ЗАЩИТНАЯ ГИБКАЯ СЕКЦИОННАЯ ДАМБА
PROTECTIVE FLEXIBLE SECTIONAL DAM

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для создания временных перемычек с целью отсечки воды в гидроканалах или водохранилищах при ведении строительных, монтажных и ремонтных работ, а также в качестве водооградительных дамб для защиты населенных пунктов, сельскохозяйственных и промышленных объектов от затопления и подтопления при паводках.
Известна водоналивная плотина, выполненная в виде пирамиды и составленная из рядов расположенных друг над другом гибких цилиндрических замкнутых оболочек, уменьшающихся в размерах к вершине пирамиды (Разумов Г.А. Плотины: Научно-популярная лит-ра / Рис. Р.А.Файдель. - М: Дет. лит., 1988. - С.31-32).
Недостатками являются малая устойчивость даже при небольших паводках и глубинах перекрываемых каналов из-за легкого веса плотины, так как она наполнена водой, и, кроме того, в каждом ряду пирамиды расположено по одной замкнутой оболочке, что приведет к перекатыванию оболочек друг по другу и грунту, то есть к смещению всей плотины при воздействии внешних волноветровых нагрузок; технологическая трудоемкость изготовления дамбы в виде пирамиды как цельной конструкции; сложность транспортирования, так как оболочка нижнего ряда пирамиды в плоскосложенном виде имеет большую ширину; невозможность перемещения людей и техники по плотине, потому что в верхнем ряду пирамиды расположена замкнутая гибкая оболочка малых размеров; незащищенность материала оболочек от солнечной радиации и светового воздействия.
Известно защитное гидротехническое сооружение, включающее две заполняемые водой соприкасающиеся гибкие цилиндрические замкнутые оболочки, каждая из которых снабжена двумя эластичными боковыми ребрами, расположенными вдоль образующих оболочек, соседними внутренними ребрами оболочки соединены в «восьмерку», к одному из внешних ребер «восьмерки» жестко закреплена своей нижней кромкой незамкнутая гибкая оболочка, по верхней кромке которой размещены поплавки, закрепленные гибкими связями ко второму внешнему ребру с возможностью регулирования длины связей (патент РФ №2291931, МПК Е02В 3/04, Е02В 7/02, бюл. №2, 2007 г).
Недостатками являются:
1. Малая устойчивость при воздействии волноветровых нагрузок и приливных течений из-за легкого веса наполняемых водой и расположенных в одном горизонтальном ряду соединенных в «восьмерку» гибких цилиндрических замкнутых оболочек.
2. Недостаточная надежность из-за вероятности фильтрации воды под соединенными в «восьмерку» цилиндрическими замкнутыми оболочками при сложном рельефе дна гидроканалов или водохранилищ, на котором располагают перемычку для отсечки воды во время проведения строительных, монтажных и ремонтных работ, или при некачественной подготовке береговой поверхности, на которой размещают гидротехническое сооружение.
3. Низкие эксплуатационные характеристики, связанные с потерей работоспособности сооружения в результате повреждения незамкнутой или хотя бы одной из замкнутых цилиндрических оболочек.
4. Незащищенность незамкнутой и замкнутых гибких цилиндрических оболочек от солнечной радиации и светового воздействия, что приводит к старению материалов оболочек, значительной потере прочностных характеристик сооружения, особенно при эксплуатации в южных регионах.
5. Сложность перемещения людей и техники по гидротехническому сооружению, связанная с отсутствием гребня дамбы.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик сооружения.
