ПОДПОРНЫЕ СТЕНКИ БИОПОЗИТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2010 года по МПК E02B3/12 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в размываемых руслах рек и каналов в качестве природоохранных и берегоукрепительных сооружений.

Относительно близким техническим решением является берегозащитное сооружение [1], выполненное в виде подпорных стенок из габионов. Основными недостатками данного технического решения являются сложность конструкции, низкая эффективность и биопозитивность конструкции, а также потребность большого количества каменного материала.

Цель изобретения - повышение эффективности и биопозитивности конструкции, снижение трудоемкости строительства.

Указанная цель достигается тем, что в подпорных стенках биопозитивной конструкции, содержащих габионы, ступени подпорных стенок выполнены из тяжелых фашин и габионных тюфяков, сложенных послойно, причем в основание первой ступени и вдоль откоса уложены горизонтально в два ряда тяжелые фашины, сверху рядов тяжелых фашин и нормально к ним сложены в плотный ряд габионные тюфяки, которые образуют площадку первой ступени. А вторая ступень подпорных стенок сложена из одного ряда тяжелых фашин и одного ряда габионных тюфяков, уложенных сверху и нормально к ряду тяжелых фашин, и которые образуют верхнюю площадку второй ступени. При этом тяжелые фашины изготовлены диаметром 0,5-0,7 м и длиной 2-2,5 м из грунтового заполнителя и гибких оболочек, заполнитель выполнен из мешков, заполненных плодородным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников с развитой корневой системой, а оболочка тяжелых фашин - из плотных слоев сухого камыша и гибкой габионной сетки, обтянутой вокруг слоев камыша. А габионные тюфяки выполнены из легких фашин и перфорированных труб, уложенных чередующими рядами и завернутых в габионную сетку. Сверху второй ступени на откосе предусмотрено крепление из габионных тюфяков, заполнитель которых выполнен из плотных рядов легких фашин, уложенных нормально к линии уклона откоса, при этом сетчатые оболочки тяжелых фашин и габионных тюфяков в местах их соприкосновения первой ступени и второй ступени связаны между собой местами оцинкованной металлической проволокой диаметром 2,5-3 мм.

На фиг.1 изображено поперечное сечение сооружения с подпорными стенками; на фиг.2 - то же самое, в плане; на фиг.3 - тяжелая фашина с разрезом в аксонометрии; на фиг.4 - габионный тюфяк; на фиг.5 - легкая фашина из камыша.

Подпорные стенки состоят двух ступеней - первой ступени 1 и второй ступени 2, которые выполнены из тяжелых фашин 3 и габионных тюфяков 4. Тяжелые фашины 3 состоят из заполнителя и гибкой оболочки; заполнитель выполнен полностью из соединенных между собой мешков 5, заполненных плодородным растительным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников; а оболочка - из сухого камыша 6 и гибкой габионной сетки 7. В местах перевязки тяжелых фашин 3 предусмотрены монтажные петли 8. Габионные тюфяки 4 состоят из легких фашин 9, перфорированных труб 10 и габионной сетки 11. На береговом откосе выше второй ступени предусмотрено крепление из гибких габионных тюфяков 12, заполнителем которых использованы только легкие фашины 9, уложенные в плотные ряды нормально к линии уклона откоса.

