СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ПОДВОДНОГО БЕРЕГОВОГО ОТКОСА ВОДОЕМА ИСКУССТВЕННЫМИ ВОДОРОСЛЯМИ Российский патент 1997 года по МПК E02B3/04 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для берегозащиты и предотвращения эрозии подводного берегового откоса водоема.

Известен способ для предотвращения эрозии подводного берегового откоса, благодаря которому обеспечивается накопление наносов на дне водоема и динамическая устойчивость защищаемых участков береговой зоны [1]
Предлагаемое техническое решение, осуществляемое известными методами, не обеспечивает в достаточной степени закрепления искусственных водорослей на дне водоема, что приводит в ряде случаев к полному разрушению берегозащитной конструкции под влиянием волнового воздействия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ укрепления подводного берегового откоса искусственными водорослями [2]
Работы по укреплению подводного берегового откоса искусственными водорослями, осуществляемые посредством известного способа, включали предварительное изготовление искусственных водорослей из пропиленового пенопласта в виде полос с размерами поперечного сечения 5,0•0,1 мм.

Полосы искусственных водорослей собирали в пучки, каждый из которых состоял из 890 полос длиной по 1,8 м. Пучки искусственных водорослей закрепляли на металлических конструкциях на различных расстояниях один от другого.

Металлические конструкции с закрепленными на них искусственными водорослями доставляли на понтонах и устанавливали на дно водоема плавучим краном на расстоянии 180-245 м от уреза воды.

Однако при активном волновом воздействии на грунт основания подводного берегового откоса известное техническое решение также не обеспечивало надежного закрепления пространственной конструкции на дне водоема, особенно при установке таких устройств на рыхлых неконсолидированных грунтах. При этом металлические конструкции не имели достаточно прочных связей с донным грунтом вследствие его низких прочностных и деформационных свойств.

Кроме того, сами конструкции для крепления искусственных водорослей, оставляемые на дне водоема, испытывали значительные волновые воздействия, что нередко приводило к их опрокидыванию и разрушению.

Целью изобретения является повышение эффективности закрепления искусственных водорослей на дне водоема.

Цель достигается тем, что в известном способе укрепления подводного берегового откоса водоема искусственными водорослями, включающем сборку полос из плавучего материала в пучки, соединение пучков полос с несущей конструкцией при помощи крепежных элементов и опускание несущей конструкции с пучком полос на дно водоема плавучим подъемно-транспортным механизмом, несущую конструкцию выполняют многоярусной пространственной с направляющими проушинами на каждом ярусе, а крепежные элементы выполняют в виде гибких шнуров, к которым прикрепляют пучки полос и продевают шнуры с пучками полос в направляющие проушины несущей конструкции через все яруса, а после опускания несущей конструкции на дно водоема производят разжижение грунта дна водоема посредством подачи в него напорного потока воды и вибрации несущей конструкции, затем несущую конструкцию с гибкими шнурами и пучками полос опускают в разжиженный грунт ниже уровня волнового воздействия на грунт дна и закрепляют нижние части шнуров с пучками полос в грунте посредством его уплотнения вибрацией несущей конструкции, подачи в грунт упрочняющего раствора и анкерования, после чего несущую конструкцию извлекают из водоема, пропуская шнуры с пучками полос через проушины.

Кроме того, перед опусканием несущей конструкции на дно водоема на верхнем ее ярусе закрепляют катушки, на которые наматывают шнуры с пучками полос, при извлечении несущей конструкции из водоема производят разматывание шнуров с пучками полос с катушек, а после извлечения несущей конструкции из водоема шнуры обрезают на уровне его водной поверхности.

На фиг. 1 показана схема реализации способа укрепления откоса водоема искусственными водорослями; на фиг. 2 устройство пространственной несущей конструкции; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 сечение А-А на фиг.2 с уплотняющими лопастями, снабженными элементами замкнутой конфигурации; на фиг. 5 сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.6 уплотняющие лопасти пространственной несущей конструкции с клиновидными центрально-симметричными скосами; на фиг. 7 схема прохождения пучков плавучего материала через направляющие проушины уплотняющих лопастей пространственной несущей конструкции.

