БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 1998 года по МПК E02B3/12 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно, к берегозащитным сооружениям.

Известно берегозащитное сооружение, состоящее из насыпной грунтовой дамбы с комбинированным откосным креплением и противоразмывочного устройства из габионов и сборных железобетонных элементов (SU, N 1708987, кл. E 02 B 3/12, 1992).

Однако для выполнения такого берегозащитного сооружения требуются значительные материальные и трудовые затраты. Требуется большое количество сортированного камня, гравия и гальки, металлической сетки и железобетонных решеток, так как противоразмывочное устройство (плита) устраивается по всей длине сооружения. Кроме того, требуются значительные трудовые (людские) ресурсы для выполнения большого объема ручных работ по строительству противоразмывочного устройства.

Цель изобретения - снижение материальных и трудовых затрат при строительстве берегозащитного сооружения.

Указанная цель достигается тем, что в берегозащитном сооружении, состоящем из насыпной грунтовой дамбы с комбинированным откосным креплением и противоразмывочного устройства из габионов и сборных железобетонных элементов, противоразмывочное устройство выполнено в виде коротких затапливаемых шпор длиной l = l₁ + l₂, где l₁ - длина корневой части шпоры, состоящей из двух и более слоев габионов, при этом l₁ ≥ l₂, где l₂ - длина головной гибкой части шпоры, состоящей из одного слоя габиона, сверху и спереди которого прикреплены гибкие железобетонные решетки, причем l₂ ≥ 2h_p, где h_p - максимальная глубина возможного размыва русла ниже основания головной части шпоры, при этом шпоры расположены у подошвы дамбы на расстоянии друг от друга и их корневые части врезаны в укрепленный откос дамбы.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение дамбы с продолжением по продольной оси шпоры из габионов и сборных железобетонных элементов; на фиг. 2 - берегозащитное сооружение в плане; на фиг. 3 - поперечное сечение дамбы с продолжением по продольной оси шпоры из бетонных кубов.

Берегозащитное сооружение состоит из насыпной грунтовой дамбы 1 с комбинированным откосным креплением, включающем железобетонные плиты 2, габионы 3 и фильтровую подготовку 4, выполненную из песчано-гравелистого материала. Железобетонные плиты 2 и габионы 3 расположены параллельными рядами (или в шахматном порядке) на откосе и соединены между собой шарнирно посредством монтажных петель. У подошвы дамбы 1 врезаны в ее укрепленный откос и расположены на расстоянии друг от друга короткие противоразмывочные шпоры 5, состоящие из габионов, установленных горизонтально и направленных в сторону русла реки 6. Шпоры 5 выполнены ступенчатой формы с расположением габионов в один, два и более рядов по вертикали.

Самая низкая (первая) ступень образует головную часть 7 шпоры 5, остальные ступени составляют корневую часть 8 шпоры 5. Ступеней должно быть две-три. К габиону (первая ступень) головной части 7 шпоры 5 сверху и спереди шарнирно прикреплены железобетонные решетки 9, собираемые из отдельных гибких гирлянд способом плетения.

Габионы состоят из сетчатой оболочки 10 и заполнителя 11 из гравия, гальки и булыжника. Сетку для оболочки 10 выполняют из оцинкованной или покрытой защитным пластиком стальной проволоки. Габион головной части 7 упоры в двух или трех местах плотно перевязывают арматурной оцинкованной проволокой 12 с диаметром 10-12 мм. К проволоке 12 прикрепляют железобетонные решетки 9 с помощью шарнирных связей 13.

Шпоры 5 выполняют с уклоном (0,05-0,1) и направлением против течения под углом, составляющим до 30^o с нормалью к оси потока в реке 6 (фиг. 2).

Противоразмывочные шпоры 5 могут быть выполнены и из чисто бетонных кубов 14 (фиг. 3), шарнирно соединенных между собой с помощью арматурной проволоки 15 диаметром 14-16 мм.

Берегозащитное сооружение строится следующим образом.

Отсыпается дамба 1 из местного грунта и планируются ее откосы и гребень, разрабатываются траншеи под шпоры 5, монтируются ящики из металлической сетчатой оболочки 10 под первый слой габиона, далее эти ящики заполняются сортированным камнем, гравием и галькой, сверху заполненные ящики закрываются металлической сеткой, прикрепленной к боковым стенкам ящика, таким образом собирается габион первого слоя. Передняя головная часть 7 шпоры 5, т. е. этого габиона, плотно перевязывается арматурной проволокой 12 в местах прикрепления шарнирных связей 13 железобетонных решеток 9. После этого монтируют сетчатые ящики второго слоя (корневая часть 8) габионов и наполняют их вышеуказанным заполнителем, после чего их сверху также закрывают сеткой. К габиону головной части 7 шпоры 5 сверху и спереди прикрепляют железобетонные решетки 9, собираемые из отдельных звеньев (гирлянд), шарнирно соединенных между собой. Располагают их таким образом, чтобы каждое звено или через одно проходило по линии арматурной проволоки 12, чтобы их можно было шарнирно прикреплять к проволоке 12. Далее собирается комбинированное крепление на откосе дамбы 1 из железобетонных плит 2 и габионов 3.

Берегозащитное сооружение работает следующим образом.

