Способ защиты берега от размыва потоком и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК E02B3/12 

Изобретение относится к эксплуатации рек и каналов, в частности к способам защиты берегов от размывающего воздействия водного потока и устройствам для их осуществления.

Цель изобретения - повышение эффективности способа путем улучшения сцепления тюфяка с грунтом основания.

На фиг, 1 изображено устройство для защиты берега от размыва потоком, вид в плане; на фиг. 2 - раз- рез А-А на фиг. 1, исходное положе- ние; на фиг. 3 - то же, рабочее положение .

Устройство включает спланированное основание берега с продольными выемками I и продольными рядами уложенных мешков 2 с грунтом, едино полотнище 3 из водопроницаемого, водостойкого н прочного материала являющееся оболочкой тюфяка и облегающее его конструктивные элементы, песчаный грунт 4, размещенный в полости тюфяка, мешки 5 с грунтом, частично заглубленные, для большей устойчивости конструкции в супесча- но-песчаный грунт 4 и расположенные в зоне волнового воздействия в виде продольного ряда пилообразной формы образованной взаимно перпендикулярнми звеньями из нескольких мешков 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале определяется длина берега, подлежащего защите от размыва потоком. В общем случае эта длина определяется местными условиями.

В частности, если река размывает берег вблизи железнодорожной колеи, автострады, жилого строения и т.д., то длина подлежащего защите от размыва потоком берега должна быть равной длине подверженного размыву участка реки. Далее определяется

ширина защищаемого от размыва участка. Она находится по формуле Алту- нина С.Т.

В Вг + Бг+ В3,

где В. - верхняя относительно горизонтальная часть берега для малых рек равна 1 м, для больших - 2 -Зм,

25

в Но

Ь

+ та,

где Bt - откосная часть берега, м; Н - глубина потока до размыва,

м; га - заданный (естественный)

коэффициент откоса, Вэ tp 4

+ m5,

где В - нижняя, затопленная водой

часть берега; tp - глубина размыва, м;

mp крутизна откоса под отпус- тнвшимся в размыв крепле40

нием,

mp f

z 2.2

J

где f 2 коэффициент внутреннего 5трения грунта, примерно

равный 1 t

m

0

m,

- коэффициент заложения естественного откоса грунта под водой; f 2 п - коэффициент трения грунта по креплению; Kt - 10,2 m, где gn - вес 1 мг крепления.

После определения величины (в) приступают к подготовке основания берега, подлежащего защите от размыва водным потрком. Такую подготовку

5

целесообразно вести отступив на 5 и более метров от уреза воды в канале, с тем, чтобы создать возможности для работы землеройной техники, в частности исключить ее увязание во влагонасыщенном грунте. Для этого с целью перехвата фильтрационного потока на указанном расстоянии от уреза воды устраивают вдоль канала выемки, например, глубиной 2-3 м и осуществляют водоотлив через образовавшуюся перемычку в канал. Далее производят землеройной техникой, например бульдозером ЭС-131, формирование нижней затопляемой водой части берега (В) протяженностью 1000 м и шириной 17м. После этого ведут устройство откосной части берега (В), ширина которой должна быть равна 16 м и далее формируют верхнюю относительно горизонтальную часть берега (В) шириной 2 м, В процессе этих работ производят срезку неровностей в засыпку имеющихся углублени на подлежащей защите от размыва потоком поверхности берега. Одновременно на изломах откосной части бе

рега и в промежутке между ними на равноудаленном расстоянии устраивают продольные выемки 1, например, мобильным одноковшовым экскаватором на пиевмоколесном ходу 30-213 или роторным экскаватором ЭТР-162. Глу-. бина выемки при этом может быть в пределах, например, 1,0 - 1,5 м, а ширина - 0,3 - 1,0 м. На относительно горизонтальной верхней части берега, примерно в 1,5 м от излома берега, также устраивают одну выемку 1. Часть грунта экскавации с выемок 1 герметично затаривается в мешки из ВВПМ, диаметр отверстий которых может составлять, например, 0,2 - 0,6 м, а длина - 1 - 5 м. Остальной грунт с этих и других выемок равномерно распределяется в промежутке между ними. Количество мешков и их размеры определяются морфо- метрическими параметрами канала и высотой наката воды. Для крупных рек и каналов, в частности, берутся верхние, а для малых нижние пределы количества и размеров мешков. Далее по нижней горизонтальной и откосной части берега на равноудаленном расстоянии друг от друга, например через 4 м, на подготовленное основание укладывают продольные ряды мешков 2

10

25

15

20

5590366

с грунтом. Размеры мешков 2 могут быть нижеследующими: диаметр отверстий 0,2 м, длина до 2 - 3 м. После этого приступают к укладке полотнища 3 снизу вверх или сверху вниз по ширине защищаемого от размыва потоком приготовленного основания берега с заведением полотнища 3 в выемки и оборачивания им мешков 2. Затем разматывается второй ряд полотнища 3, края которого скрепляются с первым посредством сшивания капроновой нитью, склеивания и т.д. с заврдением каждого очередной полосы ткани в выемки 1 и получением в итоге единого полотнища 3, уложенного по поверхности подготовленного основания.

