Берегозащитное сооружение Советский патент 1984 года по МПК E02B3/06 

00 ел

I

оо

1. БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ, включающее массивы, установленные с образованием каналов между ними, грани которых со стороны верхнего и нижнего бьефов выполнены наклонными, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы, оно снабжено размещенными в каналах блоками, верхняя часть которых выполнена в виде трамплина. 2.Сооружение по п. 1,и отличающееся тем, что грани массивов и блоков выполнены с ломанным профилем. 3.Сооружение по пп. 1 и 2 отличйющееся тем, что каналы ориентированы в сторону берега. 4.Сооружение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, .что каналы ориентированы в сторону русла. 5.Сооружение по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что массивы смещены относительно друг друга в сторону верхнего или нижнего бьефов.

.

J

U2.1

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к сооружениям, предназначенным для защиты от размыва берегов и откосов, расположенных на предгорных и горных участках рек.

Известна берегозащитная шпора, состоящая из однорядных массивов, между которыми образованы сквозные каналы 1.

Однако эта шпора недостаточно йадежна и эффективна в работе из-за больших деформаций и нарушения целостности массивов при значительных скоростях течения и размывах русла.

Известно берегозащитное сооружение, включающее массивы, установленные с образованием каналов между ними, грани которых со стороны верхнего и нижнего бьефов выполнены наклонными 2.

Недостатком указанного сооружения является малая эффективность энергогашения из-за ограниченных возможностей воздействия его на поток.

Цель изобретения - повышение эффективности работы.

Это достигается тем, что сооружение снабжено размещенными в каналах блоками, верхняя часть которых выполнена в виде трамплина.

Кроме того, грани массивов и блоков выполнены с ломанным профилем.

При этом, массивы могут быть смещены относительно друг друга в сторону верхнего или нижнего бьефюв, а каналы между ними ориентированы в сторону берега или русла.

На фиг. 1 изображено описываемое сооружение, вид сверху; на фиг. 2 - движеие струй потока через шпору; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - то же, что на фиг. 1 (массивы смещен{ 1 в сторону верхнего бьефа); на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - покрытие, состоящее из нескольких рядов массивов; на фиг. 8 - то же, что на фиг. 7 (различная ориентация массивов)..

Берегозащитное сооружение включает массивы 1, состоящие из блоков 2, установленные с образованием каналов 3 между ними. Грани блоков 2 со стороны верхнего и нижнего бьефов выполнены наклонными. В каналах 3 размещены блоки 4, верхняя часть которых выполнена в виде направляющих трамплинов. Передние грани 5 блоков 2 и 4 выполнены с переменной величиной угла наклона относительно основания 6, т. е. с ломанным профилем.

Берегозащитное сооружение работает следующим образом.

Части потока, проходящие по сквозным каналам 3, попадают на направляющие трамплины, которые производят направленный отброЬ струй щпоры в сторону вышележащих слоев. При этом в придонной части потока, проходящего через сооружение, увеличивается турбулентность от местных завихрений струй, образованных трампли5 нами, и снижается скорость движения. Одновременно с этим происходит соударение отраженных направляющими трамплинами струй и «соскользнувших со скощенных граней массивов 1 тех частей потока, котоQ рые проходят вблизи от боковых граней элементов блоков 2. Работа сооружения в таком случае делится на два процесса. В первом проходит увеличение турбулентности и снижение скорости протекания потока через сооружение в придонной его

5 части, способствующее активному накоплению за сооружением влекомого твердого стока. Во втором происходит отброс вышележащих, имеющих неболылие скорости, частей потока через сооружение на безопасное от него расстояние, предотвращая тем самым размыв его и прилегающей части русла. Первый и второй процессы проходят одновременно, взаимосвязаны и при определенных условиях работы сооружения являются преобладающими. Например, при

5 незначительной глубине потока, соизмеряемой с высотой сооружения, повышение турбулентности потока и накопление наносов является основным процессом, так как верхние слои потока практически перемешиваются с нижними, придонными, а

0 при большой глубине потока, достигающей 4-5-кратной высоты сооружения, преобладает процесс отброса струй в верхние его слои.

