ЗАЩИТНОЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 2025 года по МПК E02B7/02 E02B3/04 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве водооградительных дамб для защиты и предотвращения населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных объектов от паводкового подтопления ливневыми, нагонными и иными водами в условиях отсутствия значительного ледостава.

Известно защитное сооружение от наводнений, содержащий бассейн, снабженный дренажными трубами с односторонним обратным клапаном и трубами для поступления воды из акватории, причем в полости бассейна помещены непрерывным рядом обладающие положительной плавучестью защитные стены, имеющие возможность вертикального перемещения, верхняя часть бассейна снабжена полусферическим сводом с запирающей поверхностью, а вдоль верхнего торца плавучих защитных стен смонтирована накладная крышка. Бассейн состоит из корпуса и съемного купола и закреплен на мосту, имеющем ограждение, который смонтирован на основании, установленном на вертикальных опорных сваях, вмонтированных неподвижно на расстоянии друг от друга в прибрежную полосу, причем основание связано с закладной арматурой фиксирующей плиты откосной одежды и плотно прилегает к откосной одежде, а ограждение моста снабжено вертикальными ребрами, опирающимися на откосную одежду, кроме того, плавучие защитные стены жестко соединены внизу с пустотелыми прочными баллонами, имеющими в верхней части уплотнительные элементы (патент РФ № 2264502 на изобретение «САМОДЕЙСТВУЮЩЕЕ ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМОЕ ЗАЩИТНОЕ ОТ НАВОДНЕНИЙ СООРУЖЕНИЕ», МПК E02B 3/04, опубл. 20.11.2005). Недостатком данного технического решения является конструкционная сложность сооружения.

Известно защитное от наводнений сооружение, включающее непрерывный ряд установленных вдоль прибрежной полосы на спланированной поверхности или заглубленных в верхнюю часть дамбы вплотную друг к другу полых секционных блоков с установленными на них защитными барьерами. Защитные барьеры выполнены с профилированными боковыми торцами и закреплены на коромыслах, с которыми соединена обоими концами горизонтальная приводная ось, установленная в каждом секционном блоке с возможностью вращения, на которой закреплен барабан со смонтированными на его дисках резервуарами с отверстиями и противовесом-балансиром. Каждый секционный блок снабжен подающими трубами, установленными в верхней его части, и вмонтированной в нижнюю часть секционного блока дренажной трубой, оборудованной односторонним обратным клапаном, причем подающие трубы соединены с резервуарами через гибкие рукава, а между защитным барьером и корпусом секционного блока установлены уплотнительные элементы (патент РФ № 2282694 на изобретение «УНИВЕРСАЛЬНОЕ САМОДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗАЩИТНОЕ ОТ НАВОДНЕНИЙ СООРУЖЕНИЕ», МПК E02B 3/00, E02B 3/04, опубл. 27.08.2006. Известное сооружение также характеризуется сложностью конструкции, кроме того, наличие вращающихся элементов создает опасность отказа устройства в случае засорения мусором при наводнении.

Известны тканевые плотины незамкнутого и замкнутого типов, выполненные соответственно из незамкнутого тканевого полотнища с водонепроницаемым покрытием или гибкой цилиндрической замкнутой оболочки, заполняемой водой с помощью насосов (Волосухин В.А., Кузнецов В.А. Основы теории и методы расчета тканевых сооружений мелиоративных систем: Монография. - Новочеркасск, НГМА, 2001. - С.14-18). Недостатками являются большой вес и габариты плотин, что делает трудоемкими их монтаж и демонтаж, а также усложняет транспортировку и хранение плотин и ухудшает эксплуатационные характеристики сооружений.