После этого при помощи землеройной техники (экскаватором, бульдозером) производят пригрузку полотнища 20 - 40 см слоем песчаного или супесчаного грунта 4. Выемки 1 при этом засыпаются полностью. Толщина слоя песчаного грунта 4 определяется нижеследующим. Во время наката волны в зоне горизонта покоя имеет место большое давление на внешнюю поверхность берега. Благодаря пористости песчаного грунта 4 значительная доля давления волны с некоторым запозданием передается нижней поверхности берега. Результирующая этих давлений при накате прижимает песчаный грунт 4 к полотнищу. При скате волны внешнее давление быстро убывает, уменьшение же давления на нижнюю поверхность песчаного грунта опять опаздывает. В результате имеет место взвешивающее песчаный грунт противодавление. Это противодавление должно уравновеситься весом песчаного грунта, отсыпанного на полотнище

30

35

40

5

и, следовательно, толщиной его слоя, которая находится из формулы

}

зг1

Lm

0,178 I h

f.

+ т m

где

т

толщина песчаного грунта, м;

- коэффициент запаса, в зависимости от капитальности сооружения, равный 1,25 - 1,50 (принимаем 1,4); высота наката волны, h 0,5 м;з

объемная масса воды, кг/м , 3 1000 кг/м3;

-. - объемная масса песчаного

грунта, v, 1600 кг/м ; т - заложение откоса, m 3. Подставляя имеющиеся значения в формулу, имеем, что толщина песчаного грунта(на полотнище должна составлять 0,23 м.

После отсыпки на полотнище песчаного грунта 4 указанным слоем произ- водят разравнивание и укладку на откосной линии одного пилообразного ряда заполненных грунтом мешков 5 (волногасителей, волноломов) с частичным, например на 15-20 см, эаг- лублением их в грунт. Причем каждое очередное звено ряда располагают под углом 90° к последующему. Накат волны на такое звено происходит под углом 45 . Гашение энергии водны

происходит в результате ее отражения от волногасителя под углом 45 ° (угол падения равен углу отражения) к противоположному звену ряда с сопровождающими этот процесс явлениями интерференции вопн.

Количество мешков 2 с грунтом, укладываемых по подготовленному основанию берега, определяется длиной берега, количеством рядов и длиной мешков 2.

Количество мешков 5, укладываемых в качестве волногасителей волноломов по отсыпанному на полотнище песчаному грунту с частичным заглуб- лением их в него, определяется длиной звена и длиной защищаемого от раэмыва участка берега. Длина звена определяется разницей в положении уровней максимального и наименьшего го- ризонта волн на откосе, что позволяет гасить энергию волн при всех гидрологических режимах канала (реки). После укладки пилообразного ряда мешков 5 производят укладку гибкого фильтрующего полотнища 3 поверх образованной конструкции путем разматывания рулона материала снизу вверх или сверху вниз с последующим скреплением соседних полос полотнища 3, а также краев нижнего и верхнего полотнища по периметру конструкции. В результате образуется единый гиб- кий тюфяк. Большая крутизна откоса в процессе размыва приводит к возник новению в нем больших растягивающих усилий, которые могут превосходить вес опустившейся в размью части тюфяка (В.}). Объясняется это тем, что

тюфяк помимо собственного веса, нагружается еще слоем сползающего под ним грунта, вес которого, передаваясь через силы трения, складьюается с составляюющей силы тяжести тюфяка и обусловливает возникновение больших растягивающих усилий. Поэтому конструкция тюфяка должна быть рассчитана на эти усилия. В частности, фильтрующее полотнище должно быть из такого материала, который отвечает поставленным условиям. Расчеты показывают, что в качестве фильтрующего полотнища может быть использована капроновая ткань техническая.

Устройство работает следующим образом.

С течением времени в результате размыва берега водный поток проходит в новых границах русла, а именно так, где уложен гибкий тюфяк из единого полотнища 3. В процессе размыва берега нижняя горизонтальная часть тюфяка опускается в размыв и занимает новое положение. После достижения глубины размыва равной 12 м (максимальная глубина размыва) дальнейший размыв берега потоком прекращается и положение тюфяка более не меняется, что обеспечивает надежную защиту берега от дальнейшего размыва водным потоком. При работе устройства, уложенные на подготовленное основание продольные ряды мешков 2 с грунтом препятствуют смещению вниз уложенного на полотнище супесчано- песчаного грунта 4. Такому смещению препятствует и гравитационное давление на тюфяк вышерасположенного слоя воды. В результате обеспечивается надежная работа устройства и эффективная защита берега от размыва водным потоком. Этому способству-1 ет также то, что тюфяк беспрепятственно пропускает через себя фильтрационные и грунтовые воды без суффозии грунта и тем самым снимает гидродинамическое давление воды без деформаций тюфяка. Кроме того, благодаря продольным выемкам достигается гибкость тюфяка и надежное его прилегание к откосу при возможных деформациях последнего. Продольные выемки 1 выполняют также роль анкерных связей, что обеспечивает удерживание тюфяка на подстилающей поверхности при любой крутизне откоса. В процессе работы устройства происходи

