Берегозащитное сооружение Советский патент 1992 года по МПК E02B3/12 

Фиг.1

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для защиты берегов рек и откосов земляных гидротехнических сооружений от размывов, смешивания сточных вод, а также регулирования русловой деятельности рек.

Известны берегозащитные устройства, включающие опоры с размещенными на них плитами или щитами прямоугольной формы.

Недостаток данных устройств состоит в том, что прямоугольная форма плит или массивов не позволяет достичь надежной работы сооружений и не создает благоприятную структуру потока за сооружением, обеспечивающую пониженные скорости потока особенно в начальный период паводка и подъема уровня воды, а также при небольших паводках 20-50% вероятности превыше- ния.Именно в этот период возникают максимальные перепады уровней воды на сооружении, уклоны свободной поверхности и максимальные размывы грунта основания.

Известна продольная речная струенап- равляющая дамба, включающая секции, выполненные из щитов, установленных на опорах и соединенных между собой с образованием в плане ломанной линии и сквозных каналов между дном и нижней гранью щитов в секциях.

Основной недостаток данной дамбы состоит в том, что при подъеме уровня воды в начальный период возникновения паводка или при прохождении небольших паводков примерно 20-50% вероятности превышения, которые проходят почти ежегодно на предгорных участках рек, уровни воды не превышают отметки нижней грани щита в просвете (сквозном канале) и весь поток направляется сквозными каналами в сторону защищаемого берега и вызывает его размыв. При этом из работы выключаются верхние щиты, что исключает создание в потоке за дамбой искусственной поперечной циркуляции, усиливает размыв основания сооружения и защищаемого берега, резко снижает степень перемешивания потока, и следовательно, надежность работы сооружения. Прямоугольная форма щитов обеспечивает расслоение потока и создание искусственной поперечной циркуляции лишь при совместном действии нижних и верхних щитов, что имеет место при высоких паводках редкой повторяемости примерно 5% вероятности превышения и менее, а отсутствие скоса верхних граней щитов не позволяет отклонить потока от защищаемого дна водотока.

Цель изобретения - повышение надежности работы сооружения.

Указанная цель достигается тем, что в берегозащитном сооружении, включающем

опоры с размещенными на них параллельными рядами плитами под углом к потоку, их верхние грани выполнены скошенными как в продольном, так и в поперечном сечениях и ориентированы скосами верхних граней в направлении верхнего бьефа с Образованием между ними сквозных каналов в направлении защищаемого берега. При этом каждая плита размещена на двух опорах. В сквозных каналах размещены

аналогичные основным дополнительные плиты на двух опорах смежных плит с образованием в плане зигзагообразного очертания. Кроме того, со стороны нижнего бьефа размещены плиты прямоугольной формы,

установленные на двух смежных опорах. Скосы верхних граней дополнительных плит и плит прямоугольной формы со стороны нижнего бьефа ориентированы в сторону верхнего бьефа. Основные и дополнительные плиты в продольном и поперечном сечениях, а прямоугольные плиты со стороны нижнего бьефа лишь в поперечном сечении выполнены в виде прямоугольной трапеции. Выполнение плит скошенными в продольном сечении в сторону верхнего бьефа и расположение их под углом к потоку обеспечивает расслоение потока и создание искусственной поперечной циркуляции потока вблизи защищаемого берега даже при небольших паводках 20-50% вероятности превышения и менее. Скос плит в поперечном сечении, используя трамплинирующий эффект, обеспечивает отклонение потока в верхние слои, уменьшая тем самым силовое

воздействие потока на дно водотока, переводит гашение энергии потока в верхние слои и способствует усилению искусственной поперечной циркуляции. Форма плит известных берегозащитных сооружений не позволяет

создать искусственную поперечную циркуляцию потока при начальном подъеме уровня воды и паводках не более 20-50% вероятности превышения.

