сквозное поперечное берегозащитное сооружение

Формула изобретения

Сквозное поперечное берегозащитное сооружение, содержащее сборнные распорные элементы, состоящие из защитного покрытия, в котором находятся заполнитель и арматура, и собранные в треугольники путем закрепления распорных элементов вокруг поперечной арматуры с образованием узлов, при этом поперечное сечение сооружения представляет собой треугольные фермы, высота Н _i которых от корневой части до головной части сооружения увеличивается постепенно, отличающееся тем, что защитное покрытие выполнено в виде пластиковой трубы, распорные элементы закреплены вокруг поперечной арматуры посредством хомутов, а высота треугольных ферм увеличивается до величины, равной или превышающей H=h+h _p, и описывается уравнением где

Н - высота треугольной фермы в головной части сооружения;

h - высота треугольной фермы в корневой части сооружения;

h_p - глубина размыва в головной части сооружения;

Н_i - высота треугольной фермы на расстоянии х от корневой части сооружения;

L_ш - длина сквозного поперечного берегозащитного сооружения;

x - расстояние от начала координат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехническому и мелиоративному строительству и может быть использовано в качестве берегоукрепительных конструкций в размываемых руслах рек, каналов, откосов дамб, предназначенных для самых различных назначений, и других сооружениях.

Известно устройство крепления откоса земляного сооружения [1], содержащее уложенное на откосы синтетическое фильтровое покрытие, удерживающие элементы и слой каменной наброски. Удерживающие элементы выполнены в виде ригелей, стоек с шарнирами, канатов, сетки и ограничителей. Каменная наброска выполнена в виде гравия. Нижние концы стоек шарнирно присоединены к ригелю, а их верхние концы к канату. На канате присоединена сетка. Один из концов каната прикреплен к ригелю, а другие их свободные концы натянуты за счет приложения усилия и стойки и ригеля соединены К-ограничителями. Между покрытием и сеткой уложен слой каменной наброски. Слой гравия защищает покрытие от динамического волнового воздействия. В свою очередь, он надежно защищен сеткой, удерживаемой в заданном положении канатами. Недостатком данного технического решения является то, что:

- крепление непосредственно контактируют с потоком жидкости и влекомыми наносами и поэтому может подвергаться быстрому истиранию и разрушению в короткие сроки;

- конструкция представляет из себя достаточно сложное техническое решение, что делает ее не надежной в работе и дорогой по стоимости;

- эффективность применения крепления значительно снижается в случае, когда в реке или канале имеют место большие колебания уровня воды, колебания скорости и расхода потока.

Наиболее близким техническим решением являются поперечное сквозное берегозащитное сооружение, содержащее элементы, собранные в треугольную призму [2]. Недостатками данного технического решения являются:

- неудобство соединения узлов с применением сложных технических решений по соединению железобетонных элементов;

- крепление в экономическом отношении не всегда является эффективным техническим решением из-за применения индустриальных железобетонных конструкций.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности защиты берегов русел рек от размыва и долговечности срока службы берегоукрепительного сооружения.

Поставленная цель достигается тем, на размываемом берегу устанавливается сквозное поперечное (фиг.1) берегозащитное сооружение. При этом угол установки зависит от ширины русла, возможного свала потока на берег и других морфологических элементов потока и русла. Наиболее благоприятным вариантом является установка их поперек направления течения потока одной плоскостью на дно реки, что создает наиболее благоприятные условия при обтекании потоком. Длина сквозных поперечных берегозащитных сооружений и расстояния между ними определяются по разработанным методическим рекомендациям. Сквозное поперечное берегозащитное сооружение (фиг.2) собирается механически, путем присоединения распорных элементов к арматуре соединительными хомутами, которые образуют треугольные фермы. Так последовательно соединяя распорные элементы к арматуре, высоту сквозного поперечного берегозащитного сооружения можно наращивать до любых размеров. Поток, частично обтекая сквозное поперечное берегозащитное сооружение, подмывает головную часть и поэтому происходит осаждение ее. Для предупреждения этого явления размер треугольной фермы головной части увеличен и равен Н=h+h _p, где h - высота треугольный фермы в начале сквозного поперечного берегозащитного сооружения; h_p - глубина размыва в конце сквозного поперечного берегозащитного сооружения.

Глубина размыва в голове сквозного поперечного берегозащитного сооружения зависит от коэффициента застройки и определяется по формуле

где k_t - коэффициент, зависящий от вида грунта для песка крупностью, d_ср =14 мм, k_t=50; - средняя бытовая скорость.

Коэффициент застройки может быть определен по формуле

где N - число треугольных ферм на рассматриваемом участке сквозной поперечной берегозащитной шпоры; n - число стержней в треугольной ферме; b - ширина распорного элемента; k- коэффициент неравномерности распределения распорных элементов в конструкции, который можно принять равным 0,5; L_ш - длина сквозного поперечного берегозащитного сооружения.