Устройство для укрепления подводного берегового откоса включает (фиг.1) плавучий подъемно-транспортный механизм 1, обеспечивающий проведение комплексных работ по транспортированию к месту строительства многоярусной пространственной несущей конструкции 2 с пучками полос 3, погружение несущей конструкции 2 в грунт 4 водоема, закрепление пучков искусственных водорослей (пучками полос 3) в зоне 5 упрочнения ниже уровня 6 волнового воздействия на грунт дна, а также извлечение из грунта и подъем пространственной несущей конструкции 2 выше уровня 7 водной поверхности.

Пространственная несущая конструкция 2 состоит из вертикальной полой штанги 8 с вибратором 9 и входным патрубком 10 в верхней части. В нижней части полой вертикальной штанги 8 смонтирован наконечник с гидромониторной насадкой 11 и напорным клапаном 12.

Вдоль внешней поверхности штанги 8 радиально к ней прикреплены верхний, средний и нижний яруса уплотняющих лопастей 13-15. Уплотняющие лопасти 13-15 предназначены для глубинного уплотнения водонасыщенного грунта под воздействием вибрационных колебаний вибратора 9, совмещенных с вертикальным перемещением несущей конструкции 2 в определенном режиме погружения и подъема.

Над нижним ярусом уплотняющих лопастей 15 расположен ярус нагнетательных трубок 16. Конструкция и форма уплотняющих лопастей и нагнетательных трубок 16 различна. Нагнетательные трубки 16 выполнены из стальной цельнотянутой трубы овальной формы, перфорированной вдоль всей поверхности. Уплотняющие лопасти выполнены из полосовой стали и имеют клиновидные центрально- симметричные скосы (фиг.6). Центрально-симметричные скосы имметричны по отношению к центральной оси многоярусной пространственной несущей конструкции 2. Конструкция уплотняющих лопастей 13-15, выполненная в виде центрально-симметричных скосов, обеспечивает повышенную прочность несущей конструкции 2 при ее вибрационном погружении и подъеме в грунте. Нагнетательные трубки 16 и уплотняющие лопасти 13-15 имеют обтекаемую форму для уменьшения сопротивления грунта при внедрении несущей конструкции 2 в грунт 4 дна водоема и оптимизации размеров зоны 5 упрочнения грунта.

Для улучшения условий разжижения грунта и внедрения (погружения) пространственной несущей конструкции 2 ниже уровня 6 волнового воздействия на грунт, предусмотрен выпуск высоконапорной струи воды через напорный клапан 12 и гидромониторную насадку 11.

Кроме того, для улучшения вибросмешения грунта с упрочняющим раствором, концы нагнетательных трубок 16 и уплотняющих лопастей 13-15 снабжены элементами 17 любой длины и конфигурации. Возможно их замкнутое выполнение (фиг. 4).

На уплотняющих лопастях 13-15 закреплены направляющие проушины 18, например, в виде кольцевой проушины. В направляющих проушинах 18 размещены пучки полос 3 со шнурами.

На верхнем ярусе уплотняющих лопастей 13 закреплены катушки 19, на которые намотаны, например, в виде полос, шнуров или жгутов искусственные водоросли. Катушки 19 закреплены на уплотняющих лопастях 13 так, что шнуры с пучками полос 3 свободно разматываются с катушек 19 и проходят через направляющие проушины 18 от верхнего яруса к нижнему.

Благодаря своим упругим свойствам плавучести и V-образной конструкции пучки полос 3 при прохождении через направляющие проушины 18 сверху вниз сжимаются, а пройдя через проушины, раскрываются подобно зонтику сразу же при выходе из направляющих проушин 18 (фиг.7). Нижняя торцевая поверхность направляющих проушин 18 является упором для раскрытого пучка полос 3.

