ПОДПОРНАЯ ПЛОТИНА (ВАРИАНТЫ) И ГИБКИЙ БЕТОННЫЙ МАТ ДЛЯ ЕЕ СОЗДАНИЯ

Техническое решение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к плотинам для подъема уровня воды.
Данное техническое решение может быть использовано по завершении дноуглубительных работ на малых водотоках, в частности, ручьях.
Малые водотоки обычно подвержены заиливанию. В результате постепенного увеличения толщины слоя иловых отложений происходит поднятие уровня дна малого водотока и подтопление, характеризующееся повышением уровня подземных вод на участке территории, которое приводит к нарушению хозяйственной деятельности, деградации земель, изменению условий произрастания растений и обитания животных. В частности, заболачиваются берега, вода поступает в подвалы и погреба, что мешает их эксплуатации и постепенно приводит к разрушению строений. На данном участке территории возможно возникновение опасности затопления.
Для устранения указанного явления на малых водотоках проводят дноуглубительные работы с целью водопонижения.
Например, убирают донные отложения глубиной около 2 м в русле ручья, обычная глубина которого составляет около 0,5 м. На меньшую глубину углублять русло мощными техническими средствами нецелесообразно, так как незначительное углубление русла в скором времени потребует повторения данной операции. В результате дноуглубительных работ уровень воды в ручье существенно падает, причем глубина ручья становится еще меньше, так как приток (дебет) воды остался прежним, а ширина водотока была увеличена по технологическим причинам. Зачастую после дноуглубительных работ на дне траншеи (канала) глубиной 2-3 м протекает относительно мелкий ручей.
Вызванное технологической необходимостью чрезмерное углубление русла малых водотоков имеет нежелательные экологические последствия, связанные, в том числе, со снижением почвенного плодородия, а также с невозможностью естественного перемещения по данной территории многих видов животных. Создается опасность травм и гибели людей и животных при падении в глубокую траншею. Затрудняется водозабор из малого водотока для хозяйственных целей. Ландшафт теряет свою эстетику.
В зависимости от применяемой технологии дноуглубительных работ убирают не только донные отложения, но и выбирают нижележащий грунт, создавая траншею глубиной до 4-5 м, что только усугубляет ситуацию.
Задачей настоящего технического решения является восстановление малого водотока после дноуглубительных работ.
Задача решается созданием подпорной плотины или каскада плотин, то есть водоподпорного сооружения, перегораживающего водоток для подъема уровня воды. Под подпором понимается подъем уровня воды, возникающий вследствие преграждения русла водотока.
Для данного применения могут наиболее хорошо подойти глухие плотины, то есть плотины в которых отсутствуют устройства для пропуска воды, так как достаточно обеспечить перелив воды через гребень плотины. Причем в данном случае целесообразно применять грунтовые плотины, основное тело которых выполнено из грунтовых материалов, благодаря простоте их возведения.
Из уровня техники (патентный документ SU 1094891 А) известно подпорное сооружение, включающее грунтовую насыпь и облицовку в виде совокупности плит, связанных между собой упругими тягами, в котором стыки плит снабжены эластичными водонепроницаемыми прокладками.
Однако возведение известного подпорного сооружения характеризуется высокой сложностью для его применения в качестве средства для подъема уровня воды в малых водотоках.
Из патентного документа RU 106629 U1 известен гибкий бетонный мат (ГБМ), который предназначен, в частности, для защиты гребней плотин и дамб от размыва при переливе. Известный ГБМ содержит бетонные блоки, связанные между собой порядно и в рядах с зазором гибкими элементами в виде канатов. Также известный ГБМ содержит элементы для частичного перекрытия зазоров между бетонными блоками, выполненные в виде окантовки, представляющей собой выступающий пояс из отвержденной цементно-песчаной смеси в области периметра наибольшего поперечного сечения бетонного блока. При изгибе известного ГБМ окантовки соседних блоков соприкасаются и выкрашиваются.
Однако на практике частичное перекрытие зазоров между бетонными блоками не всегда способно предотвратить вымывание грунта из основного тела плотины.
Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в упрощении конструкции плотины, повышении технологичности ее создания, снижении количества привозных материалов и исключении использования технически сложных элементов при одновременном обеспечении высокой степени защиты грунтового основного тела плотины.
