ВРЕМЕННОЕ ВОДООГРАЖДАЮЩЕЕ СООРУЖЕНИЕ (ВАРИАНТЫ)

Техническое решение относится к области гидротехнического строительства, а именно к средствам для защиты территорий от весеннего половодья при помощи водоограждающих сооружений.
В результате интенсивного весеннего снеготаяния на обширных равнинных территориях возникает половодье, то есть ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон года относительно длительное и значительное увеличение водности реки, вызывающее подъем ее уровня. Половодье обычно сопровождается выходом вод из русла и затоплением поймы, если пропускная способность основного стока оказывается недостаточной для отвода поступающего количества воды.
Весеннее затопление зачастую угрожает населенным пунктам, дорогам, сельскохозяйственным землям и другим важным объектам. Причем после ухода воды наблюдается повышенный уровень грунтовых вод на данной территории в течение длительного времени, что ведет к выводу земель из сельскохозяйственного пользования и к повреждению различных сооружений.
Поэтому при прогнозируемой угрозе затопления важных территорий и объектов весенним половодьем проводят мероприятия, направленные как на предотвращение вызываемых половодьем наводнений, так и на защиту от них.
Из патентного документа RU 2333312 С2 (10.09.2008) известен способ предотвращения паводкового наводнения, случающихся в отличие от половодий в любое время года, включающий создание на этапе наступления таяния снега резервуаров по склонам реки и ее притоков, параллельно их руслам. Резервуары создают в снегу, продольно вытянутыми и ярусно расположенными. Направленные к реке овраги перегораживают ярусно расположенными снежными дамбами. В результате сокращается общий объем талых вод, попадающих в реку, что предотвращает ее широкий разлив.
Однако эффективно предотвратить наступление половодья на конкретной территории не всегда представляется возможным из-за ряда причин, среди которых основными являются следующие:
- доступ в зону образования половодья может быть затруднен из-за ее труднодоступности, что не позволит реализовать мероприятия по предотвращению половодья в необходимом для этого месте;
- зона образования половодья может находится на значительном расстоянии от данной территории, а значит потребуются дополнительные усилия для переброски туда людей, техники и материалов, что способно помешать реализации мероприятий по предотвращению половодья в полном объеме и снизит их эффективность;
- зона образования половодья может быть в ином административном подчинении, что усложнит процедуру согласования и займет дополнительное время; кроме того доступ к данной зоне может иметь ограниченный режим;
- мероприятия по предотвращению образования половодья могут существенно уменьшить уровень воды на территории, но все же быть недостаточными для полного предотвращения затопления данной территории.
Таким образом, мероприятия по предотвращению половодья являются более сложными и целесообразны для предотвращения затопления обширных территорий. Поэтому особую актуальность для местных жителей и работников на локальной территории, которой угрожает затопление при весеннем половодье, имеет защита от затопления, а не предотвращение половодья.
Из патентного документа RU 2246580 С2 (20.02.2005) известно временное водоограждающее сооружение для защиты от паводка, представляющие собой заграждение из пленочных материалов. Известное заграждение и реализуемый им способ характеризуются тем, что заграждение имеет вид раздуваемых мехов, раскрытие которых соответствует уровню паводковых вод благодаря размещенному в верхней части заграждения надутому баллону, который легче воды и держится на ее поверхности. Известное заграждение также содержит средство для его крепления к поверхности земли с возможностью отсоединения. Средство крепления включает в себя мат для крепления со множеством штырей, выступающих от его нижней поверхности.
