Берегозащитное сооружение Советский патент 1992 года по МПК E02B3/12 

ФигЛ

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, обеспечивающую пониженные скорости потока и его повышенное перемешивание в начальный период паводка и подъеме уровня воды, а также при небольших паводках примерно 20-50% вероятности превышения. Именно в этот период возникают максимальные уклоны свободной поверхности воды, максимальные перепады уровней воды на сооружении 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 ломаной линии и сквозных каналов между дном и нижней гранью щитов в секциях.

Однако основной недостаток данной дамбы заключается 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 смешивания сточных вод, 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 поток 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

0 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,

5 при этом каждая плита размещена на двух опорах, а в сквозных каналах размещены аналогичные основным дополнительные плиты на двух опорах смежных плит с образованием в плане зигзагообразного очерта0 ния. Скосы верхних граней дополнительных плит ориентированы в сторону верхнего бьефа. Кроме того, основные и дополнительные плиты в продольном и поперечном сечениях выполнены в виде прямоугольной

6 трапеции.

Выполнение плит скошенными в продольном направлений в сторону верхнего бьефа и расположение их под углом к потоку обеспечивает расслоение потока и созда0 ние искусственной поперечной циркуляции вблизи защищаемого берега даже при небольших паводках 20-50% вероятности превышения и менее. Скос плит в поперечном направлении, используя трамплиниру5 ющий эффект, обеспечивает отклонение потока в верхние слои, уменьшая тем самым силовое воздействие потока на дно водотока и способствует усилению искусственной поперечной циркуляции. Зигзагообразная

0 форма сооружения в плане обеспечивает интенсивное гашение энергии потока и его перемешивание в нижнем бьефе. Это позволяет уменьшить размывы дна водотока, берегов и повысить надежность работы

5 сооружения. Форма плит известных берегозащитных сооружений не позволяет создавать искусственную поперечную циркуляцию потока при начальном подъеме уровня воды и паводках не более 20-50% вероятности

0 превышения.

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

5 - конструкция основной плиты, вид сбоку: на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 4; на фиг. 7 - конструкция дополнительной плиты, вид сбоку; на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 7; на фиг. 9 - разрез Е-Е на фиг. 7.

Берегозащитное сооружение включает опоры 1 с размещенными на них паралелль- ными рядами плиад,г2, выполненные в виде прямоугольной трапеции как в продольном, так и в пдперечном сечении (фиг. 1). Причем скосы верхних боковых сторон плит 2 в продольном сечении 3 (фиг. 2 и 3) и поперечном сечении 4 (фиг. 3) 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 1. В сквозных каналах 5 размещены аналогичные основным дополнительные плиты 7, установленные на двух опорах смежных плит 2 (фиг. 4-6) с образованием в плане зигзагообразного очертания оси сооружения 8 (фиг. 1). Скосы верхних граней дополнительных плит 7 ориентированы в сторону верхнего бьефа. Основные плиты 2 и дополнительные 7 в продольном и в поперечном сечениях выполнены в виде прямоугольной трапеции (фиг. 4-9).

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). Причем донные струи из части потока, проходящей через сооружение у защищаемого берега 6, транспортируют донные наносы и направляют их в ближайшей к защищаемому берегу 6 плитой 2 к берегу 6. где и происходит отложение (донные струи на фиг. 1 показаны пунктирными линиями). Струи из части потока, проходящей над сооружением, переливаясь через плиты трапецеидальной формы (основные 2 и дополнительные 7). стремятся пройти по нормали, к их осям (оси сооруже-: ния 8), отклоняясь тем самым от первоначального направления (поверхностные струи показаны на фиг. 1 сплошными линиями). Причем склонение струй благодаря скосу .плит 2 и в продольном сечении 3 в сторону верхнего бьефа и их расположению под углом к потоку происходит при любом уровне воды в реке, не превышающей пятикратной высоты сооружения (результаты лабораторных исследований конструкции, проведенные в УИИВХ). Благодаря ломаному очертанию оси сооружения 8 в плане это приводит « взаимному отклонению струй и их соударению в нижнем бьефе по всей длине сооружения, интенсивному перемешиванию потока и гашению кинетической энергии потока, уменьшению скоростей течения за сооружением. В целом это создает благоприятную структуру потока для дна водотока и защищаемого

