Берегозащитное сооружение мерзлого типа Российский патент 2023 года по МПК E02B3/04 E02B7/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении берегозащитных и причальных насыпей, а также плотин, дамб в криолитозоне.

Известен способ возведения плотин и других водоподпорных гидросооружений с мерзлым противофильтрационным ядром, образованным в центральной части профиля плотины при работе мерзлотной завесы, созданной системой воздушных замораживающих колонок (Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983 - 176 с.) и термосифонов (Макаров В.И. Термосифоны в северном строительстве - Новосибирск: Наука, 1985 - 165 с.). Но для возведенных таким способом гидросооружений существенными становятся ограничения в применении при глубоком оттаивания мерзлого основания под подрусловым таликом и чашей оттаивания под водохранилищем. Решение проблемы может достигаться устройством двухъярусных мерзлотных завес в теле его основания сооружения. При возведении протяженной берегозащитной насыпи мерзлого типа с центральным мерзлым противофильтрационным ядром стоимость таких сооружений становится чрезвычайно высокой.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Грунтовая плотина с мерзлотная завесы в теле его основании» (патент №2649021 C1 Е02В 7/06, опубл. 26.03.2018, бюл. №10). Это техническое решение основано на послойном возведение насыпи при одновременном устройстве двух бетонных стенок охлаждающей полости, эксплуатируемой зимой и отключаемой в теплый период года.

Но в этом техническом решении имеют место такие конструктивные недостатки, как необходимость устройства двух бетонных стенок, образующих охлаждающую полость, и существенное расширение профиля насыпи для размещения в нем относительно широкой охлаждающей полости, и соответствующее возрастание объема работ и стоимости сооружения.

В основу изобретения положена задача существенно упростить конструкцию берегозащитного сооружения и соответственно уменьшить затраты на строительство без снижения надежности предлагаемой системы по сравнению с более сложными и дорогими техническими решениями, рассматриваемыми как аналоги и прототип предлагаемого конструктивно-технологического решения.

Поставленная задача решается за счет того, что берегозащитное сооружение мерзлого типа, включающее насыпь из каменной наброски и внешнюю бетонную стенку, отличающийся тем, что насыпь выполняется из сортированной каменной наброски, в которой диаметр отдельных камней позволяет создать воздухопроницаемая паровое пространство, необходимое для естественного или принудительного движения холодного зимнего воздуха, который осуществляется с помощью установленных на гребне насыпи питающих и отводящих воздуховодов, на входах и выходах которых предусмотрены задвижки, регулирующие поступление и отвод воздуха системы охлаждения. При необходимости более эффективной принудительной вентиляции в порах мерзлотного фрагмента насыпи на входе в питающий воздуховод устанавливаются вентиляторы, нагнетающие зимний воздух. На выходе из отводящего воздуховода также могут быть предусмотрены вентиляторы, повышающие эффективность отвода отработанного (нагревшегося) воздуха из системы замораживания. Количество и диаметр воздуховодов, конструкция и марка вентиляторов определяются проектом по известным методикам.

Промораживание мерзлый зоны насыпи и консервация в мертвом состоянии вечномерзлых грунтов ее основания достигается путем создания в массиве насыпи пористой среды со свободными порами, способными фильтровать холодный воздух в поровом пространстве. Это становится возможным при устройстве насыпи с каменной наброски соблюдением заданного диаметра достаточно прочных камней при отсутствии в порах наброски мелкозема и иных включений, затрудняющих фильтрацию воздуха.

На фиг. 1 схематично представлена берегозащитная насыпь с мерзлотной зоной в центральной части профиля насыпи (поперечный разрез): 1 - толщина малольдистый вечномерзлых грунтов; 2 - прибрежная территория, защищаемая от размыва льдонасыщенный вечномерзлый грунт, содержащий тела подземных льдов; 3 - слой оттаявшего и уплотнившегося грунта, образовавшийся в процессе заполнения и в начальный период эксплуатации водохранилища (водоема); 4 - уровень воды; 5 - внешняя бетонная стенка, разделенная по длине просадочными швами; 6 - питающий и отводящие воздуховоды; 7 - теплоизоляционный поверхностный экран; 8 - естественный мохо-торфяной покров; 9 - крепление откоса насыпи; 10 - нижний контур мерзлотной зоны в теле насыпи; 11 - движение воздуха в порах наброски.

На подготовленное известным способом основание насыпи 10 поярусно отсыпано тело насыпи, выполненное из каменной сортированной наброски; при этом в каждом ярусе установлены сборные железобетонные элементы внешней стенки 5. На поверхности насыпи установлены питающие и отводящие воздуховоды 6 (вентиляторы установлены на входах в питающие и отводящие воздуховоды и на фиг. 1 не показаны); также на поверхности насыпи выполнен теплоизоляционный экран 7. За пределами насыпи сохранен естественный мохо-торфяной покров 8. На нижней части внешнего откоса насыпи, подверженного затоплению, предусмотрено крепление из несортированной каменной наброски 9 стандартной конструкции. Стрелками условно показано движение воздуха в порах воздухопроницаемой части насыпи в зимний (т.н. охлаждающий) период. На входах воздуховоды оборудованы задвижки, позволяющие открывать и закрывать систему в зимний (охлаждающий) период и закрывать ее в теплый период года, а также зимой при оттепелях и метелях, чтобы исключить прогрев, оттаивание и засорения снегом, льдом и инеем парового пространства в каменной наброски мерзлотное зоны между питающим (охлаждающими) и отводящим и воздуховодами. Конструктивные особенности задвижек и марки вентиляторов выбираются при детальном проектировании системы для конкретного объекта.