Технический результат достигается благодаря тому, что в первом варианте своего выполнения подпорная плотина для подъема уровня воды в малых водотоках после дноуглубительных работ содержит основное тело плотины, выполненное из местного грунта и покрытое геотекстильным полотном с противосуффозионными свойствами. При этом наружная часть плотины содержит по меньшей мере один ГБМ. Причем ширина зазоров между по меньшей мере 75% бетонных блоков в ГБМ составляет от 1 мм до 25 мм на протяжении не менее 80% габаритной длины прилегающих друг к другу бетонных блоков, а максимальная высота плотины составляет от 1,5 м до 2,5 м.
В частном случае выполнения первого варианта плотины между геотекстильным полотном и ГБМ размещена армирующая сетка.
Также технический результат достигается благодаря тому, что во втором варианте своего выполнения подпорная плотина для подъема уровня воды в малых водотоках после дноуглубительных работ содержит основное тело плотины, выполненное полностью или частично из грунтовых материалов. При этом наружная часть плотины содержит по меньшей мере один ГБМ, а максимальная высота плотины на 10÷70% меньше высоты стенки русла водотока после его углубления.
В частном случае выполнения второго варианта плотины ее высота составляет от 1,5 м до 2,5 м.
В другом частном случае своего выполнения плотина характеризуется тем, что ГБМ содержит элементы для полного перекрытия зазоров между всеми своими бетонными блоками или только между частью блоков.
Также в частном случае выполнения плотины ширина зазоров между по меньшей мере 75% блоков в ГБМ составляет от 1 мм до 25 мм на протяжении не менее 80% габаритной длины прилегающих друг к другу бетонных блоков.
В еще одном частном случае выполнения плотины под ГБМ на основное тело плотины уложен противосуффозионный элемент. При этом в частном случае данного выполнения между противосуффозионным элементом и ГБМ размещена армирующая сетка.
В другом частном случае своего выполнения плотина характеризуется тем, что ГБМ содержит противосуффозионный элемент.
В частных случаях противосуффозионный элемент представляет собой геотекстильное полотно.
Также технический результат достигается благодаря тому, что ГБМ содержит бетонные блоки, связанные между собой порядно и в рядах с зазором гибкими элементами. Причем ГБМ содержит противосуффозионный элемент и/или элементы для полного перекрытия зазоров между всеми бетонными блоками или между их частью. Ширина зазоров между по меньшей мере 75% блоков в ГБМ составляет от 1 мм до 25 мм на протяжении не менее 80% габаритной длины прилегающих друг к другу блоков.
В частном случае выполнения ГБМ противосуффозионный элемент представляет собой геотекстильное полотно.
В другом частном случае элементы для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками являются гибкими пластинами или полосами.
В еще одном частном случае элементы для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками выполнены в виде твердых пластин или блоков.
Также в частном случае выполнения ГБМ бетонные блоки имеют высоту от 50 мм до 350 мм.
В другом частном случае гибкие элементы, связывающие бетонные блоки, представляют собой канаты.
Полезная модель поясняется следующими графическими материалами.
На фиг.1 схематично показана ось плотины в поперечном разрезе.
На фиг.2 показаны вид снизу, спереди и общий вид сверху ГБМ.
На фиг.3 представлен продольный разрез русла водотока после одного из вариантов дноуглубительных работ.
На фиг.4 и 5 показаны вид спереди на периферийный фрагмент ГБМ и вид сверху на пару бетонных блоков ГБМ, поясняющие характерные величины.
На фиг.6 показаны виды спереди и сверху на фрагмент ГБМ с противосуффозионным элементом.
На фиг.7 представлены вид спереди и сверху на фрагмент ГБМ с элементами для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками в виде гибких полос.
На фиг.8 показан вид спереди и сверху на фрагмент ГБМ с элементами для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками в виде жестких пластин.
После выполнения дноуглубительных работ дно 2 русла 1 оказывается существенно ниже относительно береговой линии 3 русла 1 по сравнению со своим первоначальным уровнем 4.
Для подъема уровня воды в малых водотоках после дноуглубительных работ предназначена подпорная плотина, создающая подъем уровня воды в русле 1, что проявляется в превышении уровня верхнего бьефа 5 над уровнем нижнего бьефа 6. Для подъема уровня воды в подавляющем большинстве малых водотоков целесообразно применение подпорных плотин с максимальной высотой от 1,5 м до 2,5 м или с максимальной высотой плотины на 10÷70% меньше высоты стенки русла водотока после его углубления. Под максимальной высотой плотины понимается расстояние по вертикали от отметки гребня до наинизшей отметки подошвы плотины, то есть до дна русла водотока после проведения дноуглубительных работ.