берега. При сходе струй с плит 2 и 7 происходит их резкое вертикальное расширение с образованием вихревых вальцов с горизонтальной осью вращения и направлением 5 поступательного движения воды в вальцах вдоль плит 2 и 7 (фиг. 1), Это приводит к тому, что векторы скоростей поступательного движения воды в вальцах за плитами 2 и 7 направлены навстречу друг к другу, исклю0 чая валец за ближайшей к берегу 6 плитой 2. В месте выхода масс воды из вальцов, направленных навстречу друг другу, происходит их соударение в придонном слое, что приводит к дополнительному гашению ки5 нематической энергии потока, его перемешиванию и отложению донных и взвешенных наносов 9, транспортируемых вихревыми вальцами, за; сооружением. Скос верхних граней плит 2 и 7 в поперечном сечении 4

0 (фиг. 3,5 и 8) в направлении верхнего бьефа обеспечивает отклонение потока в его верхние слои, что способствует уменьшению силового воздействия потока на дно водотока, увеличению геометрических размеров

5 вихревых вальцов за плитами 2 и 7, а следовательно, и интенсивности поступательного движения воды в вальцах, т.е. повышению их транспортирующей способности. Отклонение части потока в поверхностные слои

0 приведет к более интенсивному гашению кинетической энергии потока в этой зоне, зоне повышенных скоростей, и более полному ее переходу в потенциальную энергию, что дополнительно уменьшит скорости по5 тока за плитами 2 и 7 и увеличит количество наносов 9. выпадающих за сооружением. Кроме того, вихревые вальцы за плитами 2 и 7 благодаря массообмену между вальцами и транзитным потоком пе0 рехватывают часть взвешенных наносов из струй, проходящих над плитами 2 и 7, а также захватывают торцовой частью 2 и 7, а донных наносов, огибающих сооружение .(крайняя плита 2 со стороны русла реки).

5 Поверхностные струи у крайней со стороны русла плиты 2. отклоняясь в сторону русла реки, соударяются с основной частью потока; огибающей голову сооружения, что приводит к гашению кинетической энергии

0 потока в этой зоне и ее переходу в потенциальную, т.е. к повышению уровня воды, повышению надежности работы сооружения. При работе сооружения в местах перелома оси сооружения со стороны верхнего

5 бьефа, будет происходить отложение наносов 10, которые со временем примут очертание скосов верхних граней блоков 2 и 7 в продольном сечении 3. Это приводит к созданию трамплинов ломаного очертания в плане, которые благодаря их трамплинирующему эффекту дополнительно отклоняют поток от защищаемого дна водотока в верхние слои потока. При этом дополнительно повышается интенсивность гашения кинематической энергии потока и уменьшается силовое воздействие потока на дно нижнего бьефа.

Выполнение плит в продольном и поперечном сечениях в виде прямоугольной трапеции позволяет повысить технологичность их изготовления, надежность крепления к опорам, усилить трамплинирующий эффект при протекании потока над плитами и связанные с ним явления, а также обеспечить надежную 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 в целом. .

Применение предлагаемого сооружения обеспечит надежную работу конструкции при любых уровнях воды в реке, не превышающих пятикратную высоту сооружения, и увеличит объем наносов, отложившихся у защищаемого берега на 25-35% по сравнению с прототипом. При этом на 30- 35% уменьшается объем материалов (сборный железобетон) и его стоимость, упростится конструкция сооружения и сроки ее возведения.

Формула изобретения

1. Берегозащитное сооружение, включающее соединенные с установленными в грунт опорами плиты, от л и ч а ю щее с я тем. что, с целью повышения надежности работы, плиты установлены параллельными рядами под углом к потоку, а 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 установлена на двух опорах, а в сквозных каналах размещены аналогичные основным дополнительные плиты, установленные на двух опорах смежных плит с образованием в плане зигзагообразного очертания, кроме того, скосы верхних граней дополнительных плит ориентированы в сторону верхнего бьефа.

2. Сооружение по п. 1, о т ли ч а ю щ е е- с я тем, что основные и дополнительные 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- енаправляющих дамб, а также регулирования русловой деятельности рек. На опорах 1сооружения размещены паралелльными. рядами плиты 2, верхняя грань которых выполнена скошенной как в продольном 3, так и в поперечном 4 сечениях с образованием между плитами сквозных каналов 5 в направлении защищаемого берега. Каждая плита 2 расположена на Двух опорах. В сквозных каналах 5 размещены аналогичные основным дополнительные плиты 7, установленные на двух опорах смежных плит. 2с образованием в плане зигзагообразного очертания. Скосы верхних граней дополнительных плит 7 также ориентированы в сторону верхнего бьефа. Кроме того, основные и дополнительные плиты в продольном и поперечном сечениях выполнены в виде прямоугольной трапеции. 1 з.п.ф-лы, 9 ил. v fe

А-А

Фиг.2

Фиг.5

Фиг. 6