КОНСТРУКЦИОННАЯ ЗАЩИТНАЯ ДАМБА
CONSTRUCTION PROTECTIVE DAM

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, связанной с созданием сборной быстро возводимой конструкционной защитной дамбы, предназначенной для защиты расположенных в низине населенных пунктов, строительных площадок, природных, сельскохозяйственных и промышленных территорий от паводков и наводнений.
При создании технических сооружений в виде дамб защищающих от наводнений, их отличительной особенностью является возможность компенсации за счет конструктивных решений значительных внешних горизонтальных нагрузок вызванных статическим и динамическим давлением прибывающей воды. При этом, известен целый ряд конструктивных решений, в которых значительные внешние горизонтальные нагрузки, могут быть скомпенсированы за счет использования грунтовых анкеров или винтовых якорей, а также канатов или тросов, используемых для крепления к грунту различных конструкций и сооружений. Так, например, известен, грунтовый анкер, по Патенту РФ 2366779 С1, который, в том числе, используется для крепления к грунту различных конструкций и сооружений. Данный анкер включает анкерную плиту, гибкую тягу (например, канат или трос) и узел ее крепления к указанной плите, выполненный в виде пройденных в анкерной плите сквозных отверстий, через которые пропущен замковый конец гибкой тяги, снабженный трубкой, размещенной во входном отверстии анкерной плиты. При этом замковый конец гибкой тяги пропущен через данную трубку, причем трубка выступает над поверхностью анкерной плиты со стороны входа троса. Качественное закрепление анкера в грунте происходит следующим образом. Анкерную плиту, гибкую тягу и узел ее крепления продольно погружают в грунт, посредством осевого силового воздействия на штангу, затем извлекают штангу, и далее к гибкой тяге прикладывают выдергивающую силу. При этом благодаря тому, что ось действия выдергивающей силы смещена относительно продольной оси анкерной плиты и ее центра тяжести, происходит прогрессирующий, с увеличением выдергивающей силы, поворот анкерной плиты относительно ее исходного положения вплоть до 90°, чем обеспечивается надежное закрепление анкера в грунте. Также известен винтовой якорь, по Патенту РФ 2470116 С2, который содержит ствол с конусным наконечником, оснащенный конической винтовой лопастью с углом подъема меньше угла трения поверхности лопасти о грунт с несущим витком постоянного диаметра, где в целях повышения несущей способности к стволу якоря на расстоянии не менее 3,5 диаметров несущего витка конической лопасти закреплен дополнительный виток лопасти таких же шага и направления, что и витки конической лопасти. Для завинчивания якоря приводную штангу через присоединительный элемент соединяют со стволом якоря и устанавливают конусный наконечник в нужную точку под нужным углом к вертикали. Штангу приводят во вращение, в результате чего якорь завинчивается в грунт на расчетную глубину. После этого штангу отсоединяют, а к стволу через присоединительный элемент закрепляют оттяжку, например, канат или трос. Усилие натяжения оттяжки стремится выдернуть якорь из грунта, в результате чего перед несущими витками лопастей образуется уплотненная зона с жестким ядром в виде конуса с углом при вершине, близким к 90°.
При закреплении в грунте сборных дамб существенное влияние на качество их сборки может оказать наличие соединяющих и фиксирующих креплений тросов и канатов, позволяющих надежно закрепить и придать требуемую степень натяжения данным гибким элементам конструкции. Так известно, в рамках патента РФ 2469902 С2, запорное устройство для временного запирания и крепления цепи, каната или троса, имеющее главное вилкообразное тело с двумя зубьями, от которых в направлении друг к другу отходят зажимы, имеющие, по существу, вертикальные края, обращенные друг к другу и определяющие расположенный между ними, по существу, вертикальный зазор, при этом зажимы выполнены с возможностью изменения расстояния между ними в соответствии с диаметром звена цепи, каната или троса так, что звено цепи, канат или трос размещаются в зазоре без зажатия зажимами, но следующее звено цепи или хомут на канате или тросе упирается в зажимы для запирания или закрепления цепи, каната или троса, при этом зажимы установлены, с возможностью прямолинейного перемещения для регулировки зазора между зажимами в соответствии с диаметром каната, троса или звена цепи. Известен замок для соединения гибких элементов, по авторскому свидетельству SU (СССР) 1449747 А1, который содержит гибкие тяги и корпус с фиксирующим устройством, закрепленным на гибких тягах. При этом, фиксирующее устройство выполнено в виде опорных втулок жестко закрепленных на тягах и соединенных между собой связью в виде двух профилированных пластин, где гибкий элемент также снабжен втулками, соответствующие концы каждой из которых в замкнутом положении замка перекрывают торцы опорных втулок тяг, и где с целью исключения возможности самопроизвольного размыкания замка, фиксирующее устройство снабжено запорной пластиной соединенной подвижно с одной из тяг и взаимодействующей с выступами пластины связи, а также ограничительными шайбами, размещенными на тягах с возможностью поворота и фиксации запорной пластины. Известно устройство для соединения канатов, по Патенту РФ 2327911 С1, содержащее корпус, стяжные болты, где корпус устройства выполнен в виде полого цилиндра, на свободных концах которого установлены две стяжные шайбы, в теле которых выполнены центральные отверстия, а также отверстия для стяжных болтов. При этом канаты размещены как внутри корпуса, так и в центральных отверстиях стяжных шайб, таким образом, что в устройстве для соединения канатов посредством использования стяжных болтов, происходит прижим канатов, между шайбами и их фиксация за счет сил трения. Также известно устройство для соединения канатов, Патент РФ 2509239 С1, содержащее корпус, выполненный в виде параллелепипеда, в теле которого параллельно относительно центральной оси имеются сквозные отверстия с пропущенными через них канатами и расположенное перпендикулярно этим отверстиям сквозное отверстие с размещенным в нем стопором, где в теле корпуса высверлены два сквозных отверстия с пропущенными через них канатами, при этом непосредственно между ними выполнено сквозное отверстие с размещенным в нем стопором в виде прямоугольной пластины, на свободных концах которой жестко закреплен упор П-образной формы, при этом упор помещен в наклонный паз на краю корпуса и зафиксирован посредством болтового соединения. Оба каната, в устройстве для соединения канатов, стопорятся внутри корпуса в том случае, когда поворачивают упор П-образной формы и помещают его в паз, фиксируя с помощью болтового соединения.