Технический результат по повышению надежности и улучшению эксплуатационных характеристик сооружения достигается тем, что в защитной гибкой секционной дамбе, включающей соприкасающиеся гибкие цилиндрические замкнутые оболочки, каждая из которых снабжена двумя эластичными ребрами, расположенными вдоль образующих оболочек, соседними внутренними ребрами оболочки соединены в «восьмерки», к одному из внешних ребер «восьмерки» жестко закреплена своей продольной кромкой незамкнутая гибкая оболочка, к другому внешнему ребру закреплены гибкие связи, «восьмерки» объединены в ряды, размещенные друг над другом с образованием усеченной пирамиды, в гребне которой расположены не менее двух оболочек, а в каждом последующем нижнем ряду на одну оболочку больше числа оболочек верхнего ряда, при этом все ряды «восьмерок» соединены между собой поясами усиления в виде гибких связей, закрепленных на всех внешних ребрах замкнутых оболочек, составляющих пирамиду, кроме того, незамкнутая гибкая оболочка, служащая противосолнечным экраном, изготовлена из тканевого полотнища, размещенного на выступающей над уровнем водной поверхности части пирамиды, и жестко закреплена второй продольной кромкой к внешнему ребру одного из находящихся под водой рядов «восьмерок» на противоположной от расположения закрепления первой продольной кромки боковой поверхности пирамиды, замкнутые оболочки и межоболочное пространство между ними заполнены гидропесчаной смесью.
На фиг.1 изображен фрагмент общего вида участка защитной гибкой секционной дамбы в эксплуатационном состоянии в аксонометрической проекции.
Защитная гибкая секционная дамба содержит соприкасающиеся гибкие цилиндрические замкнутые оболочки 1, каждая из которых снабжена двумя эластичными ребрами, расположенными вдоль образующих оболочек 1, соседними внутренними ребрами 2 и 3 оболочки соединены в «восьмерки», «восьмерки» объединены в ряды, размещенные друг над другом с образованием усеченной пирамиды, в гребне которой расположены не менее двух оболочек 1, а в каждом последующем нижнем ряду на одну оболочку больше числа оболочек верхнего ряда, при этом все ряды оболочек 1 соединены между собой поясами усиления в виде гибких связей 4 и закрепленных на всех внешних ребрах 5 и 6 замкнутых оболочек, составляющих пирамиду, незамкнутая гибкая оболочка 7, служащая противосолнечным экраном, изготовлена из тканевого полотнища, расположенного на выступающей над уровнем водной поверхности части пирамиды, и жестко закреплена своей первой продольной кромкой к одному из внешних ребер 6 «восьмерки», а второй продольной кромкой - к внешнему ребру 5 одного из находящихся под водой рядов «восьмерок» на противоположной от расположения закрепления первой продольной кромки боковой поверхности пирамиды, все замкнутые оболочки 1 и межоболочное пространство 8 между ними заполнены гидропесчаной смесью.
Гибкие цилиндрические замкнутые оболочки 1 с эластичными ребрами 2, 3, 5, 6 изготовлены способом горячей вулканизации, в качестве силовых элементов оболочек использованы высокопрочные синтетические материалы, пропитанные адгезионными составами и покрытые специальными резиносмесями.
Незамкнутая гибкая оболочка 7, служащая противосолнечным экраном, изготовлена из тканевого полотнища, материалами которого могут быть непропитанная и непрорезиненная ткань (в суровье) или пропитанная и прорезиненная ткани со специальными добавками против солнечной радиации и светового старения, например алюминиевой пудры. Ткани выбирают низкопрочные, так как незамкнутая гибкая оболочка не является несущей и воспринимающей внешние волноветровые нагрузки.
Замкнутые 1 и незамкнутая 7 оболочки являются плоскосворачиваемыми, что позволяет хранить их смотанными на специальные отдельные барабаны (малые занимаемые объемы) и транспортировать практически любыми видами транспорта, включая авиацию.
В боковых эластичных ребрах 2, 3, 5, 6 гибких цилиндрических замкнутых оболочек 1 и продольных кромках гибкой незамкнутой оболочки 7 выполнены с равномерным шагом крепежные отверстия (не показаны), в которых размещены люверсы, предназначенные для снижения концентрации напряжений в отверстиях и предохранения материалов оболочек и ребер от разрушения.
В качестве гибких связей 4 могут быть использованы тросы, ремни или рыболовная сеть.
Защитная гибкая секционная дамба функционирует следующим образом.
Создание временных перемычек для отсечки воды в гидроканалах проводят в следующей последовательности.
