БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2003 года по МПК E02B3/12 E02D17/20 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве берегозащитного сооружения для предотвращения размывов берегов рек и переформирования русел рек с целью их регулирования.

Известно устройство для защиты основания речных берегоукрепительных сооружений от подмыва [1] , который представляет из себя сплошную гибкую конструкцию противоразмывочного устройства, обеспечивающего надежную защиту берегоукрепительного сооружения в условиях рек, паводковые потоки которых характеризуются высокими абразивными и транспортирующими способностями. Устройство состоит из габионных тюфяков, горизонтально расположенных в сторону русла реки, связанных с защищаемым сооружением с помощью шарнирных связей, и сверху которых прикреплены утилизированные автопокрышки, связанные между собой с помощью продольных и поперечных арматурных стержней, образующих связанную сетку и проходящих вдоль и поперек рядов автопокрышек через середину протекторных частей шин по их диаметру. При размыве русла в образовавшуюся воронку происходит самопогружение тюфяка с пригрузкой, начиная с его конца. Недостатками данного технического решения являются:
недостаточная гибкость конструкции при использовании ее в передней части полузапруд и при значительных деформациях возможен разрыв габионной сетки;
сложность конструкции, вызванная наличием большого количества различных материалов, в частности использованием не всегда доступной и распространенной в большом количестве резины;
предлагаемое техническое решение не обеспечивает предотвращения от размыва стенки по всей длине, так как не является сплошным фартуком, шарнирно примыкающим к подпорной стенке.

Наиболее близким техническим решением является берегозащитное сооружение, состоящее из насыпной дамбы с комбинированным откосным креплением и противоразмывочными устройствами [2], которые выполнены 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 головой части шоры, состоящей из одного слоя габионов, 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. Шпоры расположены у подошвы дамбы на расстоянии друг от друга и их корневые части врезаны в укрепленный откос дамбы. Недостатками данного технического решения являются:
возможный подмыв конца основания шпоры струями потока, обтекающими преграду, представляющую из себя шпору и из-за этого заглубление ее вниз и нарушение целостности конструкции;
относительная сложность и неэкономичность технического решения.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и снижение трудоемкости строительства.

Поставленная цель достигается тем, что на дно русла реки или канала укладывается вплотную слой камней или бутобетонных блоков, в плане имеющий прямоугольную форму, который станет основанием полузапруды. На этот слой укладывается слой высокопрочного раствора или бетона, в который втравливается арматурная сетка, проходящая через всю длину будущей полузапруды, и сверху заново укладывается вплотную слой камней или бутобетонных блоков, при этом в конструкции предусматриваются конструктивно-деформационные швы, которые разбивают конструкцию на укрупненные блоки. Укрупненные блоки взаимосвязаны между собой арматурной сеткой, проходящей через всю полузапруду. Арматурная сетка обладает повышенной деформативной способностью и при растяжении в одном направлении она приводит к сжиманию бетона в поперечном направлении, заставляет работать армобутобетон на сжатие, повышая тем самым несущую способность конструкции в целом. Таким образом монтируются армобутобетонные двухслойные слои бутовой кладки или двухслойные слои бутобетонных блоков, которые имеют разную длину. В результате наращивания таких слоев разной длины образуется ступенчатая в поперечном сечении конструкция полузапруды, а отдельные слои могут соединяться между собой насухо либо высокопрочным раствором или бетоном. Укладка слоев друг на друга насухо осуществляется со сдвигом выступающих камней в верхнем и нижнем слое для усиления силы сцепления и трения примыкающих насухо слоев. В бутобетонных блоках для усиления сцепления слоев между собой предусмотрены выступы и углубления, наставляемые друг на друга в процессе монтажа.

С передней стороны полузапруды примыкает гибкий однослойный армобутобетонный фартук, имеющий в плане трапецеидальную форму и перекрывающий возможную яму размыва. Гибкий фартук разбит конструктивно-деформационными швами на взаимосвязанные между собой арматурной сеткой укрупненные блоки. При деформациях гибкого фартука целостность конструкции не нарушается из-за взаимосвязи каждого отдельного блока со всех четырех сторон арматурной сеткой к примыкающим блокам. Блочная конструкция полузапруды повышает гибкость конструкции фартука. Полузапруды изменяют кинематическую структуру потока таким образом, что у береговой части грунтовой дамбы образуются застойные зоны и прекращается процесс размыва, а в непосредственной близости контакта полузапруды и дамбы с низовой ее стороны начинается процесс заиления. Взвешанные и влекомые частицы под действием собственного веса начинают осаждаться из-за уменьшения силы взвешивания, вызванной снижением скорости потока. Полузапруда заходит в верховой откос дамбы и закрепляется в ней. С передней стороны полузапруды скорости потока, обтекающие ее, возрастают и начинается процесс подмыва гибкого армобутобетонного фартука, который под действием собственного веса начинает опускаться вниз и предотвращать возможные деформации самой полузапруды. При этом фартук, опускаясь вниз, при размывах через некоторое время начинает заиляться и превращается в анкер. Форма армобутобетонного фартука трапецеидальная, что соответствует форме образуемой ямы размыва обтекаемого преградой потока. Возможные деформации сооружения полузапруды не нарушают конструктивной целостности и не влияют на ее работу из-за наличия конструктивно-деформационных швов, делающих конструкцию сооружения гибкой и изменяемой. Отдельные конструктивные блоки между собой взаимосвязаны арматурной сеткой, которая и делает конструкцию полузапруды гибкой.