Также, согласно справочнику «Грунтовые анкера» (Earth anchors), опубликованном в Оксфорде, в 1990 году, известно, что при закреплении под углом к горизонту грунтового анкера площадью в несколько квадратных метров на глубине более 3 метров, данный анкер с учетом механических свойств грунта способен эффективно выдерживать значительные нагрузки передаваемые от тросов, измеряемые в сотнях тысяч или миллионах Ньютон.
При рассмотрении уровня техники базовых строительных элементов сборных дамб можно отметить следующее. Известно, по авторскому свидетельству SU (СССР) 146009 А1, защитное покрытие применяемое для защиты от размыва водным потоком и воздействия волн берегов рек и водохранилищ, откосов каналов и дамб в котором защитное покрытие состоит из фасонных элементов соединенных в гибкий ковер при помощи гибких связей и стыковочных элементов. В качестве недостатка данного покрытия можно отметить его большой вес и малую прочность. Также известно по авторскому свидетельству SU (СССР) 1470851 А1, берегозащитное устройство, включающее опоры в виде свай оболочек, установленных последовательно в ряд на расстоянии одна от другой неподвижно в грунте, свободное пространство между которыми перекрыто плитами связанными со сваями оболочками. При этом с целью снижения материалоемкости устройства и трудоемкости его возведения, сваи оболочки снабжены установленными на них подвесками с горизонтальными полками, а плиты выполнены в форме уголкового профиля и уложены на горизонтальные полки подвесок. В качестве недостатка данного берегозащитного устройства можно отметить его большой вес при транспортировке и монтаже, и то, что оно предусматривает лишь удержание наносов в подводном состоянии и не предназначено для компенсации значительных внешних статических и динамических нагрузок возникающих при наводнениях. Также известен в качестве элемента конструкции частично компенсирующего внешние нагрузки гидротехнический блок, авторское свидетельство SU (СССР) 1708990 А1, который имеет выступы и углубления в виде усеченных конусов с основанием в виде окружности, квадрата, восьмиугольника или многоугольника. При этом, гидротехнический блок имеет сквозные отверстия расположенные по центру выступов и углублений для закрепления с помощью свай, а выступы и углубления имеют одинаковые размеры и расположены на одной оси с противоположных сторон и при кладке позволяют поворот блока на 90° и полное опирание боковых поверхностей блоков друг на друга.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является экран для защиты водной среды от загрязнения грунтом при водных земляных работах, по Патенту РФ 2014380 С1, включающий армированную сетку с ячейками из полимерного материала, снабженную поплавками в верхней части, балластными грузами и якорями в нижней части, и средства крепления поплавков, балластных грузов и якорей к сетке. Экран для защиты водной среды от загрязнения грунтом выполнен сборно-разборным в виде отдельных секций с элементами крепления секций. При этом необходимо отметить, что данный экран для защиты водной среды от загрязнения грунтом при водных земляных работах устанавливается под водой и не может быть использован как сборная защитная дамба.
Задачей данного изобретения является создание конструкционных элементов в рамках единой быстровозводимой гидротехнической системы, конструкционной защитной дамбы закрепленной на плотном нескальном грунте для защиты территории находящейся за дамбой от паводков и наводнений. При этом конструкционная защитная дамба должна соответствовать следующим техническим требованиям. Сохранять устойчивость и надежность, обеспечивать качественную гидроизоляцию при контакте с водной средой и значительном внешнем давлении как статическом, обусловленным уровнем воды перед дамбой, так и динамическом, обусловленным объемом и скоростью течения прибывающей к дамбе воды. Конструкционная защитная дамба должна содержать компактные конструкционные элементы и элементы гидроизоляции обладающие малым весом, и габаритными характеристиками обеспечивающими эффективное проведение погрузочных, разгрузочных работ и транспортировку данных конструкционных элементов. Также для конструкционной защитной дамбы должна быть предусмотрена возможность быстрой и качественной сборки на выбранном участке местности.
