ВОДОПРОПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ С КОВШОВЫМ ОГОЛОВКОМ Российский патент 1999 года по МПК E02B8/02 

Изобретение относится к области гидротехнического и автодорожного строительства, а именно к строительству грунтовых дамб и насыпей, и может быть использовано при сооружении водохозяйственных систем и автомобильных дорог.

Известно водопропускное сооружение с входным оголовком, включающее грунтовую дамбу, расположенную на наклонном основании, и отводящую трубу, соединенную одним концом с входным оголовком у дна последнего /см. Румянцев И. О. , Мацея В.Ф. Гидротехнические сооружения, Москва, АПИ, 1988, с.134, рис. 4.24/.

Недостатком данного известного водопропускного сооружения является его низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что при быстром опорожнении верхнего бьефа в теле грунтовой дамбы образуется фильтрационный поток, направленный в сторону верхового откоса дамбы, а после понижения уровня воды верхнего бьефа до уровня отметки порога входного оголовка водопропускного сооружения в теле грунтовой дамбы сохраняется фильтрационный поток, направленный от дна верхнего бьефа в нижний бьеф сооружения. В зоне насыщения фильтрационного потока действует гидродинамическая сила указанного потока, направленная в сторону соответственно верхового или низового откоса дамбы. Кроме этого здесь снижаются также физико-механические и прочностные свойства грунта дамбы и появляется возможность возникновения опасных фильтрационных деформаций /суффозий, сосредоточенных ходов фильтрации и т.д. /. Все это ведет к снижению устойчивости верхового и низового откосов грунтовой дамбы и уменьшению их фильтрационной прочности, что может стать причиной повреждений и аварий сооружения.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является водопропускное сооружение с ковшовым оголовком, включающее грунтовую дамбу, расположенную на наклонном основании, водоприемный ковш, заглубленный в основание, и отводящую трубу, соединенную одним концом с водоприемным ковшом у дна последнего /см. Румянцев И.С., Мацея В.Ф. Гидротехнические сооружения, Москва, АПИ, 1988, с.253, рис.5.64/.

Недостаток этого известного водопропускного сооружения также заключается в его невысокой эксплуатационной надежности, связанной с недостаточной устойчивостью верхового и низового откосов грунтовой дамбы, обусловленной причинами, перечисленными в вышеописанном случае конструктивного выполнения водопропускного сооружения.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности водопропускного сооружения путем повышения устойчивости соответственно верхового откоса грунтовой дамбы при быстром опорожнении верхнего бьефа и низового откоса этой дамбы после понижения уровня воды верхнего бьефа до уровня отметки порога ковшового оголовка.

Решение названной задачи достигается тем, что в водопропускном сооружении с ковшовым оголовком, включающем грунтовую дамбу, расположенную, преимущественно, на наклонном основании, водоприемный ковш, заглубленный в основание, и отводящую трубу, соединенную одним концом с водоприемным ковшом у дна последнего, согласно изобретению стенки водоприемного ковша выполнены водопроницаемыми и к водоприемному ковшу подведен линейный дренаж, ориентированный в плане вдоль грунтовой дамбы.

С наружной стороны стенок водоприемного ковша может быть уложен дренажный слой.

При этом днище водоприемного ковша может быть выполнено водопроницаемым, а сам водоприемный ковш может быть расположен на дренажной постели.

Кроме того, отводящая труба может быть выполнена с положительным уклоном.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано водопропускное сооружение с ковшовым оголовком, план, на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг. 1, на фиг.3 - то же, разрез Б-Б на фиг.1.

Водопропускное сооружение с ковшовым оголовком включает грунтовую дамбу 1, расположенную, преимущественно, на наклонном основании 2, водоприемный ковш 3, стенки и днище которого выполнены водопроницаемыми. Водоприемный ковш 3 заглублен в основание 2 и с ним одним концом соединена у его дна отводящая труба 4, выполненная с положительным уклоном. Вокруг водоприемного ковша 3 с наружной стороны его стенок уложен дренажный слой 5, а сам водоприемный ковш 3 расположен на дренажной постели 6. К водоприемному ковшу 3 подведен линейный дренаж 7, ориентированный в плане вдоль грунтовой дамбы 1.

На чертежах /фиг.2 и 3/, кроме того, показаны положения 8 и 9 депрессионной поверхности /зоны насыщения/ соответственно при использовании предлагаемого водопропускного сооружения с ковшовым оголовком и при водонепроницаемых стенках и днище водоприемного ковша и отсутствии линейного дренажа /т. е. для случая использования наиболее близкого аналога/.

Водопропускное сооружение с ковшовым оголовком работает следующим образом.