Работу начинают с траления дна гидроканала. Обнаруженные карчи, стволы деревьев и прочие предметы убирают водолазы, они же проводят и планировку дна. Одновременно на берегу канала, где предполагают проводить сборку дамбы, выравнивают поверхность, убирают колющий и режущий мусор.
На подготовленной поверхности разматывают с отдельных барабанов, располагают параллельно друг другу и перпендикулярно каналу гибкие замкнутые оболочки 1. Соседние внутренние эластичные ребра 2 и 3 оболочек 1 накладывают друг на друга и совмещают выполненные с одинаковым шагом крепежные отверстия ребер. Производят соединение соприкасающихся оболочек в «восьмерки», которое можно осуществлять различными способами, например металлическими или эластичными накладками с резьбовым соединением, зажимами и т.д. Таким образом, соединенные «восьмерки образуют» нижний ряд или основание дамбы.
Над нижним рядом размещают оболочки 1 и опять соединяют соседними ребрами 2 и 3 в «восьмерки» с образованием верхнего ряда. Верхний и нижний ряды соединяют друг с другом поясами усиления в виде гибких связей 4, которые закрепляют на внешних ребрах 5 и 6 обоих рядов.
Над вторым рядом размещают оболочки 1, образующие третий ряд «восьмерок», и соединяют его с нижним рядом гибкими связями 4 с закреплением их на внешних ребрах 5 и 6 второго и третьего рядов. Так последовательно доходят до образования самого верхнего ряда.
В последнем верхнем ряду - гребне дамбы располагают не менее двух оболочек 1, объединенных в «восьмерку», соединяя их гибкими связями 4 с нижним рядом через внешние ребра 5 и 6. Каждый последующий от гребня дамбы нижний ряд имеет на одну оболочку больше числа оболочек верхнего ряда.
После сборки дамбы получены ряды «восьмерок», расположенных друг над другом и соединенных между собой гибкими связями 4, закрепленными на всех внешних ребрах 5 и 6 замкнутых оболочек 1, составляющих ряды «восьмерок» (подобие «слоеного пирога»),
Гибкие связи 4 при соединении рядов «восьмерок» не нагружены (провисают). Их длину выбирают так, чтобы в рабочем состоянии дамбы связи были нагружены, то есть являлись гибкими нитями и работали на растяжение. Число гибких связей, расстояние между ними определяют прочностными расчетами.
Над расположенными друг над другом рядами «восьмерок», соединенных между собой гибкими связями 4, размещают незамкнутую гибкую оболочку 7, служащую противосолнечным экраном и изготовленную из тканевого полотнища, своей продольной кромкой оболочку 7 жестко закрепляют к внешнему ребру 6 нижнего ряда «восьмерок». Вторую продольную кромку оболочки 7 также жестко крепят к внешнему ребру 5 одного из рядов «восьмерок», который будет находиться под водой даже с учетом отметки отлива при эксплуатации дамбы. Предпочтительно крепление производить к внешнему ребру 5 верхнего находящегося ниже уровня воды ряда дамбы, чтобы не происходил перерасход материала тканевого полотнища. Длина полотнища должна быть равна длине защитного сооружения, а ширину выбирают так, чтобы в рабочем состоянии дамбы гибкая оболочка 7 находилась в ненапряженном состоянии, то есть не была растянута, но не имела бы складок. Большие размеры тканевого полотнища усложняют крепление, демонтирование и транспортирование незамкнутой гибкой оболочки 7. Поэтому размещение противосолнечного экрана над рядами «восьмерок» и формирование тканевого полотнища целесообразно производить из отдельных полос с нахлестом соприкасающихся частей друг на друга. На фиг.1 показана часть противосолнечного экрана 7 с выступающими из-под него рядами «восьмерок», соединенных гибкими связями 4, без наложения соседней полосы тканевого материала гибкой незамкнутой оболочки.
Один конец соединенных между собой гибких замкнутых оболочек 1 и незамкнутой оболочки 7 перетягивают на противоположный берег канала, при этом собранную конструкцию располагают так, чтобы она копировала поперечный профиль канала. Водолазы тщательно расправляют нижний ряд «восьмерок» по спланированному дну. Чтобы не происходил снос монтируемой дамбы течением канала возможно ее заякоривание с креплением за пояса усиления 4.