Указанное техническое средство можно легко транспортировать и быстро устанавливать при необходимости. Однако для его создания требуется заводское изготовление конструкции из прочных пленочных материалов, а также подготовка площадки для установки мата средства крепления на поверхности земли, что затруднено в зимних условиях. Велик риск случайного повреждения образующей заграждение пленки при его транспортировании и хранении при не очень бережном обращении. Кроме того поток воды при половодье зачастую переносит с высокой скоростью различные предметы, например бревна или стволы деревьев, способные распороть стенки известного заграждения. Вызывает сомнение надежность крепления заграждения к земле, так как давление воды при половодье может иметь достаточно большую величину для того, чтобы опрокинуть заграждение, вырвав штыри мата средства крепления из поверхности земли. Таким образом, известное заграждение нельзя признать подходящим для организации простой, надежной и эффективной защиты территорий от затопления при весеннем половодье.
Практическое применение имеет такое известное (Большая Советская Энциклопедия. М., 1974, том 18, стр.175) защитное мероприятие как обвалование, заключающееся в создании системы заградительных земляных валов (защитных дамб), устраиваемых, в частности, вдоль берегов рек и озер для защиты прилегающей территории от временного затопления при подъеме уровня воды. Фронт обвалования обычно состоит из одного, реже двух рядов валов, расположенных вдоль береговой линии или по периметру участка защищаемой территории. Также известно, что обеспечить устойчивое земледелие на плодородных прибрежных и пойменных землях (в частности, в низовьях и дельтах рек) можно лишь устройством обвалования.
Однако как показывает практика, земляные валы характеризуются высокой аварийностью и в половодье часто прорываются потоками воды. Кроме того, сооружение валов данного типа требует проведения большого объема земляных работ. Участки земли под валами оказываются выведенными из сельскохозяйственного пользования, а рельеф местности - нарушенным.
Наиболее близким аналогом настоящей полезной модели является водоограждающее устройсто изо льда, используемое в способе борьбы с наводнением, известном из патентного документа RU 2225915 С2 (20.03.2004). Способ включает возведение водоограждающего устройства в виде ледяной дамбы, намораживаемой непосредственно на ледяном покрове реки вблизи берега, подвергающегося затоплению, на высоту, превышающую уровень предполагаемого подъема воды.
Строительство дамбы осуществляется при помощи автогрейдеров или бульдозеров, создающих обваловку площадки основания дамбы. Материалом обваловки служит снег, сгребаемый и уплотняемый механизированным способом. Вода для намораживания тела дамбы забирается из реки и подается насосами.
Однако данный известный способ предназначен для реализации в северных условиях Сибирских рек, в то время как зачастую требуется осуществлять защиту территорий от затопления при весеннем половодье вдали от русла реки, кроме того, погодные условия средней и южной части России не всегда позволяют произвести намораживание ледяной дамбы. То есть возможность применения известного способа ограничена рядом условий.
Задачей настоящей полезной модели является создание простого, в основном на основе подручных материалов и с использованием имеющейся в любом населенном пункте техники, но эффективного и надежного технического решения для защиты территорий от затопления при весеннем половодье, использование которого не предполагает вывод земель из сельскохозяйственного пользования, и применяемого в тех местах, где создание известных водоограждающих сооружений затруднено, неэффективно или невозможно в принципе.
Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в упрощении конструкции временного водоограждающего сооружения для защиты территорий от затопления при весеннем половодье. Также технический результат заключается в увеличении времени полезного использования и в повышении надежности данного сооружения и оперативности его создания.
Технические результаты достигаются благодаря тому, что временное водоограждающее сооружение выполнено в виде вала-дамбы с использованием снега. Оно содержит основное тело вала-дамбы из утрамбованного снега, средство для теплоизоляции основного тела вала-дамбы, по меньшей мере один гибкий бетонный мат или мешки с балластом. При этом средство для теплоизоляции уложено поверх основного тела вала-дамбы и закрыто по меньшей мере одним гибким бетонным матом или мешками с балластом.
В частном случае реализации сооружения основное тело вала-дамбы стоит на основании из утрамбованного снега или льда.
В частном случае данное сооружение имеет высоту 2÷7 м и толщину - 4÷20 м.
