ЛАВИНОРЕЗ БИОПОЗИТИВНОЙ КОНСТРУКЦИИ
AVALANCHE-BREAKER OF BIOPOSITIVE DESIGN

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству, а именно к противолавинным сооружениям, используемым на лавиноопасных участках дорог, населенных пунктов и других объектах горной инфраструктуры.
Известен лавинорез, состоящий из сходящих железобетонных стенок с образованием острого угла на вершине [1]. Основными недостатками данного технического решения являются низкая эффективность работы при условиях схода мощных лавин 3 и 4 размера, а также слабая зарастаемость и биопозитивность конструкции.
Известны лавинотормозящие сооружения (лавинорезы) решетчатых конструкций, располагаемые на склонах [2]. Недостатками данных сооружений являются жесткость конструкции, низкая эффективность и надежность работы.
Цель изобретения - повышение эффективность и надежность работы сооружения и биопозитивность конструкции.
Указанная цель достигается тем, что лавинорез, состоящий из сходящих стенок, образующих острый угол на вершине, выполнен гибкой и биопозитивной конструкции, стенки лавинореза изготовлены из габионных и грунтовых тюфяков, расположенных в металлических решетчатых каркасах сборной конструкции, производимые заранее по размерам секций стенок, с напорной стороны вертикальные стойки решетчатых каркасов выполнены из металлических профильных швеллеров или двутавров, заанкерованных в железобетонное основание, устроенное по всей длине наружных стенок, при этом линии верха стенок от вершины угла в обе стороны лавинореза имеют уклоны 0,02-0,06, сверху стенок лавинореза предусмотрены металлические решетчатые конструкции, состоящие из вертикальных решеток, треугольных консольных выпусков и контрфорсных стержней, при этом все эти решетчатые конструкции жестко прикреплены к вертикальным стойкам и поперечным стержням металлических каркасов. Лавинорез имеет форму треугольника с углом на вершине 80-90°, сверху вдоль боковых стенок лавинореза металлические решетчатые конструкции располагаются на расстоянии длины секции каркасов друг от друга, а по верху решеток через отверстия, сделанные в вертикальных стойках, пропущен натянутый металлический трос, проходящий по всей длине треугольного лавинореза со свободным ходом в обе стороны, при этом оба концы троса прикреплены к анкерам с регулируемыми натяжными устройствами, устроенными перед вершиной лавинореза. Часть тюфяков, расположенная внутри металлического каркаса ближе к наружным стенкам и на верху лавинореза, изготовлена из геосетки и плодородного растительного грунта с добавлением семян многолетних трав и кустарников, а внутренняя часть между боковыми стенками треугольного лавинореза заполнена местным и растительным грунтом с посадкой деревьев и кустарников.
На фиг.1 показан план лавинореза треугольной формы; на фиг.2 изображено сечение по вершине угла лавинореза с металлическими решетчатыми конструкциями на верху; на фиг.3 показано поперечное сечение боковой стенки с металлическими решетчатыми конструкциями наверху в аксонометрии; на фиг.4 - анкер с регулируемым натяжным устройством троса.