Данная задача решается следующим образом, закрепляется в грунте и устанавливается конструкционная защитная дамба высотой от 1 до 5 метров, которая содержит, погруженные в грунт вертикальные сваи, соединенные с вертикальными стойками, закрепленные в грунте на глубине более трех метров под углом к горизонту грунтовые анкера, соединенные с помощью наклонно расположенных тросов с каркасом конструкционной защитной дамбы, свайные ростверки прямоугольной формы со скругленными краями, и закрепленный в грунте и на каркасе сборной защитной дамбы, соединенный с помощью наклонно расположенных тросов и крепежных соединений армирующий, гибкий гидроизоляционный материал, состоящий из высокопрочной тканевой каркасной основы, с внешним гидроизоляционным слоем и внутренними гидроизолирующими прокладками в местах стыковки с каркасом конструкционной защитной дамбы и грунтом. В данном случае, вертикальные сваи и малые свайные ростверки специальным образом соединенные с вертикальными стойками, компенсируют возникающие в процессе функционирования конструкционной защитной дамбы весовые и внешние вертикальные нагрузки, а грунтовые анкера или винтовые якоря, закрепленные в грунте с помощью тросов компенсируют, возникающие при функционировании конструкционной защитной дамбы горизонтальные обратные ветровые, и вызванные прибывающим потоком жидкости горизонтальные фронтальные и боковые нагрузки.
При этом, конструкционная защитная дамба отличается наличием следующих элементов. В центральной части каждого малого свайного ростверка имеется горизонтальное технологическое отверстие, через которое, с образованием в горизонтальной плоскости зазора в несколько сантиметров, проходит вертикальная свая. При этом, в верхней части каждой вертикальной сваи находится горизонтальное петельное соединение с нижней частью вертикальной стойки, которое включает в себя закрепленные на вертикальных сваях, проушины, полуцилиндрической формы, со сквозными горизонтальными отверстиями, и закрепленные на вертикальных стойках, проушины, полуцилиндрической формы, со сквозными горизонтальными отверстиями и горизонтальные цилиндрические втулки, с армирующей шляпкой ограничителем, с одной стороны и замковым или резьбовым ограничителем, с другой стороны установленные внутри данных отверстий. При этом закрепление армирующих и гибких гидроизоляционных материалов на каркасе конструкционной защитной дамбы осуществляется следующим образом. Вертикальные стойки содержат профилированную вертикальную поверхность со сквозными отверстиями, на которой с образованием гидроизоляции может быть закреплена верхняя часть армирующего и гибкого гидроизоляционного материала со сквозными боковыми отверстиями с вшитыми кольцевыми вставками, где наружное обжатие данного материала происходит с помощью вертикальных крепежных пластин и резьбовых элементов в виде болтов и гаек. Также вертикальные стойки на расстоянии от нескольких сантиметров до нескольких дециметров от нижнего края содержат сквозные отверстия для установки и закрепления, на своей внешней фронтальной поверхности, с помощью резьбовых элементов горизонтальной пластины, с изогнутым нижним краем и горизонтального упора. Горизонтальный упор при установке плотно прилегает и упирается без закрепления к боковой поверхности горизонтального технологического отверстия малого свайного ростверка, передавая последнему часть вертикальной нагрузки на вертикальную стойку. Горизонтальная пластина, с изогнутым нижним краем закрепляет нижние части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала, с левой и правой стороны прилегающие к нижней фронтальной части вертикальной стойки, и, проложенные между данными частями гибкого гидроизоляционного материала, специальные гибкие армирующие покрытия, которые обеспечивают необходимую прочность, гибкость и герметичность в месте стыковки армирующих и гибких гидроизоляционных материалов в нижней части сборной защитной дамбы. При сборке защитные покрытия и гибкий гидроизоляционный материал стыкуются и закрепляются на резьбовых соединениях приваренных к малым свайным ростверкам с помощью крепежных гаек с образованием прочного и надежного гидроизоляционного соединения. При этом, предложенная конструкция защитной дамбы включает легко транспортируемые, высокопрочные, наклонно расположенные тросы соединяющие элементы каркаса с погруженными в грунт элементами, плоскими анкерами или винтовыми якорями. При этом, необходимо учитывать, что тросы, обладая такими достоинствами как малый вес, компактность и удобство при перевозке и сборке, при приложении значительных внешних нагрузок имеют один недостаток, они упруго растягиваются, и передают требуемую нагрузку на погруженные в грунт анкера или винтовые якоря лишь при достижении определенной типовой длинны связанной с их растяжением. В этой связи, конструкция защитной дамбы позволяет компенсировать дополнительное растяжение тросов, и равномерно распределить внешнюю нагрузку вдоль вертикальных стоек, за счет небольшого плавного горизонтального смещения малых свайных ростверков в направлении внешней нагрузки, и поворота внутри проушин, полуцилиндрической формы на несколько градусов, также в направлении внешней нагрузки вертикальных стоек, соединенных горизонтальным петельным соединением с вертикальными сваями. При плавном горизонтальном смещении малых свайных ростверков, лежащие на данных свайных ростверках армирующие и гибкие гидроизоляционные материалы с устанавливаемое поверх них гибкими армирующими покрытиями меняют свой вогнутый в боковом сечении профиль на более плавный и вытянутый, сохраняя при этом герметичность и надежность гидроизоляционного покрытия в нижней части конструкционной защитной дамбы.
Изобретение иллюстрируется чертежами:
Фиг. 1 - конструкционная защитная дамба, закрепленная в грунте, в вертикальном профильном разрезе секущей плоскостью вдоль центральной оси вертикальных стоек.
Фиг. 2 - центральная часть конструкционной защитной дамбы, закрепленной в грунте, в вертикальном профильном разрезе секущей плоскостью вдоль центральной оси вертикальных стоек с увеличенная относительно Фиг. 1 в четыре раза.
