УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКЛАДИРОВАНИЯ ДОННЫХ НАНОСОВ
DEVICE FOR STORAGE OF BOTTOM ALLUVIUMS

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, в частности к устройствам для складирования донных наносов, формируемым как склады грунта на вдольбереговых участках при очистке малых рек, прудов, каналов и других водных объектов от донных наносных отложений.
Склад донных наносов обычно используется либо как площадка для зеленых насаждений (деревьев, кустарника), либо под размещение парка, либо для последующего применения в строительстве для устройства полезных насыпей (защитных противопаводковых дамб, обратной засыпки сооружений и др.). При этом очень важно, чтобы устройство для складирования донных наносов характеризовалось минимальными финансовыми затратами. Кроме того, важным условием последующего полезного использования грунта из устройства для складирования донных наносов является обеспечение скорейшего обезвоживания тела складированных донных наносов, образованных посредством намыва средствами гидромеханизации. Эти задачи и решаются в изобретении.
Известно устройство для складирования донных наносов, включающее секции отвалов наносов (Патент РФ 2256023, опубл. 2005 г. [1]). Секции отвалов наносов представляют собой устроенные в прирусловой зоне части сооружения, условно ограниченные в плане [2], располагаемые на открытой территории и образованные в виде дамб.
Недостатками известного устройства являются большая трудоемкость и стоимость при его создании. Большая трудоемкость обусловлена тем, что для возведения устройства для складирования донных наносов в виде дамб из донных отложений водного объекта необходимо опорожнить водный объект до дна. Отвести воду для реки можно только построив обводной канал или трубопровод, что потребует значительных объемов работ. Кроме того, устройство тела складированных донных наносов требует использования строительной техники, например бульдозеров, с различным оборудованием, которая должна многократно перемещаться по дну для формирования тела складированных донных наносов и поверхности тела наносов. Значительные затраты на использование бульдозеров и строительство обводного канала, а также большая трудоемкость работ при сооружении устройства для складирования донных наносов обуславливают его значительную стоимость.
Недостатком является также длительный срок сооружения устройства для складирования донных наносов, поскольку требуется длительный период времени на устройство обводного канала или трубопровода, а также на проведение многократных замен оборудования бульдозеров.
Известно также устройство для складирования донных наносов, включающее секции отвалов наносов, размещаемые в прирусловой зоне, дамбы обвалования и водосбросной канал (Патент РФ 2416000, опубл. 2011 г. [3]) - прототип. Устройство размещается в прирусловой зоне и создается при помощи средств гидромеханизации. Секции отвалов наносов формируются путем ограждения по всему периметру дамбами обвалования.
Поверхность тела складированных донных наносов формируется посредством строительной техники, например бульдозером, после консолидации намытых наносов в теле складированных донных наносов. При этом водосбросной канал соединяет секции отвалов наносов с водным объектом, из-за чего обеспечивается сброс излишков воды из секции отвалов наносов в водный объект самотечным способом.
Недостатками этого известного устройства для складирования донных наносов являются длительный срок его сооружения, большие финансовые затраты на его сооружение и низкая эффективность использования строительной техники при его создании. Эти недостатки обусловлены тем, что поверхность тела складированных донных наносов устраивается посредством планировки строительной техникой (например, бульдозером) тела складированных донных наносов только после консолидации водонасыщенных наносов. Однако процесс консолидации водонасыщенного грунта занимает длительный период [4, с. 388-402], который может достигать многих месяцев. В связи с этим, поверхность тела складированных донных наносов можно формировать, только выждав длительный период времени, необходимый для консолидации водонасыщенных наносов. Даже для частичной консолидации грунта, обеспечивающей набор намытым грунтом прочности, необходимой для перемещения по нему строительной техники (например, бульдозера), потребуется несколько месяцев. Такое вынужденное ожидание между технологическими операциями и простой строительной техники обусловит увеличение срока создания устройства для складирования донных наносов. В свою очередь, увеличение периода использования строительной техники приведет к увеличению затрат на создание устройства для складирования донных наносов, поскольку потребуются дополнительные расходы на содержание этой техники, в том числе выплату заработной платы работникам, занятым ее обслуживанием.