Известно наиболее близкое к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и выбранное в качестве прототипа защитное гидротехническое сооружение, включающее: незамкнутую гибкую водоупорную оболочку; балластирующий пригруз, фиксирующий нижнюю часть незамкнутую водоупорной оболочки; поплавки, обеспечивающие плавучесть верхней части незамкнутой водоупорной оболочки; растяжки, обеспечивающие пространственную устойчивость незамкнутой оболочки при эксплуатационном подпоре воды; две заполняемые водой соприкасающиеся гибкие цилиндрические замкнутые оболочки, каждая из которых снабжена двумя эластичными боковыми ребрами, расположенными вдоль образующих оболочек. Соседними внутренними ребрами оболочки соединены в «восьмерку». К одному из внешних ребер «восьмерки» жестко закреплена своей нижней кромкой незамкнутая гибкая оболочка, по верхней кромке которой размещены поплавки. Поплавки закреплены растяжками ко второму внешнему ребру с возможностью регулирования длины связей и выполнены в виде единой гибкой цилиндрической замкнутой оболочки, заполняемой воздухом через штуцер и изготовленной как одно целое с незамкнутой гибкой оболочкой. Замкнутая оболочка снабжена расположенным вдоль ее образующей эластичным боковым ребром, к которому закреплены гибкие связи, выполненные с возможностью растяжения. По второму внешнему ребру «восьмерки» своей верхней кромкой размещен противофильтрационный экран, выполненный в виде незамкнутой гибкой оболочки с возможностью закрепления по нижней кромке экрана пригрузов. (Патент РФ № 2374385 на изобретение «ЗАЩИТНОЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ», МПК E02B 7/02, E02B 3/04, опубл. 20.02.2009). Недостатком известного защитного сооружения является низкая надежность, связанная с риском повреждения оболочки поплавков, заполняемой воздухом, и двух соединенных в "восьмерку» гибких цилиндрических замкнутых оболочек, заполняемых водой. Разгерметизация поплавков приведет к тому, что сооружение затонет и не сможет выполнять свою функцию. Повреждение же соединенных в «восьмёрку» оболочек может привести к утечке из них воды и последующему смещению защитного сооружения. Кроме того, защитное сооружение характеризуется недостаточной пространственной устойчивостью в продольном направлении ввиду отсутствия диагональных растяжек, обеспечивающих продольную жесткость дамбы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка надежного и простого в эксплуатации защитного гидротехнического сооружения для предотвращения паводкового подтопления ливневыми, нагонными и иными водами, не содержащими обломки льда или ледовые поля.

Технические результаты, достигаемые в результате решения поставленной задачи, заключаются в упрощении конструкции защитного гидротехнического сооружения и повышении его надежности.

Указанные технические результаты достигаются тем, что защитное гидротехническое сооружение содержит незамкнутую водоупорную оболочку; балластирующий пригруз, фиксирующий нижнюю часть водоупорной оболочки; поплавки, обеспечивающие плавучесть верхней части водоупорной оболочки; растяжки поперечной жесткости в виде гибких связей, обеспечивающие пространственную устойчивость оболочки при эксплуатационном подпоре воды. Водоупорная оболочка снабжена растяжками продольной диагональной жесткости в виде гибких связей, водоупорная оболочка выполнена в виде полотнища, зашитого в поперечном по отношению к береговой линии подтопления сечении с образованием мешкообразной формы, в качестве поплавков использованы цилиндры из вспененного полимерного материала, нанизанные на два прикрепленных к оболочке троса, концы которых закреплены на пригрузе, при этом один трос прикреплен к верхней кромке оболочке, в второй трос прикреплен к оболочке на высоте максимального подъема воды подтопляемого участка, а все гибкие связи закреплены одним концом на тросе с поплавками, а вторым концом на пригрузе.

Предпочтительно, чтобы в качестве балластирующего пригруза были использованы стандартные бетонные или железобетонные плиты с петлями; гибкие связи были закреплены на тросе с поплавками с шагом d, при этом d=L, где L ширина бетонной или железобетонной плиты балластирующего пригруза; длина поплавка l=(L-3k)/2, при этом. k=0,1 D, где k - деформационный зазор между поплавками, а D диаметр поплавка.

Предпочтительно, чтобы гибкие связи были выполнены фиксированной длины, обеспечивающей положение поплавков на высоте, соответствующей расчетному уровню подтопления местности.