У1

гашение энергии волн, что достигается введением в конструкцию пилообразного ряда мешков 5, расположенных на расчетном расстоянии от уреза воды. Накатываемая на волногаситель волна отражается от него под углом 45°. Две такие волны, откатываясь от соседних звеньев волнолома, соударяясь между собой, гасят свою энергию, что позволяет уменьшить высоту береговой дамбы.

Устройство беспрепятственно пропускает через себя грунтовые и фильтрационные воды, снимая тем самым гидродинамическое давление с защищаемого берега, оказывающего разрушительное воздействие на другие виды слабоводопроницаемых креплений берега.

Формула изобретения 1. Способ защиты берега от размыва потоком, включающий подготовку основания берега и укладку на подготовленное основание сформированных гибких тюфяков, отличаю.щий- с я тем, что, с целью повышения эффективности способа путем улучшения сцепления тюфяка с грунтом основания подготовку основания ведут с одновременные выполнением в нем продольных выемок и герметичным затариванием части грунта экскавации в мешки из водопроницаемого, водостойкого и прочного материала с последующей укладкой параллельно расположенных рядов мешков по подготовленному основанию, а формирование гибких

10

5903610

тюфяков производят путем настила по подготовленному основанию скрепляемых между собой полос нижнего полотнища из водопроницаемого водостойкого и прочного материала с оборачиванием им мешков и заведением в выемки, после чего производят засыпку выемок и пригрузку полотнища песча- но-супесчаным грунтом с укладкой в зоне волнового воздействия на берег частично заглубленного в грунт пилообразного ряда заполненных грунтом мешков для гашения .энергии волн и

.- последующим настилом по образованной конструкции верхнего полотнища из того же материала со скреплением - соседних полос, а также краев .нижнего и верхнего полотнищ по пери20 метру гибкого тюфяка.

2. Устройство для защиты берега от размьюа потоком, включающее подготовленное основание берега с уложенным на него гибкими тюфяками,

25 отличающееся тем, что на подготовленном основании выполнены продольные выемки, в которые уложены заполненные грунтом мешки из водопроницаемого, водостойкого ма3Q териала, а гибкий тюфяк выполнен из верхнего и нижнего полотнищ из того же, что и мешки материала, супесчано-песчаного грунта, размещенного между полотнищами, и частично заведенных в грунт волноломов, размещенных в верхней части тюфяка и выполненных в виде продольных пилообразной формы рядов мешков с грунтом.

35

Л

7Г/7Г

ФигЗ

Изобретение относится к гидротехническому строительству. Цель изобретения - повышение эффективности способа путем улучшения сцепления тюфяка с грунтом основания. Способ включает: подготовку основания берега и укладку на подготовленное основание гибких тюфяков. Подготовку основания ведут с одновременным устройством продольных выемок 1 и герметичным затариванием части грунта экскавации в мешки из водопроницаемого, водостойкого и прочного материала. Далее укладывают продольные ряды мешков 2 по подготовленному основанию. Настилают по нему единое полотнище 3 из указанного материала с оборачиванием им мешков 2 и заведением в выемки 1. Затем ведут пригрузку полотнища 3 песчано-супесчаным грунтом 4. В зоне волнового воздействия на берег укладывают частично заглубленный в грунт пилообразный ряд мешков 5 для гашения энергии волн. После этого образованную конструкцию сверху укрывают единым полотнищем 3, края которого скрепляют с краями нижнего полотнища 3 по периметру устройства. Устройство для осуществления способа включает продольные выемки 1 на подготовленном основании берега. На этом основании уложены параллельно расположенные продольные ряды мешков 2 с грунтом. Поверх этого расположено единое полотнище 3 из того же материала, являющееся оболочкой тюфяка и облегающее его конструктивные элементы. На полотнище размещен песчано-супесчаный грунт 4 и мешки 5 с грунтом, частично заглубленные в грунт 4 и расположенные в зоне волнового воздействия в виде продольного ряда пилообразной формы. В процессе работы устройства нижняя часть тюфяка опускается в русло на максимальную глубину размыва, после чего положение тюфяка не меняется и дальнейшего размыва берега водным потоком не происходит. При этом продольные ряды мешков 2 с грунтом препятствуют деформации тюфяка, а наличие выемок 1 обеспечивает его гибкость и надежное прилегание к откосу при возможных деформациях берега. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.