Лавинорез биопозитивной конструкции состоит из металлического решетчатого каркаса 1, изготовленного по секциям из отдельных решеток и поперечных стержней, каменно-грунтовых тюфяков 2 и земляных тюфяков 3, плотно расположенных внутри каркаса 1. Вертикальные стойки 4 решеток наружной стороны стенок выполнены из металлических швеллеров (или двутавров), заанкерованных в железобетонное основание 5, а продольные стержни 6 решеток и поперечные стержни 7 каркаса 1 выполнены из профильных уголков (или арматурных проволок A1, A2). Вертикальные стойки 8 решеток внутренних сторон стенок выполнены из профильных уголков (или швеллеров). Внутренняя часть каркаса 1 по секциям и послойно заполнена габионными и грунтовыми тюфяками 2 и в каждом слое тюфяков местами, близко расположенных к наружной стороне, и на верху стенок, уложены земляные тюфяки 3, состоящие из геосетки и растительного грунта с добавлением семян многолетних трав и кустарников. Металлические решетчатые конструкции 9, устраиваемые на верху стенок с жестким прикреплением к металлическому каркасу 1 лавинореза состоят из вертикальных решеток 10, треугольных консольных выпусков 11 и контрфорсных стержней 12. По верху вертикальных решеток 10 через отверстия, сделанные в их стойках 13, пропущен металлический трос 14. Трос 14 проходит по всей длине треугольного лавинореза со свободным перемещением в обе стороны, при этом оба конца троса шарнирно прикреплены к анкерам 15 с регулируемыми натяжными устройствами 16, устроенными перед вершиной угла лавинореза. Внутренняя часть треугольного лавинореза между боковыми стенками (правой и левой) до 0,5 их высоты заполнена местным и растительным грунтом 17. А нижняя сторона (основание) треугольного лавинореза отсутствует, там по линии воображаемой стороны проходит натянутый трос 14. Вертикальные решетки 10 металлических конструкций 9 в начале боковых стенок лавинореза (в углах основании треугольника) устроены с плавным поворотом в сторону основания, чтобы исключить резкий поворот троса 14. В местах поворота вертикальных решеток 10 консольные выпуски 11 не предусмотрены.
Лавинорез биопозитивной конструкции строится следующим образом. В начале намечается местоположение треугольного сооружения, вершина угла лавинореза и трассы боковых стенок с учетом господствующего направления схода лавин. Угол вершины лавинореза может быть принят в пределах от 80° до 90° в зависимости от природных условий и характеристик лавин. Далее разрабатывается траншея под железобетонное анкерное основание 5 боковых стенок лавинореза, устанавливаются опалубки по размерам с установкой внутри арматурных стержней и анкерных закладок, после заливаются монолитным бетоном до необходимой толщины по проектным отметкам. После набора прочности бетона к анкерным закладкам жестко прикрепляются заранее изготовленные по размерам металлические каркасы 1 стенок по секциям (по 4-5 секции одновременно, начиная от вершины угла). Внутри арматурных каркасов 1 по секциям монтируется габионная сетка с прикреплением ее к металлическим стойкам, продольным 6 и поперечным 7 стержням, затем послойно заполняют местным грунтом и камнем. Толщину слоя принимают от 0,5 до 1 м, сверху которого натягивают габионную сетку с образованием отдельного тюфяка внутри каждой секции. Точно также устраивают следующие слои габионных (каменно-грунтовых) тюфяков до верха боковых стенок. В каждом слое местами, близкими к наружной стороне, и на верху боковых стенок (на расстоянии 1-2 м друг от друга) укладывают земляные тюфяки 3 из геосетки и растительного грунта с добавлением семян многолетних трав и кустарников. Габионные тюфяки 2 из камня и местного грунта монтируются на месте во время строительства боковых стенок. А земляные тюфяки 3 из растительного грунта изготавливаются заранее, размерами примерно 1×0,5×0,3 м. Таким образом, по участкам по 4-5 секций полностью строят до конца все боковые стенки лавинореза со средним уклоном 0,02-0,06, после чего внутреннюю часть между стенками заполняют местным и растительным грунтом 17 до 0,5 высоты стенок. Затем сверху стенок устанавливают заранее изготовленные металлические решетчатые конструкции 9 с жестким прикреплением к металлическому каркасу 1 стенок (к вертикальным стойкам 4 и поперечным стержням 7). При этом в вершине угла треугольного лавинореза над двумя секциями каркаса 1 обеих боковых стенок подряд устанавливают металлические решетчатые конструкции 9, а далее - с пропусками через одну секцию. Над последними секциями боковых стенок (в районе острых углов основания треугольника) решетчатые конструкции 9 устанавливают с плавным поворотом от наружных стенок к внутренним, без консольных выпусков 11, так чтобы металлический трос 14 мог свободно проходить без резкого поворота. Одновременно с монтажом металлических решетчатых конструкций 9 перед вершиной угла лавинореза на расстоянии устраивают анкерные крепления 15 с регулируемыми устройствами 16, анкера 15 закладывают ниже поверхности земли на глубину не менее 1 м и замоноличивают бетоном. А в конце после всего этого монтируют металлический трос 14, пропуская его через отверстия вертикальных стоек 13 по всему периметру лавинореза и прикрепляя к анкерам 15 с натяжением троса 14 с помощью регулируемых устройств 16. Внутри треугольного лавинореза местами сажают деревья и кустарники, приспособленные к местным условиям, при этом вдоль внутренних сторон и по верху боковых стенок сажают ветвистые кустарники, ветви которых будут извиваться вокруг решетчатых конструкций 9.