На фиг. 1 схематично представлено предлагаемое берегозащитное сооружение, вид в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - конструкция основной плиты, вид сбоку; на фиг. 4 - разрез Б-Б на

фиг. 3; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 6 - конструкция дополнительной плиты, вид с боку; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 6; на фиг. 9 - конструкция прямоугольной плиты со стороны нижнего бьефа, вид сбоку; на фиг. 10 - разрез Е-Е на фиг. 9; на фиг. 11 - разрез Ж-Ж на фиг: 9.

Берегозащитное сооружение включает опоры 1 с размещенными на них параллельными ряДами плиты 2, выполненные в виде прямоугольной трапеции как в продольном, так и в поперечном сечениях. Причем скосы верхних боковых сторон плит 2 в продольном сечении 3 (фиг. 2, 6 и 7) и поперечном сечении 4 (фиг. 6 и 7) ориентированы в сторону верхнего бьефа с образованием между плит 2 сквозных каналов 5 (фиг. 1) в направлении защищаемого берега 6. Каждая плита 2 расположена на двух опорах. В сквозных каналах 5 размещены аналогичные основным дополнительные плиты 7. установленные на двух опорах смежных плит 2 (фиг. 1) с образованием в плане зигзагообразного очертания основных плит 2 .) дополнительных плит 7. Со стороны нижнего бьефа размещены плиты 8 прямоугольной формы, установленные на двух смежных опорах дополнительных плит 7, с образованием карманов 9 треугольной формы, верхняя грань основания которых выполнена скошенной в направлении верхнего бьефа в соответствии со скосом основных плит 2 и дополнительных 7. Основные плиты 2, дополнительные плиты 7 в продольном и в поперечном сечениях, а плиты прямоугольной формы 8 лишь в поперечном сечений выполнены в виде прямоугольной трапеции (фиг. 9 и 10).

Берегозащитное сооружение работает следующим образом.

При подходе потока к сооружению он разделяется на две части. Одна часть потока огибает сооружение в плане, а другая проходит над ним (фиг. 1). При переливе части потока через сооружение поверхностные струи (на фиг. 1 они показаны сплошными линиями) стремятся пройти по нормали к продольным осям плит прямоугольной формы 8, образующих сплошную стенку со стороны нижнего бьефа, отклоняясь тем самым от своего первоначального направления в сторону русла реки. При этом происходит его соударение с частью потока, огибающей сооружение в плане (фиг. 1), интенсивное гашение кинетической энергии потока и ее переход в потенциальную энергию. Это приводит к некоторому подъему уровня воды за сооружением, достигаемому максимального значения у головы сооружения. Уровень воды у корня сооружения при этом практически не изменяется, что приводит к образованию перепада уровней воды (градиента давления) у головы сооружения него корня. Под действием указанного градиента давления, направленного в сторону корня сооружения, данные струи (на фиг. 1 они

показаны пуктирными линиями), транспортирующие наносы, направляются в сторону защищаемого берега б, где и происходит отложение наносов, укрепляющее берег. 5 Это приводит к образованию в потоке за сооружением искусственной поперечной циркуляции, при которой поверхностные струи, обладающие большими скоростями течения, отклоняются от берега, а донные

0 струи, транспортирующие наносы, направляются к защищаемому берегу 6. При сходе потока с плит 8 и с крайней плиты 2 со стороны русла реки происходит его резкое вертикальное расширение с образованием

5 вихревого вальца за сооружением со стороны нижнего бьефа по всей его длине и за крайней плитой 2 со стороны русла реки. Поступательное движение воды в вальцах за сооружением и крайней плитой 2 в на0 правлении защищаемого берега б обуславливается тем же градиентом давления, направленным в сторону защищаемого берега. Вихревые вальцы за сооружением и . крайней плитой 2 перехватывают часть на5 носов из потока, переливающего через сооружение и крайнюю плиту 2. а также захватывают часть наносов торцовой частью из потока, огибающего сооружения. При этом вихревому вальцу за сооружением

0 часть наносов предоставляет вихревой валец за сооружением транспортируют к защищаемому берегу б, где и происходит их отложение.

