НАСЛОННЫЙ ДРЕНАЖ БИОПОЗИТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ
BATTER DRAINAGE OF BIOPOSITIVE DESIGN

Изобретение относится к гидротехническому и мелиоративному строительству и может быть эффективно использовано в качестве дренажного устройства низконапорных земляных плотин и дамб обвалования.
Наиболее близким техническим решением является наслонный дренаж, устраиваемый на низовых откосах земляных плотин и дамб обвалования, состоящий из песчано-гравелистых фильтров (обратных фильтров) и каменной наброски сверху них [1]. Основными недостатками данного технического решения являются:
- потребность большого количества каменного и гравелистого материала;
- высокая трудоемкость изготовления обратных фильтров;
- низкая биопозитивность и эффективность работы конструкции.
Цель изобретения - снижение затрат на строительство, повышение эффективности и биопозитивности конструкции.
Указанная цель достигается тем, что наслонный дренаж, содержащий многослойный фильтр, выполнен из гибко соединенных между собой биопозитивных тюфяков, состоящих из сетчатых оболочек и дренирующего заполнителя, который устроен из послойно сложенных рядов легких фашин внутри оболочек, при этом нижние ряды фашин уложены нормально к направлению фильтрационного потока, а верхние ряды по его направлению, а сами тюфяки местами прошиты металлической проволокой. Вместе с тем, гибкие тюфяки сверху прикреплены с помощью арматурной проволоки к бетонным анкерам, устроенным в низовом откосе выше уровня фильтрационного потока и на расстоянии друг от друга, а снизу у подошвы низового откоса гибкие тюфяки сверху нагружены более тяжелыми тюфяками, в сетчатых оболочках которых снизу сложены несколько рядов мешков из местного и растительного грунтов, а сверху - плотные ряды легких фашин из камыша.
На фиг.1. изображено поперечное сечение земляного сооружения с наслонным дренажом на низовом откосе; на фиг.2. - то же самое в плане; на фиг.3. - легкая фашина из камыша.
Наслонный дренаж биопозитивной конструкции состоит из гибких тюфяков 1, выполненных из сетчатых оболочек 2 и дренирующего заполнителя, который сложен из рядов легких фашин. Причем нижние ряды фашин 3 уложены нормально к направлению фильтрационного потока 4, а верхние ряды фашин 5 - по его направлению; местами тюфяки 1 прошиты металлической проволокой 6. Гибкие тюфяки 1 сверху прикреплены с помощью арматурной проволоки 7 к анкерам 8. Снизу у подошвы низового откоса гибкие тюфяки 1 сверху нагружены более тяжелыми тюфяками 9, в сетчатых оболочках которых, снизу сложены несколько рядов мешков 10 из местного и растительного грунтов, а сверху - плотные ряды легких фашин 11.
Наслонный дренаж биопозитивной конструкции строится следующим образом.
В начале заготавливают сухой камыш в необходимом объеме для изготовления легких фашин 3, 5 и 11 в достаточном количестве, а также мешки из геосетки, размеры которых могут изменятся в больших пределах (от 0,3×0,5 м до 0,7×1,5 м). Планируют низовой откос до основания, а в основании разрабатывают траншею под тяжелые тюфяки 9. В низовом откосе выше уровня фильтрационного потока 4 на расстоянии длины тюфяков 1 между ними разрабатывают ямки и закладывают бетонные анкера 8 с арматурными проволоками 7. После набора достаточной прочности монолитным бетоном в анкерах 8, по размерам гибких тюфяков 1 вдоль откоса раскладывают сетчатые оболочки (габионные сетки) 2 тюфяков 1 с прикреплением местами кусков металлических проволок 6. Далее по очереди изготавливают гибкие тюфяки 1, для этого на сетку 2 по всей площади нормально к направлению фильтрационного потока 4 плотными рядами укладывают легкие фашины 3, сверху которых также плотными рядами укладывают (перпендикулярно к нижним рядам) по направлению фильтрационного потока 4 верхние ряды легких фашин 5. После чего натягивают верхний слой сетчатой оболочки 2 с прикреплением к нижнему слою сетки, полученный при этом гибкий тюфяк 1 местами прошивают металлической проволокой 6. Затем точно по такой же технологии изготавливают все остальные тюфяки 1 наслонного дренажа вдоль низового откоса земляного сооружения. Все гибкие тюфяки 1 в границах их соединения между собой прикрепляют с помощью арматурной проволоки 7 к бетонным анкерам 8. После чего в траншее, устроенной в основании низового откоса и сверху нижней части тюфяков 1, растягивают сетчатую оболочку тяжелых тюфяков 9. На эту сетчатую оболочку плотно укладывают несколько рядов мешков 10 с местным и растительным грунтом, сверху которых укладывают плотные ряды легких фашин 11. После чего сетчатую оболочку вокруг них плотно натягивают и завершают изготовление тяжелых тюфяков 9 с одновременным прикреплением к сетчатой оболочке 2 гибких тюфяков 1. Мешки 10 заранее заполняют местным и растительным грунтом (до 30%) с добавлением семян влаголюбивых и ветвистых растений с развитой корневой системой. Мешки 10 могут и полностью заполняться растительным плодородным грунтом при его наличии на месте в достаточном количестве. Также рекомендуется и сверху гибких тюфяков местами наложить растительный грунт с высевом семян растений, адаптированных к местным условиям.