Расположение нагнетательных трубок 16 над нижним ярусом уплотняющих лопастей 15 способствует глубинному закреплению пучков полос 3 ниже уровня 6 волнового воздействия на грунт.

Для полного исключения возможности перемещения вверх закрепленных в грунте пучков полос 3 при извлечении несущей конструкции 2 из намытого грунта под нижними секциями уплотняющих лопастей 15 на каждый шнур или жгут установлен стопорный элемент 20 (фиг.2).

Способ осуществляют следующим образом.

Первоначально транспортируют на плавучем подъемно-транспортном механизме 1 пространственную несущую конструкцию 2 к месту строительства. Затем производят разжижение грунта дна 4 водоема посредством подачи в него напорного потока и вибрации несущей конструкции 2.

Для этого включают вибратор 9 и одновременно создают высоконапорный поток воды, направляемый по вертикальной полой штанге 8 через напорный клапан 12 и наконечник с гидромониторной насадкой 11 вертикально вниз для интенсификации размыва плотных слоев грунта 4, расположенных ниже уровня 6 волнового воздействия на грунт. Специфика условий работы напорного клапана 12 заключается в том, что он пропускает поток воды лишь при создании высокого напора, например, более 5 атм, и закрывается при более низких давлениях. Это позволяет в свою очередь использовать этот гидравлический канал и для подачи упрочняющего раствора через нагнетательные трубки 16. Для создания высоконапорного потока воды используют водяной насос (не показан), соединенный высоконапорными шлангами с входным патрубком 10 и вертикальной полой штангой 8.

Далее несущую пространственную конструкцию 2 с гибкими шнурами и пучками полос 3 опускают в разжиженный грунт ниже уровня 6 волнового воздействия на грунт дна 4 водоема под действием собственного веса и закрепляют нижние части шнуров и пучков полос 3 в грунте посредством его уплотнения вибрацией несущей конструкции, подачи и в грунт упрочняющего раствора и анкерования.

После достижения нагнетательными патрубками 16 пространственной несущей конструкции 2 проектной отметки верха упрочняемого грунта, входной патрубок 10 отсоединяют от высоконапорного водяного насоса и подсоединяют к источнику нагнетания упрочняющего раствора с более низким давлением. В этом случае напорный клапан 12 будет закрыт. Упрочняющий раствор, так же как и высоконапорный водяной поток, подается через входной патрубок 10 и вертикальную полую штангу 8 к нагнетательным трубкам 16 и далее через перфорированные отверстия трубок 16 в зону 5 упрочнения грунта.

Глубинное уплотнение грунта выполняют под воздействием вибрирующих уплотняющих лопастей 13-15 с центрально-симметричными скосами, которые обеспечивают также более эффективные условия для глубинного уплотнения грунта. При этом выполняют также циклические операции по подъему и опусканию самой пространственной несущей конструкции 2 в вертикальной плоскости на определенное расстояние (обычно не более 0,5 м).

После достижения пространственной несущей конструкцией 2 проектной глубины ниже уровня 6 волнового воздействия на грунт, начинают ее извлечение из водоема, пропуская шнуры с пучками полос 3 через проушины 18 и одновременное уплотнение вибрирующими уплотняющими лопастями 13-15 грунта при включенном вибраторе 9. При этом пучки полос 3 остаются в грунте благодаря конструкции раскрытых пучков, оказывающих сопротивление благодаря конструкции раскрытых пучков, оказывающих сопротивление обратному движению пространственной несущей конструкции 2, а также присутствию стопорных элементов 20, обеспечивающих также надежное анкерование.