Фиг. 3 - вид сверху, на ровном участке местности, части конструкции дамбы, закрепленной в грунте, в том же масштабе, что и Фиг. 1.
Фиг. 4 - вид спереди армирующего и гибкого гидроизоляционного материала в развернутом виде, увеличенный относительно Фиг. 1 и Фиг. 3 в четыре раза.
Фиг. 5 - вид спереди вертикальной стойки, увеличенный относительно Фиг. 1 и Фиг. 3 в четыре раза.
Фиг. 6 - вид спереди участка конструкционной защитной дамбы, расположенной над грунтом, увеличенный относительно Фиг. 1 и Фиг. 3 в шесть раз.
Фиг. 7 - вид сзади участка конструкционной защитной дамбы, расположенной над грунтом, увеличенный относительно Фиг. 1 и Фиг. 3 в шесть раз.
Фиг. 8 - схема сборки вертикальных крепежных пластин.
Фиг. 9 - схема сборки верхнего армирующего покрытия (для удобства восприятия компоненты армирующего покрытия расположены горизонтально, а не вертикально как это представлено на Фиг. 5).
Фиг. 10 - схема сборки нижнего армирующего покрытия (для удобства восприятия компоненты армирующего покрытия расположены горизонтально, а не вертикально как это представлено на Фиг. 6).
Для целого ряда регионов Российской Федерации одним из значимых природных процессов является периодическое обводнение и затопление территорий, на которых проживают люди и ведется хозяйственная деятельность. Так, серьезную опасность весной, при таянии снегов, представляют паводковые наводнения, которые могут приводить к гибели людей, разрушению жилых домов, хозяйственных объектов и существующей инфраструктуры. Частые паводковые обводнения, низинных продуктивных в сельскохозяйственном отношении территорий приводят, в том числе, к гибели урожая и уничтожению сельскохозяйственной инфраструктуры. В горных районах резкое увеличение таяния снегов и объема выпадающих осадков, также может приводить к разрушению жилых и хозяйственных построек и смыву верхнего плодородного слоя почвы. Востребованным с практической и финансовой точки зрения при проведении строительных работ в горных районах, является создание динамически стойких защитных экранов, предотвращающих размывание и разрушение строительных конструкций при паводковых наводнениях, или при сходе селевых потоков.
С учетом вышеперечисленного, оправдано использование недорогой, легко транспортируемой и быстро собираемой временной гидротехнической системы, способной обеспечить надежную защиту от наводнений для населенных пунктов, сельскохозяйственных полей и отдельных участков местности.
Конструктивно, защитная дамба содержит закрепленный в грунте каркас, армирующие и гибкие гидроизоляционные материалы, зафиксированные на каркасе с помощью системы креплений.
2
Важно отметить, что одним из основных элементов конструкционной защитной дамбы являются износостойкие и компактные при транспортировке гидроизоляционные материалы, обладающие малым весом, высокой гибкостью и износоустойчивостью, качественным гидроизоляционным покрытием несущих элементов, способностью в зависимости от требуемой высоты дамбы, в диапазоне от 1 до 5 метров, в течении длительного времени выдерживать внешнее давление воды в диапазоне от 0,1 до 0,5 МПа/м, и возможностью, не разрушаясь противодействовать внешним периодическим воздействиям, в том числе нагрузкам связанным с намывными течениями, резкими изменениями температуры, солнечной радиации и влажности. В целом, предъявленным требованиям отвечают современные композитные ткани, содержащие сверхпрочную каркасную основу и внешний гидроизоляционный слой из резины или высокопрочного гибкого пластика. При этом, несущей основой для гибкого гидроизоляционного материала могут являться ткани необходимой толщины и прочности на основе арамидных волокон, такие как, Тварон (Twaron), Кевлар (Kevlar) Технора (Technora), высокопрочные полиамидные ткани, такие как, Дайниме (Dyneema), карбоновые композитные ткани, например, углеродный ламинат, North Sails, и в меньшей степени высокопрочные полиэтилены, например, Спектра. При небольшой высоте защитных сооружений в качестве несущей основы также могут быть использованы современные гибкие высокопрочные материалы используемые, в том числе, для изготовления парусов на яхтах.
Также, конструкционная защитная дамба содержит следующие элементы каркаса, представленные на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, и Фиг. 5. Закрепленные в грунте на глубине более трех метров под углом к горизонту анкера или винтовые якоря, далее обозначенные как грунтовые анкера 1, соединенные с помощью наклонно расположенных тросов с конструкционными элементами дамбы расположенными выше уровня грунта, в том числе с помощью тросов 2, с креплениями 3, на вертикальных стойках 4, с креплениями 5, расположенными на малом свайном ростверке 6, и с креплениями 7, в нижней части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, а также с помощью тросов, компенсирующих боковые и обратные ветровые нагрузки 9, с креплениями 10, на обратной стороне малого свайного ростверка 6, и с креплениями 11, на тыльной стороне вертикальных стоек 4. В сборной защитной дамбе также установлены горизонтально плоские малые свайные ростверки 6, прямоугольной формы со скругленными не острыми краями, содержащие, представленные на Фиг. 6, вертикальные цилиндрические резьбовые соединения 12, по центру и обоим краям в передней части ростверка, и обозначенное на Фиг. 2 и Фиг. 3, горизонтальное технологическое отверстие 13, в центральной части каждого малого свайного ростверка, указанные на Фиг. 2, погруженные в грунт вертикальные сваи 14, прикрепленные, как это представлено на Фиг. 7, с помощью прочного петельного соединения 15, к вертикальной стойке 4. При этом вертикальные сваи 14, проходят через сквозные горизонтальные технологические отверстия 13, в центральной части малых свайных ростверков, с образованием в горизонтальной плоскости зазора в несколько сантиметров между габаритным размером горизонтального технологического отверстия 13, и вертикальной сваи 14. Петельное соединение 15, согласно Фиг. 2 и Фиг. 7, включает в себя закрепленные с двух сторон на вертикальной свае 14, проушины 16, полуцилиндрической формы, с горизонтальными отверстиями 17, закрепленную на вертикальной стойке 4, проушину 18, полуцилиндрической формы, с горизонтальным отверстием 19, проходящую через отверстия 17, и 19, горизонтальную цилиндрическую втулку 20, с армирующей шляпкой ограничителем 21, с одной стороны и замковым или резьбовым ограничителем 22, с другой стороны.
