ПОКРЫТИЕ АНТИЭРОЗИОННОЕ ДОННОЕ И СПОСОБ ЕГО УСТАНОВКИ Российский патент 2004 года по МПК E02B3/12 

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям. Предназначено для восстановления размытой поверхности дна и защиты дна водоемов от размыва течением воды, в частности для восстановления поверхности и защиты дна над подводным трубопроводом, проложенным под руслом реки, канала.

Известно покрытие береговой полосы и ложа рек и каналов (для защиты от размыва течением) из бетонных элементов, соединенных посредством металлических стержней, причем бетонные элементы выполнены в виде брусьев, соединенных проволокой в ленты, укладываемые перпендикулярно течению на расстоянии, равном 4,5-5,4 высоты брусьев друг от друга, с закреплением к берегу только верхних концов лент (а.с. SU 296852, Е 02 В 3/12).

Недостатком известного устройства, а также способа его установки, определяемого конструкцией устройства, является низкая степень заводской готовности к применению на месте установки, недостаточная индустриализация работ по способу установки, необходимость дополнительных работ по обеспечению закрепления устройства к берегу и, в случае обнаженного размывом трубопровода, возможность повреждения изоляции трубопровода и его стенки. Это объясняется следующим образом: на заводе изготавливаются только бетонные брусья, а само устройство, в целом, собирается из этих брусьев на месте установки, путем опускания брусьев по отдельности на дно по направляющим шестам. При этом плавсредство, с которого осуществляется установка, необходимо перемещать после опускания каждого бруса поперек течения, вдоль ленты, что крайне затруднительно, особенно при большой скорости течения, а затем после сборки ленты перемещать по течению на шаг между лентами. При обнаженной размывом трубе велика вероятность повреждения изоляции трубы и ее стенки при возможном сбросе бруса с ударом на трубу.

Известен пленочный экран для укладки в ложе водоемов с плавсредств, включающий полосу пленки, снабженную накладками, прикрепленными к полосе одной стороной и перекрывающими отверстия в пленке (а.с. SU 937601, Е 02 В 3/12).

Недостатком известного устройства является то, что конструкция его препятствует самовосстановлению поверхности дна на месте размыва, что приводит к необходимости дополнительных работ по засыпке места размыва. Не является изделием полной заводской готовности к применению, поскольку якорь для крепления нижнего конца полосы приходится крепить к полосе на месте установки.

Способ укладки пленочного экрана осуществляют с плавсредств разматыванием полосы с барабана при движении плавсредств под воздействием течения воды в водоеме.

Недостатком этого способа является то, что не предусмотрены меры для обеспечения контроля положения плавсредств в русле водоема, что в случае косых, отбойных и круговых течений приводит к смещению плавсредств с оси укладки полосы и ее перекосу. При этом также невозможно регулирование натяжения полосы, поскольку не предусмотрены устройства для контроля за разматыванием полосы с барабана.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигнутым результатам по устройству является антиэрозионное ячеистое покрытие АЭРП (см. Рахматуллин Н.М. и др. Опыт использования антиэрозионного ячеистого покрытия АЭРП при капитальном ремонте подводных переходов ООО “Самартрансгаз””//Наука и техника в газовой промышленности, 2001, № 1, c.56-58).

Устройство состоит из сплошного ковра из георешеток, скрепленных между собой и заполненных инертным материалом: щебнем, галькой, мелким камнем.

Георешетка АЭРП выполняется из резинотканевых лент шириной (высотой) 0,1-0,15 м, многократно изогнутых в противоположные стороны и скрепленных между собой в шахматном порядке.

Устройство устанавливается на место размыва дна над трубопроводом с понтона, связанного тросом с берегом, и края его закрепляются: по берегам - анкерными стержнями и каменной наброской, а на дне - в специально отрытых траншеях с засыпкой щебнем. Перед установкой устройства на место размыва, над трубопроводом восстанавливается засыпка дна.