В другом частном случае внутри основного тела вала-дамбы находится деревянный или железобетонный каркас. При этом сооружение имеет высоту 2÷7 м и толщину - 3÷15 м.
Также в частном случае верхний слой основного тела вала-дамбы представляет собой снежную или ледяную корку толщиной 50÷500 мм с размещенным в ней средством для гидроизоляции в виде полимерной пленки.
В частном случае средство для теплоизоляции представляет собой полимерные мешки, набитые соломой или древесными опилками или иным материалом растительного происхождения.
В другом частном случае средство для теплоизоляции представляет собой пенопластовые плиты.
Также в частном случае в качестве балласта мешки наполнены песком, гравием или глиной.
Кроме того технические результаты достигаются благодаря тому, что во втором своем варианте временное водоограждающее сооружение также выполнено в виде вала-дамбы с использованием снега. При этом вал-дамба содержит утрамбованные снежные массы и не более 50% льда от общего объема вала-дамбы. Причем верхний слой основного тела вала-дамбы представляет собой снежную или ледяную корку. Поверх указанной корки уложены мешки с наполнителем на основе материала растительного происхождения. Мешки с наполнителем закрыты сверху по меньшей мере одним гибким бетонным матом или мешками с балластом.
В частном случае выполнения сооружения по второму варианту основное тело вала-дамбы стоит на основании из утрамбованного снега или льда.
Также в частном случае данное сооружение имеет высоту 2÷7 м и толщину - 4÷20 м.
В другом частном случае внутри основного тела вала-дамбы находится деревянный или железобетонный каркас. При этом сооружение имеет высоту 2÷7 м и толщину - 3÷15 м.
В еще одном частном случае толщина снежной или ледяной корки составляет 50÷500 мм.
В другом частном случае в толще снежной или ледяной корки размещено средство для гидроизоляции в виде полимерной пленки.
Также в частном случае в качестве балласта мешки наполнены песком, гравием или глиной.
Полезная модель поясняется следующими схематичными графическими материалами.
На фиг.1 изображен план местности с примером установки двух временных водоограждающих сооружений.
На фиг.2 показана ось первого варианта временного водоограждающего сооружения в поперечном разрезе.
На фиг.3 показана ось второго варианта временного водоограждающего сооружения в поперечном разрезе для одного из частных случаев выполнения сооружения.
На фиг.4 показана ось временного водоограждающего сооружения в поперечном разрезе при выполнении сооружения на основании.
На фиг.5 показана ось временного водоограждающего сооружения в поперечном разрезе при выполнении сооружения на каркасе для одного из частных случаев выполнения каркаса.
На фиг.6 показана ось временного водоограждающего сооружения в поперечном разрезе при выполнении сооружения со средством для гидроизоляции.
Пример территории, для которой существует высокая опасность затопления при весеннем половодье изображен на фиг.1. Жилые дома и производственные сооружения 1, а также участок 2 сельскохозяйственной земли, расположены недалеко от реки 3 с ожидаемым половодьем.
Подготовку к ожидаемому весеннему половодью, вызываемому разливом реки 3, заблаговременно начинают в зимний сезон года, предпочтительно в феврале месяце, при приближении периода активного таяния снега, но когда снежный покров еще имеет большую величину.
Подготовка защиты территории от затопления при весеннем половодье включает в себя возведение одного или более временного водоограждающего сооружения в виде вала-дамбы 4, имеющей высоту гребня, превышающую уровень предполагаемого подъема воды.