В период эксплуатации водопропускного сооружения в результате выпадения атмосферных осадков, наличия поверхностного и подземного стоков, стекающих по наклонному основанию 2, с верховой стороны от грунтовой дамбы 1 создается подпорный уровень воды в верхнем бьефе. При этом вода попадает в водоприемный ковш 3 и через отводящую трубу 4 сбрасывается в нижний бьеф, что предотвращает переполнение верхнего бьефа и перелив воды через гребень грунтовой дамбы 1. Сброс поверхностного стока продолжается до тех пор, пока уровень верхнего бьефа не понизится до верха оголовка водоприемного ковша 3. При быстром опорожнении верхнего бьефа водоприемный ковш 3 и подведенный к нему линейный дренаж 7, ориентированный в плане вдоль грунтовой дамбы 1, способствуют снижению депрессионной поверхности в области верхового клина грунтовой дамбы 1 и смещению вершины депрессионной поверхности в сторону средней части дамбы 1, что повышает устойчивость верхового откоса грунтовой дамбы 1.

После снижения уровня воды в верхнем бьефе до отметки верха оголовка водоприемного ковша 3 его водопроницаемые стенки и днище принимают сток подземных вод, понижая их уровень с верховой стороны от ковша 3 и предотвращая подъем уровня грунтовых вод с низовой стороны ковша 3 в теле и основании грунтовой дамбы 1. Укладка с наружной стороны стенок ковша 3 дренажного слоя 5 и под днищем ковша 3 дренажной постели 6 увеличивает площадь дренирования вокруг и под дном ковша 3 и обеспечивает более равномерное поступление воды в водоприемный ковш 3, что предотвращает образование фильтрационных деформаций в окружающем грунтовом массиве. Линейный дренаж 7, уложенный вдоль грунтовой дамбы 1, работает аналогичным образом, предотвращая подъем депрессионной поверхности под грунтовой дамбой 1 на всем своем протяжении.

Вышеизложенное обеспечивает сохранение в верховом клине грунтовой дамбы 1 и под ней в зонах, защищенных от насыщения грунтовыми водами и воздействия гидродинамических сил фильтрующейся воды, более высоких значений физико-механических и прочностных характеристик грунта. Кроме этого, предотвращается также возможное оплывание верхового или низового откоса грунтовой дамбы 1 в результате высачивания на откос фильтрационного потока из тела дамбы 1.

Таким образом, в результате повышения устойчивости верхового откоса грунтовой дамбы при быстром опорожнении верхнего бьефа и низового откоса дамбы после опорожнения верхнего бьефа обеспечивается повышение эксплуатационной надежности водопропускного сооружения.

Дополнительными преимуществами предлагаемой конструкции водопропускного сооружения являются:
- снижение затрат на ремонтные работы за счет предотвращения оплывания верхового и низового откосов в результате высачивания фильтрационного потока на соответствующий откос грунтовой дамбы;
- обеспечение нормального функционирования в зимнее время грунтовых дамб, служащих полотном горных автодорог, за счет предотвращения покрытия их поверхности многослойной наледью в результате высачивания грунтовых вод;
- предотвращение затрат, которые могут являться следствием прекращения движения транспорта по грунтовой дамбе, путем исключения возможности разрушения или повреждения последней в результате фильтрационных деформаций.

Изобретение относится к области гидротехнического и автодорожного строительства и может быть использовано при сооружении грунтовых дамб водохозяйственных систем и насыпей автомобильных дорог. Водопропускное сооружение состоит из грунтовой дамбы, расположенной преимущественно на наклонном основании, заглубленного в основание водоприемного ковша и соединенной с ним одним концом у его дна отводящей трубы, выполненной с положительным уклоном. Стенки и днище водоприемного ковша выполнены водопроницаемыми. Ковш расположен на дренажной постели и с наружной стороны его стенок уложен дренажный слой. К ковшу подведен линейный дренаж, ориентированный в плане вдоль грунтовой дамбы. Такая конструкция водопропускного сооружения обеспечивает снижение депрессионной поверхности в области верхового клина грунтовой дамбы при быстром опорожнении верхнего бьефа и под дамбой после опорожнения верхнего бьефа, что повышает устойчивость верхового и низового откосов дамбы и увеличивает эксплуатационную надежность сооружения. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Водопропускное сооружение с ковшовым оголовком, включающее грунтовую дамбу, расположенную преимущественно на наклонном основании, водоприемный ковш, заглубленный в основание, и отводящую трубу, соединенную одним концом с водоприемным ковшом у дна последнего, отличающееся тем, что стенки водоприемного ковша выполнены водопроницаемыми и к водоприемному ковшу подведен линейный дренаж, ориентированный в плане вдоль грунтовой дамбы. 2. Водопропускное сооружение по п.1, отличающееся тем, что с наружной стороны стенок водоприемного ковша уложен дренажный слой. 3. Водопропускное сооружение по п.1 или 2, отличающееся тем, что днище водоприемного ковша выполнено водопроницаемым, а сам водоприемный ковш расположен на дренажной постели. 4. Водопропускное сооружение по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что отводящая труба выполнена с положительным уклоном.