ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ
HYDRAULIC STRUCTURE

Изобретение относится к строительству, преимущественно к гидротехническим сооружениям, содержащим габионную кладку, и может быть использовано при создании плотин, дамб, водосбросов, промышленных бассейнов, каналов, отдельно стоящих подпорных стенок и других берегоукрепительных, противоэрозионных и ограждающих сооружений.
В гидротехнических сооружениях широко используются габионы, которые представляют собой заполненные каменным материалом сетчатые корзины различной формы (коробчатые, матрасно-тюфячные, цилиндрические). Такие габионы образуют в сооружении однорядную или многорядную кладку, при этом поверхность кладки в месте ее сопряжения с основанием и/или частью сооружения имеет ломаный вид с угловатыми впадинами и/или выпуклости (Мелиорация. Руководство по защите земель, нарушенных водной эрозией. Габионные конструкции противоэрозионных сооружений. / Минсельхоз России. - М., 2003).
Недостатком такого гидротехнического сооружения является то, что в местах излома поверхности кладки у основания и/или у поверхности части сооружения, а также внутри сложной, часто многорядной кладки образуются подобные каналам полости. Эти полости не всегда могут быть качественно ликвидированы путем неупругого деформирования габионов или путем заполнения грунтовым материалом. Дополнительно, при заключении кладки снизу и с боков в геомембрану, препятствующей утечке воды и растеплению вечной мерзлоты, в местах впадин и выпуклостей в виде ребер и углов геомембрана при резком изгибе может получить повреждение. Все это усложняет работы и снижает надежность гидротехнического сооружения.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении работ при возведении гидротехнического сооружения и повышении его надежности. Достигаемый же технический результат заключается в повышении качества, как в сглаживании поверхности кладки в местах ее сопряжения с основанием и/или с поверхностью части сооружения, так и в заполнении полостей внутри кладки.
Указанная задача решается, а технический результат достигаются тем, что в гидротехническом сооружении, содержащем кладку, выполненную из габионов, сетчатые корзины которых заполнены каменным материалом, а поверхность кладки в месте ее сопряжения с основанием и/или частью сооружения имеет ломаный вид с угловатыми впадинами и/или выпуклостями, согласно изобретению кладка содержит дополнительные элементы, сглаживающие ее поверхность и/или заполняющие полости (то же пустоты) между габионами внутри кладки, при этом дополнительные элементы выполнены из твердой пены, представляющей собой вспененную ячеистую пластмассу с герметически закрытыми порами и обладающей заданной упругостью и прочностью.
Дополнительно:
- твердая пена имеет прочность на сжатие при 10% линейной деформации не менее 0,04 МПа;
- дополнительный элемент расположен во впадине и заполняет ее;
- дополнительный элемент примыкает к выпуклости и притупляет ее;
- кладка снизу и с боков заключена в геомембрану;
- кладка снизу и с боков заключена в теплоизоляционную оболочку.
Именно, введение в состав габионной кладки дополнительных элементов, выполненных из упруго деформируемой твердой пены и обладающей заданной прочностью на сжатие, обеспечивает достижение ранее указанного технического результата - повышение качества сглаживания поверхности габионной кладки и заполнения полостей внутри кладки.
Изобретение поясняется чертежами, на которых для примера 1 (простой случай, фиг.1) и примера 2 (сложный случай, фиг.2-5) изображено следующее:
на фиг.1 - крепление берега водотока, подверженного русловой и склоновой эрозии, поперечный разрез;
на фиг.2 - сооружение, обеспечивающее защиту горной выработки от прорыва воды со стороны водотока в условиях вечной мерзлоты, схематичный план;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3;
на фиг.5 - узел I на фиг.3.
Пример 1 (фиг.1). Крепление берега 1 водотока 2, подверженного русловой и склоновой эрозии, в нижней части осуществлено посредством подпорной стенки 3, выполненной из коробчатых габионов 4, уложенных в два яруса, и матрасно-тюфячных габионов 5 в основании, а в верхней части - посредством покрытия спланированного берега 1 коробчатыми габионами 6 и матрасно-тюфячными габионами 7. Эти габионы, позиции 4-7, представляют собой заполненные каменным материалом сетчатые корзины и в примере имеют следующие размеры в метрах, длина, ширина, высота:
4 - коробчатые 1,5×1×1;
5 и 7 - матрасно-тюфячные 4×2×0,3;
6 - коробчатые 2×1×0,5.
В месте примыкания габионов 6 к габионам 4, в клинообразной впадине 8, образовавшейся со стороны берега 1, расположены дополнительные элементы 9. Все смежные габионы 4-7 связаны между собой проволокой и вместе с дополнительными элементами 9 образуют единую конструкцию - кладку 10. Эта кладка 10 заключена в геотекстиль 11, при этом дополнительные элементы 9 обеспечивают сглаживание поверхности кладки 10.
Дополнительные элементы 9 выполнены из твердой (жесткой по терминологии ГОСТ 20869-75*) пены, представляющей собой вспененную ячеистую пластмассу с герметически закрытыми порами и обладающей упругой деформацией и заданной проектом при конкретных условиях работы кладки 10 прочностью на сжатие, но не менее 0,04 МПа при 10% линейной деформации, что соответствует минимальной прочности пенополистирольных плит по ГОСТ 15588-86. Дополнительные элементы 9 могут быть выполнены также из пенополиуретана, пенофенолформальдигида или другой вспененной ячеистой пластмассы, широко применяемой для тепловой изоляции наружной поверхности труб (ГОСТ 16381-77. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. М.: Издательство стандартов, 1992).
