Комбинированный дренаж земляных сооружений
COMBINED DRAINAGE OF EARTHWORKS

Изобретение относится к дренажным устройствам и может быть использовано для защиты низконапорных земляных плотин и дамб обвалования от возможных фильтрационных деформаций грунтов тела и оснований сооружений.
Известно комбинированное дренажное устройство, содержащее банкетный и наслонный дренажи, выполненные из песчано-гравелистых и каменных материалов [1]. Основными недостатками данного технического решения являются потребность большого количества каменного и песчано-гравелистого материала и сложность производства работ по укладке обратных фильтров.
Наиболее близким техническим решением является «Комбинированный дренаж биопозитивной конструкции», который содержит банкетный и наслонный дренажи [2]. Наслонный и банкетный дренажи состоят из гибких и габионных тюфяков, связанных между собой и прикрепленных к анкерным устройствам, заложенным выше наслонного дренажа в низовом откосе. Гибкие и габионные тюфяки выполнены из плотных рядов легких фашин, перфорированных труб и сетчатых оболочек.
Недостатком ближайшего технического решения является сложность конструкции, а также низкая эффективность работы при наличии восходящих фильтрационных потоков в основании сооружений.
Цель изобретения - повышение эффективности работы дренажного устройства.
Указанная цель достигается тем, что в комбинированном дренаже, содержащем два вида дренажей, состоящих из гибких и габионных тюфяков, связанных между собой и выполненных из плотных рядов легких фашин, перфорированных труб и сетчатых оболочек, один из этих видов наслонный дренаж устроен из ступенчато уложенных габионных тюфяков с дренажными устройствами и гибкими армирующими грунтовой массив сетками из стеклопластиковых материалов, сами габионные тюфяки изготовлены из легких фашин и перфорированных труб, которые уложены чередующими рядами в габионную сетчатую оболочку, к которой по основанию тюфяков и по всей их длине прикреплены гибкие армирующие сетки из стеклопластиковых материалов, шириной в 3 и более раз большей ширины тюфяков, вместе с тем гибкие армирующие стеклопластиковые сетки габионнных тюфяков ступенчато врезаны в грунтовой массив низового откоса по высоте дренажа так, чтобы глубина врезов доходила дальше линии кривой депрессии фильтрационного потока, а второй вид дренажа - горизонтальный устроен в основании низового откоса с выходом на нижний бьеф по его дну и выполнен из двух слоев тюфяков, первый слой из гибких тюфяков уложен горизонтально вдоль подошвы низового откоса и дна нижнего бьефа, а второй слой из габионных тюфяков сложен сверху рядов первого слоя из гибких тюфяков нормально к ним и по линии выхода фильтрационного потока, а у подошвы наслонного дренажа на дне и сверху выходной концевой части горизонтального дренажа устроена каменная засыпка из гравийно-галечниковых грунтов.
На фиг. 1 показано поперечное сечение земляного сооружения (плотины или дамбы) по оси комбинированного дренажа; на фиг. 2 - фрагмент плана комбинированного дренажа с горизонтальным разрезом; на фиг. 3 - габионный тюфяк из легких фашин и перфорированных труб, завернутых в габионную сетку; на фиг. 4 - гибкий тюфяк из легких фашин, завернутых в геосетку; на фиг. 5 - легкая фашина.
Комбинированный дренаж состоит из наслонного дренажа 1 и горизонтального дренажа 2, выполненных из габионных тюфяков 3 и гибких тюфяков 4. Габионные тюфяки 3 выполнены из легких фашин 5, перфорированных полимерных труб 6, габионной (металлической) сетки 7 и армирующих грунтовой массив гибких сеток 8 из стеклопластиковых материалов. Горизонтальный дренаж 2 устроен из двух слоев тюфяков, первый слой - водоприемная часть 9 уложен из гибких тюфяков 4, выполненных из легких фашин 5 и геосетки 10. Сверху водоприемной части 9 выполнен второй слой дренажа 2 из габионных тюфяков 3, уложенных нормально к рядам первого слоя (водоприемной части) 9 и по направлению линии выхода фильтрационного потока. В основании наслонного дренажа 1 и сверху концевой части горизонтального дренажа 2 предусмотрена каменная засыпка 11 из гравийно-галечниковых грунтов.
Комбинированный дренаж земляных сооружений строят следующим образом.