Предпочтительно, чтобы в качестве гибких связей и троса для поплавков был использован пропиленовый трос.

Предпочтительно, чтобы в качестве водоупорной оболочки было использовано полотнище из высокопрочного тканого материала, обработанного водоупорным составом.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- наличием растяжек продольной диагональной жесткости в виде гибких связей,

- выполнением водоупорной оболочки в виде полотнища, зашитого в поперечном по отношению к береговой линии подтопления сечении с образованием мешкообразной формы;

- использованием в качестве поплавков цилиндров из вспененного полимерного материала, нанизанных на два прикрепленных к оболочке троса, концы которых закреплены на пригрузе;

- выполнением одного троса, прикрепленным к верхней кромке оболочке;

- выполнением второго троса, прикрепленным к оболочке на высоте максимального подъема воды подтопляемого участка

- закреплением всех гибких связей одним концом на тросе с поплавками, а вторым концом на пригрузе.

В предпочтительных случаях исполнения изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:

- использованием в качестве балластирующего пригруза стандартных бетонных или железобетонных плиты с петлями; закреплением гибких связей на тросе с поплавками с шагом d, при этом d=L, где L ширина бетонной или железобетонной плиты балластирующего пригруза; длина поплавка l=(L-3k)/2, при этом. k=0,1 D, где k - деформационный зазор между поплавками, а D диаметр поплавка;

- выполнением гибких связей фиксированной длины, обеспечивающей положение поплавков на высоте, соответствующей расчетному уровню подтопления местности;

- использованием пропиленового троса в качестве гибких связей и троса для поплавков.

- использованием для водоупорной оболочки полотнища из высокопрочного тканого материала, обработанного водоупорным составом.

Мешкообразная форма оболочки позволяет создать незамкнутую полую емкость со входным отверстием для воды. Использование в качестве поплавков цилиндров из вспененного полимерного материала повышает надежность конструкции, поскольку исключает риск затопления поплавков из-за механических повреждений. Наличие двух прикрепленных к оболочке тросов с нанизанными на них в ряд поплавков, выполнение одного троса, прикрепленным к верхней кромке незамкнутой водоупорной оболочки, а второго троса - прикрепленным к незамкнутой водоупорной оболочке на высоте максимального подъема воды подтопляемого участка; выполнение концов тросов, закрепленными на пригрузе, обеспечивает заполнение внутренней полости емкости паводковой водой и подъем верхней части оболочки, создавая заградительную конструкцию от потоков воды, обеспечивая пространственную устойчивость конструкции в продольном направлении относительно подтопляемого участка. Использование в качестве растяжек поперечной и продольной диагональной жесткости гибких связей, закреплённых одним концом на тросе, а вторым - на пригрузе, обеспечивает пространственную устойчивость конструкции в поперечном и диагональном направлениях относительно подтопляемого участка. Закрепление гибких связей на тросе с шагом d, где d=L, а L ширина бетонной или железобетонной плиты балластирующего пригруза; длина поплавка l=(L-3k)/2, при этом k=0,1 D, где k - деформационный зазор между поплавками, а D диаметр поплавка, позволяет равномерно распределить гибкие связи между поплавками, обеспечивая дополнительную устойчивость защитному сооружению. Выполнение гибких связей фиксированной длины, обеспечивающей положение поплавков на высоте, соответствующей расчетному уровню подтопления местности позволяет сформировать защитное гидротехническое защитное сооружение автоматически принимающее положение по высоте соответствующее расчетному уровню подтопления и выполняющее защитные функции. Вся конструкция характеризуется простотой изготовления и сборки.

Использование в качестве балластирующего пригруза стандартных бетонных или железобетонных плит снижает трудозатраты на обустройство дамбы, а наличие петель на плитах позволяет использоваться их в качестве крепежных элементов для тросов и гибких связей, а также для соединения плит между собой, например, посредством сварки, или другими доступными средствами и способами.

