ПОЛУЗАПРУДА БИОПОЗИТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ
DIKE DAM OF BIOPOSITIVE DESIGN

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве природоохранных руслорегулировочных и берегоукрепительных сооружений в размываемых руслах рек.
Известна полузапруда [1], содержащая габионные тюфяки. Недостатком данного технического решения является то, что она при скоростях потока более 2 м/с быстро разрушается. Под ударным воздействием крупных наносов в период паводков разрываются клетки габионной сетки, в результате рассыпается каменный заполнитель и разваливается весь габионный тюфяк. Кроме того, для строительства полузапруд требуется большое количество каменного материала.
Наиболее близким аналогом является полузапруда комбинированной конструкции [2], которая состоит из деревянных решетчатых ряж, образующих призматическую и ячеистую конструкцию сооружения, внутри которой устроены габионные тюфяки, выполненные из мешков с местным грунтом, послойно уложенных в гибкую оболочку из легких фашин и габионной сетки, растянутой внутри клеток деревянных решетчатых ряж полузапруды. Вокруг оголовка полузапруды забиты деревянные сваи, прочно соединенные между собой и габионными тюфяками с помощью арматурной проволоки, прикрепленной к анкерам, устроенным в береговом откосе выше крепления. Основным недостатком данного технического решения является сложность конструкции и высокая трудоемкость изготовления, особенно в водной среде.
Цель изобретения - снижение трудоемкости изготовления, повышение эффективности и биопозитивности его конструкции.
Указанная цель достигается тем, что в полузапруде биопозитивной конструкции, содержащая тяжелые фашины, ступенчатая конструкция полузапруды состоит из чередующихся, вдоль и поперек уложенных послойных рядов тяжелых фашин, причем первый слой выполнен из плотных рядов тяжелых фашин, уложенных по направлению потока воды, второй слой - из рядов, сложенных нормально к направлению потока и рядам первого слоя, при этом первый и второй слои тяжелых фашин вместе образуют первую ступень сооружения и его головную гибкую часть, а последующие третий и более слои тяжелых фашин сложены над корневой частью первой ступени по направлению потока с образованием второй ступени сооружения, вместе с тем вокруг послойно и ступенчато сложенных рядов тяжелых фашин обтянуты две арматурные проволоки и прикреплены к анкеру, устроенному в береговом откосе выше его крепления. Тяжелые фашины изготовлены диаметром 0,5-0,75 м и длиной 2-2,5 м из грунтового заполнителя и гибких оболочек, при этом заполнитель выполнен из мешков, заполненных плодородным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников с развитой корневой системой, а оболочка тяжелых фашин - из плотных слоев сухого камыша и гибкой габионной сетки, обтянутой вокруг слоев камыша.
На фиг.1 показано сечение по продольной оси полузапруды; на фиг.2 - то же самое в плане; на фиг.3 - поперечное сечение полузапруды; на фиг.4 показана тяжелая фашина с разрезом в аксонометрии; на фиг.5 - легкая фашина из сухого камыша.
Полузапруда биопозитивной конструкции состоит из двух частей: гибкой головной части - первой ступени 1 и жесткой корневой части - второй ступени 2, которые выполнены из послойно уложенных тяжелых фашин 3. Тяжелые фашины 3 выполнены из грунтового заполнителя и гибких оболочек, при этом заполнитель изготовлен из мешков 4, заполненных плодородным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников, а оболочка тяжелых фашин - из плотных слоев сухого камыша 5 и гибкой габионной сетки 6, обтянутой вокруг слоев камыша. В местах перевязки тяжелых фашин 3 предусмотрены монтажные петли 7. Первая ступень 1 полузапруды состоит из двух слоев тяжелых фашин 3, сложенных взаимно перпендикулярно. Причем первый слой 8 выполнен из плотных рядов тяжелых фашин, уложенных по направлению потока воды, а второй слой 9 - из тяжелых фашин, сложенных перпендикулярно к направлению потока и рядам первого слоя 8. Вторая ступень 2 полузапруды выполнена над корневой частью первой ступени 1 из параллельно уложенных по направлению потока воды рядов 10 тяжелых фашин 3. Во второй ступени 2 количество рядов фашин 3 должно быть один или два. Вокруг послойно и ступенчато сложенных рядов тяжелых фашин обтянуты две арматурные проволоки 11 (с образованием колец) и прикреплены к анкеру 12, устроенному в береговом откосе выше его крепления. Береговой откос за полузапрудами и между ними укреплен габионными тюфяками 13, заполнителями которых являются только легкие фашины 14.
Полузапруда биопозитивной конструкции строится следующим образом.