Внешняя боковая стенка 5 выполняется из сборных железобетонных элементов в процессе послойной отсыпки насыпи.

На поверхности насыпи укладывается теплоизоляционный слой 7, защищающий воздухопроницаемое паровое пространство от негативных тепловых и влажных воздействий.

Подача холодного воздуха в период зимней вентиляции насыпи осуществляется по питающему воздуховоду 6 с помощью вентилятора или естественным путем. Отвод отработанного (нагревшегося) воздуха осуществляется по отводящему воздуховоду 6. На входах в систему и на выходах из нее предусматриваются защитные задвижки.

Эксплуатации системы начинается после полного промораживания мерзлотно-каменнонабросной зоны профиля насыпи 3 и ее основания 2, естественное мерзлое состояние которого повреждено (нарушено) при строительстве (на это может потребоваться ориентировочно два зимних периода). Затем водохранилище 4 (или другой водоем, канал и т.п.) заполняется и начинается эксплуатационный период, на протяжении которого ежегодно проводится цикл зимнего поддержания отрицательных температур в мерзлотной зоне насыпи и в постоянной мерзлом основание 1 под ней. Тем самым обеспечивается температурная устойчивость и надежность всего сооружения. Холодный зимний воздух поступает в питающий (охлаждающий) воздуховод 6 при открытых задвижках и отключенных вентиляторах и далее фильтруется в паровом пространстве каменнонабросной мерзлотные зоны насыпи; при необходимости более глубокого проникновения в массив фильтрующие наброски и, соответственно, более эффективного охлаждения этой зоны включаются вентиляторы. Следовательно, всю конструкцию насыпи можно рассматривать как сооружение мерзлого типа, в котором функции охлаждающего замораживающего устройства выполняет центральная воздухопроницаемая зона тела насыпи. В этом качестве она может быть использована в плотинах, дамбах, причальных насыпях и т.п.

Зона тела насыпи, в которой осуществляется контролируемое охлаждение за счет вентиляции воздуха, по сути выполняет функции воздушного замораживающий его устройства, но в отличие от известных технических решений, не требует устройство более сложных и дорогих элементов охлаждающей системы (например, бурения скважин, оборудования морозильных колонок и т.п.). Предлагаемое замораживающее устройство может найти применение в причальных насыпях, плотинах и дамбах мерзлого типа в криолитозоне.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении берегозащитных и причальных насыпей, а также плотин, дамб в криолитозоне. Сооружение включает в себя соответственно тело насыпи из каменной наброски и созданную в центральной части ее профиля мерзлотную зону, сопрягающуюся с вечномерзлыми грунтами основания и берегового массива. Мерзлотная зона, промороженная в строительный период, и мерзлое состояние сооружения в целом сохраняются в мерзлом состоянии путем естественного или принудительного охлаждающего вентилирования в зимний период. Промораживание мерзлотной зоны и консервация в мерзлом состоянии вечномерзлых грунтов ее основания достигаются путем создания в массиве насыпи пористой среды со свободными порами, способными фильтровать холодный воздух в поровом пространстве. Это становится возможным при устройстве насыпи из каменной наброски с заданным диаметром достаточно прочных камней при полном отсутствии в порах мелкозема и иных включений, затрудняющих фильтрацию воздуха. Внешняя боковая стенка 5 выполняется из сборных железобетонных элементов в процессе послойной отсыпки насыпи. На поверхность насыпи укладывается теплоизоляционный слой 7, защищающий воздухопроницаемый охлаждающий элемент сооружения от негативных тепловых и влажностных воздействий. Подача холодного воздуха в период зимней вентиляции насыпи осуществляется с помощью вентилятора или естественным путем по питающему воздуховоду 6. Отвод отработанного (нагревшегося) воздуха осуществляется по отводящему воздуховоду 6. На входах в систему и на выходах из нее предусматривается защита от попадания снега и других негативных воздействий (например, снега, дождя, пыли и т.п.). Изобретение позволяет существенно упростить конструкцию берегозащитного сооружения без снижения надежности предлагаемой системы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Берегозащитное сооружение мерзлого типа, включающее насыпь из каменной наброски и внешнюю бетонную стенку, отличающееся тем, что насыпь выполняется из сортированной каменной наброски, в которой диаметр отдельных камней позволяет создать воздухопроницаемое паровое пространство, необходимое для естественного или принудительного движения холодного зимнего воздуха, который осуществляется с помощью установленных на гребне насыпи питающих и отводящих воздуховодов, на входах и выходах которых предусмотрены задвижки, регулирующие поступление и отвод воздуха системы охлаждения.

2. Берегозащитное сооружение мерзлого типа по п. 1, отличающееся тем, что при необходимости более эффективной принудительной вентиляции в порах мерзлотного фрагмента насыпи на входе в питающий воздуховод устанавливаются вентиляторы, нагнетающие зимний воздух.

3. Берегозащитное сооружение мерзлого типа по п. 1, отличающееся тем, что на выходе из отводящего воздуховода также могут быть предусмотрены вентиляторы, повышающие эффективность отвода отработанного (нагревшегося) воздуха из системы замораживания.

4. Берегозащитное сооружение мерзлого типа по п. 1, отличающееся тем, что количество и диаметр воздуховодов, конструкция и марка вентиляторов определяются проектом по известным методикам.