Недостатком этого устройства является также заиление русла реки ниже по течению реки от размещения устройства для складирования донных наносов из-за значительного замутнения воды в реке и образования большого количества взвешенных наносов в реке вследствие сброса излишков воды с множеством частиц отложений из секций отвалов наносов по водосбросному каналу непосредственно в водный объект (например, реку). Взвешенные наносы загрязняют водный объект и негативно влияют на экологическую обстановку в реке, в том числе оказывают вред рыбьему поголовью. Ниже по течению реки взвешенные наносы будут выпадать в осадок и тем самым способствовать образованию донных отложений, т.е. заилению русла.
Причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается изобретением, являются: необходимость ожидания в течение длительного периода времени завершения процесса консолидации намытых наносов для выполнения планировки поверхности тела складированных донных наносов, что приводит к простою строительной техники и повышению затрат на создание устройства для складирования донных наносов, а также невозможность предотвращения поступления наносов вместе со сбрасываемыми излишками воды в водный объект при намыве тела складированных донных наносов, что и приводит к загрязнению водного объекта.
Сущность изобретения - создание технического решения, обеспечивающего сокращение срока создания устройства для складирования донных наносов, уменьшение затрат на его возведение, повышение эффективности использования строительной техники при его сооружении и предотвращение заиления русла реки ниже по течению от места создания устройства для складирования донных наносов.
Технический результат - сокращение срока создания устройства для складирования донных наносов, уменьшение затрат на его возведение, повышение эффективности использования строительной техники при его сооружении и предотвращение заиления русла реки ниже по течению от места создания устройства для складирования донных наносов.
Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство для складирования донных наносов, включающее секции отвалов наносов, размещаемые в прирусловой зоне, дамбы обвалования, выполненные в виде ограждения по всему периметру секций отвалов наносов, и водосбросной канал, дополнительно снабжено водосливной дамбой обвалования, водосборным каналом, открытым резервуаром, горизонтальными поперечными дренажными элементами, горизонтальными продольными дренажными элементами и вертикальными дренажными элементами, при этом водосливная дамба обвалования размещена в составе периметра дамб обвалования между наиболее удаленными от водного объекта участками дамб обвалования и выполнена с пониженной относительно других дамб обвалования высотой с возможностью перелива через нее излишков воды из секции отвалов наносов в водосборный канал, при этом водосборный канал выполнен в примыкании к водосливной дамбе обвалования с возможностью поступления в него излишков воды из секции отвалов наносов и сообщен с открытым резервуаром, который, в свою очередь, сообщен с водным объектом через водосбросной канал, кроме того, верхние концы вертикальных дренажных элементов расположены выше поверхности складированных донных наносов, а сами вертикальные дренажные элементы сопряжены с горизонтальными поперечными дренажными элементами или горизонтальными продольными дренажными элементами, а горизонтальные поперечные дренажные элементы и горизонтальные продольные дренажные элементы выполнены в виде пересекающихся сопряженных друг с другом закрытых дрен и размещены в основании секций отвалов наносов, причем горизонтальные продольные дренажные элементы выполнены с сопряжением с водосборным каналом с возможностью поступления из них воды из водонасыщенного тела складированных донных наносов в водосборный канал.
Горизонтальные поперечные дренажные элементы и горизонтальные продольные дренажные элементы выполнены в виде дренажных канав с наполнением их щебнем и снабжены геосинтетическим водопроницаемым материалом, размещенным поверх канав или в виде дренажных труб, обложенных щебнем, и снабжены геосинтетическим водопроницаемым материалом, размещенным сверху.
Водосливная дамба обвалования выполнена в виде грунтового переливного водоподпорного сооружения и снабжена покрытием из геосинтетического материала.
Вертикальные дренажные элементы выполнены в виде ленточных геодрен типа COLBONDDRAIN СХ1000 и установлены после окончания складирования донных наносов.
На фиг. 1 изображен схематичный план устройства для складирования донных наносов; на фиг. 2 изображен разрез А-А фиг. 1 на момент частичного наполнения секции отвалов наносов; на фиг. 3 изображен разрез А-А фиг. 1 на момент полного наполнения секции отвала наносов и завершения устройства вертикальных дренажных элементов.
