МОДУЛЬНАЯ БЕРЕГОЗАЩИТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ
MODULAR COAST PROTECTION STRUCTURE

Предлагаемое изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве берегозащитного сооружения для предотвращения размывов морских берегов.
Известно берегоукрепительное сооружение (патент Японии 03297402, МКИ E02B 3/14) (1), выполненное из пористых бетонных блоков волнистой формы, сложенных в волнистую стену. Внутри обращенных к реке выемок волнистой стены расположены сваи, забитые в дно реки.
Недостатком изобретения является укрепление берега лишь от размывания ламинарными потоками воды реки, но не от фронтальных волновых воздействий. Кроме того, при фронтальных волновых воздействиях, глухие стенки слабо диссипируют энергию волн, из-за чего быстро разрушаются.
Известен волнолом отражательного типа (патент Японии № 03272567, МКИ E02B 3/06) (2), содержащий несколько волногасящих элементов, вертикально возвышающихся над морским дном вплотную к передней поверхности причальной стенки. Волногасящие элементы расположены с одинаковым интервалом вдоль поверхности стенки. Каждый волногасящий элемент имеет наклонный участок, расположенный под углом 45° к поверхности причальной стенки. Высота наклонного участка практически равна высоте причальной стенки. Наклонные участки всех волногасящих элементов параллельны друг другу. Наклонные участки переходят в участки одинаковой длины, параллельные поверхности причальной стенки. Край участка удален на расстояние от переднего края соседнего участка, образуя проем между соседними волногасящими элементами
Недостатком конструкции является ее ограниченная функциональность, связанная с защитой локальных участков причальных стенок. Кроме того, в изобретении используется лишь один принцип волногашения, связанный с установкой защитных сооружений перед причальной стенкой, которые принимают на себя волновые удары.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является сооружение для защиты берегов (патент WO 02092917, МКИ E02B 3/06) (3), выполненное в виде сквозного волнолома, состоящего из опорных стоек и отражательной поверхности в виде щитовых решеток.
Недостатком волнолома является использование решеток, выполненных в виде щита, что создает высокую нагрузку на них и приводит к их быстрому износу.
Целью предлагаемого изобретения является создание износоустойчивой конструкции, способной высокоэффективно диссипировать энергию волн и снижать волновую нагрузку на защищаемые берега.
Поставленная цель достигается тем, что в известной модульной берегозащитной конструкции, состоящей из сквозных волноломов, выполненных из опорных стоек и отражательных поверхностей, в которые ударяется поток воды, согласно изобретению, волноломы расположены в водоеме в шахматном порядке, каждый из них имеет четыре стойки в форме прямоугольных треугольников, вершины углов которых жестко соединены между собой тремя перемычками с образованием каркаса, при этом грань каркаса, образованная гипотенузами треугольников, установлена на морском дне, грань каркаса, образующая отражательную поверхность, составляет угол 20 - 35° по отношению к дну, и на ней с интервалом и параллельно перемычкам жестко закреплены нижние кромки направляющих, которые выполнены с вогнутыми поверхностями, в сечении представляющими полукруг, при этом внутренняя полость направляющих направлена в сторону набегающей волны, а образованная направляющими ребристая поверхность имеет проемы между соседними ребрами.
Длина перемычек составляет 1⅓ - 1½ длины гипотенузы треугольника стоек.
Вогнутая поверхность направляющих, направленная в сторону моря, способствует разрушению волны за счет закручивания ламинарных потоков волны в вогнутой поверхности направляющих и создания противотока. Наличие проемов между направляющими не позволяет развить волнам чрезмерное давление на направляющие, способное сломать конструкцию волнолома, а также способствует изменению направления движения воды с горизонтального на вертикальный.
Расположение отражательной поверхности волнолома 20 - 35° по отношению к дну является оптимальной для поддержания высокой износоустойчивости волноломов.
Прямой угол, образованный подпорными стойками и гранью каркаса, образующую отражательную поверхность, наиболее оптимален для того, чтобы стойки не подгибались под давлением волн на эту поверхность. При этом стойки конструкции располагаются под углом ко дну водоема, что способствует повышению устойчивости конструкции.