Недостатком этого устройства и способа его установки является: неполная заводская готовность устройства к применению, вероятность искажения геометрии георешетки под воздействием течения при установке, поскольку возможное растяжение георешетки по течению ничем не ограничивается, низкая индустриализация способа установки, невозможность контроля растяжения АЭРП на месте размыва, необходимость дополнительных монтажных и подводно-технических работ по закреплению ковра АЭРП.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и доступным результатам по способу установки является способ установки донного покрытия, включающий формирование покрытия посредством соединения его частей вдоль граней, параллельно оси цилиндра, намотку покрытия на данный цилиндр, во время его плавания на поверхности воды, поддержание на плаву и направление данного цилиндра к началу траншеи, где его надо расположить, размотку данного цилиндра при дальнейшем поддержании его на плаву и перемещение данного цилиндра вдоль поверхности воды в траншее, перекачивание воды в траншею из той его части, где нет покрытия, в часть между началом траншеи и плавающим цилиндром с целью уменьшения радиуса кривизны выпуклой поверхности донного покрытия, чтобы способствовать раскручиванию покрытия с цилиндра, причем выпуклая поверхность проходит от данного цилиндра до дна траншеи, при этом ось данного цилиндра параллельна поверхности жидкости, когда цилиндр обматывается, и данная ось параллельна поверхности, когда цилиндр управляется, всплывает и раскручивается, кроме того, при нагнетании воды к плавающему цилиндру прикладывают момент торможения и тормозящую силу (патент США 4475846, Е 02 В 3/12, опубл. 09.10.1984).

Недостатком известного способа является ограниченность области его применения, поскольку способ рассчитан на установку донного покрытия только в водоеме, ограниченном стенками траншеи, со спокойной водой, с незначительным или совсем без него течением, за счет использования плавсредств с автономным способом передвижения и использования воздействия искусственно созданного перекачкой воды течения. Применение известного способа на водоеме с течением воды, где возможно размывание дна течением воды и требуется восстановление размытого дна и его защита от дальнейшего размыва (это является целью создания изобретения) неприемлемо.

Объясняется это следующим образом.

Отпадает необходимость в перекачке воды для создания искусственного течения, что усложняло и удорожало способ, поскольку имеется естественное течение воды.

Перемещение цилиндра (и конца покрытия) в конец траншеи( т.е. в то место, где ему положено быть в процессе установки) осуществляют за счет перемещения плавсредств, связанных с цилиндром, На водоеме с быстрым течением воды, особенно изобилующим водоворотами, вихревыми и боковыми (свальными) потоками, перемещение точно по намеченной траектории плавсредства с автономным (не связанным с берегом) движителем затруднительно, и всегда есть опасность случайных непредсказуемых заранее смещений плавсредства под воздействием течения с намеченной траектории движения. Это приводит к неправильной установке донного покрытия.

Другим недостатком способа является то, что покрытие собирается на месте установки, а не заранее, в заводских условиях. Этот недостаток значительно снижает уровень индустриализации способа и удорожает стоимость работ за счет дополнительных операций по сборке покрытия.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание покрытия антиэрозионного донного для защиты дна от размыва течением воды, конструкция которого обладает способностью самозакрепляться за дно за счет использования силы течения от возможного сдвига под воздействием потока воды, или других внешних воздействий, восстанавливать и защищать поверхность дна на месте размыва, и способа его установки, использующего плавсредства и воздействие течения воды на покрытие для растяжения и размещения его на месте защиты дна, при минимуме монтажных работ, высокой степени индустриализации способа установки и полном отсутствии подводно-технических работ.