Сцелью улучшения эффективности работы сооружения, направляющие трампли5 ны размещены в сквозных каналах 3 последующих рядов, образуют с массивами 1 берегозащитное покрытие. При таком выполнении сооружения проходящие потоки претерпевают значительные изменения по

Q длине. С увеличением ширины сооружения увеличивается степень воздействия его на поток, причем мощность потока падает по глубине по мере прохождения его через сооружение от верхнего бьефа к нижнеАлу. Такое выполнение сооружения незаменимо

5 при защите русел и берегов водотоков, находящихся в сложных географических и гидравлических условиях, например на прижимных участках рек или при прохождении насыщенного твердым стоком водного потока или селя. Такое сооружение представ ляет собой покрытие, которое выполняет работу как по непосредственной защите телом ее участка крепления, так и посредством отброса потока в русловую часть водотока. При выполнении предложенного

5 покрытия вследствие перераспределения скоростных характеристик потока в сторону уменьщения от поверхности к телу его .и благодаря их резкому снижению в непосредственной близости от сооружения предотвращается подмыв его элементов и разрушение конструкции в целом. Кроме того, например, при прохождении в потоке твердого стока, имеющего значительную крупность, иное выполнение сооружения, составляющее покрытие, малоэффективно и быстроразрущаемо.

Для улучщения процесса накопления берегоформирующего твердого стока блоки 2 смежных массивов 1 смещены относительно друг друга в сторону верхнего или нижнего бьефов. При таком устройстве сооружения происходит перераспределение гащения энергии движущегося через него потока по фронту во временных зависимостях. При смещении элементов сооружения в сторону верхнего или нижнего бьефов, начиная с его головы или кор/ня, движущийся поток претерпевает изменения постепенно в местах соприкосновения с сооружением. При этом направление движения его при проходе через сооружение изменяется в сторону прибереговой, корневой его части или в сторону русла. При смещении элементов в сторону верхнего бьефа, начиная с русловой его части, движущийся фронт пртока попадает сначала на сооружение в головке, а затем продвигается по телу в сторону корневой его части, т. е. берега. При этом происходит разделение потока по глубине таким образом, что придонная его часть имеющая наибольшее количество влекомых донных наносов, направляется в сторону берега, производя их отложение на нем, а остальная часть проходит дальше через сооружение, не изменяя своего общего направления и не приводящая к размыву при береговой его части. Такое выполнение сооружения целесообразно при необходимости наращивания берегов и прибереговой части русла.

При смещении элементов в сторону нижнего бьефа движущийся поток претерпевает изменения, обратные при смещении элементов в верхними бьеф, т. е. струи потока отражаются и направляются в сторону русла, причем как придонная, так и остальная его часть изменяют свое направление в сторону фарватера, приводя при этом к его размыву и углубляя тем самым среднюю часть русла. Такое выполнение сооружения целесообразно применять при необходимости производить русловыправительные и дноуглубительные работы с одновременной защитой их бе{5егов. Дополнительно в этом случае производится биологическое крепление берега посредство.м посадки на нем влаголюбивых пород кустарников (ива, ольха и др.). Угол смещения оси сооружения по отношению берега наиболее оптимален в. пределах 45-60°, а сооружение в плане может иметь прямоугольное или криволинейное очертание, например в виде дуги или тангенсоиды.

С целью повышения степени гашения энергии потока, проходящего над сооружением, и перераспределения ее по глубине, блоки 2, составляющие массивы 1, имеют 5 переменную величину угла наклона граней 5 по отношению к основанию 6.

Предложенное сооружение работает следующим образом.

Струи потока, проходя через сооружение,

Q вследствие переменного выполнения угла наклона скошенных, граней 5 образуют между собой на выходе «водные ножницы, которые способствуют интенсивному гашению энергии потока в местах соударения струй. Наиболее целесообразно выполнять раз5 личный угол наклона скощенных граней 5 в смежных блоках, так как при этом происходит наибольщее сближение отброшенных в различной плоскости струй и наибольшее их пересечение. Место пересечения струй 6 определяется местом схождения плоскостей наклонных граней и может быть распределено на различной глубине. При этом угол наклона граней 5 со стороны верхнего бьефа должен распределяться таким образом. чтобы выходящие струи из предыдущих

5 блоков имели угол наклона меньший, чем с последующих, по мере продвижения потока через сооружение. Угол наклона скошенных граней 5 каждого массива может иметь величину как постоянную, так и перемешенную по длине и различную со стороны верхнего бьефа по отношению к нижнему и составлять 15-30° для лобовых элементов и 60-75° для остальных в зависимости от общего назначения сооружения.