Местность в показанном примере имеет такой рельеф, что валы-дамбы 4 наиболее целесообразно возводить между холмами бис краю участка 2. При этом защитить территорию от затопления становится возможным водоограждающими сооружениями минимальной протяженности, возводимыми местными силами. Однако при таком удаленном от реки расположении валов-дамб встает вопрос о выборе материала для сооружения их основного тела, в качестве которого уже нельзя использовать, как в известном аналоге, речную воду в количестве, достаточном для создания полностью изо льда основного тела вала-дамбы. Чрезмерная сложность использования речной воды обусловлена необходимостью использования специального оборудования, необходимого для перекачивания необходимого объема воды на большие расстояния без ее замерзания при зимних отрицательных температурах. Кроме того процесс намораживания вала-дамбы из воды является длительным по времени. Таким образом, основное тело вала-дамбы изо льда является слишком сложным для применения во многих ситуациях элементом конструкции. Лишенным указанных недостатков является конструкция вала-дамбы из такого доступного в зимнее время года материала, как снег. При помощи бульдозера, грейдера или иной обычной и подходящей для этого автотехники возможно более простое и быстрое создание основного тела вала-дамбы путем сгребания снега. При этом вал-дамбу можно быстро соорудить в любом подходящем для этого месте, без ограничения на расстояние от реки и без риска повреждения сельскохозяйственных земель или сооружений, в частности дорог. Как показано на фиг.1, валы-дамбы 4 возведены с краю участка 2 и на дороге 6, непосредственно на краю защищаемой территории 7.
Различные конструкции валов-дамб изображены на фиг.2-6. Основное тело 8 вала-дамбы представляет собой массу снега, который сгребли уплотняя при этом автотехникой. В предпочтительном варианте конструкции поверх снега укладывают средство 9 для теплоизоляции основного тела 8 вала-дамбы, которое затем закрывают по меньшей мере одним гибким бетонным матом 10 или мешками с балластом (не показаны). Средство 9 для теплоизоляции необходимо для того, чтобы основное тело 8 вала-дамбы не разрушилось раньше времени под действием весеннего тепла, хотя снег был уплотнен при его сгребании и стал более стойким к таянию. Данное средство 9 для теплоизоляции увеличивает время полезного использования и повышает надежность данного сооружения по сравнению с валом-дамбой, выполненной исключительно изо льда. Средство 9 для теплоизоляции обычно обладает разреженной структурой, определяющей его основную функцию, в результате чего оно легче воды. Поэтому для укрепления всей конструкции и надежной фиксации средства 9 для теплоизоляции применяют по меньшей мере один гибкий бетонный мат 10 или мешками с балластом, обладающие достаточным весом для того, чтобы средство 9 для теплоизоляции не было сорвано и унесено потоком воды. Кроме того, гибкий бетонный мат 10 или мешки с балластом выполняют роль защиты вала-дамбы 4 от механических повреждений переносимыми потоком воды бревнами или стволами деревьев и обеспечивают дополнительную теплоизоляцию основного тела 8 вала-дамбы 4. Как результат, достигается увеличение времени полезного использования и повышение надежности вала-дамбы 4.
В качестве гибкого бетонного мата 10 целесообразно использовать мат известной из патентных документов RU 102222 U1 (20.02.2011), RU 105312 U1 (10.06.2011) и RU 106629 U1 (20.07.2011) конструкции, специально предназначенной для применения во временных противопаводковых сооружениях. В частности, известный из RU 106629 U1 гибкий бетонный мат характеризуется существенным снижением или исключением размыва и вымывания защищаемой поверхности благодаря выполнению блоков данного мата с окантовками, которые перекрывают зазоры между соседними блоками.
В альтернативном варианте выполнения механической защиты в качестве балласта используют мешки, наполненные песком, мелким гравием или глиной.