Использование пропиленового троса в качестве гибких связей и тросов для нанизывания поплавков, применение полотнища из высокопрочного тканого материала, обработанного водоупорным составом в качестве водоупорной оболочки, повышает надежность конструкции от разрушения (паводковыми водами, обломками деревьев, строительным и другим мусором, образовавшимися от разрушений, причиненных наводнением или паводком).

Защитное гидротехническое сооружение иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг.1 - 9.

На фиг. 1. представлен схемный чертеж части защитного гидротехнического сооружения, общий вид с вырезом, изометрическая проекция.

На фиг. 2 представлен схемный чертеж части защитного гидротехнического сооружения без оболочки, общий вид, изометрическая проекция.

На фиг. 3 представлен схемный чертеж защитного гидротехнического сооружения, в нерабочем состоянии при отсутствии паводковых вод, поперечный разрез.

На фиг. 4 представлен схемный чертеж защитного гидротехнического сооружения в состоянии прибывания воды и подтопления на высоту h, поперечный разрез.

На фиг. 5 представлен схемный чертеж защитного гидротехнического сооружения в состоянии подтопления на максимальную высоту Н, поперечный разрез.

На фиг. 6 представлен схемный защитного гидротехнического сооружения чертеж, элемент троса с поплавками и гибкими связями.

На фиг. 7 представлен схемный чертеж защитного гидротехнического сооружения, вид расположения растяжек поперечной и продольной диагональной жесткости.

На фиг. 8 представлен продольный разрез защитного гидротехнического сооружения

На фиг. 9 представлен схемный чертеж защитного гидротехнического сооружения чертеж, вид на анкерные плиты.

В предпочтительном случае исполнения защитное гидротехническое сооружение включает: - незамкнутую мешкообразную водоупорную оболочку 1; - балластирующий пригруз, фиксирующий нижнюю часть водоупорной оболочки 1; - поплавки 3 в виде цилиндров из вспененного полимерного материала, обеспечивающие плавучесть верхней части водоупорной оболочки 1; - растяжки поперечной жесткости в виде гибких связей 4¹, 4², 4³, 4⁴ и растяжки продольной диагональной жесткости в виде гибких связей 4⁵, 4⁶.

Поплавки 3 нанизаны на два прикрепленных к оболочке 1 троса 5, 6, концы которых закреплены на пригрузе 2. Трос 5 прикреплен к верхней кромке оболочки 1 на высоте Н+0,25м, а трос 6 прикреплен к оболочке 1 на высоте h = 0,5Н, где H- максимальная высота подъема воды подтопляемого участка. Один конец каждой из растяжек 4¹, 4², 4³, 4⁴, 4⁵,4⁶ закреплен на одном из тросов (5 или 6), второй - на пригрузе. В качестве пригруза использованы стандартные бетонные (или железобетонные) плиты 2¹, 2² 2³ с петлями 7. Растяжки закреплены на тросах 5, 6 с шагом d, где d=L, а L ширина бетонной или железобетонной плиты балластирующего пригруза; длина поплавка составляет l=(L-3k)/2, при этом k=0,1 D, где k - деформационный зазор между поплавками, а D диаметр поплавка.

Гибкие связи 4¹, 4², 4³, 4⁴, 4⁵,4⁶ выполнены фиксированных длин, обеспечивающих положение поплавков 3 на высоте, соответствующей расчетному уровню подтопления местности. Гибкие связи 4¹, 4², 4³, 4⁴, 4⁵, 4⁶ и тросы 5, 6 выполнены из пропиленового троса. В качестве водоупорной оболочки 1 использовано полотнище из высокопрочного тканого материала, обработанного водоупорным составом.

Пример осуществления защитного гидротехнического сооружения.