Подпорные стенки биопозитивной конструкции возводят следующим образом. В начале заготавливают необходимое количество тяжелых фашин 3, легких фашин 9 и габионных тюфяков 4. Для изготовления тяжелых фашин 3 используют сухой камыш 6 в необходимом объеме и мешки 5 из геосетки (размеры мешков в поперечном сечении могут иметь следующие 20×20 см, 25×25 см, 35×35 см и другие, а длина 40 см, 45 и 50 см). Затем заполняют мешки 5 плодородным грунтом с добавлением семян растений, приспособленных к местным условиям. Далее отрезают и заготавливают габионные сетки 7 по размерам фашин, изготавливают сегментный лоток на опорах из дерева или металла. Сетку 7 укладывают и растягивают симметрично в длину на сегментный лоток, сверху сетки 7 по сегменту плотными рядами укладывают сухой камыш 6 (толщиной 5-10 см). Затем сверху слоя камыша 6 укладывают в длину в один плотный ряд мешки 5 с плодородным растительным грунтом, соседние мешки 5 между собой связывают плотными узлами из веревки в двух местах. Сверху и сбоку мешков 5 укладывают плотный слой из сухого камыша 6. После чего с двух сторон натягивают свободные концы металлической сетки 7 и плотно связывают между собой. Полученную цилиндрическую фашину (длиной 2-2,5 м) дополнительно перевязывают в нескольких (2-3) местах оцинкованной проволокой (диаметром 2,5-3 мм), и в местах перевязки с двух сторон фашины предусматривают ручки-петли 8. И с помощью этих ручек-петель 8 с лотка снимается изготовленная тяжелая фашина. По такой же технологии изготавливаются все необходимое количество таких тяжелых фашин 3. Легкие фашины 9 изготавливают из сухого камыша диаметром 10-20 см. А габионные тюфяки 4 выполняют из чередующих рядов легких фашин 9 и перфорированных труб 10, завернутых в габионную сетку 11 (длиной 2-2,5 м, шириной 0,4-0,6 м и толщиной 0,3-0,4 м). После чего разрабатывается траншея вдоль берега по ширине подпорных стенок, траншея разбивается на участки и монтаж осуществляется по участкам. И по длине первого участка раскладываются в длину два ряда тяжелых фашин 3 и соединяются они между собой металлической проволокой. Затем сверху рядов тяжелых фашин перпендикулярно к ним укладывают в один ряд габионные тюфяки 4 и прикрепляют их к тяжелым фашинам в основании. Далее, отступив на ширину первой ступени 1, сверху габионных тюфяков и вдоль берега укладывают в один ряд тяжелые фашины 3 и прикрепляют их к сетке 11 габионных тюфяков 4 на площадке первой ступени 1. А сверху ряда тяжелых фашин 3 перпендикулярно к ним укладывают в один плотный ряд габионные тюфяки 4, которые также прикрепляют к сетке 7 тяжелых фашин 3 (и которые образуют площадку второй ступени 2). Далее выше второй ступени 2 устраивают насыпь и планируют откос, по откосу и по размерам гибких тюфяков 12 (по участкам) раскладывают габионные сетки; сверху которых укладывают в плотные ряды легкие фашины 9. А сверху фашин 9 натягивают вторую половину габионной сетки и прикрепляют к нижнему слою сетки и к сетке 11 габионных тюфяков 4 второй ступени.

По такой же технологии и по участкам достраивают подпорные стенки вместе с откосным креплением на всю проектную длину берега. При этом после завершения монтажа тяжелых фашин желательно их поливать водой, особенно места расположения мешков с растительным грунтом, чтобы быстрее заросли семена растений и развилась их корневая система.

Подпорные стенки биопозитивной конструкции работают следующим образом. Из-за гибкости и мягкой волнообразной формы предлагаемого крепления гидродинамические нагрузки паводкового потока будут рассредоточиваться и частично гаситься. При этом часть струи прибрежного потока проходит через фашины и габионные тюфяки в тело откоса и обратно из откоса в реку без возникновения опасных фильтрационных деформаций под креплением и в грунтах откоса. Расположение габионных тюфяков 4 по направлению фильтрационного потока, а тяжелых и легких фашин нормально к его направлению (перпендикулярно к направлению обратного фильтрационного потока) предотвращают возможные фильтрационные деформации подстилающих грунтов и грунтов тела откоса (механическую суффозию, контактный размыв и др.). И при высоком волновом воздействии паводкового потока и повышенном водонасыщении грунтов тела откоса за подпорными стенками не возникает фильтрационное противодавление, которое могло бы привести к выпору и разрушению подпорных стенок. Габионные тюфяки из легких фашин и перфорированных труб, связывающие (армирующие) массив грунта откоса с подпорными стенками, обеспечивают безопасные прием и отвод фильтрационной воды тела откоса в реку. Также и сухой камыш, из чего сделаны легкие и тяжелы фашины, является хорошим дренирующим материалом. Волнообразное расположение тяжелых фашин 3 вдоль берегового откоса и по направлению потока реки обеспечивает частичное гашение избыточной энергии потока, а также равномерное распределение гидродинамических нагрузок потока вдоль крепления. Подпорные стенки работают и как берегозащитные сооружения и как дренажи. При размыве русла ниже низа крепления нижняя часть первой ступени 1 из двух рядов тяжелых фашин 3 будет опускаться под действием собственной силы тяжести в образовавшуюся воронку размыва и произойдет натяжение металлических узлов соединения сеток 7 и 11. В случае максимально возможного размыва русла она примет вертикальное висячее положение, и при этом обрушение стенок не будет происходить. И в вертикальном положении данное крепление сохраняет свою форму из-за конструкции подпорных стенок из фашин и габионных тюфяков. Вместе с тем, легкие и тяжелые фашины в воде создают дополнительную подъемную силу, которая уменьшает нагрузки на проволоки соединений. Одновременно в плодородном грунте и в влажной среде происходит быстрое зарастание семян растений и развитие их корневой системы. В результате через фашинное крепление будут расти и трава и кустарники. С каждым годом, по мере зарастания и развития корневой системы трав и кустарников в теле крепления и откоса (берега или дамбы) устойчивость и прочность сооружений будут повышаться. В результате подпорные стенки еще сильнее будет укрепляться и сливаться с естественным ландшафтом прибрежной зоны. При этом создаются и благоприятные условия для миграции и размножения рыб на участках рек вдоль прибрежного крепления, где густые заросли растений создают застойные зоны воды. Как известно, мальки рыб питаются личинками насекомых, находящихся в зеленых растениях вдоль уреза воды.