Во втором варианте временного водоограждающего сооружения вал-дамба 4 содержит свое основное тело 8 с включением в него более плотной части 11 или несколько таких частей, в том числе самой разнообразной формы и структуры. Плотная часть 11 представляет собой утрамбованные снежные массы и лед, при условии, что он составляет не более 50% от общего объема вала-дамбы. Использовать большее количество льда нецелесообразно из-за сложностей в подаче воды и чрезмерной длительности процесса намораживания. Включение в конструкцию вала-дамбы сочетания утрамбованного снега и льда играет важное значение для повышения прочности вала-дамбы, кроме того, они меньше подвержены таянию по сравнению с обычным снегом. Так как верхний слой основного тела 8 вала-дамбы представляет собой снежную или ледяную корку, то есть более плотное образование по сравниню с массой снега основного тела 8 плотины, то она также предохраняет расположенный под ней снег от таяния. При этом в качестве средства 9 для теплоизоляции, также предохраняющего вал-дамбу от таяния, применяют мешки с наполнителем на основе материала растительного происхождения. Данные мешки как и в выполнении технического решения по первому варианту закрывают сверху по меньшей мере одним гибким бетонным матом 10 или мешками с балластом.
Несмотря на необходимость использования в конструкции дополнительных элементов (средства для теплоизоляции, гибкого бетонного мата или балластных мешков), именно благодаря их применению становится возможным отказаться от монолитного основного тела вала-дамбы изо льда и в результате сделать конструкцию более простой, долговечной, надежной и быстровозводимой.
Целесообразно сформировать основание 12 вала-дамбы из утрамбованного снега или намороженного льда для снижения подтаивания вала-дамбы снизу. Основание формируют используя, например, снегопах (SU 1650019 А1, 23.05.1991; SU 1209045 А1, 07.02.1986).
Максимальная высота H водоограждающего сооружения обычно составляет от 2 до 7 м, а его толщина W - от 4 до 20 м. Чем большую высоту имеет сооружение, тем оно должно иметь и большую толщину, что обеспечит ему необходимую прочность. Конструкция данных размеров применима в большинстве возможных ситуаций.
Для значительного усиления надежности конструкции применяют внутренний армирующий каркас 13 из деревянных или железобетонных элементов. В данном случае сначала устанавливают на месте возведения вала-дамбы каркас 13, а затем сгребают вокруг него снег, образуя основное тело вала-дамбы 4. Каркас 13 устанавливают непосредственно на поверхность земли или заглубляют его на необходимую глубину, как показано на фиг.5, для придания большей устойчивости. При этом, благодаря каркасу 13, не обязательно делать водоограждающее сооружение с обычной большой толщиной. Допустима толщина сооружения W от 3 до 15 м.
Вал-дамба из снега является более стойким к воздействию воды, если в толщу снега верхнего слоя вала-дамбы внедрить средство 14 для гидроизоляции, например, полимерную пленку. При использовании средства 14 для гидроизоляции вода не проникает в толщу основного тела 8 вала-дамбы, благодаря чему образующий ее снег лучше сохраняется.
Также для предохранения снега основного тела 8 вала-дамбы от таяния утрамбовывают снег верхнего слоя вала-дамбы, перед размещением средства 9 для теплоизоляции. В качестве альтернативного решения вал-дамбу обливают небольшим количеством воды. Возможно сочетание утрамбовывания снега с обливанием поверхности вала-дамбы водой. Главное, чтобы в результате образовалась снежная или ледяная корка, преимущественно толщиной от 50 до 500 мм, достаточная для защиты снега от таяния.
Основную роль в предотвращении таяния снега вала-дамбы играет средство 9 для теплоизоляции. Наиболее просто с практической точки зрения выполнить его в виде полимерных мешков, набитых соломой или древесными опилками или иным доступным материалом растительного происхождения. Также в качестве средства 9 для теплоизоляции используют пенопластовые плиты при их наличии.
После окончания половодья и схода воды гибкие бетонные маты складывают в штабеля на месте их хранения до следующего года. Также убирают полимерные мешки и пенопластовые плиты. Лишенная защиты вал-дамба из снега быстро тает. Если был применен армирующий каркас, то он постепенно обнажается и становится доступен для разборки и перемещения на склад. Место, которое было занято валом-дамбой полностью освобождается. При этом какие-либо восстановительные работы на данной территории практически не требуются, что позволяет быстро возобновить режим ее нормальной эксплуатации.