ДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ
EARTH DAM DRAINAGE SYSTEM

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к устройствам организованного отвода фильтрационных вод из грунтовых плотин. Изобретение может быть использовано при возведении плотин и дамб, использующих в качестве материала песчаные грунты и сооружаемых на промерзающих основаниях.
Недостатком существующих систем дренажа являются отказы в работе из-за промораживания низовых откосов плотин в условиях воздействия на них отрицательных температур наружного воздуха.
Известны системы песчаных дрен и дренажных прорезей, предназначенные для регулирования процесса консолидации слабопрочного слоя водонасыщенного грунта в основании гидротехнических, дорожных и др. насыпей (Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты, как основания сооружений М., Стройиздат, 1973, 288 с., стр. 137 рис. III. 1).
К недостаткам устройств относятся технологические сложности при бурении множества скважин, особенно в случаях, когда применяется обсадка, и последующее заполнение этих скважин песком.
Известны устройства дренажа в оттаивающем основании плотин, сложенных из водонасыщенных мерзлых термопросадочных грунтов, прорезаемых песчаными дренами до коренных пород (Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983 - с. 176, стр. 52, рис. 4.1).
К недостаткам устройств относятся технологические сложности, обусловленные спецификой вечной мерзлоты. Сложно решается вопрос и незамерзающего отвода воды, отжимаемой из оттаивающего слоя, где возможно образование наледей и деформаций уже построенной части сооружения.
Среди аналогов наиболее близкой к заявляемому сооружению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является дренажная система грунтовой плотины по пат. №2680696, МПК Е02В 7/06, опубл. 25.02.2019. Дренажная система плотины из однородного песчаного материала, имеющей верховой и низовой откосы, включает перфорированные трубы, обернутые фильтрующей тканью и засыпанные щебнем и уложенные горизонтально друг над другом вдоль низового откоса, в свою очередь в сопряжении низового откоса с основанием проложен коллектор с кюветами для отвода фильтрующей воды в нижний бьеф.
Недостатком прототипа является отказ в работе дренажной системы из-за промораживания грунта в условиях длительного воздействия отрицательных температур наружного воздуха, что может привести к заполнению песчаного массива плотины водой и в случае разжижения песка - к прорыву плотины.
Заявляемое изобретение позволяет повысить безотказность дренажной системы грунтовой плотины и исключить возможность прорыва плотины при длительном воздействии отрицательных температур наружного воздуха.
Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в дренажную систему грунтовой плотины с верховым и низовым откосами, включающую также как и прототип перфорированные трубы, уложенные горизонтальными рядами, между которыми размещены водоотборные фильтрующие слои, и водосборный коллектор, проложенный в основании плотины с возможностью отвода фильтрационных вод в нижний бьеф, в отличие от прототипа включен дополнительный ряд труб, проложенных под низовым откосом плотины с наклоном, равным углу откоса, и сопряженных с водосборным коллектором, при этом перфорированные трубы направлены внутрь тела плотины и соединены выходами с дополнительными трубами, в свою очередь вся дренажная система расположена на глубине, превышающей глубину промерзания грунта.
Сущность изобретения заключается в размещении перфорированных труб дренажной системы внутри тела плотины, а не вблизи ее поверхностного слоя, как в прототипе, и соединении их выводами с дополнительными трубами, проложенными вдоль низового откоса. Это с одной стороны повышает водоотбор грунтовых вод из плотины и одновременно позволяет расположить трубы и коллектор в зоне непромерзания грунта, что исключает вероятность отказа дренажной системы при длительном воздействии отрицательных температур наружного воздуха.
Сопоставление предлагаемого сооружения и прототипа показало, что поставленная задача - повышение безотказности дренажной системы грунтовой плотины при длительном воздействии отрицательных температур наружного воздуха - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области гидротехнических сооружений не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой конструкции критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где
на фиг. 1 представлен поперечный разрез грунтовой плотины,
на фиг. 2 - схематическое изображение разреза дренажной системы.
Дренажная система плотины из песчаного грунта включает водосборный коллектор 1, размещенный в основании плотины, дополнительные трубы 2, уложенные наклонными рядами параллельно нижнему откосу 3 плотины. В теле плотины поярусно с одинаковым шагом по высоте проложены перфорированные трубы 4. Трубы 4 размещены в траншеях 5, заполненных щебнем. Конструкция водосборного коллектора 1 представляет собой трубу, проложенную по низовой грани грунтовой плотины с кюветами для отвода фильтрационной воды в нижний бьеф. Между перфорированными трубами 4 проложены фильтрующие водосборные маты 6.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Вода из верхнего бьефа просачивается через фильтрующие водосборные маты 6 в перфорированные трубы 4, затем стекает по наклонным трубам 2 в коллектор 1, после чего поступает в открытый источник (реку) или в насосную станцию. Заглубление перфорированных труб 4 в тело плотины с одной стороны повышает водоотбор грунтовых вод, а с другой - исключает вероятность промерзания системы при отрицательных температурах наружного воздуха.
Предлагаемая дренажная система была разработана специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». В дальнейшем, систему предполагается использовать при реконструкции Белопорожской плотины на р. Кемь.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».