Все элементы комбинированного дренажа изготавливаются вручную на месте укладки с частичным использованием механических приспособлений. Вначале для изготовления легких фашин 5, габионных 3 и гибких 4 тюфяков заранее заготавливают в необходимом объеме сухой камыш, а также по размерам гибких и габионных тюфяков нарезают в нужном количестве геосетки, габионные сетки. Затем отрезают по размерам и приготавливают стеклопластиковые гибкие армирующие сетки (базальтовая сетка) 8 и перфорированные полимерные трубы 6 (диаметром 40-50 мм) по размерам габионных тюфяков 3. Из этих материалов заготавливаются в необходимом объеме гибкие и габионные тюфяки 4 и 3. Габионные тюфяки 3 и гибкие тюфяки 4 могут иметь следующие размеры: 30×20×120 см, 35×25×150 см, 40×30×200 см и другие. После этого изготавливают для наслонного дренажа 1 необходимое количество габионных тюфяков 3 с прикрепленными к ним армирующими гибкими сетками 8. Далее у подошвы низового откоса разрабатывается котлован и планируется площадка в основании для возведения горизонтального дренажа 2. По всей площади основания в районе выхода восходящего фильтрационного потока нижнего бьефа (НБ) и вдоль направления подошвы низового откоса укладывают первый слой горизонтального дренажа из гибких тюфяков 4. Сверху первого слоя нормально к ним укладывают второй слой горизонтального дренажа 2 из габионных тюфяков 3, соединенных между собой с помощью оцинкованной проволоки. Далее горизонтальный дренаж 2 засыпается грунтом (с уплотнением) до линии низового откоса так, чтобы концевая (выходная) часть горизонтального дренажа 2 на дне НБ оставалась открытой. После чего по всей длине наслонного дренажа разрабатывается низовой откос до глубины врезки армирующих элементов (гибких сеток) 8, затем, начиная с подошвы откоса и второго ряда горизонтального дренажа 2, вдоль линии откоса плотными рядами укладывают ступенчато габионные тюфяки 3 с армирующими грунт гибкими сетками 8. При этом первый слой габонных тюфяков 3 укладывают на уровне верха горизонтального дренажа 2 с врезкой армирующих гибких сеток 8 в низовой откос (дальше линии выхода фильтрационного потока) и сверху них насыпают разработанный грунт с уплотнением и разравниванием до отметки верха тюфяков 3. Второй слой тюфяков 3 укладывают с образованием ступени, т.е. с перемещением в сторону грунтового массива низового откоса до половины ширины тюфяков 3 первого слоя, затем также насыпают и уплотняют грунт сверху армирующих гибких сеток 8 до уровня верха тюфяков 3 второго слоя. Таким образом строят все остальные ступени наслонного дренажа 1 до уровня на 1,5-2 м выше уровня возможного выхода фильтрационного потока. Вид и толщина гибких армирующих сеток 8 (из стеклопластиковых материалов) принимают из условия обеспечения устойчивости низового откоса и фильтрационной прочности грунтов. При этом ширина армирующих сеток 8 должна быть не менее чем в три раза шире ширины габионного тюфяка 3. В нижнем бьефе сверху горизонтального дренажа 3 устраивают каменную призму (засыпку) 11 из гравийно-галечниковых грунтов.
Комбинированный дренаж в составе земляных сооружений работает следующим образом.
В период эксплуатации фильтрационная вода, двигаясь под действием гидростатического напора со стороны верхнего бьефа (ВБ) через поры грунтов тела плотины или дамбы и их основание, попадает в зону водоприемных частей дренажей 1 и 2. Далее габионные тюфяки 3 с дренажными устройствами и гибкие тюфяки 4 свободно принимают воду из-за их высокой водопроницаемости и пропускают часть на низовой откос, а часть в водосборный ряд горизонтального дренажа 2, состоящего из габионных тюфяков 3. И при водонасыщении тюфяков 3 до верха вода легко потечет по трубам 6 и фашинам 5 по уклону в НБ. Гибкие тюфяки 4 и габионные тюфяки 3 обеспечивают безопасный прием и отвод профильтровавшейся воды через тело и основание земляного сооружения. Устойчивость и прочность конструкции дренажа обеспечивается тюфяками 3 и 4, армирующими грунт низового откоса стеклопластиковыми элементами (сетками) 8. В конструкции дренажа основным фильтрационным материалом является сухой камыш - достаточно стойкий и прочный природный материал, который эффективно работает в условиях водной среды и является высокодренирующим материалом. Гибкие и габионные тюфяки, использованные в дренаже, в том числе играют и мелиоративную роль, сохраняя влагу долгое время. Со временем наслонный дренаж 1 и частично горизонтальный дренаж 2 будут зарастать зелеными растениями. В результате комбинированный дренаж превратится в биопозитивное сооружение, которое не препятствует круговороту веществ и энергии, помогает развитию природы и включается в экосистему реки, а также воспринимается природой как родственный ей элемент.
Комбинированный дренаж предлагаемой конструкции наиболее эффективно может быть использован в труднодоступных условиях рек на их равнинных и предгорных участках, где возводятся низконапорные земляные плотины и дамбы из мелкопесчаных и глинистых грунтов.
Источники информации
1. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. / Под общей редакцией д-ра техн. наук, проф., В.П. Недриги. - М.: Стройиздат, 1983, с. 172-173, с. 491.
2. Патент №2400596, Е02В 3/00, 2010 г. Комбинированный дренаж биопозитивной конструкции / Курбанов С.О., Курбанов К.С.