Техническая задача по устройству решается за счет того, что покрытие антиэрозионное донное преимущественно для защиты дна водоемов от размыва течением воды и восстановления поверхности дна на месте размыва, содержащее ковер из многократно изогнутых в противоположные стороны полос армированного эластомера, скрепленных между собой в шахматном порядке и образующих в рабочем положении решетку с ячейками в форме ромбов, прямоугольников, квадратов или шестигранников, а в транспортном положении - удлиненный пакет полос, согласно изобретению ковер скреплен по краям, обращенным по и против течения воды, с якорями, в виде полых цилиндров с балластом, в транспортном положении обвязываемых совместно с пакетом полос в единый транспортный блок, связанных между собой по концам двумя гибкими стяжками, длина которых равна длине ковра, при этом ковер прикреплен по бокам к стяжкам, якоря установлены один выше, другой ниже места защиты дна, с растяжением ковра над местом установки, причем якоря имеют дистанционно управляемые клапаны для заполнения полости водой или же через гибкие трубопроводы, с возможностью дистанционного отсоединения от якорей, жидким тяжелым заполнителем в качестве балласта. Кроме того, в качестве ковра используется георешетка из полос нетканого синтетического полотна, скрепленных между собой в шахматном порядке, в развернутом виде образующих гибкий каркас в виде пчелиных сот.

Техническая задача решается также за счет того, что по способу установки покрытия антиэрозионного донного, включающего использование плавсредства и воздействие течения воды для размещения покрытия, согласно изобретению плавсредство располагают выше по течению от места установки и связывают со стороны, обращенной вверх по течению с грунтом минимум двумя тросами с лебедками, а со стороны, обращенной вниз по течению, на двух тросах с лебедками опускают, с возможностью дистанционного отсоединения, на дно выше места установки покрытия якорь, верхний по течению, другой же якорь, нижний по течению, вывешивают с возможностью дистанционного отсоединения, краном с плавсредства, опускают на дно и одновременно сдвигают по течению плавсредство с помощью стравливания лебедками тросов, связывающих плавсредство с грунтом и верхним якорем, и тем самым растягивают и укладывают покрытие на место защиты дна от размывания, кроме того, нижний по течению якорь соединяют, с возможностью дистанционного отсоединения, с поплавками, плавсредство стопорят на месте, стравливают тросы крана, отпускают нижний якорь по течению до растяжения покрытия, отсоединяют его от поплавков и тросов крана и укладывают покрытие на место защиты дна, а также нижнему якорю придают положительную плавучесть, отпускают по течению до растяжения покрытия, заполняют полость якоря балластом, отсоединяют тросы крана и укладывают покрытие на место защиты дна.

Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг.1 - покрытие установленное на место размыва; фиг.2 - вид покрытия в рабочем положении в плане; фиг.3 - фрагмент покрытия; фиг.4 - вид покрытия в транспортном положении; фиг.5-6 - изображение процесса самозакрепления якоря за дно; фиг.7 - процесс установки покрытия; фиг.8 - процесс установки покрытия при сильном течении; фиг.9 - вид в плане покрытия с использованием в качестве ковра георешетки.

Покрытие антиэрозионное донное (в дальнейшем покрытие) состоит (см. фиг.1) из ковра 1, скрепленного с верхним по течению 2 и нижним 3 якорями в виде полых цилиндров, устанавливается в натянутом состоянии над размывом 4 дна 5, который может образоваться в результате разрушения течением насыпного грунта 6 над подводным трубопроводом 7. Покрытие заранее изготавливается на заводе и готовым к применению поставляется на место установки.

Ковер 1 (фиг.2, 3) состоит из полос 8 армированного эластомера, многократно изогнутых в противоположные стороны, соединенных в шахматном порядке между собой (с соседними полосами 9) с помощью скреплений 10 типа хомутов или многослойных бандажей.

Якоря 2 и 3 представляют собой полые цилиндры с поперечным сечением круглой, квадратной, треугольной или иной формы, заполненные балластом.

Ковер 1 связан с якорями 2, 3 хомутами или многослойными бандажами 11. Якоря 2 и 3 связаны между собой по концам двумя гибкими стяжками 1-2, ограничивающими растяжение ковра 1 сверх необходимого. Ковер 1, в свою очередь, связан со стяжками 12. В рабочем положении ковер 1 представляет собой гибкую конструкцию в виде решетки с ячейками 14 самой различной формы в виде ромба, прямоугольника, квадрата, шестигранника.

В транспортном положении покрытие (фиг.4) увязывается в единый транспортный блок из ковра 1 в виде пакета 15 полос 8 и якорей 2 и 3.

Работа покрытия происходит следующим образом.