Основная нагрузка паводкового потока воспринимается короткими противоразмывочными шпорами 5. А наибольшее гидродинамическое и абразивное воздействие поток оказывает на головную часть 7 шпор 5, поэтому она и укреплена железобетонными решетками 5 для защиты сетчатой оболочки 10 габиона от разрушения под воздействием донных влекомых наносов. Корневая часть 8 шпор 5 (вторая ступень) находится значительно выше зоны, где содержатся и интенсивно движутся крупные влекомые наносы, поэтому она не укреплена железобетонными решетками.

Выполнение шпор 5 ступенчатой формы и расположение их с уклоном и направлением против течения обеспечивают отклонение поверхностной прибрежной струи потока от дамбы 1 (берега) в сторону основного русла реки 6, т.к. шпоры 5 работают как водосливы и течение через них устанавливается перпендикулярно к их осям, при этом удельные расходы по длине шпор 5 распределены с возрастанием от корневой части 8 до головной части 7 (фиг. 1 и 3). А донный прибрежный поток разбивается об оголовки шпоры 5 и попадает в промежутки между шпорами 5, где образуются зоны завихрения потока с резким падением его скорости, в результате на этих участках происходит отложение донных наносов, т. е. участки между шпорами 5 работают на заиление. Наибольшие подмывы русла будут происходить у голов шпор 5, а в образовавшиеся воронки размыва под действием собственного веса будут опускаться головные части 7 шпор 5 (габионы с железобетонными решетками). При максимально возможных размывах русла головные части 7 шпор 5 должны лежать по линии естественного откоса обрушения подстилающих грунтов, для этого длина l₂ головной части 7 шпор 5 должна быть не менее h_p/tg ϕ , ϕ - угол естественного откоса грунта, h₀ - глубина возможного максимального размыва русла), т.е. l ≥ 2h_p (ϕ - 25-30^o). В этом случае размыв русла не будет распространяться далее в сторону дамбы 1 (берега) из-за гибкости и прочности габиона с железобетонными решетками 9. Корневые части 8 шпор 5 разбивают структуру потока и создают условия для отложения наносов между шпорами 5, этим и защищают дамбу 1 и ее крепление от размыва паводковым потоком. Длина l₁ корневой части 8 шпор 5 должна быть не менее длины l₂ головной части 7, в среднем l₁ - (1-3) l₂, наибольшая высота шпоры 5 на участке сопряжения с дамбой 1 - h₂ = ϕ - H_max, где H_max - максимальная глубина паводкового потока, а наименьшая высота - у головной части 7 - h₂ = 1/3 - H_max, в любом случае h₂ должна быть не меньше 1 м. Ширина шпоры 5 определяется из условия обеспечения ее устойчивости против сдвигающего воздействия паводкового потока.

При значительной длине дамбы 1 ее рабочий откос на промежуточных прямолинейных участках может быть защищен простым креплением из гравийно-галечниковой наброски, т.к. основную нагрузку потока воспринимают шпоры 5.

Данное берегозащитное сооружение предназначено для предгорных меандрирующих участков рек с уклонами i = 0,001-0,15, паводковые потоки которых характеризуются высокими транспортирующими и размывающими скоростями.

Дамба с комбинированным креплением и противоразмывочными шпорами обеспечивает надежную защиту берега (где могут быть расположены населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные угодья, дороги и пр.) от затопления и размыва при любых возможных гидродинамических и абразивных воздействиях паводкового потока.

Данное сооружение может быть использовано и как выправительное сооружение для удержания потока реки на проектной трассе.

Использование: в гидротехническом строительстве, а именно, при возведении берегозащитных сооружений. Сущность изобретения: берегозащитное сооружение состоит из насыпной грунтовой дамбы с комбинированным откосным креплением и противоразмывочного устройства, которое выполнено в виде коротких затапливаемых шпор длиной l = l₁ + l₂, где l₁ - корневой части шпоры, состоящей из двух и более слоев габионов, при этом l₁ ≥ l₂, где l₂ - длина головной гибкой части шпоры, состоящей из одного слоя габиона, сверху и спереди которого прикреплены гибкие железобетонные решетки, причем l₂ ≥ l₂ h_p, где h_p - максимальная глубина возможного размыва русла ниже основания головной части шпоры. Шпоры расположены у подошвы дамбы на расстоянии друг от друга и их корневые части врезаны в укрепленный откос дамбы. 3 ил.

Берегозащитное сооружение, состоящее из насыпной грунтовой дамбы с комбинированным откосным креплением и противоразмывочного устройства из габионов и сборных железобетонных элементов, отличающееся тем, что противоразмывочное устройство выполнено в виде коротких затапливаемых шпор длиной l l₁ + l₂, где l₁ длина корневой части шпоры, состоящей из двух и более слоев габионов, при этом l₁ ≥ l₂, где l₂ длина головной гибкой части шпоры, состоящей из одного слоя габиона, сверху и спереди которого прикреплены гибкие железобетонные решетки, причем l₂ ≥ 2h_р, где h_р - максимальная глубина возможного размыва русла ниже основания головной части шпоры, при этом шпоры расположены у подошвы дамбы на расстоянии одна от другой и их корневые части врезаны в укрепленный откос дамбы.