Для достижения наибольшего эффекта высота треугольных ферм увеличивается постепенно от корневой части до головной части сквозного поперечного берегозащитного сооружения и, следовательно, выполняется условие . Разделив это уравнение и проинтегрировав, получим . Подставляя начальные и конечные условия, получим значение коэффициента . Тогда

Высота треугольных ферм увеличивается постепенно до величины, равной или превышающей Н, и описывается уравнением где H_i - высота треугольной фермы на расстоянии x от начала координат.

В результате снижения скорости течения потока происходит процесс осаждения наносов на дно и прекращается процесс боковой водной эрозии берегов рек.

Распорный элемент состоит из пластиковой трубы, в которой находится заполнитель и арматура. В качестве заполнителя можно использовать высокопрочный бетон М 250÷300.

Поток воды, протекая через сквозное поперечное берегозащитное сооружение, снижает свою скорость, в результате чего происходит снижение транспортирующей способности потока и выпадение взвешенных наносов вдоль берега.

На фиг.1 изображен продольный разрез сквозного поперечного берегозащитного сооружения; на фиг.2 - треугольное поперечное сечение сборного сквозного поперечного берегозащитного сооружения, разрез 1-1 на фиг.1; на фиг.3 - треугольное поперечное сечение сборного сквозного поперечного берегозащитного сооружения, разрез 2-2 на фиг.1; на фиг.4 - кривая изменения высоты треугольных ферм по длине сквозного поперечного берегозащитного сооружения; на фиг.5 - соединительный узел распорного элемента к арматуре.

На размываемом берегу 1 установлено сквозное поперечное берегозащитное сооружение 2, состоящее из треугольных ферм 3, собранных из распорных элементов. Распорный элемент состоит из пластиковой трубы 4, в которой находится арматура 5 и заполнитель 6. Распорные элементы механически прикрепляются к арматуре 7 с помощью хомутов 8.

Сквозное поперечное берегозащитное сооружение сооружается и работает следующим образом. На размываемом берегу 1 устанавливается сквозное поперечное (фиг.1) берегозащитное сооружение 2. При этом угол установки зависит от ширины русла, возможного свала потока на берег и других морфологических элементов потока и русла. Длина сквозных поперечных берегозащитных сооружений 2 и расстояния между ними определяются по разработанным методическим рекомендациям. Сквозное поперечное берегозащитное сооружение 2 (фиг.2) собирается механически путем прикрепления распорных элементов (фиг.2, 3) к арматуре 7 соединительными хомутами 8, которые образуют треугольные фермы 3 (фиг.2). Распорный элемент состоит из пластиковой трубы 4, в которой находится арматура 5 и заполнитель 6. Так последовательно соединяя распорные элементы к арматуре 7, высоту сквозного поперечного берегозащитного сооружения 2 можно наращивать до любых размеров. При этом поперечное сечение этого сооружения представляет из себя треугольную ферму 3.

Поток, частично обтекая сквозное поперечное берегозащитное сооружение 2, подмывает головную часть и поэтому происходит осаждение ее. Для предупреждения этого явления размер треугольной фермы 3 головной части увеличен и равен H=h+h _p,где h - высота треугольный фермы в начале сквозного поперечного берегозащитного сооружения; h_p - глубина размыва в конце сквозного поперечного берегозащитного сооружения.

Для достижения наибольшего эффекта высота треугольных ферм 3 увеличивается постепенно от корневой части до головной части сквозного поперечного берегозащитного сооружения 2 и, следовательно, выполняется условие . Разделив это уравнение и проинтегрировав, окончательно получим, что высота треугольных ферм 3 увеличивается постепенно до величины, равной или превышающей Н, и описывается уравнением , где H_i - высота треугольной фермы на расстоянии х от начала координат.

Поток воды, протекая через сквозное поперечное берегозащитное сооружение 2, снижает свою скорость, в результате чего происходит снижение транспортирующей способности потока и выпадение взвешенных наносов вдоль берега. Для повышения эффективности работы сквозного поперечного берегозащитного сооружения 2 частота установки треугольных ферм 3, или коэффициент застройки, от конца к голове увеличивается.

Гибкость является огромным достоинством этого сооружения, так как оно находится в воде и избежать деформаций дна и основания невозможно, а это повлечет деформацию сооружения, что не является опасным для такого типа береговой защиты.

Предлагаемое техническое решение имеет ряд достоинств перед другими ранее известными, главным из которых является быстрота сборки.

Предлагаемое техническое решение дешевле известных, при этом долговечность этих сооружений больше ранее известных аналогичных технических решений.

В экологическом отношении это наиболее благоприятный вариант решения проблемы защиты берегов от размыва.

Источники информации

1. A.c. 1461821 СССР, МКИ Е02D 17/20. Устройство для крепления откоса земляного сооружения / Шкундин Б.М. и Новожилов А.П. (СССР); Заяв. 04.03.87; опубл. 28.02.89, Бюл. №8 (аналог).

2. Патент РФ №2279506 Е02В 3/12, Сборное поперечное берегозащитное сооружение / Ламердонов З.Г.; Заяв. 14.12.2004; опубл. 10.07.2006, Бюл. №19. - 6 с. (прототип).