Установленное на дне водоема на месте размыва 4 или на участке дна 5, где требуется защита поверхности дна 5 от размывания течением воды, покрытие своей решеткой с ячейками 14 создает дополнительное гидравлическое сопротивление течению воды в придонном слое потока. Скорость течения в придонном слое потока снижается и приторможенный поток не может подхватывать и уносить с собой частицы грунта с поверхности дна 5, тем самым ставится защита поверхности дна 5 от размывания потоком воды. Из приторможенного придонного слоя потока воды оседают частицы грунта, принесенные потоком из мест выше по течению установки покрытия, и заполняют ячейки 14 ковра 1, создавая тем самым, совместно с покрытием неразмываемый защитный слой над защищаемым местом дна 5. При установке покрытия над размывом 4, например на месте прокладки подводного трубопровода 7, где насыпной грунт 6 наиболее подвержен размыванию, частицы грунта из приторможенного придонного слоя потока, унесенные им из мест выше по течению, выпадают в осадок и заполняют размыв 4, восстанавливая тем самым поверхность дна 5, и ячейки 14, создавая совместно с ковром 1 неразмываемый защитный слой над подводным трубопроводом 7.

Из практики известно, что любой предмет на дне водоема со временем погружается в дно (замывается) под действием течения воды. Это объясняется следующим образом на примере покрытия. Якорь, например верхний, 2 (фиг.5 и 6) оказывает сопротивление придонному потоку воды, за счет чего на нем создается перепад давлений воды в слое потока, который реализуется в ускорение слоя 16 потока воды между якорем 2 и дном 5. Под якорем 2 происходит интенсивное размывание дна 5, образуется ложбина 17, в которую опускается якорь 2. Подобное же происходит и с якорем 3. Процесс этот происходит до тех пор, пока не заполнены ячейки 14 ковра 1 грунтом. При заполнении грунтом ячеек 14 ковра 1 процесс останавливается. Таким образом происходит самозакрепление покрытия за дно за счет силы течения потока воды от возможных сдвигов под воздействием потока воды в половодье или от волокуш за сплавляемыми баржами или плотами.

Вес якорей 2, 3 с балластом может достигать значительных величин, в зависимости от скорости течения воды в водоеме, размеров ковра 1. Для того чтобы не перевозить с завода излишний вес, заполнение полостей якорей 2, 3 балластом можно делать на месте у водоема, или же оснастить якоря 2, 3 дистанционно управляемыми клапанами (на чертежах условно не показаны) для заполнения полостей водой в качестве балласта, на водоеме при установке, чтобы не перегружать грузоподъемную технику. Возможно также заполнение через эти клапаны с помощью гибких трубопроводов, с возможностью дистанционного отсоединения их от якорей 2, 3, жидким тяжелым заполнителем, например тяжелым бетоном, или же нетвердеющим раствором неагрессивных тяжелых материалов, с тем, чтобы в последнем случае и в случае с водой, можно было освободить якоря 2, 3 от балласта при необходимости поднятия покрытия со дна водоема, облегчив тем самым работу грузоподъемных механизмов. Например, в качестве ковра 1 можно использовать георешетку 18 (фиг.9) из полос нетканого синтетического полотна, сшитых в шахматном порядке между собой и образующих в развернутом виде гибкую решетку.

Способ установки покрытия антиэрозионного донного осуществляют следующим образом: плавсредство 19 (фиг.7) устанавливают поперек течения и соединяют с помощью двух тросов 20 и лебедок 21 со стороны плавсредства 19, обращенного вверх по течению, с берегом или дном водоема. Этим достигается точная фиксация плавсредства 19 относительно дна 5 водоема вне зависимости от воздействия течения воды, что является предпосылкой и основным определяющим условием точного размещения покрытия на месте защиты дна, в отличие от прототипа. Краном 22 вывешивают за нижний якорь 3 транспортный блок покрытия, за верхний якорь 2 цепляют два троса 23 с лебедками 24 со стороны плавсредства 19, обращенного вниз по течению. Кран 22 и тросы 23 соединяют с покрытием с возможностью их дистанционного отсоединения от якорей 2 и 3. Распускают транспортный блок покрытия. Верхний якорь 2 опускается на дно выше по течению защищяемого места дна 5 или размыва 4. Якоря 2 и 3 загружены заранее балластом или заполняются им через дистанционно действующие клапаны в процессе установки покрытия.