Разрабатывается траншея под полузапруду с уклоном и направлением против течения от берега в сторону русла реки. От берегового откоса и посредине вдоль траншеи раскладываются две арматурные проволоки 11 (на расстоянии, примерно 1 м друг от друга). Сверху проволок 11 монтируются заранее изготовленные тяжелые фашины 3. В начале монтируются два слоя первой ступени 1, первый слой 8 - из рядов тяжелых фашин 3, уложенных по направлению потока, а второй слой 9 - из рядов сложенных нормально к рядам первого слоя и направлению потока. Далее сверху корневой части первой ступени 1 укладывают один или два ряда (3 и 4 слои) тяжелых фашин 3 по направлению потока воды. Затем вокруг послойно и ступенчато сложенных рядов тяжелых фашин 3 обтягивают арматурные проволоки 11 и завязывают с образованием плотных колец. После чего планируют береговой откос с заполнением пазух за полузапрудой, и на спланированный откос монтируют по участкам габионные тюфяки 13, заполнителями которых используют только легкие фашины 14. При этом легкие фашины 14 укладывают плотными рядами нормально к линии уклона откоса. Участки берегового откоса между полузапрудами также укрепляются габионными тюфяками 13. Одновременно в береговом откосе чуть выше верха габионных тюфяков (за каждой полузапрудой) закладывают бетонные анкера 12, и после набора прочности бетоном арматурные кольца 11, обтянутые вокруг полузапруд, прикрепляют к бетонным анкерам 12.
Для изготовления тяжелых фашин 3 мешки 4 заполняются местным грунтом 1 и 2 группы. При этом самый верхний ряд 9 первой ступени 1 и второй ступени 2 выполняются из тяжелых фашин 3, заполнители которых изготовлены из мешков 4, заполненных плодородным растительным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников, с целью обеспечения быстрого зарастания растительностью сооружений. Материалом для мешков рекомендуется использовать геосетку.
Длина полузапруд, расстояние между ними, их ширина и толщина определяются из условия обеспечения устойчивости и прочности сооружения, с учетом гидродинамических и гидрологических условий реки.
Полузапруда биопозитивной конструкции работает следующем образом.
Основную нагрузку паводкового потока воспринимают полузапруды и обеспечивают гашение и рассредоточение ее на большую площадь. Расположение их с уклоном и направлением против течения способствует отклонению поверхностного (прибрежного) слоя воды от берега в сторону русла реки. Полузапруды работают и как водосливы и как дренажные устройства. Гибкие и волнообразные конструкции тяжелых фашин 3 обеспечивают устойчивость против сдвигающих гидродинамических сил паводкового потока. Гибкость конструкции предотвращает и сосредоточение этих сил в узких местах, тем самым прочность сооружения повышается. В промежутках между полузапрудами возникают зоны завихрения, где происходит завлечение и заиления наносов. При размыве русла у оголовок сооружений под головными частями полузапруд будут образовываться ямы размыва. И под действием силы тяжести головные гибкие части первой ступени 1 полузапруд будут опускаться в образовавшиеся ямы размыва, и они будут лежат по линии естественного откоса. При этом произойдет натяжение арматурных проволок 11, тем самым повышается прочность и устойчивость тяжелых фашин 3. Одновременно в плодородном грунте и во влажной среде происходит быстрое зарастание семян растений и развитие их корневой системы. В результате через фашинное крепление будут расти и трава и кустарники. С каждым годом, по мере зарастания и развития корневой системы трав и кустарников в теле полузапруд и откоса (берега или дамбы), устойчивость и прочность сооружений будут повышаться. В результате сооружения еще сильнее будут укрепляться и сливаться с естественным ландшафтом прибрежной зоны. При этом создаются и благоприятные условия для миграции и размножения рыб на участках между полузапруд, где возникают заросшие и застойные зоны воды. Как известно, мальки рыб питаются личинками насекомых, находящихся в зеленых растениях вдоль уреза воды.
Использование камыша в тяжелых и легких фашинах обеспечивает не только водопроницаемость и гибкость конструкции, но и способствует сохранению влаги в теле сооружений в течение длительного времени, что создает хорошие условия для прорастания трав и кустарников в теле полузапруд, между ними и на береговом откосе.
Таким образом, берегозащитное сооружение с полузапрудами предлагаемой конструкции будет превращаться в биопозитивное инженерное сооружение, которое не препятствует круговороту веществ и энергии, помогает развитию природы и включается в экосистему реки, воспринимается природой как родственный ей элемент.
Полузапруды биопозитивной конструкции наиболее эффективно могут быть использованы на равнинных участках рек и частично на предгорных участках с уклонами I<0,0015. Эти конструкции наиболее полно отвечают современным требованиям природоохранного законодательства и закона о безопасности гидротехнических сооружений, обеспечивают одновременно и противопаводковую защиту и восстановление прибрежной водоохранной зоны.
Источники информации
1. Алтунин С.Т. Регулирование русел. Сельхозиздат. М.: 1956, с.92-94.
2. Патент на изобретение №2336388, E02B 3/06. Полузапруда комбинированной конструкции. / Курбанов С.О., Курбанов К.С. / 2008 г., Бюл. №29.