БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ НАМЫВНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 1997 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении берегозащитных намывных сооружений песчаных пляжей, примывов, береговых территорий и островов.

Известны устройства для защиты берега от размыва с использованием берегозащитных намывных сооружений [1-3]
Известно берегозащитное намывное сооружение [1] аналог, включающее ряды грунтоаккумулирующих элементов, выполненных в виде дамб обвалования, прудка отстойника и дренажа, расположенных на напорном откосе сооружения, и междурядное пространство, заполненное упрочненным намытым грунтом выше уровня волнового воздействия на грунт основания.

Однако аккумуляция грунта и рост напорного откоса намывного сооружения за счет воздействия набегающего волнового потока были незначительны, а при экстремальном штормовом воздействии волнового потока наблюдалась активная абразия побережья и унос намытого грунта за пределы берегозащитного сооружения [1]
Известно также устройство для наращивания пляжей и берегозащитных полос, включающее сквозную ячеистую конструкцию, устанавливаемую на напорном откосе вдоль береговой полосы. При этом стенки ячеек, выполненные из гибкого плавучего материала, образовывали открытые сверху отсеки для удерживания которых на морском дне применяли анкерные устройства.

При набегании волнового потока на напорный откос намывного сооружения, ячеистая конструкция уменьшала скорость его обратного движения, что приводило к аккумуляции грунта.

Однако и в этом случае интенсивность аккумуляции грунта и наращивания напорного откоса берегозащитного намывного сооружения были незначительны вследствие низких физико-механических и прочностных характеристик намывного грунта, а также недостаточной устойчивости самих ячеистых конструкций, закрепленных с дном природного водоема анкерными устройствами, к волновому воздействию.

Так, например при экстремальном волновом воздействии и соответственно, при уровне волнового воздействия на грунт песчаного основания, превышающем глубину заложения анкерных устройств, ячеистая конструкция теряла свою устойчивость, что не позволяло ее использовать в дальнейшем для наращивания сооружения [2] аналог.

Наиболее близким из известных технических решений является берегозащитное намывное сооружение, включающее ряды грунтоаккумулирующих элементов с коаксиально расположенными армирующими стержнями. Армирующие стержни были установлены на грунтовом основании напорного откоса сооружения вдоль побережья, а междурядное пространство было заполнено намытым грунтом.

Недостатком такой конструкции берегозащитного сооружения являлась низкая эффективность его наращивания посредством аккумуляции намытого грунта на напорном откосе при воздействии волнового потока, а также недостаточная устойчивость намытого грунта и самой конструкции к волновому воздействию.

Так, например при активном волновом воздействии на берегозащитную конструкцию, разжижаемый грунт приводил к значительным осадкам отдельных элементов сооружения и погружению их в ранее намытые слои грунта, что также приводило к значительному снижению эффективности его работы как аккумулятора взвешенных наносов на напорном откосе сооружения.

Кроме того при устройстве таких конструкций в береговой зоне моря на слабых грунтах, активное волновое воздействие приводило к размыву основания армирующих стержней и разрушению самой конструкции. При этом незакрепленный в межбунном пространстве намытый грунт вымывался за пределы берегозащитного сооружения и не способствовал его наращиванию.

Целью изобретения является повышение эффективности наращивания сооружения посредством аккумуляции и глубинного упрочнения намытого грунта.

Цель достигается тем, что в известном берегозащитном сооружении армирующие стержни установлены горизонтально и расположены в шахматном порядке в виде треугольной призмы на упрочненном грунтовом основании.

Кроме того армирующие стержни соединены между собой жесткими связями, а междурядное пространство на напорном откосе выполнено из упрочненного намытого грунта до глубины, превышающей уровень волнового воздействия на грунт основания.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области признаки, отличающие изобретение от прототипа не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображено берегозащитное намывное сооружение с грунтоаккумулирующими элементами, план; на фиг.2 6 последовательность возведения и конструктивные элементы сооружения, а также технические средства для его реализации; на фиг.5 разрез по А-А на фиг.1; на фиг.7 - грунтоаккумулирующий элемент в виде треугольной призмы с коаксиально расположенными армирующими стержнями.

Берегоукрепительное намывное 1 сооружение включает грунтоаккумулирующие 2 элементы, выполненные в виде треугольной 3 призмы, состоящей из коаксиально расположенных армирующих 4 стержней, установленных горизонтально в шахматном порядке в намытом 5 грунте на упрочненном основании 6 вдоль побережья 7. При этом, армирующие 4 стержни соединены между собой жесткими 8 связями.