Данный вариант способа установки рассчитан на течение средней силы, когда якорь 2 в состоянии удерживаться на месте без сдвига на дне 5 под воздействием усилия ковра 1, возникающим от взаимодействия парусности ковра 1 и давления потока воды. Стравливая тросы 20 с лебедок 21, тросы 23 с лебедок 24 сдвигают плавсредство 19 вниз по течению, натягивая покрытие, при этом краном 22 опускают нижний якорь 3, с тем чтобы натяжением ковра 1 не сдвинуть с места верхний якорь 2, пока нижний якорь 3 опускается на дно 5. После этого дистанционно отсоединяют тросы 23 от верхнего якоря 2, кран 22 от нижнего якоря 3. Установка покрытия завершена. Контроль положения покрытия на дне 5 осуществляют с помощью сигнальных поплавков, или с помощью радиомаяков, установленных на покрытии или же методами гидролокации. Коррекция установки покрытия может быть проведена сдвигом верхнего якоря 2, пока не отсоеденены тросы 23, которую осуществляют сдвигая плавсредство 19 с помощью тросов 20 и лебедок 21. Чрезмерному натяжению ковра 1 в этом случае препятствуют гибкие стяжки 12. В случае большой скорости течения установку покрытия осуществляют следующим образом.

Плавсредство 19 стопорят на одном месте тросами 20 с помощью лебедок 21. К нижнему якорю 3 присоединяют поплавки 25 и кран 22, к верхнему якорю 2 - тросы 23 с лебедками 24 с возможностью дистанционного отсоединения. Опускают краном 22 транспортный блок покрытия на поверхность воды и со шлюпки 26 или же дистанционно распускают его. Верхний якорь 2 опускается на дно 5, выше места установки, где он удерживается тросами 23 на месте от сдвига под усилием ковра 1, возникающим от взаимодействия его парусности с течением. Нижний якорь 3 с поплавками 25 спускают по течению вниз, стравливая тросы 23 краном 22. При положительной плавучести нижнего якоря 3, наличие поплавков 25 не обязательно. При достижении нижним якорем 3 крайнего положения от него отсоединяют поплавки 25 и тросы 27 крана 22, при положительной плавучести заполняют полость якоря 3 балластом. Нижний якорь 3 опускается на дно 5, при этом течение натягивает покрытие, но усилие натяжения уже не в состоянии сдвинуть верхний якорь 2 с места, поскольку парусность ковра 1 снизилась до минимума. После отсоединяют тросы 23 от верхнего якоря 2. Покрытие установлено. Контроль и коррекцию положения покрытия производят таким же образом, как описано выше.

Применение заякоренного за грунт плавсредства 19 позволяет с высокой точностью и качеством устанавливать покрытие на место защиты дна 5, поскольку в отличие от прототипа закрепленное плавсредство 19 точно фиксируется на заданном месте, вне зависимости от воздействия течения. Использование воздействия естественного течения на плавсредство 19 и покрытие для установки покрытия на место защиты дна позволяет, в отличие от прототипа, упростить способ установки и снизить стоимость работ, поскольку нет необходимости в перекачке воды с целью создания искусственного течения.

Таким образом предлагается донное покрытие, способное самозакрепляться за дно водоема за счет использования воздействия течения воды, восстанавливать размытую поверхность дна и защищать ее от размыва в дальнейшем.

Способ установки донного покрытия предусматривает обеспечиваемое конструкцией покрытия использование заякоренного за грунт плавсредства и воздействие течения воды в водоеме на покрытие и плавсредство для растяжения и размещения покрытия на место защиты поверхности дна с высокой точности).

