероприятия по обеспечению пропуска продуктов 8 эрозии (накопленных в период функционирования сооружений 5 в створах 3) через нечетные створы 3 вниз по селевому руслу 1, 2. Для этого могут выполнять разборку завалов из крупных камней, образовавшихся вблизи сооружений 5 со стороны их верхнего бьефа в створах 3 (в случае использования сквозных сооружений 5), например, бульдозерами 10 (фиг. 4), разборку остатков глухих плотин 5 в створах 3 после уноса части продуктов 8 эрозии вниз по селевому руслу 1, 2 очередным селевым потоком.

После занесения продуктами 8 эрозии верхних бьефов селеулавливающих сооружений 5 в четных створах 4 эти сооружения демонтируют, а в вышерасположенных нечетных створах 3 возводят (по аналогии с предшествующей перестановкой сооружений 5 из нечетных створов 3 в четные створы 4).

За период перестановки селеулавливающих сооружений 5 (из четных 4 в нечетные 3 створы) селевые и паводковые потоки перемещают продукты 8 эрозии, накопленные ранее в верхних бьефах сооружений, находившихся в нечетных створах 3, вниз по селевому руслу 1, 2 через данные створы. Поток при этом, размывая продукты 8 эрозии, теряет кинетическую энергию. Гашению кинетической энергии селя способствуют также сооружения 5, установленные в четных створах.

Таким образом, в результате волнообразной перестановки сооружений 5 обеспечивают перемещение продуктов 8 эрозии селевыми потоками вдоль уклона селевого русла 1,2 мимо защищаемых объектов 9 в условиях ограничения скорости их движения.

В случае использования сквозных селеулавливающих сооружений 5 величину отверстий 11 сквозности в них уменьшают вдоль уклона селевого русла 1,2 в каждом каскаде 6 сооружений 5 (фиг.7, 8). Это позволяет уменьшить силу динамического воздействия селевого потока на селеулавливающие сооружения 5, так как вышележащие сквозные сооружения 5 обеспечивают задержание в начальный момент времени только крупных фракций продуктов 8 эрозии (и обеспечивают их отложение в верхнем бьефе сооружений 5), а затем уже образовавшаяся плотина из сквозного сооружения 5 и крупных фракций продуктов 8 эрозии обеспечивает задержание и части мелких фракций продуктов 8 эрозии, перемещаемых селевыми и паводковыми потоками. Нижележащие в каскаде 6 сооружения 5 обеспечивают задержание в начальный период прохождения селя уже более мелких фракций продуктов 8 эрозии, перемещаемых селевыми потоками.

По длине селевого русла 1, 2 могут возводить серию каскадов 6 селеулавливающих сооружений 5, причем, если в селевое русло 1,2 по его длине не ожидается залповых поступлений неоднородной по фракционному составу селевой массы, вдоль селевого русла 1 (или 2) устанавливают один каскад 6 сооружений 5. Если в селевое русло, например, 1 (фиг.1) ожидается залповое поступление неоднородной селевой массы, например, из бокового незарегулированного притока 2, то за этим притоком устанавливают дополнительный каскад 6 сооружений 5 для рассредоточения во времени силы динамического воздействия селевого потока на сооружения 5 в основном селевом русле 1. Если приток 2 также зарегулирован каскадом 6 сквозных селеулавливающих сооружений 5, то линейные размеры отверстий 11 сквозности в последнем четном (или нечетном) сооружении 5 в каскаде 6 на притоке 2 могут назначать несколько большими (на 10-20% ), чем соответствующие линейные размеры отверстий 11 сквозности у нижележащего четного (или нечетного) сооружения 5 в основном селевом русле 1. Это также обеспечивает уменьшение динамических воздействий селя, сошедшего с зарегулированного селевого притока 2, на нижележащие селеулавливающие сооружения 5 в основном селевом русле 1.

Каждый нижележащий четный (или нечетный 3) створ 4 установки селеулавливающего сооружения 5 выбирают на участке селевого русла 1,2, отметка дна 12 которого (в незарегулированном состоянии) ниже отметки дна 12 селевого русла 1,2 (в незарегулированном состоянии) в вышележащем нечетном (или четном 4) створе 3 на величину, определяемую из условия Δ ≥ Н, где Н - высота селеулавливающего сооружения 5 в четном (или нечетном 3) створе 4 установки. Выполнение данного условия обеспечивает полное перемещение вниз по селевому руслу 1,2 продуктов 8 эрозии, накопленных ранее в нечетных (или четных 4) створах 3 установки селеулавливающих сооружений 5 (после их демонтажа). Если принять Δ < Н, то продукты 8 эрозии, накопленные ранее выше нечетных (или четных 4) створов 3 не могут быть полностью перемещены селевыми потоками через данные створы 3 (или 4), что затрудняет процесс перестановки сооружений 5, уменьшает эффективность предложенного способа регулирования селевого русла, так как свободный объем полезных емкостей 7 сразу после перестановки сооружений 5 частично заполнен продуктами 8 эрозии (фиг.2).