Полузапруда берегозащитного сооружения может монтироваться таким образом, что армобутобетонные блоки с бутовой кладкой или кладкой из бутобетонных блоков уложены на высокопрочный раствор или бетон только по периметру и по всей высоте укрупненного конструктивного блока, образуя стенки с заполнением внутреннего пространства между слоями арматурных сеток заполнителем в виде щебня или камня. Полузапруда таким образом превращается во взаимосвязанные арматурной сеткой ячеистые блоки с заполнителем. Поры заполнителя заносятся или заполняются грунтом, что приводит к зарастанию в процессе эксплуатации растительностью. Растительность армирует все внутреннее пространство и закрепляет полузапруду ко дну русла.

Полузапруда берегозащитного сооружения может монтироваться из армобутобетонных блоков с бутовой кладкой или кладкой из бутобетонных блоков, уложенных на высокопрочный раствор или бетон, размеры которых в плане в направлении к берегу с низовой стороны ступенчато или равномерно увеличиваются, а верховая грань имеет плоскую форму. В растянутой зоне с верховой стороны полузапруды предусмотрена рабочая арматура, которая воспринимает растягивающие усилия, вызванные давлением потока на консольную часть.

На фиг.1 изображен продольный профиль по оси полузапруды, выполненной из армобутобетона; на фиг.2 - то же, план; на фиг.3 - разрез 1-1 на фиг.2 для варианта соединения слоев между собой раствором или бетоном; на фиг.4 - разрез 2-2 на фиг. 2 для варианта соединения слоев между собой раствором или бетоном; на фиг.5 - разрез 1-1 на фиг.2 для варианта соединения слоев между собой насухо со сдвигом камней; на фиг.6 - разрез 2-2 на фиг.2 для варианта соединения слоев между собой насухо со сдвигом камней; на фиг.7 изображен продольный профиль по оси полузапруды, выполненной из армобутобетона, выложенного только по периметру с заполнением внутреннего пространства; на фиг. 8 - то же, план; на фиг.9 изображен продольный профиль по оси полузапруды, выполненной из бутобетонных блоков; на фиг.10 изображен продольный профиль по оси полузапруды, выполненной из бутобетонных блоков, выложенных только по периметру с заполнением внутреннего пространства; на фиг.11 - разрез 3-3 на фиг.10; на фиг.12 - узел А на фиг.10; на фиг.13 изображен план армобутобетонной полузапруды, размеры которой в плане в направлении к берегу ступенчато уменьшаются; на фиг.14 изображен план полузапруды из бутобетонных блоков, размеры которой в плане в направлении к берегу ступенчато уменьшаются; на фиг.15 изображен план армобутобетонной полузапруды или полузапруды из бутобетонных блоков, размеры которой в плане в направлении к берегу постепенно уменьшаются.

Берегозащитное сооружение состоит из насыпной грунтовой дамбы 1, в верховой откос 2 которого вклинивается полузапруда 3, состоящая из армобутобетонных двухслойных слоев бутовой кладки 4 или двухслойных слоев бутобетонных боков 5. Армобутобетонные двухслойные слои бутовой кладки 4 или двухслойные слои бутобетонных боков 5 соединяются между собой высокопрочным раствором или бетоном 6, или скрепляются между собой всухую 7. Армобутобетонные двухслойные слои бутовой кладки 4 или двухслойные слои бутобетонных боков 5 представляют из себя соединения плотно уложенных камней 8 или бутобетонных блоков 9 высокопрочным раствором или бетоном 10 с арматурной сеткой 11. Полузапруда 3 разбита в плане конструктивно-деформационными швами 12 на укрупненные блоки 13, взаимосвязанные между собой арматурной сеткой 11, которая проходит через всю полузапруду 3. С передней стороны полузапруды 3 примыкает гибкий однослойный армобутобетонный фартук 14, разбитый конструктивно-деформационными швами 12 на блоки и имеющий в плане форму шестиугольника с трапецеидальной концевой частью 14, которая при обтекании потоком многоступенчатого сооружения будет подмываться и углубляться вниз. Укрупненные блоки 13 могут состоять из стенок 15 с бутовой 8 кладкой или кладкой из бутобетонных блоков 9, уложенной на высокопрочный раствор или бетон 6 только по периметру и по всей высоте конструктивного укрупненного блока 13 с заполнением внутреннего пространства 16 между слоями арматурных сеток 11 заполнителем в виде щебня или камня 17, поры которых заносятся или заполняются грунтом и зарастаются в процессе эксплуатации растительностью 18. Бутобетонные блоки 9 имеют выступы 19 и углубления 20, которые при соединении их насухо усиливают сцепление между соседними слоями. В верховой грани 21 полузапруды 3 предусмотрена рабочая арматура 22, а низовая грань 23 может иметь ступенчатую форму или постепенно расширяться в плане в направлении к берегу.