С целью усиления прочности грунта и повышения плотности его сложения при сопряжении с пучками полос 3 на расчетных отметках возможно изменение скорости извлечения пространственной несущей конструкции 2, ее остановка или повторное погружение также при включенном вибраторе 9. Максимальный уплотняющий эффект достигается после возникновения явления полного "отказа" в вибрационном воздействии на заданной глубине это тот случай, при котором пространственная несущая конструкция 2 начинает подскакивать на одном месте без дальнейшего вертикального перемещения.

При достижении нагнетательными трубками 16 проектной отметки верха упрочняемого грунта (обычно уровня 6 волнового воздействия на грунт) прекращают подачу упрочняющего раствора и извлекают пространственную несущую конструкцию 2 из грунта на поверхность водоема. При этом производят разматывание шнуров с пучками полос 3 с катушек пространственной несущей конструкции 2 уже в водной среде и перемещение их в направляющих проушинах 18 уплотняющих лопастей 13-15 также по направлению от ее верхнего яруса к нижнему до уровня 7 водной поверхности.

После извлечения пространственной несущей конструкции 2 из водоема шнуры обрезают на уровне 7 его водной поверхности, прерывая их протяженность от закрепленных концов в зоне 5 упрочнения грунта.

Далее пространственную несущую конструкцию 2 перемещают плавучим подъемно-транспортным механизмом 1 на новое место, устанавливают на нижних пучках полос 3 стопорные элементы 20 и все операции повторяют в указанной выше последовательности на всей площади укрепляемого подводного берегового откоса.

Использование: для берегозащиты и предотвращения эрозии подводного берегового откоса водоема. Сущность изобретения: к многоярусной пространственной несущей конструкции, имеющей направляющие проушины на каждом ярусе, присоединяют полосы из плавучего материала, собранные в пучки, прикрепленные к гибким шнурам, которые продевают в направляющие проушины. Несущую конструкцию с гибкими шнурами и пучками полос опускают на дно водоема, производят разжижение грунта дна водоема посредством подачи в него напорного потока воды и вибрации несущей конструкции, после чего несущую конструкцию опускают в разжиженный грунт ниже уровня волнового воздействия на грунт дна и закрепляют нижние части шнуров с пучками полос в грунте посредством его уплотнения вибрацией несущей конструкции, подачи в грунт упрочняющего раствора и анкерования. Затем несущую конструкцию извлекают из водоема, пропуская шнуры с пучками полос через проушины, при этом шнуры обрезают на уровне водной поверхности водоема. В результате образуется укрепленный искусственными водорослями подводный береговой откос. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ укрепления подводного берегового откоса водоема искусственными водорослями, включающий сборку полос из плавучего материала в пучки, соединение пучков полос с несущей конструкцией при помощи крепежных элементов и опускание несущей конструкции с пучками полос на дно водоема плавучим подъемно-транспортным механизмом, отличающийся тем, что несущую конструкцию выполняют многоярусной пространственной с направляющими проушинами на каждом ярусе, крепежные элементы выполняют в виде гибких шнуров, к которым прикрепляют пучки полос, и продевают шнуры с пучками полос в направляющие проушины несущей конструкции через все ярусы, а после опускания несущей конструкции на дно водоема производят разжижение грунта дна водоема посредством подачи в него напорного потока воды и вибрации несущей конструкции, затем несущую конструкцию с гибкими шнурами и пучками полос опускают в разжиженный грунт ниже уровня волнового воздействия на грунт дна и закрепляют нижние части шнуров с пучками полос в грунте посредством его уплотнения вибрацией несущей конструкции, подачи в грунт упрочняющего раствора и анкерования, после чего несущую конструкцию извлекают из водоема, пропуская шнуры с пучками полос через проушины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед опусканием несущей конструкции на дно водоема на верхнем ее ярусе закрепляют катушки, на которые наматывают шнуры с пучками полос, при извлечении несущей конструкции из водоема производят разматывание шнуров с пучками полос с катушек, а после извлечения несущей конструкции из водоема шнуры обрезают на уровне его водной поверхности.