Створы 3,4 установки селеулавливающих сооружений 5 могут выбирать перед участками селевого русла 1,2 с повышенными уклонами 13 (фиг.9). Это обеспечивает создание в верхних бьефах сооружений 5 емкостей 7 наибольшего объема (при равных затратах на возведение сооружений 5) для приема и накопления продуктов 8 эрозии, перемещаемых селевыми и паводковыми потоками.

Створы 3,4 установки селеулавливающих сооружений 5 могут выбирать перед каньонами 14 (фиг.10). Это обеспечивает создание больших полезных емкостей 7 для приема и накопления продуктов 8 эрозии при относительно малых пролетах, перекрываемых сооружениями 5, и соответственно при минимальной стоимости сооружений 5 (поскольку, как правило, перед началом каньона 14 начинаются участки селевого русла 1,2 с повышенными уклонами).

Селеулавливающие сооружения 5 могут быть сборно-разборной конструкции, а также могут быть унифицированы по перекрываемым пролетам и перепадам. Это обеспечивает быструю переустановку сооружений 5 из нечетных створов 3 в четные створы 4 и наоборот.

Запорные органы селеулавливающих сооружений 5 могут быть рассчитаны по сроку службы только на максимально возможный период переустановки конструкций (без принятия коэффициентов запаса). Это позволяет выполнять сооружения 5 из недорогих конструкционных материалов, исключить основную часть работ по демонтажу сооружений 5 в створах 3,4. Так, например, в случае использования в качестве селеулавливающих сооружений 5 тросовых плотин демонтаж их сводится к сбросу их верхних катенарных поясов с боковых анкерных опор. Сброшенные плотины не мешают пропуску селевой массы через створ их установки, через расчетный временной срок их материал разрушается, например подвергается коррозии, что предотвращает экологическое загрязнение селевого русла строительными конструкциями.

Пример конкретного выполнения.

Необходимо осуществить регулирование селевого русла в КБ АССР для предотвращения образования катастрофических селей и защиты от их воздействия народнохозяйственных объектов расположенных в селеносном каньоне и на конусе выноса. Стоимость регулирования селевого русла должна быть минимальной, надежность регулирования и защиты объектов - высокой.

Регулирование селевого русла осуществляют согласно заявленному способу.

На селевом русле АБ и на его притоках ЖЗ, ДЕ и ИК (фиг.1.) намечают нечетные и четные створы установки селеулавливающих сооружений. Приток ВГ, хотя и является генератором селей и поставщиком неоднородных по фракционному составу селевых масс большого объема, крайне труднодоступен для производства работ, поэтому его регулирование не планируют.

Нечетные (или четные) селеулавливающие сооружения группируют в каскады: по одному на притоках ЖЗ, ДЕ и ИК и два каскада на основном селевом русле АБ, причем второй (нижележащий) каскад располагают после нерегулируемого притока ВГ.

В качестве селеулавливающих сооружений используют тросовые плотины. В створах их установки осуществляют планировку основания - раздвижку крупнообломочных кусков горных пород и валунов. В берегах (или стенках) селевого русла выполняют анкерные опоры, например, методом бурения в скале с последующей установкой в скважину и бетонированием скважины с анкером.

Тросовую плотину устанавливают без понурной и водобойной частей. Для устранения складывания плотины (по вертикали) между верхним катенарным поясом и нижними продольными тросами (или нижним катенарным поясом) могут устанавливать распорки, например, из стальных труб диаметром 250-300 мм на расстоянии 3-4 м друг от друга.

Катенарные пояса и тросовую сеть плотин могут выполнять из стальных канатов типа ТК 7х37 = 259 проволок с металлическим сердечником. Нагрузки в вантовых системах могут определять известными способами (см. например, Рекомендации по статическому расчету мягких мембранных плотин./ Сост. Б.И.Сергеев, В. Л. Бондаренко, В.А.Волосухин, В.М.Компаниец; Юж. НИИ гидротехн. и мелиор. - Новочеркасск, 1977, с. 35; Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений: Расчетно-теоретический, кн. 1. /Под ред. А.А.Уманского. - М.: Изд-во лит-ры по строит., 1972, с. 579-599). С учетом вычисленных нагрузок, допустимого нормального напряжения в материале тросов определяют требуемые диаметры тросов катенарных поясов и сеток.