Использование сухого камыша в легких и тяжелых фашинах обеспечивает не только водопроницаемость и гибкость конструкции, но и способствует сохранению влаги в теле крепления в течение длительного времени. Что создает хорошие условия для прорастания растений из плодородного грунта в мешках 5. Со временем подпорные стенки по всей длине полностью зарастут травой и кустарниками и через несколько лет они превратятся в сплошную дерновку, проросшую ветвями растений вверх и корнями вниз и вширь.

Таким образом, подпорные стенки превращаются в биопозитивные сооружения, которые не вносят помех в круговорот веществ и энергии, помогают развитию природы и включаются в экосистему реки, воспринимаются природой как родственные ей элементы.

Подпорные стенки биопозитивной конструкции предназначены для инженерной и природоохранной защиты прибрежных зон рек, преимущественно на их равнинных участках, и частично на предгорных участках рек, где отсутствует в достаточном количестве местный каменный материал, и средние скорости паводковых потоков не превышают 3,0 м/с.

Источники информации

1. Патент РФ №2204649, кл. Е02В 3/12, 2003. Берегозащитное сооружение. Курбанов С.О., Дышеков А.Х.

Изобретение относится к гидротехническому строительству природоохранных и берегоукрепительных сооружений в размываемых руслах рек и каналов. Подпорные стенки биопозитивной конструкции содержат ступени, выполненные из тяжелых фашин и габионных тюфяков, сложенных послойно. В основание первой ступени и вдоль откоса уложены горизонтально в два ряда тяжелые фашины. Сверху рядов тяжелых фашин и нормально к ним сложены в плотный ряд габионные тюфяки, которые образуют площадку первой ступени. Вторая ступень подпорных стенок сложена из одного ряда тяжелых фашин и одного ряда габионных тюфяков, уложенных сверху и нормально к ряду тяжелых фашин, и которые образуют верхнюю площадку второй ступени. Тяжелые фашины изготовлены диаметром 0,5-0,7 м и длиной 2-2,5 м из грунтового заполнителя и гибких оболочек. Заполнитель выполнен из мешков, заполненных плодородным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников с развитой корневой системой. Оболочка тяжелых фашин выполнена из плотных слоев сухого камыша и гибкой габионной сетки, обтянутой вокруг слоев камыша. Габионные тюфяки выполнены из легких фашин и перфорированных труб, уложенных чередующимися рядами и завернутых в габионную сетку. Сверху второй ступени на откосе предусмотрено крепление из габионных тюфяков, заполнитель которых выполнен из плотных рядов легких фашин, уложенных нормально к линии уклона откоса. Сетчатые оболочки тяжелых фашин и габионных тюфяков первой и второй ступеней в местах их соприкосновения связаны между собой местами оцинкованной металлической проволокой диаметром 2,5-3 мм. Изобретение позволяет снизить материальные затраты на строительство сооружения и способствует восстановлению водоохранных зеленых зон вдоль русел. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Подпорные стенки биопозитивной конструкции, содержащие габионы, отличающиеся тем, что ступени подпорных стенок выполнены из тяжелых фашин и габионных тюфяков, сложенных послойно, причем в основание первой ступени и вдоль откоса уложены горизонтально в два ряда тяжелые фашины, сверху рядов тяжелых фашин и нормально к ним сложены в плотный ряд габионные тюфяки, которые образуют площадку первой ступени, а вторая ступень подпорных стенок сложена из одного ряда тяжелых фашин и одного ряда габионных тюфяков, уложенных сверху и нормально к ряду тяжелых фашин, и которые образуют верхнюю площадку второй ступени, при этом тяжелые фашины изготовлены диаметром 0,5-0,7 м и длиной 2-2,5 м из грунтового заполнителя и гибких оболочек, заполнитель выполнен из мешков, заполненных плодородным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников с развитой корневой системой, оболочка тяжелых фашин - из плотных слоев сухого камыша и гибкой габионной сетки, обтянутой вокруг слоев камыша, а габионные тюфяки выполнены из легких фашин и перфорированных труб, уложенных чередующими рядами и завернутых в габионную сетку.

2. Подпорные стенки по п.1, отличающиеся тем, что сверху второй ступени на откосе предусмотрено крепление из габионных тюфяков, заполнитель которых выполнен из плотных рядов легких фашин, уложенных нормально к линии уклона откоса, при этом сетчатые оболочки тяжелых фашин и габионных тюфяков в местах их соприкосновения первой ступени и второй ступени связаны между собой местами оцинкованной металлической проволокой диаметром 2,5-3 мм.