Междурядное 9 пространство на напорном 10 откосе выполнено из упрочненного 11 намытого 5 грунта до глубины, превышающей уровень 12 волнового воздействия на грунт 6 основания.

Для реализации предложенного конструктивного решения используется также глубинный 13 виброинъектор типа "елочка", установленный на передвижном 14 транспортном средстве и снабженный емкостью 15 для подачи вяжущего раствора.

Назначение и устройство каждого конструктивного элемента предложенного технического решения заключается в следующем.

Берегозащитное намывное 1 сооружение предназначено для защиты побережья 7 природного 16 водоема от размыва при воздействии на него волнового потока и обеспечивает надежную защиту берега от разрушения волновой абразией посредством аккумуляции грунтового материала и его постоянного удерживания и пополнения на напорном 10 откосе.

Грунтоаккумулирующие 2 элементы предназначены для:
разрушения волнового потока, набегающего на напорный 10 откос намывного сооружения;
аккумуляция наносообразующего песчаного материала;
удерживания намытого 5 грунта в теле сооружения.

Грунтоаккумулирующие 2 элементы выполнены из гирлянд автомобильных покрышек, соединенных между собой жесткими 8 связями. Например, посредством нанизывания автопокрышек на горизонтально уложенные в шахматном порядке армирующие стержни 4, выполненные в виде железобетонных свай и связанных между собой металлическими стержневыми патрубками.

Треугольная призма 3 образована из гирлянд автомобильных покрышек, нанизанных на армирующие стержни 4, установленные горизонтально и расположенные в шахматном порядке на упрочненном 11 грунтовом 6 основании. Треугольная форма конструкции обеспечивает устойчивость элементов к волновому воздействию и не требует дополнительных анкерных креплений при ее устройстве на упрочненном 11 намытом 5 грунте напорного 10 откоса намывного 1 сооружения.

Треугольная призма 3 предназначена для разрушения волнового потока, аккумуляции песчаного материала, удерживания намытого 5 грунта в теле сооружения, а также для армирования и повышения прочностных характеристик всей берегозащитной конструкции после упрочнения намытого 5 грунта в межрядном 9 пространстве.

Армирующие стержни предназначены для обеспечения сохранности и повышения эффективности работы грунтоаккумулирующих 2 элементов; фиксирование их пространственного положения по отношению к набегающему волновому потоку, а также расположения в приурезовой зоне на напорном 10 откосе намывного 1 сооружения.

Кроме того армирующие 4 стержни повышают устойчивость и прочностные характеристики конструкции при ее совместной работе с упрочненным 11 намытым 5 грунтом в теле намывного 1 сооружения. При этом армирующие 4 стержни препятствуют деформации и вымыванию из сооружения отдельных элементов конструкции при активном волновом воздействии и ледовых нагрузках.

Намытый грунт 5 образуется при аккумуляции наносообразующего материала из набегающего волнового потока на напорном 10 откосе сооружения в приурезовой зоне природного 16 водоема под воздействием грунтоаккумулирующих 2 элементов берегозащитного намывного 1 сооружения. При этом намытый 5 грунт аккумулируется и сохраняется на грунтоаккумулирующих 2 элементах только до определенного уровня волнового воздействия, а также при определенных физико-механических и прочностных характеристиках намытого 5 грунта в междурядовом 9 пространстве напорного 10 откоса.

Основание 6 берегозащитного намывного 1 сооружения может быть сложено как из намывного 5 грунта, так и из коренных грунтовых материалов дна природного 16 водоема, что требует отдельного их рассмотрения при проведении дополнительных технологических мероприятий для подготовки основания (для устройства намывного 1 сооружения) в береговой зоне природного 16 водоема.

Побережье 7 представляет собой полосу суши с коренным берегом, непосредственно примыкающим к берегозащитному намывному сооружению и является объектом защиты от волновой абразии.

Жесткие 8 связи предназначены для фиксированного крепления армирующих 4 стержней с грунтоаккумулирующими 2 элементами. Жесткие 8 связи выполнены из металлических стержневых патрубков (из арматурной стали) и жестко соединены между собой посредством сварки.

Междурядное 9 пространство образовано между рядами грунтоаккумулирующих 2 элементов с коаксиально расположенными армирующими 4 стержнями, выполненных в виде треугольных 3 призм и предназначено для заполнения намытым 5 грунтом (с последующим его уплотнением и наращиванием в сторону природного 16 водоема).

Напорный 10 откос намывного 1 сооружения предназначен для гашения энергии волнового потока, аккумуляции наносообразующего грунтового материала и наращивания берегозащитного сооружения.

