УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ С БЕТОННЫМ СООРУЖЕНИЕМ
UNIT FOR JUNCTION OF EARTH DAM WITH CONCRETE STRUCTURE

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано для сопряжения грунтовой и бетонной плотин преимущественно в северной строительно-климатической зоне.
Одной из важных проблем, возникающих по окончании строительства гидроузла и наполнения водохранилища в районах с суровыми климатическими условиями, является возможность трещинообразования в теле грунтовой плотины вследствие примерзания гребневой части ее или ее водоупорного элемента(ядра, экрана) к поверхности сопрягающего бетонного устоя, в результате чего гребневая часть грунтовой плотины отрывается от оседающей нижней талой части ее; образующаяся при этом сквозная трещина является очагом сосредоточенной фильтрации, обычно сопровождающейся интенсивной суффозией материала плотины или глинистого водоупорного элемента ее, обусловливая тем самым низкую фильтрационную прочность грунтовой плотины.
Другой причиной трещинообразования в теле грунтовой плотины или в противофильтрационном элементе ее является трение материала грунтовой плотины о бетонную поверхность, к которой плотина примыкает, что неизбежно приводит к опасному разуплотнению грунтового материала в месте примыкания, сопровождающемуся возникновением в указанном месте трещин и, как следствие, опасных фильтрационных процессов.
Для уменьшения негативного влияния промораживания материала грунтовой плотины на фильтрационную прочность ее (патент России №1640275) предложено разместить в гребневой части грунтовой плотины металлические трубы, проходящие через заполненную водонепроницаемым грунтом траншею в ядре; при этом верхние, выступающие наружу концы труб присоединены к источнику электрического тока. До начала промерзания грунта плотины через нижние перфорированные концы труб в траншею подается солевой раствор, в результате чего грунтовый материал ядра плотины в зоне траншеи становится электропроводным, что и обеспечивает прогрев гребневой части плотины.
Прототипом предлагаемого технического решения выбран узел сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением, включающий сопрягающий устой (см. патент России № 2007511).
Согласно прототипу узел сопряжения содержит, по меньшей мере, одну вертикально расположенную, доведенную внизу до водоупора металлическую противофильтрационную диафрагму, один боковой торец которой водонепроницаемо соединен с бетонным устоем, а другой - удален от него и расположен в теле плотины или в ее грунтовом противофильтрационном элементе. При этом вдоль бокового торца диафрагмы, удаленного от бетонного устоя, расположена металлическая труба, которая водонепроницаемо присоединена к диафрагме и содержит полость с размещенным в ней источником вибрации. Последний обеспечивает доуплотнение грунтового материала, уложенного вокруг диафрагмы.
Однако известно, что водоупорные элементы грунтовых плотин промерзают на глубину 10-15 м. При таких условиях техническое решение, выбранное в качестве прототипа заявляемого, равно как и вышеназванный аналог, не исключает возможности промораживания области сопряжения бетонного устоя с грунтовой плотиной, а следовательно, и возможности трещинообразования в этой области: указанная область лишь локализуется (несколько уменьшается, как бы удаляясь от бетонного устоя вдоль оси сооружения). К тому же сохраняется возможность трещинообразования в области сопряжения бетонного устоя с грунтовой плотиной вследствие трения материала последней о бетонную поверхность.
Указанные недостатки обусловливают невысокую фильтрационную прочность прототипа.
Предлагаемая группа изобретений направлена на решение задачи повышения фильтрационной прочности узла сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением за счет уменьшения возможности трещинообразования в области сопряжения бетонного устоя с грунтовой плотиной.
Таким образом, оба заявленные технические решения являются объектами одного вида (оба представляют собой устройства), имеют одинаковое назначение и направлены на достижение одного и того же технического результата. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет считать указанные технические решения группой изобретений, связанных между собой настолько, что они образуют единый творческий замысел, т.е. удовлетворяют требованию единства изобретения.
Согласно первому независимому варианту предлагаемого технического решения для достижения вышеуказанного технического результата в узле сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением, включающем сопрягающий устой, область сопряжения устоя с грунтовой плотиной в пределах возможного промораживания ее снабжена элементами обогрева.
Кроме того, первый вариант изобретения характеризуется рядом факультативных признаков, описывающих частные случаи его реализации, а именно:
- в торцевой части сопрягающего устоя может быть выполнена продольная по отношению к его сопрягаемой поверхности полость, при этом элементы обогрева размещены в указанной полости;
- элементы обогрева могут быть размещены внутри сопрягающего устоя в процессе его возведения;
- элементы обогрева могут быть выполнены в виде змеевика из высокоомного электрического кабеля.