Высоту тросовых плотин назначают в пределах от 2 до 3,5 м, перекрываемые ими пролеты - от 4 до 25 м. Плотины устанавливают в конце горизонтальных участков на селевых руслах перед участками с повышенными уклонами. Размеры сеток, из которых выполнены плотины, в зависимости от гранулометрического состава продуктов эрозии горных пород, перемещаемых селевыми потоками, назначают от (1,5 х 1,5 м) - (2,0 х 2,0 м) в верхних плотинах каскадов до (0,15 х 0,15 м) - (0,3 х 0,3 м) в нижних сооружениях в каскадах.

Изготовленные таким образом тросовые селеулавливающие сооружения, переставляемые вдоль селевого русла и его притоков согласно изобретению, предотвращают образование катастрофических селей путем обеспечения перемещения продуктов эрозии вдоль уклона селевого русла в условиях ограничения скоростей их движения. Данное техническое решение при реализации не требует больших капитальных затрат, обеспечивает надежную селезащиту объектов.

Использование предлагаемого способа обеспечит упрощение производства работ, снижение их стоимости, что достигнуто за счет применения сквозных сборно-разборных селеулавливающих сооружений малой стоимости, в том числе без понуров и водобоев. Стоимость реализации заявленного способа в 10 раз и более ниже по сравнению со стоимостью реализации базового способа (установка каскада постоянных в плане селеулавливающих сооружений с последующим наращением плотин). Использование заявленного способа регулирования селевого русла позволяет предотвратить образование катастрофических селей за счет обеспечения перемещения продуктов эрозии вдоль уклона селевого русла в условиях ограничения скоростей их движения при взаимодействии селевых потоков с селеулавливающими сооружениями. Обеспечена высокая надежность селезащиты. Возможно использование отходов производства для борьбы с селями, например утилизированных покрышек пневматических шин.

Использование: в гидротехническом строительстве, в частности в системах для регулирования селеносных водотоков и их притоков, обеспечивающих предовращение возникновения катострофических селей. Сущность изобретения: для регулирования селевого русла ведут подготовку нечетных 3 и четных 4 створов и установку селеулавливающих сооружений 5 в каждом нечетном створе 3. Продукты 8 эрозии задерживаются в верхнем бьефе селеулавливающих сооружений 5. После полного или частичного занесения верхних бьефов продуктами эрозии селеулавливающие сооружения в нечетных створах 3 демонтируют, в четных 4 возводят. До начала производства работ на каждой перестановке селеулавливающих сооружений 5 через створы установки осуществляют пропуск продуктов эрозии, накопленных выше них ранее. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕЛЕВОГО РУСЛА, включающий подготовку створов, возведение каскада селеулавливающих сооружений с запорными органами в нечетных створах, полное или частичное занесение продуктами эрозии верхних бьефов селеулавливающих сооружений в нечетных створах и возведение нового каскада селеулавливающих сооружений с запорными органами в четных створах, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работ за счет предотвращения образования катастрофических селей путем обеспечения перемещения продуктов эрозии вдоль уклона селевого русла в условиях ограничения скоростей их движения, после установки селеулавливающих сооружений в четных створах селеулавливающие сооружения в нечетных створах демонтируют, а после полного или частичного занесения продуктами эрозии верхних бьефов селеулавливающих сооружений в четных створах, эти сооружения демонтируют, а в нечетных - возводят, причем до начала производства работ по каждой перестановке селеулавливающих сооружений через створы установки осуществляют пропуск продуктов эрозии, накопленных выше них ранее. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что створы установки селеулавливающих сооружений выбирают перед участками селевого русла с повышенными уклонами. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что створы установки селеулавливающих сооружений выбирают перед каньонами. 4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в качестве селеулавливающих сооружений используют сквозные сооружения, причем величину отверстий сквозности в селеулавливающих сооружениях в каскаде уменьшают вдоль уклона селевого русла. 5. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что селеулавливающие сооружения исполняют сборно-разборной конструкции. 6. Способ по пп. 1 - 5, отличающийся тем, что по длине селевого русла возводят серию каскадов селеулавливающих сооружений. 7. Способ по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что запорные органы селеулавливающих сооружений выполняют из материалов со сроком службы, не превышающим максимально возможный период перестановки для каждого селеулавливающего сооружения в каждом створе.