При этом, вертикальные стойки 4, также содержат, представленные на Фиг. 5, отверстия 23, и профилированную вертикальную поверхность 24, для установки вертикальных крепежных пластин, сквозные отверстия 25, для установки, указанной на Фиг. 2 и Фиг. 6, горизонтальной пластины, с изогнутым нижним краем 26, и отверстия 27, в нижней части вертикальных стоек, для установки, представленного на Фиг. 2 и Фиг. 7, горизонтального упора 28, а также, крепления 3, на фронтальной, и крепления 11, на обратной стороне, приваренные в виде металлических полуколец вертикально сверху вниз вдоль центральной оси вертикальных стоек 4. Закрепленные на вертикальных стойках 4, горизонтальные упоры 28, профиль которых с тыльной стороны по форме совпадает с горизонтальным профилем фронтальной части вертикальных стоек 4, представляют из себя плоские полукруглые элементы из прочного листового металла со скругленными боковыми гранями, расширяющийся по бокам и упирающиеся без закрепления в армированную центральную часть малых свайных ростверков 6, расположенную по обеим сторонам горизонтального технологического отверстия 13. При этом к упорам 28 с тыльной стороны, приварены обозначенные на Фиг. 7, цилиндрические резьбовые соединения 29, которые могут быть состыкованы с тремя из имеющихся девяти, или более отверстий 27, расположенных в виде горизонтальных рядов в нижней части вертикальных стоек 4, таким образом чтобы упор 28, плотно прилегал, без закрепления, к малому свайному ростверку 6, передавал ему часть вертикальной нагрузки, и мог быть прочно закреплен, за счет цилиндрических резьбовых соединений 29, прижатых и закрепленных с тыльной стороны на вертикальной стойке 4, с помощью шайб 30, и гаек 31. Для соединения тросов или канатов и придания тросам, на которых закреплена конструкционная защитная дамба, необходимого натяжения также может быть применена, обозначенная на Фиг. 2 и Фиг. 3, система регулировки натяжения на тросах 32, например, аналогичная системам указанных в патентах, РФ 2469902 С2, SU (СССР) 1449747 А1, РФ 2327911 С1, РФ 2509239 С1, в которых представлены запорные, замковые и соединительные устройства.
Вышеперечисленные элементы образуют каркас сборной защитной дамбы на который закрепляются представленные на Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 6, и Фиг. 7, соединенные между собой верхняя часть армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33, и нижняя часть армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, включающие высокопрочную гибкую тканевую каркасную основу в виде одного или нескольких прошитых между собой слоев тканей, внутренние гидроизолирующие прокладки в местах стыковки с другими конструкционными элементами, и внешний гидроизоляционный слой, например, покрытие из технической резины или высокопрочного гибкого пластика. При этом, для закрепления на вертикальных стойках 4, и малых свайных ростверках 6, армирующих и гибких гидроизоляционных материалов предусмотрена система креплений включающая следующие элементы. Указанные на Фиг. 4, отверстия с вшитыми кольцевыми вставками 34, расположенные на расстоянии нескольких сантиметров от края боковой поверхности, вдоль по вертикали с обеих сторон армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33. Обернутые в несколько слоев высокопрочной ткани по обоим краям боковой поверхности армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33, и обшитые несколькими рядами арамидных нитей, вшитые армирующие канаты 35, и прикрепленные к канатам 35, в виде скрепляемых канатов или тросов, гибкие проушины, крепления 36. Представленный на Фиг. 6, механизм закрепления верхних частей армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33, с левой и правой стороны на вертикальных стойках 4, где гибкие проушины, крепления 36, могут быть состыкованы с нужной степенью натяжения и соединены между собой с помощью замкового механизма 37, или дополнительных креплений установленных на вертикальных стойках 4. При этом система креплений содержит обозначенные на Фиг. 4, и расположенные в нижней части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, в виде горизонтальных и вертикальных рядов, отверстия с вшитыми кольцевыми вставками 38, и обернутые в несколько слоев высокопрочной ткани по нижнему краю, и обшитые в горизонтальном направлении несколькими рядами арамидных нитей, вшитые армирующие тросы с выступами в виде гибких проушин, креплений 7.