Оболочка 1 защитного гидротехнического сооружения (дамбы) сшивается на месте в сплошное полотнище длиной, превышающей ширину подтопляемого участка. Если участок подтопления включает повороты, в месте поворота насыпается холм, превышающий своей высотой расчетный уровень подтопления. На подготовленную грунтовую поверхность подтопляемого участка расстилается часть полотнища дамбы, соответствующая шириной длине плиты балластирующего пригруза, причем подготовка выполняется только в части создания горизонтальной площадки в пределах плиты балластирующего пригруза в поперечном по отношении оси дамбы направлении. В продольном направлении рельеф не исправляется. Балластирующий пригруз из бетонных плит 2¹ укладывается на подготовленную грунтовую поверхность подтопляемого участка, перекрытое частью полотнища оболочки 1. Плита 2¹ прижимает эту часть полотнища к выровненному грунтовому основанию, нижняя часть полотнища под плитой крепится к плите к монтажным петлям 7, например, отрезками полипропиленового траса, пришитых к полотнищу оболочки 1. К верхней кромке полотнища оболочки 1 прикрепляют трос 5 с нанизанными на него поплавками 3 в виде цилиндров из вспененного полимерного материала. Трос 6 с нанизанными поплавками 3 крепят к полотнищу оболочки 1 на уровне высоты H максимального подъема подтопления. Регулировка высоты дамбы осуществляют подбором длины гибких связей, которая должна соответствовать расчетному уровню подтопления и обеспечивать положение поплавков 3 на высоте, соответствующей расчетному уровню подтопления в каждом конкретном месте, соответственно уменьшаясь на более высоких участках рельефа, вплоть до совпадения уровня плит балластирующего пригруза и уровня подтопления. В таких местах поперечные гибкие связи 4¹, 4³ имеют минимальную длину, равную радиусу поплавков, а диагональные гибкие связи 4⁵, 4⁶ длину, равную расстоянию от монтажной петли 7 на пригрузе до места крепления к пропиленовому тросу (5,6). Ряды плит 2¹, 2² на сопряжении участка подтопления и неподтопляемой частью рельефа заканчиваются анкерными плитами пригруза 2³ (первый поперечный ряд плит без полотнища 1 с привязанным к внутренним по отношению к дамбе монтажным петлям тросами 5 и 6), к которым крепятся концы полипропиленовых тросов 5, 6, проходящих через оси поплавков 3. В торцах полотнище оболочки 1 зашивается в поперечном по отношению к береговой линии подтопления сечении с образованием мешкообразной формы.

Заполнение водой осуществляется через щель-отверстие 8 в нижней части оболочки 1, обращенной в сторону подтопления, причем раскрытие щели для поступления воды осуществляется за счет всплытия поплавков 3, нанизанных на торс 5, прикрепленный к верхней кромке оболочки 1. По мере поднятия уровня подтопления за счет всплытия рядов поплавков 3 защитное сооружение приобретает расчетное сечение, при этом содержащийся в полости дамбы воздух, отсеченный краем полости между верхом щели заполнения 8 водой и рядом поплавков 3 нанизанных на трос 6, прикрепленный в верхней части дамбы, поднимается в верхнюю часть и обеспечивает дополнительную плавучесть сооружению.

Размеры емкости оболочки 1 рассчитываются из известной по многолетним наблюдениям максимальной высоты подтопления в данной местности. Например, известно, что максимальная высота Н подтопления составляет 2 метра. В таком случае в качестве плит балластирующего пригруза применяются дорожные плиты с размерами 3 х 1,75м каждая (например, плиты 2П30-18-210 по ГОСТ 21924.0-84). Плиты 2¹ пригруза укладываются на часть полотнища оболочки 1, шириной равной длине плиты, уложенное на подготовленное грунтовое основание 3-х метровой стороной поперек оси дамбы. Монтажные петли 7 плит 2¹, 2² 2³ свариваются. На наклонный откос до сопряжения с естественным рельефом укладывается еще один ряд плит 2². Плиты образуют два ряда шириной три метра каждый, причем монтажные петли 7 в каждом ряду сварены между собой по всей длине ряда. Два ряда плит 2¹, 2² по всей длине дамбы укладывают с промежутком 60 см, в котором выполнено углубление 9 глубиной 50 см с бетонной подготовкой 10 см толщиной по дну и стенкам. С нагорной стороны на расстоянии 60 см от короткой кромки плит 2¹ устраивается бетонная отмостка 10 шириной 60 см и толщиной 17 см и в промежутке между ними устраивается углубление 11 глубиной 50 см с бетонной подготовкой дна толщиной 10 см. Полотнище дамбы заворачивается в расчетное положение и монтируются тросы 5, 6 с поплавками 3 диаметром D= 50 см, гибкие связи поперечной жесткости 4¹ длиной 2,08 м, 4² длиной 6,2 м, 4³ длиной 1,15 и 1,75 м, 4⁴ длиной 2,9м. Диагональные гибкие связи продольной жесткости 4⁵ при ширине плиты 2 L= 1,75 м и максимальной высоте плотины H= 2 м будут иметь длину 2,5м до пояса поплавков на тросе 5.