На схемах цифрами обозначены: 1 - водный объект, 2 - земснаряд, 3 - пульпопровод, 4 - секция отвалов наносов, 5 - дамба обвалования, 6 - водосливная дамба обвалования, 7 - тело складированных донных наносов, 8 - поверхность тела складированных донных наносов, 9 - горизонтальный поперечный дренажный элемент, 10 - горизонтальный продольный дренажный элемент, 11 - вертикальный дренажный элемент, 12 - водосборный канал, 13 - открытый резервуар, 14 - водосбросной канал.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Устройство для складирования донных наносов включает дамбы обвалования 5, формирующие секции отвалов наносов 4, расположенные в прирусловой зоне, водосбросной канал 14, водосборный канал 12, открытый резервуар 13, водосливную дамбу обвалования 6, горизонтальные поперечные дренажные элементы 9, горизонтальные продольные дренажные элементы 10 и вертикальные дренажные элементы 11. При этом дамбы обвалования 5 выполнены в виде ограждения по всему периметру секции отвалов наносов 4. Водосливная дамба обвалования 6 размещена в составе периметра дамб обвалования 5 между наиболее удаленными от водного объекта участками и выполнена с пониженной относительно других дамб обвалования 5 высотой с возможностью перелива через нее излишков воды из секции отвалов наносов 4 в водосборный канал 12 после намыва донных наносов из водного объекта 1 с помощью земснаряда 2 через пульпопровод 3. Водосборный канал 12 выполнен в примыкании к водосливной дамбе обвалования 6 с возможностью поступления в него излишков воды из секции отвалов наносов 4 и сообщен с открытым резервуаром 13, который, в свою очередь, сообщен с водным объектом 1 через водосбросной канал 14, кроме того, верхние концы вертикальных дренажных элементов 11 расположены выше поверхности тела складированных донных наносов 7, а сами вертикальные дренажные элементы 11 размещены в теле складированных донных наносов 7 и сопряжены с горизонтальными поперечными дренажными элементами 9 или горизонтальными продольными дренажными элементами 10, а горизонтальные поперечные дренажные элементы 9 и горизонтальные продольные дренажные элементы 10 выполнены в виде пересекающихся сопряженных друг с другом закрытых дрен и размещены в основании секций отвалов наносов 4, причем горизонтальные продольные дренажные элементы 10 выполнены с сопряжением с водосборным каналом 12 с возможностью поступления из них воды из водонасыщенного тела складированных донных наносов 7 в водосборный канал 12.
Горизонтальные поперечные дренажные элементы 9 и горизонтальные продольные дренажные элементы 10 выполнены, например, в виде дренажных канав с наполнением их щебнем и снабжены геосинтетическим водопроницаемым материалом, размещенным поверх канав или в виде дренажных труб, обложенных щебнем, и снабжены геосинтетическим водопроницаемым материалом, размещенным сверху [5].
Водосливная дамба обвалования 6 выполнена, например, в виде грунтового переливного водоподпорного сооружения и снабжена покрытием из геосинтетического материала [6, 7].
Вертикальные дренажные элементы 11 выполнены, например, в виде ленточных геодрен типа COLBONDDRAIN СХ1000 [8].
Устройство работает следующим образом. В период наполнения секции отвалов наносов 4 при помощи земснаряда 2 смесь донных наносов и воды из водного объекта 1 поступает по пульпопроводу 3 в секцию отвалов наносов 4. При этом донные наносы оседают в секции отвалов наносов 4 и образуют тело складированных донных наносов 7, а излишки воды из секции отвалов наносов 4 удаляются самотеком за счет перелива через водосливную дамбу обвалования 6, имеющую пониженную относительно других дамб обвалования 5 высоту, попадают в водосборный канал 12, а далее - также самотеком в открытый резервуар 13. В открытом резервуаре 13 взвешенные наносы, имеющиеся в водном потоке, выпадают в осадок. Далее, уже осветленная вода также самотеком поступает по водосбросному каналу 14 в водный объект 1. Из-за выпадения взвешенных наносов в осадок в открытом резервуаре 13 обеспечивается предотвращение загрязнения водного объекта 1.