В вертикальном положении армирующий и гибкий гидроизоляционный материал, удерживают на вертикальных стойках 4, представленные на Фиг. 6 и Фиг. 8, вертикальные крепежные пластины 39, которые с внешней стороны прижимают верхнюю часть армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33, к поверхности вертикальных стоек 4, с боковой стороны упираются во вшитые армирующие канаты 35, и закрепляются с помощью резьбовых соединений включающих гайки установленные с обратной стороны вертикальных стоек 4, и болты закрепленные на крепежных пластинах 39, и проходящие сквозь отверстия с вшитыми кольцевыми вставками 34, и отверстия 23, в вертикальных стойках 4. При этом вертикальные крепежные пластины 39, состоят из пластин со сквозными резьбовыми отверстиями 40, расположенными вдоль центральной части данных пластин, и закрепляются с помощью крепежных болтов 41, установленных в пластины 40, а также промежуточных плоских гидроизоляционных прокладок 42, проложенных между пластинами 40, и верхней частью армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33, и с внутренней стороны вертикальных стоек 4, закрепляются с помощью представленных на Фиг. 7, крепежных гаек 43, и промежуточных плоских металлических шайб 44, проложенных между внутренней частью вертикальных стоек 4, и крепежными гайками 43.
Также, система креплений включает горизонтальные армирующие пластины с изогнутым нижним краем 26, которые накладываются, и с помощью указанных на Фиг. 6, резьбовых соединительных элементов 45, прижимают армирующие покрытия и нижние части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, к нижней фронтальной части вертикальных стоек 4.
При этом, резьбовые соединительные элементы цилиндрической формы 45 с тыльной стороны горизонтальной пластины с изогнутым нижним краем 26, могут быть совмещены со сквозными отверстиями 25, и с верхними отверстиями со вшитыми кольцевыми вставками 38, а внутренняя, тыльная часть пластины 26, по профилю выполнена так, чтобы она без зазоров стыковалась с вертикальной стойкой 4. Повышенную прочность и изоляцию в нижней части сборной защитной дамбы также обеспечивают и представленные на Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 9, и Фиг. 10, гибкие армирующие покрытия 46, и 47, которые прокладываются с фронтальной и тыльной стороны между нижними частями армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, и с помощью резьбовых соединений закрепляются на вертикальных стойках 4 и малых свайных ростверках 6. Внутри данных покрытий, в том числе, расположены указанные на Фиг. 9 и Фиг. 10, отверстия со вшитыми кольцевыми вставками 48, которые при наложении совпадают с расположением отверстий со вшитыми кольцевыми вставками 38. Резьбовые соединительные элементы цилиндрической формы 45, в данном случае прочно присоединяют горизонтальную пластину с изогнутым нижним краем 26, гибкое армирующее покрытие 46, нижние части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 8, и гибкое армирующее покрытие 47, к вертикальной стойке 4, и закрепляются с внутренней стороны вертикальных стоек 4, с помощью крепежных гаек 49, и промежуточных плоских металлических шайб 50, проложенных между внутренней частью вертикальных стоек 4, и крепежными гайками 49. Где при этом, каждое гибкое армирующее покрытие 46, согласно Фиг. 9, представляет из себя металлическую сетку 51, соединенную с кольцевыми вставками 48, обшитую с обеих сторон высокопрочной гибкой тканью 52, с закрепленной на внешней стороне гидроизоляционной прокладкой 53.
При этом, каждое гибкое армирующее покрытие 47, согласно Фиг. 10, представляет из себя металлическую сетку 54, в верхней и нижней части которой, узловые соединения сетки огибают кольцевые вставки 48, и в центральной части которой, к узлам сетки под углом 90° приварены цилиндрические резьбовые соединения 55. При этом, металлическая сетка 54, обшита сверху ниже уровня цилиндрического резьбового соединения 55, и снизу высокопрочной гибкой тканью 56, с закреплением на внутренней стороне гибкого армирующего покрытия 47, гидроизоляционного слоя 57.
При этом, крепежные гайки 58, и промежуточные плоские металлические шайбы 59, которые закрепляют сверху на вертикальных цилиндрических резьбовых соединениях 12, малых свайных ростверков 6, гибкие армирующие покрытия и нижние части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов, обеспечивают следующую последовательность гидроизоляции соединений. На резьбовые соединения 12, в центральной части каждого свайного ростверка 6, укладывается гибкое армирующее покрытие 47. На резьбовые соединения 12, и цилиндрические резьбовые соединения 55, по центру и обоим краям малых свайных ростверков 6, проводятся через отверстия со вшитыми кольцевыми вставками 38, и устанавливаются, нижние части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 8, которые далее закрепляется сверху по краям, как это обозначено на Фиг. 6, с помощью крепежных гаек 58, и промежуточных плоских металлических шайб 59. Затем, на резьбовые соединения 12, и на цилиндрические резьбовые соединения 55, через кольцевые вставки 48, устанавливается гибкое армирующее покрытие 46, и закрепляется сверху с помощью крепежных гаек 58, и промежуточных плоских металлических шайб 59, проложенных между гибким армирующим покрытием 46, и крепежными гайками 58. При этом, нижние части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, должны иметь профилированные пазы повторяющие форму гибкого армирующего покрытия 47, и боковых граней малых свайных ростверков 6, с в целях обеспечения качественной гидроизоляции данных элементов в местах их стыковки и закрепления.