Расположение волноломов в шахматном порядке дополнительно снижает нагрузку на берег или береговые сооружения и, кроме того, способствует удержанию пляжей из-за эффекта перекрывания вдольбереговых потоков наносов. Этот же эффект будет способствовать укреплению конструкции, т.к. внутренние полые части волноломов будут постепенно заноситься наносами. Совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение поставленной задачи.
Сравнение прототипа с заявляемым техническим решением показало, что указанные выше признаки являются отличительными, в связи с чем заявляемое устройство соответствует критерию “новизны”.
На фиг. 1 изображена модульная берегозащитная конструкция, вид сверху; на фиг.2 - общий вид волнолома; на фиг.3 - волнолом, вид сбоку; на фиг.4 - волнолом, вид сзади; на фиг 5 - волнолом, вид сверху.
Модульная берегозащитная конструкция состоит из комплекса волноломов 1, размещенных в толще воды в шахматном порядке. Каждый волнолом 1 выполнен из 4-х стоек 2, имеющих форму прямоугольных треугольников, вершины углов которых жестко соединены между собой тремя перемычками 3 с образованием каркаса. Нижняя грань каркаса, образованная гипотенузами, треугольников, установлена на морском дне. Грань каркаса, направленная к морю, образует отражательную поверхность и составляет угол 20 - 35° по отношению к дну. От нижнего до верхнего краев этой грани, с интервалом, параллельно перемычкам 3, жестко закреплены нижние кромки направляющих 4. Направляющие 4 имеют вогнутые поверхности, в сечении представляющие полукруг. Направляющие 4 закреплены таким образом, что их вогнутые полости направлены в сторону набегающей волны. Образованная направляющими 4 ребристая поверхность имеет проемы 5 между соседними ребрами. Длина перемычек 3 составляет 1⅓ - 1½ длины гипотенузы треугольника стоек 2. Каркасы волноломов сварены из металлических профилей, уголков или арматуры. Направляющие 4 выполнены либо из гнутого листового железа, либо из разрезанных вдоль железных труб.
Сборка модульной берегозащитной конструкции на месте осуществляется с борта маломерного судна следующим образом. Сначала на грунт укладываются мертвые якоря, затем к ним в шахматном порядке жестко крепятся нижние грани каркасов. Для этого углы нижних граней каркасов, например, с помощью штырей, вставляются в специальные пазы на мертвых якорях и фиксируются посредством карабинов или крюков. При этом отражательные поверхности волноломов направляют в сторону моря. Комплекс из таких волноломов размещают в толще воды в шахматном порядке.
Волногасящее действие конструкции обеспечивается несколькими механизмами. Во-первых, система расположенных в толще воды параллельных друг другу направляющих, каждая из которых развернута вогнутой поверхностью к волне, способствует разрушению структуры потоков воды за счет изменения направления движения частиц с горизонтального на вертикальный (перенаправленные снизу частицы разрушают вышележащие ламинарные потоки), а также препятствует круговому и возвратно-поступательному движению воды, сопровождающему развитие волны. Во-вторых, наличие пустот между направляющими также способствует изменению направления движения воды с горизонтального на вертикальный. В-третьих, отдельный волнолом, за счет имеющейся рабочей отражательной поверхности, расположенной под углом к коренному грунту, формирует «ложное дно», которое способствует формированию гребня волны (бурунов) и ее опрокидыванию непосредственно за конструкцией. Расположение волноломов в шахматном порядке способствует десинхронизации забурунивания волн и фрагментации длинной волны на ряд более мелких сегментов. Берег и береговые сооружения в таком случае оказываются расположенными в волновой тени.
Устойчивость конструкции действию волн позволяет эксплуатировать данное сооружение в условиях сложной ветровой и гидродинамической обстановки.
Высокое КПД гашения волн позволяет эксплуатировать данную конструкцию в качестве берегозащитного волногасящего сооружения.
Использованные источники
1. Патент Японии №03297402, МКИ E02B 3/14.
2. Патент Японии № 03272567, МКИ E02B 3/06.
3. Патент WO 02092917, МКИ E02B 3/06 (прототип).