Через гибкие заливные патрубки (не показаны) грунтовым насосом землесосного снаряда начинают закачивание гидропесчаной смеси необходимой концентрации в замкнутые гибкие оболочки 1. Заполнение оболочек может происходить поочередно друг за другом, порядно или всех сразу до полного объема, определяемого диаметром D. После заполнения оболочек 1 продолжают закачивание гидропесчаной смеси в межоболочное пространство 8 между ними. Гибкая дамба принимает форму усеченной пирамиды, в гребне которой расположено не менее двух замкнутых оболочек 1, соединенных в «восьмерку», а продольные кромки незамкнутой оболочки 7 закреплены к внешним ребрам 5 и 6 рядов «восьмерок» на противоположных боковых поверхностях пирамиды. В рабочем положении дамба состоит из секций, образованных гибкими замкнутыми оболочками 1. В поперечном сечении сооружение представляет сотовую конструкцию, ячейками которой являются оболочки 1 и межоболочное пространство 8 между ними.
Из части канала, расположенной со стороны боковой поверхности дамбы с внешними ребрами 6, откачивают насосами объем воды, отсеченной возведенной перемычкой. Проводят насухо все необходимые ремонтные или строительные работы.
Высоту дамбы Н выбирают согласно среднему уровню поверхности воды с учетом максимальной отметки прилива и условию не перехлестывания воды через сооружение во время эксплуатации.
1
Ширину дамбы по основанию «d» и по гребню «d», а также ее длину определяют техническим заданием. Длина дамбы складывается из периметра канала, длин двух участков сооружения, расположенных на обоих берегах канала.
1
Исходя из размера «d» в гребне дамбы располагают не менее двух гибких замкнутых оболочек 1, соединенных в «восьмерку». Возможно закачивание гидропесчаной смеси в межоболочное пространство под незамкнутой оболочкой 7 между оболочками верхнего ряда и устройство над ними технологического проезда или перехода с настилом или дорожным покрытием (дорожная одежда), закрепленного к поясам усиления 4.
Число рядов «восьмерок», общее количество оболочек 1 в пирамиде, а также их диаметр D определяют из условия устойчивости дамбы при воздействии внешних волноветровых нагрузок и приливных течений, а также стоимости сооружения.
Вес дамбы с закаченной в оболочки 1 и межоболочное пространство 8 гидропесчаной смеси должен препятствовать сдвигу и опрокидыванию пирамиды под действием гидростатического давления воды и гидродинамических нагрузок. Заполнение оболочек 1 до полного объема, определяемого диаметром D, значительно увеличивает вес сооружения. Соединение оболочек 1 в «восьмерки» и рядов «восьмерок» между собой гибкими связями 4 позволяет исключить перекатывание и смещение оболочек по отношению друг к другу.
Наличие в каждом ряду «восьмерок» нескольких заполненных гидропесчаной смесью оболочек 1 исключает фильтрацию воды под основанием шириной «d» пирамиды и между соседними рядами. Повреждение одной или нескольких замкнутых оболочек 1 не приведет к потере работоспособности сооружения.
Временные перемычки для отсечки воды в водохранилищах собирают в том же порядке. Собранный на берегу «слоеный пирог» из рядов «восьмерок» замкнутых гибких оболочек 1 и незамкнутой оболочки 7 с помощью плавающего средства спускают на воду, перемычку располагают по дуге как можно ближе к берегу, но чтобы не возникло помех для ведения монтажных работ. Концы сооружения длиной 4-5 метров оставляют на берегу. После чего, закачивая гидропесчаную смесь в оболочки 1 и межоболочное пространство 8, создают секционную дамбу.
Демонтирование секционной дамбы производят в обратной последовательности с ее монтажем.
Через водовыпуски (не показаны) освобождают вымыванием межоболочное пространство 8 и оболочки 1 от закаченной гидропесчаной смеси и гибкую дамбу вытаскивают на берег.
