ГРУНТОВАЯ ПЕРЕЛИВНАЯ ПЛОТИНА

Полезная модель относится к области гидротехнического строительства и может быть использована при строительстве или ремонте грунтовой плотины, допускающей перелив воды через ее гребень и низовой откос.
Известна грунтовая переливная плотина «Патент №2140485, Российская Федерация, МПК Е02В 7/06 Гидротехническое сооружение/В.М.Лятхер, И.С.Румянцев, С.Д.Шрестха. Заявитель и патентообладатель - Московский государственный университет природообустройства - №98119218/13; заяв. 23.10.1998; опубл. 27.10.1999.» [1] - аналог. Известная конструкция включает верховой откос, порог, низовой откос и элементы крепления, размещенные по низовому откосу плотины. Элементы крепления низового откоса известной плотины представляют собой горную массу, заключенную в металлическую сетку. Плотина допускает перелив воды через гребень и низовой откос.
Недостатками указанного известного технического решения являются его высокая трудоемкость, длительный срок строительства и низкая надежность его работы.
Высокая трудоемкость обусловлена необходимостью применения большого количества горной массы с определенным тщательно подбираемым гранулометрическим составом и металлической сетки, получаемых на специализируемых горнодобывающих и металлургических предприятиях соответственно, а также последующей их перевозкой к месту строительства плотины, выгрузкой и укладкой с помощью подъемного оборудования.
Длительный срок строительства известной конструкции является следствием используемого длительного технологического процесса для изготовления металлических элементов крепления, перевозки и последовательной укладки в конструкцию грунтовой переливной плотины.
Низкая надежность работы известного устройства обусловлена опасностью разрушения низового откоса вследствие воздействия сбрасываемого водного потока и фильтрационных вод на элементы крепления откоса и металлическую сетку. При переливе воды через плотину водный поток оказывает динамическое воздействие на элементы крепления, уложенные по низовому откосу. При таком воздействии потока происходит разрушение камней горной массы и вымывание измельченных частиц из элементов крепления и, в последующем, разрушение этих элементов крепления. Дополнительное разрушение элементов крепления происходит из-за соударения камней горной массы этих элементов друг с другом вследствие динамического воздействия потока. Кроме того металлическая сетка подвергается коррозии из-за воздействия воды, что может привести в ее разрыву и разрушению элементов крепления.
Известна также грунтовая переливная плотина «Патент №2432432, Российская Федерация, МПК Е02В 7/06 Переливная грунтовая плотина / М.И.Бальзанников, М.В.Родионов. Заявитель и патентообладатель - Самарский государственный архитектурно-строительный университет - №2010126843/21; заяв. 30.06.2010; опубл. 27.10.2011» [2] - прототип, включающая верховой откос, порог, низовой откос, элементы крепления, размещенные по низовому откосу плотины, и анкерные устройства. Элементы крепления низового откоса этой известной грунтовой переливной плотины (прототипа) выполнены в виде гибких синтетических оболочек, заполненных местным нескальным грунтом, и размещены по низовому откосу рядами ступенчато с напуском верхних рядов элементов крепления на нижние ряды. Грунтовая переливная плотина по прототипу также допускает перелив воды через гребень и низовой откос.
Недостатком указанного известного технического решения является низкая надежность его работы. Низкая надежность известной конструкции обусловлена неблагоприятными условиями работы элементов крепления после прекращения перелива воды через грунтовую плотину. В этом случае давление воды от сбрасываемого по низовому откосу потока (осуществляющее роль пригрузки) прекращает свое действие на элементы крепления (направленное сверху вниз), а давление от грунтовых вод в теле плотины еще продолжает действовать на элементы крепления (снизу вверх), что вызывает взвешивающее воздействие на элементы крепления. Взвешивающее давление может привести к смещению отдельных элементов крепления, вымыванию нескального грунта из самих элементов крепления и из-под элементов крепления и разрушению низового откоса грунтовой плотины в целом.
Сущность полезной модели состоит в том, чтобы обеспечить повышение надежности работы грунтовой переливной плотины за счет применения конструкции, снижающей опасность вымывания грунта из элементов крепления и из-под элементов крепления и смещения элементов крепления под воздействием взвешивающего давления воды, а также снижения опасности разрушения низового откоса грунтовой переливной плотины.