Представленная компоновка конструкционной защитной дамбы обеспечивает, равномерное обжатие и закрепление армирующих гибких гидроизоляционных материалов 8, 33, 46, 47 на каркасе дамбы, гидроизоляцию и устойчивость дамбы, и возможность быстрой сборки дамбы, на выбранном участке местности. При этом, процесс сборки может быть реализован, например, следующим образом. Для установки малого свайного ростверка 6, с опорой на всю площадь и горизонтально, или под углом, в направлении фронта подхода воды, бульдозером может быть проведена горизонтальная или пологая планировка участка грунта на котором будут располагаться малые свайные ростверки 6, защитной дамбы. Затем, механизированной техникой осуществляется установка в грунт на требуемую глубину вертикальных свай 14, грунтовых анкеров 1, с закрепленными на них тросами 2, и 9. На сваи 14, по центру сверху устанавливается малый свайный ростверк 4, повернутый в направлении фронта подхода воды, параллельно линии установки дамбы, который затем закрепляется в грунте тросами 2, и 9, с помощью креплений 5, и 10. Для гидроизоляции защитной дамбы в местах соприкосновения с грунтом боковые грани малого свайного ростверка 6, и нижняя центральная прорезиненная часть армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, могут быть скруглены и состыкованы без зазоров с обеспечением требуемого направленного к грунту натяжения с помощью тросов 2, закрепленных как это обозначено на Фиг. 3, на креплениях 7, расположенных снизу и в центре, возле прорезиненной части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8. Аналогично могут, быть состыкованы без зазоров и закреплены на свайном ростверке, нижнее армирующее покрытие 47, и прилегающие к нему с обеих сторон прорезиненные части гибкого гидроизоляционного материала 8. При этом эффективная гидроизоляция защитной дамбы с грунтом, в том числе, обеспечивается за счет постепенного натяжения тросов 2, состыкованных с креплениями 7, и вертикального давления прибывающей воды на нижнюю часть армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, что например, схоже с эффектом гидроизоляции, возникающем внутри узлов стыковки пожарных рукавов при повышении давления воды.
В процессе сборки, вертикальные стойки 4 кладутся на землю в направлении обратном фронтальному положению дамбы с соединением проушин 18, с проушинами 16, и замыкаются горизонтальными цилиндрическими втулками 20, установленными в сквозные отверстия 17 и 19, с образованием петельного соединения 15.
Затем, на грунте в местах стыковки с элементами каркаса выкладываются верхние части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33, нижние части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, и гибкие армирующие покрытия 46, и 47. Прямо на грунте, в ручную, в представленной ранее последовательности соединяются межу собой нижние части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, гибкие армирующие покрытия 46, и 47, вертикальная стойка 4, малый свайный ростверк 6, горизонтальная пластина, с изогнутым нижним краем 26, и горизонтальный упор 28. Гибкие проушины, крепления 7, в нижней части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, соединяются без натяжения с тросами 2. Затем на места стыковки верхних частей армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 33, и вертикальной стойки 4, накладываются вертикальные крепежные пластины 40, с установленными на них гидроизоляционными прокладками 42, и крепежными болтами 41. Тросы 2, соединяются без натяжения с вертикальными стойками 4. Затем, в ручную, например с помощью упоров или домкратов, или с помощью автомобильной или самоходной техники, тянущей за тросы 2, соединенные с креплениями 3, вертикальные стойки 4, постепенно приподнимаются до угла 90° к поверхности, При подъеме вертикальных стоек 4, на их обратной стороне последовательно закрепляются промежуточные металлические шайбы 44, крепежные гайки 43, и тросы, компенсирующие боковые и обратные ветровые нагрузки 9. На заключительном этапе тросы 2, и 9, могут быть натянуты до требуемой первоначальной нагрузки с помощью системы регулировки натяжения на тросах 32.
Также важно отметить, что при установке конструкционной защитной дамбы на пересеченной местности она может устанавливаться, уступами с постепенным понижением уровня расположения малых свайных ростверков 6. При этом малые свайные ростверки могут быть расположены как параллельно, так и под углом к линии горизонта, но при этом требуется дополнительное закрепление с помощью грунтовых анкеров 1, тросов 2 и тросов 9, расположенных под углами отличными от 90° по отношению к фронтальной линии расположения защитной дамбы и соединенных с креплениями 3, 5, 7, 10, и 11, для компенсации дополнительных нагрузок на каркас дамбы.
После завершения периода паводков или наводнения и понижения уровня воды до нормальных значений, ниже уровня грунта возле конструкционной защитной дамбы, может быть осуществлена быстрая разборка данной защитной дамбы, в порядке обратном процессу ее сборки.
Сборка конструкционной защитной дамбы в случае упрощения требований к ее конструкции проводится в приведенной выше последовательности, и с учетом меньшего числа используемых при сборке конструкционных элементов. Необходимо указать, что в случае упрощения требований к конструкционной защитной дамбе, в том числе по высоте, менее 3 метров, и при наличии плавных течений не оказывающих значительного давления на фронтальную поверхность дамбы, конструкция защитной дамбы также может быть упрощена следующим образом.