После того как секция отвалов наносов 4 будет наполнена, а также сформировано тело складированных донных наносов 7 и установлены вертикальные дренажные элементы 11, например, посредством дренажно-устанавливающей машины [8], из сильнообводненного тела складированных донных наносов 7 вода самотеком будет отводиться по вертикальным дренажным элементам 11 и далее - по горизонтальным поперечным дренажным элементам 9 и горизонтальным продольным дренажным элементам 10 в водосборный канал 12. Далее - также самотеком - в открытый резервуар 13 и по водосбросному каналу 14 в водный объект 1. Этим обеспечивается быстрое обезвоживание тела складированных донных наносов 7 и консолидация намытых донных наносов. Далее по обезвоженному телу складированных донных наносов 7 посредством строительной техники (например, бульдозера) производится окончательная планировка поверхности тела складированных донных наносов 8, в результате чего тело складированных донных наносов 7 приобретает полную готовность к последующему использованию.
Применение в устройстве вертикальных дренажных элементов 11, горизонтальных поперечных дренажных элементов 9 и горизонтальных продольных дренажных элементов 10 обеспечивает быстрое обезвоживание тела складированных донных наносов 7 и консолидацию грунтов в секции отвалов наносов 4.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволит сократить срок сооружения устройства для складирования донных наносов и обеспечить готовность его дальнейшего полезного использования в короткие сроки. Кроме того, сокращение срока сооружения устройства для складирования донных наносов обеспечит повышение эффективности использования строительной техники вследствие уменьшения времени ее вынужденного простоя. В свою очередь, сокращение срока использования строительной техники обеспечит уменьшение финансовых затрат при сооружении устройства для складирования донных наносов, поскольку снизятся расходы на содержание строительной техники. Дополнительно к сказанному, устройство позволит предотвратить заиление русла реки ниже по течению от места сооружения устройства для складирования донных наносов, поскольку оно обеспечивает задержку взвешенных наносов в открытом резервуаре.
3
3
3
3
Экономическую эффективность только за счет уменьшения простоя строительной техники можно оценить следующим образом. Пусть для намыва используется земснаряд марки ЗГДМ 400/40 и для планировки поверхности отвала - бульдозер марки ЧЕТРА Т-9. Затраты на их эксплуатацию в ценах 2001 года составляют для бульдозера - согласно таблице 01-01-030-05 [9]: 0.69 руб./м/0.00605 маш×ч/м=114.05 руб./ч; для земснаряда - согласно таблице 44-01-006-02 [10]: 12.97 руб./м/0.128 маш×ч/м=101.33 руб./ч. Итого: 215.38 руб./ч или 5169.12 руб./сут. Тогда при уменьшении простоя техники только на один месяц стоимость работ сократится примерно на 114 тыс.руб. в ценах 2001 года.
Списоклитературы
1. Хаширова Т.Ю. Способ очистки русел рек от наносов // Патент РФ 2256023, опубл. 10.07.2005.
2. Строительный словарь. Толкование термина «Секция». http://dic.academic.ru/nsf/stroitel/4477. Дата обращения 20.05.2015.
3. Кизяев Б.М., Голубев Н.К., Басе В.Н. Способ очистки каналов и водотоков от наносов // Патент РФ 2416000, опубл. 10.04.2011.
4. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин Н.А. Гидротехнические сооружения. Часть 1. Учебник для вузов. - Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008. - 576 с.
5. Проектирование, монтаж. Закрытый дренаж, установка дренажных труб, дренажные колодцы. http://cah-ld.ru/doc/67.htm. Дата обращения 20.05.2015.
6. Бальзанников М.И., Родионов М.В. Переливная грунтовая плотина // Патент РФ 2432432. Опубл. 2011. Бюл. №30.
7. Бальзанников М.И., Пиявский С.А., Родионов М.В. Совершенствование конструкций низконапорных грунтовых переливных плотин // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2012. №5. С. 52-59.
8. http://www.geovostok.ru/colbonddrain-vertikalnyj-lentochnyj-drenazh. Дата обращения 20.05.2015.
9. Федеральные единичные расценки на строительные работы ФЕР-2001. Сборник №1 - Земляные работы // Госстрой России. - Москва, 2001.
10. Федеральные единичные расценки на строительные работы ФЕР-2001. Сборник №44 - Подводно-строительные (водолазные) работы // Госстрой России. - Москва, 2001.