Технический результат полезной модели - снижение воздействия взвешивающего давления грунтовой воды, имеющейся в теле грунтовой переливной плотины, на элементы крепления низового откоса грунтовой переливной плотины и, за счет этого, повышение надежности работы грунтовой переливной плотины.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что грунтовая переливная плотина, включающая верховой откос, порог, низовой откос, элементы крепления из гибких синтетических оболочек, заполненные нескальным грунтом и размещенные рядами по низовому откосу плотины ступенчато с напуском верхних рядов элементов крепления на нижние ряды, и анкерные устройства дополнительно снабжена водосборными и водоотводящими устройствами. При этом каждое водосборное устройство выполнено состоящим из обратного фильтра и дренажной призмы, каждое водоотводящее устройство выполнено из перфорированной трубы с входного торца которой размещена защитная сетка. Водосборные и водоотводящие устройства выполнены в количестве, соответствующем числу рядов элементов крепления. Каждое водосборное устройство размещено вдоль каждого ряда элементов крепления по всей длине ряда между телом грунтовой переливной плотины и каждым рядом элементов крепления из гибких синтетических оболочек под нижней гранью вышерасположенных элементов крепления. При этом обратные фильтры каждого водосборного устройства выполнены в виде многослойных песчаных подушек, фракция слоев которых выполнены увеличивающимися в направлении от тела грунтовой плотины к дренажным призмам, дренажные призмы выполнены состоящими из щебня или гравия, а перфорированные трубы водоотводящих устройств размещены рядами горизонтально между рядами элементов крепления из гибких синтетических оболочек. Входные концы перфорированных труб размещены непосредственно в дренажных призмах, а выходные концы перфорированных труб размещены на низовом откосе грунтовой переливной плотины.
Эффект от использования предлагаемой конструкции заключается в том, что значительно повышается надежность работы грунтовой переливной плотины. Повышение надежности работы грунтовой переливной плотины обусловлено тем что, элементы крепления низового откоса в виде оболочек из синтетического материала практически не подвергаются воздействию взвешивающего давления воды, возникающего после прекращения сброса воды по низовому откосу грунтовой плотины.
В случае использования предлагаемого решения снижается опасность всплытия и смещения элементов крепления низового грунтовой плотины откоса из-за снижения взвешивающего давления на элементы крепления, и, как следствие, вымывания грунта из элементов крепления и тела грунтовой плотины.
Все вышесказанное позволяет значительно повысить надежность грунтовой переливной плотины, а, следовательно, повысить экономическую эффективность работы грунтовых переливных плотин.
На фиг.1 изображена грунтовая переливная плотина, поперечный разрез, где приняты следующие обозначения: 1 - тело грунтовой переливной плотины; 2 - верховой откос; 3 - порог; 4 - противофильтрационное устройство; 5 - подошва плотины; 6 - низовой откос; 7 - анкерные устройства; 8 - элементы крепления из гибких синтетических оболочек; 11 - водосборное устройство; 12 - водоотводящее устройство;
На фиг.2 - конструкция водосборного и водоотводящего устройств, где приняты следующие обозначения: 9 - промежуточный ряд элементов крепления, 10 - вышерасположенные элементы крепления; 13 - обратный фильтр; 14 - дренажная призма; 15 - перфорированная труба; 16 - защитная сетка.