Диагональные гибкие связи продольной жесткости 4⁶ при ширине плиты 2 L= 1,75 м и максимальной высоте плотины H= 2 м будут иметь длину 2,73м до пояса поплавков на тросе 6.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве защитного гидротехнического сооружения. Сооружение содержит незамкнутую водоупорную оболочку 1, балластирующий пригруз, фиксирующий нижнюю часть оболочки 1, поплавки, обеспечивающие плавучесть верхней части оболочки 1, растяжки поперечной жесткости в виде гибких связей, обеспечивающие пространственную устойчивость оболочки 1. Сооружение снабжено растяжками продольной диагональной жесткости в виде гибких связей. Оболочка 1 выполнена в виде полотнища, зашитого в поперечном по отношению к береговой линии подтопления сечении с образованием мешкообразной формы. В качестве поплавков использованы цилиндры из вспененного полимерного материала, нанизанные на два прикрепленных к оболочке 1 троса 5, 6, концы которых закреплены на пригрузе. Трос 5 прикреплен к верхней кромке оболочки 1. Трос 6 прикреплен к оболочке 1 на высоте максимального подъема воды подтопляемого участка. Все гибкие связи 4¹, 4², 4³, 4⁴, 4⁵, 4⁶ закреплены одним концом на тросе с поплавками, а вторым концом - на пригрузе. Изобретение направлено на упрощение конструкции защитного гидротехнического сооружения и повышение его надежности. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Защитное гидротехническое сооружение, содержащее незамкнутую водоупорную оболочку, балластирующий пригруз, фиксирующий нижнюю часть водоупорной оболочки, поплавки, обеспечивающие плавучесть верхней части водоупорной оболочки, растяжки поперечной жесткости в виде гибких связей, обеспечивающие пространственную устойчивость оболочки при эксплуатационном подпоре воды, отличающееся тем, что снабжено растяжками продольной диагональной жесткости в виде гибких связей, водоупорная оболочка выполнена в виде полотнища, зашитого в поперечном по отношению к береговой линии подтопления сечении с образованием мешкообразной формы, в качестве поплавков использованы цилиндры из вспененного полимерного материала, нанизанные на два прикрепленных к оболочке троса, концы которых закреплены на пригрузе, при этом один трос прикреплен к верхней кромке оболочки, второй трос прикреплен к оболочке на высоте максимального подъема воды подтопляемого участка, все гибкие связи закреплены одним концом на тросе с поплавками, а вторым концом - на пригрузе.

2. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что в качестве балластирующего пригруза использованы стандартные бетонные или железобетонные плиты с петлями, гибкие связи закреплены на тросе с поплавками с шагом d, при этом d=L, где L - ширина бетонной или железобетонной плиты балластирующего пригруза, длина поплавка l=(L-3k)/2, при этом k=0,1 D, где k - деформационный зазор между поплавками, а D - диаметр поплавка.

3. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что гибкие связи выполнены фиксированной длины, обеспечивающей положение поплавков на высоте, соответствующей расчетному уровню подтопления местности.

4. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что в качестве гибких связей и троса для поплавков использован пропиленовый трос.

5. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что полотнище водоупорной оболочки выполнено из высокопрочного тканого материала, обработанного водоупорным составом.