Согласно второму варианту предлагаемого технического решения для достижения вышеуказанного технического результата в узле сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением, включающем сопрягающий устой, область сопряжения устоя с грунтовой плотиной покрыта геомембраной, которая прикреплена к поверхности устоя.
Заявителю не известны какие-либо технические решения, характеризующиеся наличием совокупности существенных признаков, аналогичные любому из вышеописанных вариантов заявляемой группы изобретений, что, по мнению заявителя, позволяет считать, что каждый из вариантов изобретений, входящих в группу, удовлетворяет условию «новизна».
Благодаря реализации отличительных признаков первого варианта предлагаемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта появляются новые свойства: включенные в конструкцию устройства элементы обогрева, размещенные в области сопряжения бетонного устоя с грунтовой плотиной, создают требуемый для данных климатических условий температурный режим, препятствующий промораживанию вышеуказанной области сопряжения, что в свою очередь значительно уменьшает возможность трещинообразования в грунтовой плотине, обеспечивая тем самым высокую фильтрационную прочность узла сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением.
Эти новые свойства позволяют, по мнению заявителя, считать, что первый вариант предлагаемого технического решения удовлетворяет условию «изобретательский уровень».
Благодаря реализации отличительных признаков второго независимого варианта предлагаемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта также появляются новые свойства: покрытие области сопряжения бетонного устоя с грунтовой плотиной геомембраной (рулонным полимерным изолирующим материалом) значительно снижает силу трения материала грунтовой плотины о поверхность сопрягающего бетонного устоя. Кроме того, наличие геомембранного покрытия в зоне возможного промораживания вышеуказанной области сопряжения уменьшает криоадгезию (прочность примерзания) грунтового материала к поверхности сопрягающего устоя. Эти новые свойства обеспечивают значительное снижение возможности трещинообразования в заявляемой конструкции и, как следствие, повышение ее фильтрационной прочности.
Указанные новые свойства позволяют, по мнению заявителя, считать, что второй вариант предлагаемого технического решения также удовлетворяет условию «изобретательский уровень».
Сущность заявляемого технического решения иллюстрируется чертежом, где представлен узел сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением в обоих вариантах.
Представленное на чертеже устройство содержит бетонную плотину 1 и грунтовую плотину 2. Узел сопряжения плотин 1 и 2 содержит бетонный сопрягающий устой 3. Позицией 4 обозначен тот участок области сопряжения плотин 1 и 2 (на чертеже отдельной позицией не обозначена), в пределах которого возможно промораживание грунтовой плотины 1.
Согласно первому независимому варианту предлагаемого технического решения в торцевой части сопрягающего устоя 3 в пределах участка 4 выполнена продольная по отношению к сопрягаемой поверхности устоя 3 полость 5, в которой размещены элементы обогрева, в данном конкретном случае представляющие собой электронагреватель 6. Элементы обогрева могут быть также выполнены в виде змеевика из высокоомного электрического кабеля и размещены внутри сопрягающего устоя 3 непосредственно при его возведении (данная модификация первого независимого варианта предложенного технического решения на чертеже не отображена).
Согласно второму независимому варианту предлагаемого технического решения область сопряжения бетонного устоя 3 с грунтовой плотиной 2 в пределах участка 4 возможного промораживания покрыта геомембраной 7. Последняя прикреплена к поверхности сопрягающего устоя 3 с помощью анкеров (на чертеже не показаны) в процессе возведения устоя 3. Водоупорный элемент грунтовой плотины 2 обозначен позицией 8.
Предлагаемый узел сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением работает следующим образом.
В процессе эксплуатации предлагаемого устройства электронагреватель 6 обеспечивает на участке 4 области сопряжения бетонного устоя 3 с грунтовой плотиной 2 температурный режим, препятствующий промораживанию указанного участка (1 независимый вариант предлагаемого технического решения), а геомембрана 7 значительно снижает криоадгезию на участке 4 (2 независимый вариант предлагаемого технического решения). Кроме того, геомембрана 7 значительно уменьшает силу трения материала грунтовой плотины 2 о поверхность бетонного сопрягающего устоя 3.
В результате в процессе эксплуатации любого из предлагаемых независимых вариантов изобретения значительно снижается возможность трещинообразования в узле сопряжения грунтовой плотины с бетонным сооружением, что и обеспечивает повышение фильтрационной прочности узла.
В зависимости от таких факторов, как конкретные климатические условия в зоне строительства, тип грунта грунтовой плотины, оба независимых варианта предлагаемого технического решения могут использоваться как самостоятельно, так и в дополнение друг другу.
Все варианты предлагаемого технического решения могут быть реализованы с помощью известных технических средств, технологий и материалов, что свидетельствует о соответствии каждого из заявляемых вариантов условию «промышленная применимость».