Разъединяют противосолнечный экран 7 от внешних ребер 5 и 6, освобождают ряды «восьмерок» от гибких связей 4, а сами «восьмерки» раскрепляют по внутренним ребрам 2 и 3 на отдельные гибкие оболочки 1, каждую из частей конструкции сворачивают на барабаны в рулоны и транспортируют для установки в новом месте или на хранение.
Отличие образования водооградительных дамб для защиты от затопления и подтопления состоит в том, что в месте ожидаемого подъема воды на спланированном участке берега гибкие замкнутые оболочки 1 располагают параллельно водоему, закачивание гидропесчаной смеси в оболочки 1 и межоболочное пространство 8 осуществляют на берегу без размещения рядов «восьмерок» в воде. Там же вымыванием производят освобождение межоболочного пространства 8 и оболочек 1 от гидропесчаной смеси.
Оригинальностью конструкции защитной гибкой секционной дамбы является то, что она реализована в виде отдельных секций, представляющих комбинацию из соприкасающихся гибких цилиндрических замкнутых оболочек 1, каждая из которых снабжена двумя эластичными ребрами, расположенными вдоль образующих оболочек, соседними внутренними ребрами 2 и 3 оболочки соединены в «восьмерки», и незамкнутой гибкой оболочки 7, жестко закрепленной своей продольной кромкой к внешнему ребру 6 «восьмерки», к другому внешнему ребру 5 закреплены гибкие связи 4, «восьмерки» объединены в ряды, размещенные друг над другом с образованием усеченной пирамиды, в гребне которой расположены не менее двух оболочек 1, а в каждом последующем нижнем ряду на одну оболочку больше числа оболочек верхнего ряда, при этом все ряды «восьмерок» соединены между собой поясами усиления в виде гибких связей 4, закрепленных на всех внешних ребрах 5 и 6 замкнутых оболочек 1, составляющих пирамиду, кроме того, незамкнутая гибкая оболочка 7, служащая противосолнечным экраном, изготовлена из тканевого полотнища, размещенного на выступающей над уровнем водной поверхности части пирамиды, и жестко закреплена второй продольной кромкой к внешнему ребру 5 одного из находящихся под водой рядов «восьмерок» на противоположной от расположения закрепления первой продольной кромки к внешнему ребру 6 боковой поверхности пирамиды, все замкнутые оболочки 1 и межоболочное пространство 8 между ними заполнены гидропесчаной смесью. Это позволяет:
1. Увеличить устойчивость сооружения за счет образования усеченной пирамиды, состоящей из гибких оболочек, соединенных в ряды «восьмерок», с размещением рядов друг над другом, закреплением их между собой поясами усиления в виде гибких связей и закачивания в замкнутые оболочки, а также в межоболочное пространство между ними гидропесчаной смеси необходимой концентрации, что позволяет обеспечить вес дамбы, препятствующий ее сдвигу и опрокидыванию под действием гидростатического давления воды и гидродинамических нагрузок.
2. Повысить надежность благодаря исключению фильтрации воды под основанием пирамиды, так как в нем расположено достаточное количество соединенных в «восьмерки» гибких замкнутых оболочек для создания плотного прилегания площади основания ко дну или береговой поверхности, на которых расположена дамба, даже при их сложном рельефе или некачественной планировке.
3. Улучшить эксплуатационные характеристики путем создания защитной секционной дамбы из соединенных между собой гибких замкнутых оболочек, при этом повреждение одной или нескольких оболочек не приведет к потере работоспособности сооружения.
4. Обеспечить защищенность дамбы от солнечной радиации и светового старения размещением незамкнутой гибкой оболочки, служащей противосолнечным экраном и изготовленной из тканевого полотнища, на выступающей над уровнем водной поверхности части пирамиды, что уменьшит старение материала оболочек и сохранит его прочностные характеристики даже при эксплуатации дамбы в южных регионах.
5. Создать возможность перемещения людей по сооружению, так как в гребне дамбы расположены не менее двух соединенных в «восьмерку» гибких замкнутых оболочек.
Таким образом, предложенная конструкция дает возможность достичь технического результата по повышению надежности и улучшению эксплуатационных характеристик сооружения.