ЗАПРУДА БИОПОЗИТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ
DAM OF BIOPOSITIVE DESIGN

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству и может быть использовано в качестве берегоукрепительных сооружений в размываемых руслах рек и каналов.
Наиболее близким техническим решением является запруда [1], состоящая из арматурного решетчатого каркаса, прикрепленного к бетонным анкерам, и габионов, устроенных внутри каркаса. Недостатком данного технического решения является потребность большого количества крупного камня, низкая биопозитивность конструкции.
Цель изобретения - повышение эффективности и биопозитивности конструкции.
Указанная цель достигается тем, что в запруде, включающей арматурный решетчатый каркас, прикрепленный к бетонным анкерам, и тяжелые фашины, внутри арматурного решетчатого каркаса послойно вдоль и поперек чередующими рядами уложены тяжелые фашины, причем первый слой выполнен из тяжелых фашин, уложенных плотными рядами вдоль оси запруды по всей ее ширине и нормально к направлению основного потока реки, второй слой - из рядов тяжелых фашин, уложенных по направлению потока и нормально к рядам первого слоя, точно также устроены третий и последующие слои тяжелых фашин, при этом самый верхний ряд тяжелых фашин уложен нормально к направлению потока воды. Сверху гребня запруды устроен дополнительный арматурный каркас решетчатой полукруглой формы, а вдоль прибрежных откосов выше гребня запруды параллельными рядами в один слой до уровня высоких вод и по направлению потока воды уложены легкие фашины, сверху которых обтянута габионная сетка, прикрепленная к откосам и арматурному каркасу.
На фиг.1 изображено сечение по продольной оси запруды; на фиг.2 - полуплан запруды; на фиг.3 - поперечное сечение запруды, на фиг.4 показана тяжелая фашина в аксонометрии с разрезом.
Запруда состоит из арматурного решетчатого каркаса 1, прикрепленного к анкерам 2, заполнителя из тяжелых фашин 3, устроенного внутри арматурного каркаса 1. 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. Внутри арматурного решетчатого каркаса 1 в основание тяжелые фашины 3 уложены по слоям: в первый слой 8 они уложены плотными рядами нормально к направлению потока реки; во второй слой 9 - по направлению потока и нормально к рядам первого слоя 8, а третий слой 10 уложен из рядов тяжелых фашин 3 нормально к направлению потока и перпендикулярно к рядам второго слоя. Самый верхний слой также уложен из рядов тяжелых фашин нормально к направлению потока. Сверху гребня запруды устроен дополнительный арматурный каркас 11 решетчатой полукруглой формы. Вдоль прибрежных зон выше гребня запруды на левом и правом берегу предусмотрены откосные крепления из рядов легких фашин 12, уложенных параллельными рядами и обтянутых сверху габионной сеткой.
Запруда биопозитивной конструкции строится следующим образом.
Вначале выполняют арматурный решетчатый каркас 1 по размерам запруды и прикрепляют к бетонным анкерам 2, устроенным в основании русла. Далее изготавливают тяжелые фашины 3 биопозитивной конструкции в необходимом объеме. Внутри арматурного решетчатого каркаса 1 плотными взаимно перпендикулярными рядами от основания до гребня укладывают изготовленные тяжелые фашины 3. Первый слой 8 выполняют из рядов тяжелых фашин, уложенных нормально к направлению потока; второй слой 9 - из рядов тяжелых фашин 3, уложенных по направлению потока и перпендикулярно к рядам первого слоя 8; третий слой 10 - также из рядов тяжелых фашин 3, уложенных нормально к направлению потока. В случае необходимости таким же образом укладывают четвертый и последующие слои тяжелых фашин. В любом случае самый верхний слой (на гребне) должен быть устроен из рядов тяжелых фашин, уложенных нормально к направлению потока. Затем сверху гребня запруды устраивают дополнительный арматурный каркас 11 полукруглой решетчатой формы, с прикреплением к стойкам основного арматурного каркаса 1. После чего планируют откосы прибрежных зон выше гребня запруды и устраивают откосные крепления со стороны правого и левого берегов. Для чего монтируют параллельными рядами по направлению потока воды легкие фашины 12, сверху которых обтягивают габионную сетку и прикрепляют к откосам и арматурному каркасу 1. Для изготовления тяжелых фашин 3 мешки 4 заполняются местным грунтом 1 и 2 группы. При этом средний ряд 9 и самый верхний ряд 10 запруды 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.
В русле реки количество запруд могут быть две и более. При этом их располагают каскадом. Размеры запруд и расстояние между ними определяют в зависимости от гидрологических условий рек из условия обеспечения надежности работ и устойчивости сооружений.
Запруда биопозитивной конструкции работает следующим образом.
Основные гидродинамические нагрузки паводкового потока воспринимает арматурный каркас 1 и равномерно распределяет их по всей площади фронта запруды из-за гибкости конструкции. При этом происходит частичное гашение избыточной энергии потока. Из-за водопроницаемости фашин 3 и гибкости их конструкции, а также расположение их поперек направлению потока (1-й слой 8) предотвращают возможные фильтрационные деформации (контактный размыв) грунтов основания. Происходит заиление верхнего бьефа запруды до отметки ее гребня из-за резкого падения скорости донной части потока перед сооружением, в результате предотвращается возможный размыв русла. А прибрежные откосные крепления из легких фашин 12 защищают примыкающие к запруде береговые зоны от возможного размыва при высоких паводковых уровнях воды в реке. Запруды 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. 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 запруд и прибрежных откосах, устойчивость и прочность сооружений будут повышаться. В результате сооружения еще сильнее будут укрепляться и сливаться с естественным ландшафтом прибрежных зон.
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 запруд и на береговых откосах. Со временем все крепление из тяжелых и легких фашин полностью зарастет травой и кустарниками и через несколько лет все сооружение превратится в сплошную дерновку, проросшую ветвями растений вверх и корнями вниз и вширь.
Таким образом, запруда 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.
Запруды биопозитивной конструкции наиболее эффективно могут быть использованы на равнинных участках рек и частично на предгорных участках с уклонами I<0,002. Эти конструкции наиболее полно отвечают современным требованиям природоохранного законодательства и закона о безопасности гидротехнических сооружений.
Источник информации
1. Патент на изобретение №2321701, кл. E02В 3/10, 2008. Способ возведения запруды. 2008 г. Бюл. №10./Курбанов С.О., Тутаев А.А./