Берегозащитное сооружение монтируется и работает следующим образом. На дно русла реки или канала укладывается вплотную слой камней 8 или бутобетонных блоков 9, в плане имеющий прямоугольную форму. На этот слой укладывается слой высокопрочного раствора или бетона 10, в котором находится арматурная сетка 11, и сверху заново укладывается вплотную слой камней 8 или бутобетонные блоки 9, при этом в конструкции предусматриваются конструктивно-деформационные швы 12, которые разбивают конструкцию на укрупненные блоки 13, взаимосвязанные между собой арматурной сеткой 11, проходящей через всю полузапруду 3. Таким образом монтируются армобутобетонные двухслойные слои бутовой кладки 4 или двухслойные слои бутобетонных блоков 5, которые имеют разную длину, в результате чего, образуя ступенчатую в поперечном сечении конструкцию полузапруды 3, и могут соединяться между собой насухо либо высокопрочным раствором, или бетоном 6. При укладке слоев друг на друга насухо 7 ее осуществляют со сдвигом выступающих камней 8 в верхнем и нижнем слое для усиления силы сцепления и трения примыкающих насухо слоев. В бутобетонных боках для усиления сцепления слоев между собой предусмотрены выступы 19 и углубления 20, наставляемые друг на друга в процессе монтажа.

С передней стороны полузапруды 3 примыкает гибкий однослойный армобутобетонный фартук 14, разбитый в плане конструктивно-деформационными швами 12 на взаимосвязанные между собой арматурной сеткой укрупненные блоки 13. Полузапруды 3 изменяют кинематическую структуру потока таким образом, что у береговой части грунтовой дамбы 1 образуются застойные зоны и прекращается процесс размыва, а в непосредственной близости контакта полузапруды 3 и дамбы 1 с низовой ее стороны начинается процесс заиления. Полузапруда 3 заходит в верховой откос 2 дамбы 3. С передней стороны полузапруды 3 скорости потока, обтекающие ее, возрастают, и начинается процесс подмыва гибкого армобутобетонного фартука 14, который под действием собственного веса начинает опускаться вниз и предотвращать возможные деформации самой полузапруды 3. Форма армобутобетонного фартука 14 трапецеидальная, что соответствует форме образуемой ямы размыва обтекаемого преградой потока. Возможные деформации сооружения полузапруды 3 не нарушают конструктивной целостности и не влияют на ее работу из-за наличия конструктивно-деформационных швов 12, делающих конструкцию сооружения гибкой и изменяемой.

Полузапруда 3 берегозащитного сооружения может монтироваться таким образом, что армобутобетонные блоки с бутовой кладкой 4 или кладкой из бутобетонных блоков 5 уложены на высокопрочный раствор или бетон 6 только по периметру и по всей высоте укрупненного конструктивного блока 13, образуя стенки 15 с заполнением внутреннего пространства 16 между слоями арматурных сеток 11 заполнителем в виде щебня или камня 17. Поры заполнителя заносятся или заполняются грунтом, что приводит к зарастанию в процессе эксплуатации растительностью 18, корневая система которых армирует внутреннее пространство 16 и закрепляет полузапруду 3 ко дну русла.

Полузапруда 3 берегозащитного сооружения может монтироваться из армобутобетонных блоков с бутовой кладкой 4 или кладкой из бутобетонных блоков 5, уложенных на высокопрочный раствор или бетон 6, размеры которых в плане в направлении к берегу с низовой 23 стороны ступенчато или равномерно увеличиваются, а верховая грань 21 имеет плоскую форму. В растянутой зоне с верховой стороны 21 полузапруды 3 предусмотрена рабочая арматура 22, которая воспринимает растягивающие усилия, вызванные давлением потока на консольную часть.