Применение изобретения в практике позволит эффективно и качественно, индустриальным способом, без проведения подводно-технических работ производить восстановление размытых участков поверхности дна от эрозии течением воды.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям. Предназначено для восстановления размытой поверхности дна и защиты дна водоемов от размыва течением воды, в частности над подводным трубопроводом. Покрытие содержит ковер из многократно изогнутых в противоположные стороны полос армированного эластомера, скрепленных между собой в шахматном порядке и образующих в рабочем положении решетку с ячейками. Ковер соединен по краям, обращенным по и против течения воды, с якорями в виде полых цилиндров с балластом. Между собой якоря связаны по концам двумя гибкими стяжками, к которым также присоединен ковер. Якоря оборудованы дистанционно управляемыми клапанами или гибкими трубопроводами, с возможностью дистанционного отсоединения, для заполнения полостей балластом. В транспортном положении покрытие представляет собой пакет полос, обвязанных в месте с якорями в единый транспортный блок. Способ установки покрытия осуществляется при помощи плавсредства, установленного поперек течения и закрепленного двумя тросами с лебедками. Для установки используется кран на плавсредстве и два троса с лебедками. Установку производят с использованием воздействия течения воды на покрытие и плавсредство. Покрытие растягивают и укладывают на место защиты дна. Тросы крана, лебедок, поплавки крепятся к якорям с возможностью дистанционного отсоединения. Изобретение позволяет уменьшить объем монтажных работ, увеличить скорость возведения покрытия и надежность защиты дна водоемов. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Покрытие антиэрозионное донное, преимущественно для защиты дна водоемов от размыва течением воды и восстановления поверхности дна на месте размыва, содержащее ковер из многократно изогнутых в противоположные стороны полос армированного эластомера, скрепленных между собой в шахматном порядке и образующих в рабочем положении решетку с ячейками в форме ромбов, прямоугольников, квадратов или шестигранников, а в транспортном положении – удлиненный пакет полос, отличающееся тем, что ковер скреплен по краям, обращенным по и против течения воды, с якорями в виде полых цилиндров с балластом, в транспортном положении обвязываемых совместно с пакетом полос в единый транспортный блок, связанных между собой по концам двумя гибкими стяжками, длина которых равна длине ковра, при этом ковер прикреплен по бокам к стяжкам, якоря установлены по течению один выше, а другой ниже места защиты дна с растяжением ковра над местом установки.2. Покрытие по п. 1, отличающееся тем, что для заполнения полостей якорей водой или жидким тяжелым заполнителем в качестве балласта якоря имеют дистанционно управляемые клапаны или гибкие трубопроводы, выполненные с возможностью дистанционного отсоединения от якорей.3. Покрытие по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в качестве ковра использована георешетка из полос нетканого синтетического полотна, скрепленных между собой в шахматном порядке так, что в развернутом виде они образуют гибкий каркас в виде пчелиных сот.4. Способ установки покрытия антиэрозионного донного, включающий использование плавсредства и воздействия течения воды для размещения покрытия, отличающийся тем, что плавсредство располагают выше по течению от места установки и связывают со стороны, обращенной вверх по течению, с грунтом минимум двумя тросами с лебедками, а со стороны, обращенной вниз по течению, на двух тросах с лебедками опускают с возможностью дистанционного отсоединения на дно выше места установки покрытия якорь, верхний по течению, другой же якорь, нижний по течению, вывешивают с возможностью дистанционного отсоединения краном с плавсредства, опускают на дно и одновременно сдвигают по течению плавсредство с помощью стравливания лебедками тросов, связывающих плавсредство с грунтом и верхним якорем, и тем самым растягивают и укладывают покрытие на место защиты дна.5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нижний по течению якорь соединяют с возможностью дистанционного отсоединения с поплавками, плавсредство стопорят на месте, стравливают тросы крана, отпускают нижний якорь по течению до растяжения покрытия, отсоединяют его от поплавков и тросов крана и укладывают покрытие на место защиты дна.6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что нижнему якорю придают положительную плавучесть, отпускают его по течению до растяжения покрытия, заполняют полость якоря балластом, отсоединяют тросы крана и укладывают покрытие на место защиты дна.