Подъем уровня воды в русле 1 малых водотоков наиболее прост при помощи земляных плотин, то есть плотин, основное тело которых состоит из грунта, обеспечивающего устойчивость и прочность данных плотин.
Основное тело 7 плотины выполняют предпочтительно из местных грунтов.
Допустимо создавать основное тело 7 плотины частично из песчаных или глинистых грунтов, а частично из крупно-обломочных грунтов. При этом получают каменно-земляную плотину.
На основное тело 7 плотины уложен гибкий противосуффозионный элемент 8, например, геотекстильное полотно с противосуффозионными свойствами или полимерная пленка. Противосуффозионный элемент 8 препятствует вымыванию грунта из основного тела 7 плотины, а следовательно, предотвращает ее разрушение.
Коммерчески доступные гибкие противосуффозионные материалы не обладают высокой механической прочностью, из-за чего целесообразно покрывать их сверху защитными средствами. В частном случае настоящего технического решения противосуффозионный элемент 8 накрыт армирующей сеткой 9, например выполненной из стальной проволоки с антикоррозионным покрытием, и по меньшей мере одним ГБМ 10, выполняющим функцию крепления верхового и низового откосов земляной плотины. Армирующая сетка 9 защищает противосуффозионный элемент 8 от повреждений острыми углами ГБМ 10.
Однако ГБМ 10 даже без противосуффозионного элемента 8 способен оказывать существенное защитное действие, предотвращающее размыв основного тела 7 плотины. Защита, реализуемая исключительно ГБМ 10, особенно эффективна в случае создания основного тела 7 плотины из глинистых грунтов и/или при отсутствии сильного течения на данном участке малого водотока.
Зазор между бетонными блоками 11 ГБМ 10, связанных гибкими элементами 12, в частности, канатами, тросами или цепями, имеет величину h (фиг.4), составляющую от 1 мм до 25 мм. Минимальный зазор необходим для обеспечения подвижности соседних бетонных блоков 11 относительно друг друга, а также при отсутствии противосуффозионного элемента 8 или элементов, закрывающих зазор между бетонными блоками 11 (фиг.7 и 8). Если в конструкции плотины использованы указанные элементы, то расстояние между бетонными блоками 11 допустимо увеличить вплоть до 25 мм. Увеличение расстояния между бетонными блоками 11 ГБМ 10 более 25 мм нежелательно, так как при этом противосуффозионный элемент 8 оказывается недостаточно защищенным от механических повреждений, например, от плывущих по течению предметов, а элементы, закрывающие зазор между бетонными блоками 11 потребуется увеличить в размерах, что усложнит конструкцию и монтаж ГБМ 10.
Технический результат достигается только при условии, что ширина h зазора сохраняется на относительно большом участке S между соседними блоками 11 (на фиг.5 расстояние между бетонными блоками 11 увеличено для наглядности). Экспериментально установлено, что длина участка S между соседними блоками 11 должна составлять не менее 80% габаритной длины (ширины) W прилегающих друг к другу блоков 11. В противном случае будет либо нарушаться гибкость ГБМ 10, либо произойдет снижение его защитных характеристик. Длина участка S меньше или равна габаритной длине W бетонного блока 11. Разность между величинами W и S может быть вызвана, например, скруглением ребер бетонных блоков 11, при выполнении их пирамидальной или аналогичной формы. Указанные условия должны выполняться для по меньшей мере 75% блоков 11 в ГБМ 10, так как в противном случае ГБМ 10 в целом не будет обладать требуемыми свойствами и технический результат не будет достигнут.
На фиг.1 ГБМ 10 показан схематично, расстояние между бетонными блоками увеличено. В действительности зазор между бетонными блоками существенно меньше, а верхний бьеф 5 практически совпадает с гребнем плотины, через который осуществляется перелив воды.
ГБМ 10, а также противосуффозионный элемент 8 и армирующая сетка 9, при их наличии в конструкции плотины, образуют ее наружную часть.
Подъем уровня воды в малых водотоках после дноуглубительных работ осуществляют следующим образом.
После завершения дноуглубительных работ на данном участке водотока возводят подпорную плотину. При этом средствами механизации создают насыпное или намывное основное тело 7 плотины, преимущественно из местного грунта. Во внешней части плотины размещают как минимум один ГБМ 10, содержащий бетонные блоки 11. ГБМ 10 поднимают за монтажные петли 13.