Данное берегозащитное сооружение может быть использовано на горных и равнинных реках. В случае, если камень является местным строительным материалом, то полузапруду экономичнее выполнять армобутобетонной, это как правило возможно на горных реках. Если камень является дорогим строительным материалом, то полузапруду можно строить из бутобетонных блоков ячеистой конструкции с заполнением внутреннего пространства местным материалом. Берегозащитное сооружение может быть использовано и как выправительное сооружение для регулирования русел рек.

Предлагаемая конструкция полузапруды с уменьшающими размерами в плане позволит значительно сэкономить расходы на строительство и сделает конструкцию более экономичной и надежной в работе.

Берегозащитное сооружение обеспечит надежную защиту от затопления и размыва при паводковых расходах населенных пунктов, попадаемых в эту зону.

Источники информации
1. А. с. 1583515 СССР, МКИ Е 02 В 3/12. Устройство для защиты основания речных берегоукрепительных сооружений от подмыва / С.О. Курбанов, В.В. Змеева, З. А. Озрокова и Е.А. Торшина (СССР). Заяв. 05.04.88; опубл. 07.08.90. Бюл. 29.

2. Патент Российской федерации 2103440, МКИ Е 02 В 3/12. Берегозащитное сооружение / С.О. Курбанов, Е.А.Торшина; опубл. 27.01.98. Бюл. 3.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве берегозащитного сооружения (БС) для предотвращения размывов берегов рек и переформирования русел рек с целью их регулирования. (БС) состоит из армобутобетонных двухслойных слоев бутовой кладки (БК) или двухслойных слоев бутобетонных блоков (ББ) разной длины с арматурной сеткой (АС) и образующих ступенчатую конструкцию с возрастающей в направлении к берегу высотой ступеней, которые соединены между собой высокопрочным раствором (ВР) или бетоном и разбиты в плане конструктивно-деформационными швами на отдельные взаимосвязанные сеткой укрепленные армобутобетонные блоки (АБ). (БС) может состоять из армобутобетонных двухслойных слоев (БК) или двухслойных слоев (ББ) разной длины с (АС) и образующих ступенчатую конструкцию с возрастающими к берегу высотой ступеней, которые уложены друг на друга насухо. С передней стороны примыкает гибкий однослойный армобутобетонный фартук, имеющий в плане форму шестиугольника с трапецеидальной концевой частью. (БС) может состоять из (АБ) с бутовой кладкой или кладкой из (ББ), уложенных на (ВР) или бетон только по периметру и по всей высоте конструктивного блока с заполнением внутреннего пространства между слоями (АС) заполнителем. Размеры в плане в направлении к берегу сооружения могут ступенчато или равномерно увеличиваться, а верховая грань имеет плоскую форму и в растянутой зоне предусмотрена рабочая арматура. (БС) обеспечивает надежную защиту населенных пунктов от затопления и размыва при паводковых расходах, попадаемых в эту зону, при снижении затрат на строительство по сравнению с существующими конструкциями. 4 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Берегозащитное сооружение, содержащее выполненное из блоков разной длины, образующих ступенчатую конструкцию с возрастающей в направлении к берегу высотой ступеней и содержащих арматурную сетку и камни, отличающееся тем, что блоки выполнены из армобутобетонных двухслойных слоев бутовой кладки или двухслойных слоев бутобетонных блоков с арматурной сеткой и соединены между собой высокопрочным раствором или бетоном, разбиты конструктивно-деформационными швами на отдельные взаимосвязанные сеткой укрупненные блоки, а с передней стороны к ним примыкает гибкий однослойный армобутобетонный фартук, разбитый в плане на взаимосвязанные между собой арматурной сеткой укрупненные блоки. 2. Берегозащитное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что армобутобетонные и бутобетонные блоки разной длины, образующие ступенчатую конструкцию, уложены друг на друга насухо со сдвигом выступающих камней в верхнем и нижнем слое или соединением выступов и углублений в бутобетонных блоках для усиления сцепления и трения примыкающих насухо слоев. 3. Берегозащитное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что армобутобетонный фартук выполнен в плане в форме шестиугольника с трапецеидальной концевой частью. 4. Берегозащитное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что армобутобетонные или бутобетонные блоки соединены высокопрочным раствором или бетом по периметру и по всей высоте укрупненного блока с заполнением внутреннего пространства между слоями арматурных сеток заполнителем в виде щебня или камня. 5. Берегозащитное сооружение по п. 1, отличающееся тем, что армобутобетонные или бетонные блоки выполнены в плане со ступенчато или с равномерно увеличивающимися размерами, с верховой частью, имеющей плоскую форму, и с рабочей арматурой в растянутой зоне.