Упрочненный 11 намытый 5 грунт образован на напорном 10 откосе в результате упрочнения (одновременного глубинного уплотнения и омоноличивания) тела берегозащитного намывного 1 сооружения с использованием глубинного 13 виброинъектора типа "елочка".

Глубинное упрочнение намытого 5 грунта с грунтоаккумулирующими 2 элементами и армирующими 4 стержнями в теле берегозащитного сооружения обеспечивает предотвращение волновой абразии напорного 10 откоса, повышает эффективность его наращивания.

Уровень волнового воздействия 12 на намытый 5 грунт и основание берегозащитного намывного 1 сооружения определяет технические условия упрочнения (глубину волнового воздействия) и армирования.

При рыхлом сложении грунтов основания 6 и активном волновом воздействии, глубина уровня волнового 12 воздействия (то есть способность волнового потока переводить грунт во взвешенное состояние) может превышать 3,5 4,0 м от поверхности дна природного 16 водоема.

Глубинный 13 виброинъектор предназначен для создания вибрационных колебаний в теле берегозащитного намывного 1 сооружения, глубинного уплотнения и омоноличивания намытого 5 грунта. Конструкция глубинного 13 виброиньектора включает вертикальную полую штангу с укрепленным на ней вибратором. Вдоль внешней поверхности штанги радиально к ней прикреплены уплотняющие лопасти и нагнетательные патрубки. При этом, конструкция устройства позволяет выполнить глубинное уплотнение и омоноличивание намытого грунта посредством подачи через вертикальную полую штангу и нагнетательные патрубки вяжущего раствора от передвижного транспортного 14 устройства, с установленной на нем емкостью 15.

Передвижное транспортное устройство предназначено для перемещения по намытому 5 грунту напорного 10 откоса намывного 1 сооружения глубинного 13 виброиньектора с емкостью 15 для подачи вяжущего раствора.

Емкость 15 для подачи вяжущего раствора представляет собой металлический бак емкостью 12-14 м³ (например для раствора цемента), установленный на автотранспортном устройстве.

Способ осуществляют следующим образом (работа конструкции берегозащитного намывного сооружения заключается в следующем).

Первоначально в береговой зоне у побережья 7 намывают берегозащитное 1 сооружение с использованием средств гидромеханизации Затем на намытом грунте 5 напорного 10 откоса в приурезовой зоне природного 16 водоема упрочняют грунт основания 6 глубинным 13 виброинъектором на глубину, превышающую уровень волнового 12 воздействия на грунт основания 6.

Для этого устанавливают передвижное транспортное 14 устройство с глубинным 3 виброинъектором на месте упрочнения намытого 5 грунта, включают вибратор и погружают глубинный 13 виброинъектор под действием собственного веса и вибрационных колебаний в тело намывного 1 сооружения. Одновременно с этим, включают подачу омоноличивающего раствора из емкости 15 через полую вертикальную штангу и нагнетательные патрубки, которые равномерно распределяют его в намытом 5 грунте тела сооружения, а также выполняют глубинное уплотнение омоноличенного грунта уплотняющими лопастями глубинного 13 виброинъектора до глубины, превышающей уровень волнового 12 воздействия на грунт основания 6.

После этого на упрочненный участок напорного 10 откоса, (образованного из упрочненного намытого 11 грунта) вдоль побережья устанавливают треугольную 3 призму из грунтоаккумулирующих 2 элементов с коаксильно расположенными армирующими 4 стержнями. При этом армирующие 4 стержни располагают горизонтально в шахматном порядке и соединяют между собой жесткими связями посредством сварки (фиг. 3).

При воздействии волнового потока с наносообразующим грунтовым материалом на напорной 10 откос намывного 1 сооружения грунтоаккумулирующие 2 элементы задерживают и аккумулируют часть грунтового материала, заполняя намытым 5 грунтом междурядное 9 пространство, а также внешнюю часть напорного 10 откоса, наращивая берегозащитное намывное 1 сооружение (фиг. 4).

Для наращивания намывного 1 сооружения и предотвращения последующего его размыва, а также уноса намытого 5 грунта выполняют его глубинное упрочнение на напорном 10 откосе в междурядном 9 пространстве (в верхней части напорного 10 откоса) и основания 6 в приурезовой зоне природного 16 водоема для подготовки основания и устройства следующего ряда из грунтоаккумулирующих 2 элементов с коаксиально расположенными армирующими 4 стержнями (фиг.5). Упрочнение намытого 5 грунта также выполняют глубинным 13 виброинъектором до глубины, превышающей уровень волнового 12 воздействия на грунт основания 6.