Грунтовая переливная плотина включает тело грунтовой переливной плотины 1, верховой откос 2, порог 3, низовой откос 6, противофильтрационное устройство 4, элементы крепления из гибких синтетических оболочек 8, размещенные по низовому откосу 6, анкерные устройства 7, водосборные устройства 11 и водоотводящие устройства 12. Порог 3 грунтовой переливной плотины и элементы крепления из гибких синтетических оболочек 8 низового откоса 6 выполнены из тканого синтетического материала, заполнены местным нескальным грунтом и имеют в сечении вытянутую эллиптическую форму. Водосборное устройство 11 выполнено из обратного фильтра 13 и дренажной призмы 14. Водоотводящее устройство 12 выполнено в виде перфорированной трубы 15, с входного торца которой размещена защитная сетка 16. Водосборные устройства 11 и водоотводящие устройства 12 выполнены в количестве, соответствующем числу рядов элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8. Каждое водосборное устройство 11 размещено вдоль каждого ряда элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8 по всей длине каждого ряда между телом грунтовой переливной плотины 1 и каждым рядом элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8 под нижней гранью вышерасположенных элементов крепления 10. Обратные фильтры 13 каждого водосборного устройства 11 выполнены в виде многослойных песчаных подушек, фракция слоев которых выполнены увеличивающимися в направлении от тела грунтовой переливной плотины 1 к дренажным призмам 14. Дренажные призмы 14 выполнены состоящими из щебня или гравия, а перфорированные трубы 15 водоотводящих устройств 12 размещены рядами горизонтально между рядами элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8 и выше расположенных элементов крепления 10. Входные концы перфорированных труб 15 размещены непосредственно в дренажных призмах 14, а выходные концы перфорированных труб 15 размещены на низовом откосе 6 грунтовой переливной плотины.
Конструкция работает следующим образом. При подъеме воды в верхнем бьефе выше отметки порога грунтовой переливной плотины начинается перелив воды через порог 3 и низовой откос 6. При этом благодаря укладке в пределах порога 3 и низового откоса 6 элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8 рядами по низовому откосу 6 ступенчато с напуском верхних рядов элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8 на нижние ряды, тело грунтовой переливной плотины 1 не размывается сбрасываемым потоком воды. В случае снижения уровня воды в верхнем бьефе перелив воды через грунтовую плотину прекратится. Однако при этом грунтовые воды еще будут находиться в теле грунтовой переливной плотины 1, в том числе, между противофильтрационным устройством 4 и низовым откосом 6. Уровень грунтовых вод в этой части грунтовой плотины будет снижаться медленно, если не предусмотреть специальных водоотводящих устройств. Из-за наличия этих грунтовых вод элементы крепления из гибких синтетических оболочек 8 низового откоса 6 подвергаются воздействию взвешивающего давления, вследствие которого возникает опасность всплытия и смещения элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8. Для обеспечения быстрого снижения уровня грунтовых вод в указанной части грунтовой плотины и уменьшения воздействия взвешивающего давления в конструкции предусмотрены водосборные устройства 11 и водоотводящие устройства 12. Таким образом, грунтовые воды свободно проникают через обратные фильтры 13 в дренажные призмы 14 водосборных устройств 11, а далее через перфорированные трубы 15 водоотводящих устройств 12 свободно выводятся на поверхность низового откоса 6. Тем самым обеспечивается быстрое снижение уровня грунтовых вод в теле грунтовой переливной плотины 1 и снижается воздействие взвешивающего давления воды на элементы крепления из гибких синтетических оболочек 8. Для исключения попадания частиц грунта, песка, щебня и гравия в перфорированные трубы 15 на их входных торцах предусмотрены защитные сетки 16. Для обеспечения быстрого проникновения грунтовой воды из тела грунтовой переливной плотины 1 и из элементов крепления из гибких синтетических оболочек 8 в перфорированные трубы 15 стенки последних выполнены с перфорацией.
Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет снизить воздействие взвешивающего давления на элементы крепления низового откоса грунтовой переливной плотины и в целом повысить надежность работы грунтовой переливной плотины.
В результате применения предлагаемой конструкции достигается значительный экономический эффект за счет уменьшения затрат на выполнение частых ремонтных работ по восстановлению разрушаемых элементов крепления низового откоса грунтовой переливной плотины.
Источники информации:
1. Патент №2140485, Российская Федерация, МПК Е02В 7/06 Гидротехническое сооружение / В.М.Лятхер, И.С.Румянцев, С.Д.Шрестха. Заявитель и патентообладатель - Московский государственный университет природообустройства - №98119218/13; заяв. 23.10.1998; опубл. 27.10.1999.
2. Патент №2432432, Российская Федерация, МПК Е02В 7/06 Переливная грунтовая плотина / М.И.Бальзанников, М.В.Родионов. Заявитель и патентообладатель - Самарский государственный архитектурно-строительный университет - №2010126843/21; заяв. 30.06.2010; опубл. 27.10.2011.