Распределение гащения энергии потока, проходящего через сооружение, регулируется по глубине таким образом, чтобы место пересечения струй в «водных ножницах, подымалось постпенно от дна к поверхности. При этом проходит направленQ ный подъем соударяющихся струй, создавая искусственный водяной подпор в виде «водновихревого вала, имеющего повышенную турбулентность. «Водновихревой вал создает дополнительный подпор вышенаходящемуся потоку, противодействует

5 ему и тем самым уменьшает его мощность на подходе к сооружению. Кроме того, «водновихревой вал является одновременно и направляющей, которая составляет «водяное тело сооружения, находящееся над ней, по которой происходит отброс и дви жение потока по необходимому направлению, например в сторону осевой части русла. В.итоге предложенное выполнение сооружения приводит к созданию над ним дополнительного энергогасительного тела в

е виде Водновихревой массы, которая производит гащение энергии как вследствие пере-, мешивания и соударения струй, так и вследствие искусственного подпора вышенаходящейся части потока.

С целью улучшения выполнения берегоформирующего процесса и гашения энергии движущегося через сооружение потока, массивы 1, состоящие из блоков 2, имеют различную ориентацию скошенных граней 5 по отношению направления движения потока. При таком выполнении сооружения достигается наибольшая турбулентность потока и соударение струй в нижних слоях его и в особенности в придонной части. При этом происходит интенсивное гашение энергии этого слоя потока, способствующее улучшению выполнения процесса накопления твердого стока. Струи потока, проходящие через такое сооружение, гасят свою энергию дополнительно за счет соударения их в боковых гранях блоков 2 и струй, отраженных от них, т. е. достигается наибольшее дробление придонного слоя потока, повышая тем самым его энергогасительный процесс. Указанное состояние предохраняет от размыва нижний бьеф и от вымыва из него отложенных частиц донных наносов. При работе такого сооружения наряду с направленным накоплением наносов и защитой дна водотока от размыва происходит наращивание его самого осевшими на нем отложениями, т. е. оно является самонакопителем или самоформирователем. Такое сооружение наиболее целесообразно возводить в горных и предгорных районах рек, имеющих в проходящих по ним потоках значительное количество влекомого твердого стока в виде гальки, гравия, камня.

Для упрощения конструкции и удещевления строительно-монтажных работт при ее возведении массивы 1, состоящие из блоков 2, могут быть выполнены как сплощной монолит и полыми. При возведении сооружения из таких массивов оно является более упрощенным и не требует выполнения большого количества монтажных работ, проводившихся при соединении элементов. Кроме того, массивы такого сооружения удобно производить на заводах-изготовителях, уменьщая номенклатуру изделий. Выполнение-массивов сплошными позволяет возводить сооружение при наличии в русле вод , причем с достаточно большими скоростями течения потока, что является

важным показаталем в процессе строительства, так как это повышает возможность устройства ее независимо от неблагоприятных климатических условий, например во время прохождения ледохода или паводка. Уменьшение количества трущихся металлических соединений увеличивает срок службы сооружения, повышая его долговечность. Для удешевления строительства и использования при этом местных стройматериалов (камень, гравий), сплошные массивы выполняются полыми и загружаются

на месте установки их заполнителем. Кроме того, при выполнении массивов полыми достигается экономия бетона и металлоконструкций, а сами массивы являются облегченными, что повышает объем загрузки ими транспортных средств, снижая тем самым транспортные затраты на перевозку от места их изготовления до места укладки. При этом облегченные конструкции можно укладывать крановым оборудованием, имеющим меньщую мощность, а значит с меньшими энергозатратами.

Использование предлагаемого сооружения позволяет улучщить условия работы нижнего бьефа за щпорой; повысить его устойчивость и долговечность, уменьщая вероятность разрущения прилежащей части русла; удещевить строительно-монтажные работы по его возведению. /I - А

// /// /// /// /// /// /// /// /// /7/ /// /7/ //7/

1

иг.5

XxvyS ysX Х у ЛХХУУ -/7/ ///////////////////// Л /// /// /// ///

B-S

Фи1.6