Дополнительные элементы 9 могут быть изготовлены, например, путем фигурного вырезания изделия нагретой нихромовой проволокой из пенополистирольных плит, изготовленных беспрессовым способом (ГОСТ 15588-87), или способом заливки твердеющей пены (ВСН 462-85. Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования заливочным пенополиуретаном. М.: ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1986) в помещенную во впадину 8 оболочку (не показана), выполненную из геотекстиля, или другими способами. Возможно применение пены в баллонах, т.н. монтажной пены.
При эксплуатации такого гидротехнического сооружения кладка 10 работает как единая гибкая конструкция, надежно защищающая водоток 2 от русловой и склоновой эрозии. При этом дополнительные элементы 9 упруго деформируют и тем самым уменьшают неравномерность деформаций и образование полостей в потенциально опасных местах, а геотекстиль 11 предотвращает вынос грунта из берега 1.
Пример 2 (фиг.2-5). Разрабатываемое в условиях вечной мерзлоты месторождение 12 полезного ископаемого в плане пересекается временно действующим водотоком 13, перемерзающим в холодный период года (фиг.2). Защита горных выработок, карьера 14 и штреков 15 от прорыва воды со стороны водотока 13 осуществляется следующим образом. Сначала устанавливается границы опасного участка водотока 13, со стороны которого, в случае постоянного теплового воздействия водотока 13 на вечномерзлые породы 16, деформируемые при осуществлении выработок, возможен прорыв воды. Затем вдоль опасного участка водотока 13, у его дна 17, в пределах руслового талика 18 прокладывается покрытая теплоизоляцией труба 19, обеспечивающая прием и пропуск грунтовой воды, движущейся по русловому талику 18, и меженной воды поверхностного стока (фиг.3). Воды паводков, общей продолжительностью обычно один-два месяца в году, пропускаются по естественному руслу водотока 13. Подъем уровня воды перед входным раструбом 20 трубы 19 до заданного уровня 21 осуществляется посредством водосливного порога 22, а прием грунтовой воды осуществляется входной перфорацией 23, расположенной на трубе 19 перед водосливным порогом 22.
Водосливной порог 22 с бортами 24 как самостоятельное гидротехническое сооружение выполнен из коробчатых габионов 25, имеющих размеры 2×1×1 (фиг.4), а крепление за водосливным порогом 22 осуществлено габионами 26, имеющими размеры 2×1×0,5. Габионы 25 и 26 связаны между собой проволокой и вместе с дополнительными элементами 27-31 образуют единую конструкцию - кладку 32. Эта кладка 32 снизу и с боков заключена в геомембрану 33 и теплоизоляционную оболочку 34. При этом из геомембраны 33 между габионами 25 в кладке 32 выполнена противофильтрационная диафрагма 35, пересекаемая трубой 19 (фиг.5).
Теплоизоляционная оболочка 34, как и дополнительные элементы 27-31, выполнена из пенопористирола, пенополиуретана или пенофенолформальдегида и она совместно с дополнительными элементами сглаживает поверхности кладки 32.
Дополнительные элементы имеют следующее месторасположение в кладке 31 и функциональное назначение:
27 - расположены в клинообразных впадинах, сглаживают поверхность кладки;
28 - примыкают к ребрам габионов, притупляют их и тем самым сглаживают поверхность кладки;
29 - заполняют полости между габионами внутри кладки;
30 - заполняют полости между габионами и трубой 19;
31 - разжимают сгибы двух геомембран 33, образующих диафрагму 35.
На чертежах при максимальном уровне воды 36 дополнительными позициями обозначены следующие конструктивные элементы сопряжения водосливного порога 22 с вечномерзлыми породами 16:
37 - зуб (заполнен связным грунтом);
38 - охлаждающие трубы;
39 - сезонно-действующее охлаждающее устройство (СОУ).
При эксплуатации кладка 32 работает как единая конструкция, которая обеспечивает подъем воды перед водосливным порогом 22 до заданного уровня 21, необходимого для приема трубой 19 меженных вод поверхностного стока. Упруго деформируемые дополнительные элементы 27-31 сглаживают поверхность кладки 32, что создает благоприятные условия для геомембраны 33. Дополнительные элементы заполняют полости между габионами внутри кладки 32 и при ее сопряжении с основанием и трубой 19, что уменьшает неравномерность деформирования кладки 32. Одновременно с этим дополнительные элементы 27-31, геомембрана 33, теплоизоляционный слой 34 и охлаждающие трубы 38, расположенные в заполненном связным грунтом зубе 37, предотвращают растепление вечномерзлых пород 16. Причем все эти конструктивные элементы работают совместно, взаимно повышают эффективность друг друга и обеспечивают решение единой технической задачи - упрощение работ при возведении водосливного порога и повышение его надежности в условиях вечной мерзлоты.
Обозначения
1 - берег
2 - водоток
3 - подпорная стенка
4 и 6 - габионы (коробчатые)
5 и 7 - габионы (матрасные)
8 - впадина
9 - дополнительный элемент
10 - кладка
11 - геотекстиль
Пример 2
12 - месторождение
13 - водоток (временно действующий)
14 - карьер
15 - штреки
16 - вечномерзлые породы
17 - дно (водотока)
18 - русловой талик (перемерзающий)
19 - труба (теплоизолирована)
20 - входной раструб
21 - уровень воды (заданный)
22 - водосливной порог
23 - входная перфорация
24 - борт (водосливного порога)
25 - габионы
26 - габионы
27-31 - дополнительные элементы
32 - кладка
33 - геомембрана
34 - теплоизоляционная оболочка
35 - противофильтрационная диафрагма
36 - максимальный уровень воды
37 - зуб
38 - охлаждающие трубы
39 - сезонно-действующее охлаждающее устройство (СОУ)