Первый упрощенный вариант. Конструкционная защитная дамба содержащая, покрытие в виде армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 8, и 33, вертикальные сваи 14, вертикальные стойки 4, соединенные жестким неподвижным соединением с вертикальными сваями 14, грунтовые анкера 1, соединенные с помощью наклонно расположенных тросов 2, и 9, с вертикальными стойками 4, и с гибкими креплениями 7, расположенными в нижней части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 8, крепления для тросов 3, и 11, расположенные вдоль центральной оси на фронтальной, и на обратной стороне вертикальных стоек 4, систему регулировки натяжения наклонно расположенных тросов 32, систему креплений армирующих и гибких гидроизоляционных материалов включающую, горизонтальные армирующие пластины с изогнутым нижним краем 26, гибкие армирующие покрытия с прочной гибкой тканью и закрепленной на внешней стороне гидроизоляционной прокладкой 46, и 47, отверстия с вшитыми кольцевыми вставками 38, расположенные в несколько рядов, в нижней части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов, вертикальные крепежные пластины 39, отверстия 23, вдоль боковой профилированной поверхности вертикальных стоек 4, отверстия с вшитыми кольцевыми вставками 34, расположенными в верхней части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 33, на расстоянии нескольких сантиметров от боковой поверхности, крепежные болты 41, проходящие сквозь вертикальные крепежные пластины 39, отверстия с вшитыми кольцевыми вставками 34, в верхней части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 33, и сквозные отверстия вертикальных стоек 23, соединяющие и закрепляющие с помощью промежуточных плоских металлических шайб 44, и крепежных гаек 43, верхние части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 33, на поверхности вертикальных стоек 4, резьбовые соединительные элементы 45, последовательно соединяющие и закрепляющие горизонтальные армирующие пластины с изогнутым нижним краем, гибкие армирующие покрытия 46, и 47, и нижние части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 8, на нижней фронтальной части вертикальных стоек 4, резьбовые соединения 55, проходящие сквозь отверстия с вшитыми кольцевыми вставками 38, в нижней части армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 8, и закрепляющие гибкие армирующие покрытия 46, и 47, проложенные с фронтальной и тыльной стороны между нижними частями армирующих и гибких гидроизоляционных материалов 8.
Второй упрощенный вариант, дополняет первый тем, что, вертикальные сваи содержат в верхней части проушины полуцилиндрической формы 16, с горизонтальными отверстиями 17, вертикальные стойки 4, содержат в нижней части проушины 18, полуцилиндрической формы, с горизонтальными отверстиями 19, и при этом вертикальные сваи и вертикальные стойки соединяются между собой с помощью горизонтальной цилиндрической втулки 20, с армирующей шляпкой ограничителем 21, с одной стороны и замковым ограничителем 22, с другой стороны с образованием петельного соединения 15.
При этом, при сооружении и закреплении в грунте конструкционной защитной дамбы, в типовом и упрощенном варианте, ее устойчивость и надежное функционирование при значительном внешнем давлении прибывающей водной среды, обеспечивается следующим образом.
При поступлении и повышении уровня воды перед конструкционной защитной дамбы постепенно увеличивается давление на нижнюю и верхнюю части армирующего и гибкого гидроизоляционного материала 8, и 33. Далее, воспринятое гибкими гидроизоляционными материалами 8, и 33, давление, в виде нагрузки, распределенной по высоте, передается на вертикальные стойки 4, на малые свайные ростверки 6, при их применении, затем, на тросы 2, и от них, на грунтовые анкера 1. При этом происходит постепенное натяжение тросов 2, и с учетом достаточно большой длинны данный тросов и увеличивающейся внешней нагрузки, их постепенное упругое растяжение на расстояние от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. При большой высоте сборной защитной дамбы и значительном подъеме уровня воды, например на высоту в пять метров, упругое растяжение тросов 2, может составить более десяти сантиметров.
Постепенное растяжение тросов 2, позволяет равномерно распределить внешнюю нагрузку вдоль вертикальных стоек 4, за счет конструкционной особенности защитной дамбы, небольшого плавного горизонтального смещения малых свайных ростверков 6, в направлении внешней нагрузки, и поворота на несколько градусов вертикальных стоек 4, также в направлении внешней нагрузки и вокруг горизонтальной цилиндрической втулки 20, проушин 18, закрепленных на вертикальных стойках 4. При плавном горизонтальном смещении назад малых свайных ростверков 6, лежащие на данных свайных ростверках, армирующие и гибкие гидроизоляционные материалы 8, с закрепленными на них гибкими армирующими покрытиями 46, и 47, меняют свой вогнутый, согласно Фиг. 1, и Фиг. 2, в боковом сечении, профиль на более плавный и вытянутый вверх, сохраняя при этом герметичность и надежность гидроизоляционного покрытия в нижней части сборной защитной дамбы. Горизонтальный упор 28, упираясь с двух сторон на армированную поверхность малого свайного ростверка 6, оставаясь практически неподвижным, позволяет скользить и смещаться вдоль горизонтального технологического отверстия 13, в направлении обратном фронтальному, малому свайному ростверку 6. В целом, использование в конструкции горизонтального упора 28 позволяет распределять вертикальную и весовую нагрузку на вертикальные стойки 4, между малым свайным ростверком 6, и погруженными в грунт вертикальными сваями 14. В упрощенных вариантах, при отсутствии малых свайных ростверков 6, армирующие и гибкие гидроизоляционные материалы 8, с закрепленными на них гибкими армирующими покрытиями 46, и 47, также смещаются и меняют свой вогнутый, в боковом сечении, профиль на более плавный и вытянутый вверх. Можно отметить и следующий фактор связанный с закреплением сборной защитной дамбы, повышение уровня воды перед дамбой помимо увеличения давления на ее конструкцию, также приводит к увеличению гидравлической нагрузки столба воды на грунт в глубине которого закреплены грунтовые анкера 1, что в свою очередь приводит увеличению прочности закрепления данных анкеров или винтовых якорей 1 в грунте.