В частном случае, до размещения ГБМ 10, на основное тело 7 плотины укладывают противосуффозионный элемент 8 и армирующую сетку 9.
Один из возможных способов создания подпорной плотины для подъема уровня воды в малых водотоках после дноуглубительных работ заключается в том, что основное тело 7 плотины представляет собой участок нетронутого грунта русла 1. При этом дноуглубительные работы проводят на участках 14 и 15 русла 1, причем расстояние L между данными участками выбирают равным планируемой ширине основного тела 7 плотины, после чего корректируют высоту основного тела 7 плотины до требуемого уровня 16, и покрывают его ГБМ 10. Скорректированный уровень 16 ниже уровня верхнего бьефа 5 на толщину наружной части возводимой плотины.
Для подъема уровня воды в малых водотоках после дноуглубительных работ предпочтительно возведение каскада подпорных плотин, благодаря которому русло 1 малого водотока оказывается наполненным водой равномерно. После завершения дноуглубительных работ на данном участке водотока создают основное тело 7 первой подпорной плотины из грунта и размещают во внешней части данной плотины как минимум один ГБМ 10. Причем высота плотины на 20÷70% меньше высоты стенки углубленного русла 1. Затем возводят вторую подпорную плотину такой же конструкции на 0,1÷0,3 м ниже по отметке от уровня моря. После возведения второй плотины на всем протяжении русла 1 водотока аналогично возводят последующие подпорные плотины, расположенные друг от друга на расстоянии 0,1÷0,3 м ниже по отметке от уровня моря.
Для создания подобных плотин наиболее хорошо подходит ГБМ 10, содержащий бетонные блоки 11, связанные между собой порядно и в рядах с зазором гибкими элементами 12. Данный ГБМ 10 содержит противосуффозионный элемент 8, например, геотекстильное полотно, и/или элементы 17 и 18 для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками 11. Как противосуффозионный элемент 8, так и элементы 17, 18 защищают грунт основного тела 7 плотины от вымывания. Совместное использование противосуффозионного элемента 8 с элементами 17 и 18 существенно увеличивает защищенность основного тела 7 плотины. Причем ширина h зазоров между по меньшей мере 75% блоков в ГБМ составляет от 1 мм до 25 мм на протяжении не менее 80% габаритной длины прилегающих друг к другу бетонных блоков 11.
Элементы 17 для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками 11 показаны на фиг.7 как выполненные в виде четырех гибких полос, однако данные элементы могут представлять собой гибкие пластины, по одной на один зазор. Гибкие пластины или полосы замоноличивают одним концом в блоках 11, или закрепляют иным подходящим способом, а другой их конец оставляют свободным для сохранения свойства гибкости ГБМ 10.
При размещении ГБМ 10 на основном теле 7 плотины элементы 17 для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками 11 плотно прилегают к бетонным блокам 11 под действием веса данных блоков и полностью перекрывают зазор между ними.
Элементы 18 для полного перекрытия зазоров между бетонными блоками 11 выполнены в виде твердых пластин или блоков. Элементы 18 необходимо прикрепить к ГБМ 10 гибкими связями с зазором, иначе будет нарушена гибкость ГБМ 10. При укладывании ГБМ 10 с изгибом его бетонные блоки 11 опираются на края элементов 18 и также полностью перекрывают зазор между бетонными блоками 11.
Высота бетонных блоков 11 составляет преимущественно от 50 мм до 350 мм, так как эффективность защитной функции более тонких блоков оказывается недопустимо малой, а блоки большей толщины имеют избыточную прочность для применения их на малых водотоках.
Благодаря относительно простому устройству - ГБМ, достигается упрощение конструкции плотины, так как при этом отсутствует необходимость применения технически сложных противофильтрационных устройств, например, диафрагм-компенсаторов. Грунтовые плотины, защищаемые ГБМ, характеризуются хорошей технологичностью их создания, для их возведения достаточно обычных экскаватора и автокрана. Так как в настоящем техническом решении сложные элементы не используются, то создание плотины максимально упрощено, при одновременном обеспечении высокой степени защиты грунтового основного тела плотины. Используя местный грунт, в том числе извлекаемый при дноуглубительных работах на данном водотоке, достигают снижения количества привозных материалов для создания основного тела плотины.