После заполнения напорного 10 откоса намытым 5 грунтом, аккумулированного грунтоаккумулирующими 2 элементами из набегающего волнового потока, и его глубинного упрочнения, устанавливают следующий ряд грунтоаккумулирующих 2 элементов с коаксиально расположенными армирующими 4 стержнями (располагают горизонтально в шахматном порядке) выполненных в виде треугольной призмы и далее последовательно повторяют все описанные выше операции.

При экстремальном волновом воздействии на напорный 10 откос, волновой поток не в состоянии размыть упрочненный 11 намытый 5 грунт. В то же время конструкция берегозащитного устройства обеспечивает в обычных (не экстремальных) условиях эффективную аккумуляцию наносообразующего грунтового материала и наращивание намытого 5 грунта на напорном 10 откосе сооружения.

Пример выполнения технического решения. Выполнялась берегозащита побережья посредством намыва береговой территории с использованием средств гидромеханизации из мелкозернистого песка на площади 25 га (ширина 120 м, протяженность вдоль побережья 2 км) с объемом намываемого грунта в теле сооружения 900 тыс.М³. Заложение напорного откоса 1:45, глубина природного водоема на внешней границе берегозащитного сооружения 3,5 м. Уровень волнового воздействия на грунт основания достигает 1,5 м. а интенсивность волновой абразии защищаемого участка побережья составляет 3,0 м/год.

Для наращивания намывной береговой территории первоначально было выполнено глубинное упрочнение намытого грунта в приурезовой зоне природного водоема до глубины 2.5 м, то есть на глубину, превышающую уровень волнового воздействия на грунт основания. В качестве вяжущего раствора использовали раствор цемента марки М-400.

Конструктивные характеристики наращиваемого намывного сооружения, физико-механические и прочностные свойства намытого грунта по известному техническому решению (прототипу) и по изобретению приведены в таблице.

Далее, в соответствии с предложенным техническим решением, на упрочненном грунтовом основании вдоль побережья установили треугольную призму с грунтоаккумулирующими элементами и армирующими стержнями (размер треугольной призмы: длина 1,5 км. ширина 12 м. высота 3,5 м.). При этом треугольная форма призмы обеспечивала ее устойчивость на упрочненном намытом грунте при экстремальном волновом воздействии и не требовала дополнительных анкерных креплений с грунтом основания.

В последующий период в результате воздействия набегающего волнового потока и аккумуляции на напорном откосе грунтового материала, мощность намытого грунта составила 3,2 м. а поврежденных участков (в результате экстремального волнового воздействия) не было установлено. Это позволило выполнить эффективное наращивание намывного сооружения.

В то же время при использовании известного технического решения (прототипа) были установлены повсеместные повреждения и осадки берегозащитного сооружения в результате низкой прочности намываемого грунта и разжижения его основания при волновом воздействии.

Таким образом, совокупность взаимообусловленных признаков заявленного технического решения позволила обеспечить достижение поставленной цели - повысить эффективность наращивания сооружения посредством аккумуляции и глубинного упрочнения намытого грунта.

Литература.

1. Авторское свидетельство СССР, N 1633862, кл. E 02 D 17/18, 1987 - аналог.

2. Патент США N 5710057, кл. E 02 В 3/04, НКИ 405-30, 1987, Изобретения стран мира N 9, 1988, вып. 82. с.37. аналог.

3. Авторское свидетельство СССР N 1819307, кл. E 02 B 3/06,1993 - прототип.

Использование: при возведении берегозащитных намывных сооружений - песчаных пляжей, примывов, береговых территорий и островов. Сущность изобретения: ряды грунтоаккумулирующих элементов 2 с коаксиально расположенными армирующими стержнями 4 установлены горизонтально и расположены в шахматном порядке в виде треугольной призмы 3 на упрочненном грунтовом основании, соединены между собой жесткими связями 8. Междурядное пространство на напорном откосе выполнено из упрочненного намытого грунта до глубины, превышающей уровень волнового воздействия на грунт основания. 7 ил., 1 табл.

Берегозащитное намывное сооружение, включающее ряды грунтоаккумулирующих элементов с коаксиально расположенными армирующими стержнями, установленными на грузовом основании напорного откоса сооружения вдоль побережья и междурядное пространство, заполненное намытым грунтом, отличающееся тем, что армирующие стержни установлены горизонтально, размещены со смещением друг относительно друга в виде треугольной призмы на упрочненном грунтовом основании и соединены между собой жесткими связями, а междурядное пространство на напорном откосе выполнено из упрочненного намытого грунта до глубины, превышающей уровень волнового воздействия на грунт основания.