Угол на вершине лавинореза не следует принять меньше 80° и больше 90°, так как в этом случае снижается эффективность работы сооружения и увеличиваются материальные затраты.
Лавинорез биопозитивной конструкции работает следующим образом.
При сходе мощных лавин основная гидродинамическая нагрузка потока воспринимает вершину угла треугольного лавинореза с металлическими решетчатыми конструкциями 11. При этом поток лавины, ударяясь об вершину лавинореза, разделяется на две части, одна часть проходит вдоль левой стороны, другая часть - вдоль правой стороны, одновременно оказывая интенсивное динамическое воздействие с двух сторон на металлические решетчатые конструкции 9 и трос 14. Воздушные подушки с высоким давлением, которые образовались перед головной частью лавины, быстро просачиваются через решетчатые конструкции и рассеиваются с распылением и возникновением снежного облака. Вследствие чего происходит активное взаимодействие гибких решетчатых конструкций 9 и троса 14 с потоком лавины, возникает сильное натяжение троса 14 и через него происходит перераспределение гидродинамических нагрузок обеих частей лавины на все металлические решетчатые конструкции 9, анкера 15 и на обе боковые стенки. Свободному растеканию и взаимодействию частей лавины способствует и наличие уклонов прохождения верха боковых стенок от вершины угла вниз к основанию треугольного лавинореза. Кроме того, часть динамической нагрузки лавины воспринимает и внутренняя грунтовая часть 17, расположенная между боковыми стенками лавинореза. Таким образом, в результате всего этого происходит разрушение структуры лавины и рассредоточение ее мощности на большую площадь. Мощная лавина, проходя через такую конструкцию лавинореза, теряет свою ударную силу, и ширина фронта лавины увеличивается в несколько раз. Для более мощных лавин рекомендуется принять несколько лавинорезов (два, три и более) и расположить их в шахматном порядке. В этом случае даже очень мощная лавина, проходя через такую группу лавинорезов, полностью теряет свою динамическую структуру и ударную силу. Размеры лавинорезов, их количество и расстояние между ними определяют в зависимости от динамических, кинематических характеристик лавин и местных условий. Общая ширина группы лавинорезов должна быть не менее ширины фронта самой мощной возможной (расчетной) лавины. Самая большая высота лавинореза с учетом высоты металлических решетчатых конструкций 11 в вершине угла, при одиночном его расположении должна быть не менее (1/4-1/5)Т расчетной толщины наиболее мощной лавины. А при групповом расположении лавинорезов (в два и более рядов) - в пределах (1/5-1/8)Т.
Количество лавинорезов, максимальная и минимальная высоты их стенок, высота металлических решетчатых конструкций и другие параметры должны быть приняты из условия обеспечения надежности работы сооружений при сходе максимально возможных количеств мощных лавин в течение зимнего периода.
Озеленение боковых стенок и внутренних частей между стенками с посадкой деревьев и кустарников способствует восстановлению природной среды, превращает лавинорезы в биопозитивные сооружения, которые не препятствуют круговороту веществ и энергии, помогают развитию природы и включаются в экосистему данной территории, воспринимаются природой как родственные ей элементы.
Предлагаемая конструкция лавинорезов может быть эффективно использована на участках территорий горных и туристических инфраструктур, находящихся в наиболее опасных зонах ударного воздействия мощных лавин 3 и 4 размера.
Источники информации
1. Современные инженерные системы защиты от снежных лавин в мире. Анализ различных технологий. Горные и всесоюзные курорты «под ключ» // От проекта - до ввода в эксплуатацию. / www gorimpex. ru.. (Дополнительный источник MND Engineering www.groupemnd.com).
2. УКАЗАНИЯ по расчету снеголавинных нагрузок при проектировании сооружений. ВСН 02-73 М.: Гидрометеоиздат, 1973.