Наслонный дренаж земляных плотин и дамб работает следующим образом.
Фильтрационный поток воды под действием гидростатического напора в верхнем бьефе (ВБ), двигаясь через тело земляного сооружения с определенным уклоном, выходит на низовой откос, где и расположен наслонный дренаж. При этом происходит прием профильтровавшей воды нижними рядами легких фашин 3, расположенных нормально к направлению фильтрационного потока 4. Далее вода проходит в верхние ряды фашин 5, расположенных по линии направления фильтрационного потока, которые ускоренно отводят ее в нижний бьеф (НБ). Из-за расположения нижних рядов фашин 3 перпендикулярно к направлению фильтрационного потока плотными рядами, предотвращается возможный контактный размыв грунтов в основании дренажа. А верхние ряды фашин 5 работают как водоотводящие устройства, из-за их расположения по направлению потока профильтровавшей воды. Тяжелые габионные тюфяки 9 в основании низового откоса и бетонные анкеры 8, устроенные по верху фильтрационного потока 4, устойчиво держат наслонный дренаж в районе выхода фильтрационного потока и обеспечивают надежность его работы. Со временем наслонный дренаж будет зарастать зелеными растениями, начиная с основания низового откоса, где расположены тяжелые тюфяки 9. Структура легких фашин из камыша способствует к эффективному зарастанию зеленых насаждений и повышению биопозитивности конструкции дренажа. При этом существенное влияние на фильтрационные качества дренажа зеленые растения не оказывают. При сильном зарастании травами и кустарниками водопроводящая способность верхних рядов фашин 5 может уменьшиться. И в этом случае безопасный отвод профильтровавшей воды будет обеспечен, так как часть воды будет просачиваться на верх дренажа и по верху его уходить в НБ из-за большого уклона. Для этого необходимая толщина водоприемной части дренажа (нижних слоев фашин 3) и водоотводящей части (верхних слоев фашин 5) должна быть не менее 20 см каждой части. Желательно толщину водоотводящей части делать на 10 см толще, чем водоприемной части, для обеспечения более эффективного отвода фильтрационных вод. Изготовление и монтаж наслонного дренажа выполняется в основном вручную, частичное использование технических средств возможно при укладке тяжелых мешков в основание тюфяков 9.
В случае земляных сооружений, состоящих из глинистых грунтов, может произойти вынос мелких илистых частиц грунта частицами воды в водоприемную часть, которая будет частично заиливаться и засоряться наносами (самые нижние ряды фашин 3). В этом случае может возникнуть фильтрационный подпор (противодавления), который в свою очередь может приподнять гибкие тюфяки 1 дренажа. Произойти может только небольшое поднятие, которое не может привести к серьезному нарушению режима работы дренажа, так как крепежные арматурные проволоки 7 и тяжелые тюфяки 9 в основании будут удерживать гибкие тюфяки 1 на своем месте. Частичное поднятие тюфяков 1 приведет к промывке нижних заиленных слоев легких фашин 3. После чего нормальная работа дренажа восстановится полностью. Эффективность работы наслонного дренажа еще повысится, если в глинистое основание дренажа уложить геосетку, которая будет препятствовать к заилению и засорению нижних слоев фашин 3. В конструкции дренажа основным фильтрационным материалом используется сухой камыш - дешевый местный материал, который широко распространен и имеется в большом объеме на равнинных участках рек (особенно на Юге России).
Таким образом, предлагаемая конструкция наслонного дренажа для низконапорных земляных плотин и дамб обвалования будет обеспечивать эффективный прием и безопасный отвод профильтровавшей воды через тело сооружений при нормальных и форсированных уровнях воды в ВБ. Вместе с тем наслонный дренаж превращается в бипозитивное сооружение, которое не препятствует круговороту веществ и энергии, помогает развитию природы и включается в экосистему реки, воспринимается природой как родственный ей элемент. Наслонный дренаж биопозитивной конструкции может эффективно работать без капитального ремонта 10-15 лет. В связи с тем что камыш является высоко дренирующим и достаточно стойким материалом, который способен держаться в водной среде 20-25 лет и более. При периодическом увлажнении и высыхании камыш сохраняет свою форму 10-15 лет и не разлагается. При ухудшении со временем фильтрационных свойств гибких тюфяков 1, их легко можно заменить новыми, вручную без применения строительной техники.
Наслонный дренаж биопозитивной конструкции рекомендуется использовать на равнинных участках рек при строительстве и реконструкции низконапорных земляных плотин и дамб обвалования территорий, где отсутствуют в достаточном количестве каменного и гравелистого материала. А также - в трудно доступных местах, где использование тяжелой техники затруднено.
Источник информации
1. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. / Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. В.П.Недриги.- М.: Стройиздат, 1983, с.172-173, с.491.