При работе сооружения со стороны вер5 хнего бьефа в сквозных каналах 5, перекры- тых дополнительными плитами 7, и образованных таким образом пазухах 10, а также в карманах 9 треугольной формы происходит отложение наносов, которые со

0 временем примут очертание скосов верхних граней основных плит 2 и дополнительных плит 7 в продольном направлении 3. Это приведет к созданию единого трамплина по всей длине сооружения. Скос верхних гра5 ней основных плит 2, дополнительных плит 7 в продольном 3 и поперечном 4 сечениях, а также прямоугольных плит 8 в поперечном сечении обеспечивает создание трамплини- рующего эффекта, уменьшающего силовое

0 воздействие потока на дно водотока, увеличивающего геометрические размеры вихревых вальцов за сооружением и крайней плитой 2 со стороны русла реки, а также интенсивность поступательного движения в

5 вальцах, т.е. их транспортирующую способность. Отклонение потока в поверхностные слои приводит к более интенсивному гашению кинетической энергии потока и более полному ее переходу в потенциальную энергию, что дополнительно уменьшает скорости потока за плитами 2 и 7 и увеличивает количество наносов, выпадающих за сооружением (фиг. 2).

Выполнение плит 2 и 7 в продольном и поперечном сечениях, а плит 8 в поперечном сечении в виде прямоугольной трапеции позволяет повысить технологичность их изготовления, надежность крепления к опорам, усилить тра мплинирующий эффект при протекании потока над плитами и связанные с ним явления, а также обеспечить работу сооружения при небольших паводках 20-50% вероятности превышения и начале подъема воды в реке.

Расположение плит на опорах 1 повышает надежность их крепления и устойчивость сооружения.

Применение предлагаемого берегозащитного сооружения обеспечит надежную работу конструкции при любых уровнях воды в реке, не превышающих пятикратную высоту сооружения, и увеличивает объем наносов, отложившихся у защищаемого берега на 25-30% по сравнению с прототипом.

А-АПри этом на 20-25% уменьшится объем материалов (сборный железобетон) и его стоимости, упростится конструкция сооружения, сроки ее возведения и размывы дна водото- 5 ка на 30-40%.

Формула изобретения

1.Берегозащитное сооружение, включающее соединенные с установленными в

10 грунт опорами плиты, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, плиты установлены параллельными рядами под углом к потоку, а их верхние грани выполнены скошенными как в про15 дольном, так и в поперечном сечениях и ориентированы скосами верхних граней в направлении верхнего бьефа с образованием между ними сквозных каналов в направлении защищаемого берега, при этом

20 каждая плита установлена на двух опорах.

2.Сооружение по п. отличающееся тем, что плиты в продольном и поперечном сечениях выполнены в виде прямоугольной трапеции.

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, в частности к сооружениям, предназначенным для защиты берегов рек, откосов оградительных и стру- енаправленных дамб, а также регулирования русловой деятельности рек. На опорах 1 сооружения размещены паралелльными рядами плиты 2, верхняя грань которых выполнена скошенной как в продольном, так и в поперечном сечениях с образованием между ними сквозных каналов 5 в направлении защищаемого берега. При этом каждая плита 2 установлена на двух опорах. В сквозных каналах 5 размещены аналогичные основным дополнительные плиты 7 с образованием зигзагообразного очертания в плане. Кроме того, со стороны нижнего бьефа размещены плиты 8 прямоугольного сечения на двух смежных опорах дополнительных плит 7,-Верхняя грань основания прямоугольных 8 и дополнительных плит выполнена скошенной в соответствии со скосом основных плит. 1 з.п.ф-лы, 11 ил.

В-в

Фиг.5

2-t

IS

Фиг.9 Ж-Ж

Фцг.11

Фиг 6Фиг.7

AlЈ

Фиг. в

J

Ј-Ј

Я

Фиг.10