ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ПЕРЕПАД КОМБИНИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
TWO-STEP CROSSHEAD OF COMBINED STRUCTURE

Изобретение относится к гидротехническому и мелиоративному строительству и может быть использовано в качестве сопрягающего сооружения для регулирования русел малых рек и каналов в земляных руслах на горных и предгорных их участках. Известны перепады, состоящие из железобетонных и каменных ступеней, используемые в качестве противоэрозионных сооружений. [1, с. 73-75]. Основными недостатками данных технических решений является низкая эффективность работы, а также большая материалоемкость конструкции.
Известны железобетонные перепады, устраиваемые на каналах и руслах малых рек как сопрягающие сооружения [2, с. 62-65]. Основными недостатками данных технических решений являются низкая эффективность их работы в условиях малых рек и каналов в земляных руслах с высокими уклонами, а также большая материалоемкость конструкции.
Цель изобретения - повышение эффективности работы сооружения в условиях размываемых земляных русел каналов и малых рек.
Указанная цель достигается тем, что перепады, включающие входной порог, ступени-гасители энергии, боковые стенки, выполненные из железобетона, отличающиеся тем, что в основании каждой ступени-гасителя энергии по всей площади уложен габионный тюфяк, толщиной 0,3-0,5 м, а сверху габионного тюфяка каждой ступени устроена ячеистая прямоугольная коробчатая конструкция из железобетонных балок квадратного сечения, причем количество ячеек в коробчатой конструкции может быть два или четыре, при этом в конце каждой ступени высота поперечной балки наращена до 1,5 м и более для ее работы в качестве водобойной стенки, ячейки коробчатой конструкции над габионными тюфяками каждой ступени загружены крупнообломочным каменным материалом толщиной 0,5-1 м. Вместе с тем в гасителях энергии каждой ступени железобетонные балки коробчатой конструкции жестко связаны между собой и с водосливной стенкой и разграничены с боковыми ограждающими стенками деформационными швами.
На фиг. 1. изображено продольное сечение двухступенчатого перепада комбинированной конструкции по оси движения потока. На фиг. 2 - то же самое в плане. На фиг. 3 - поперечный разрез первой ступени с видом на входную часть. На фиг. 4 показан поперечный разрез второй ступени с видом на выходную часть.
Двухступенчатый перепад состоит из входной водосливной стенки 1 (входной порог), первой ступени-гасителя энергии 2, габионного тюфяка 3 в основании первой ступени 2, железобетонной коробчатой ячеистой конструкции 4 первой ступени, состоящей из продольных 5 и поперечных 6 балок и водобойной стенки 7, совмещенной с ж.б. водосливной стенкой 8 в конце первой ступени 2, каменной загрузки 9 первой ступени; второй ступени 10, габионного тюфяка 11 второй ступени, ж.б. коробчатой ячеистой конструкции 12 второй ступени, состоящей из продольных 13 и поперечных 14 балок и водобойной стенки 15, совмещенной с поперечной балкой 14; каменной загрузки 16 второй ступени, боковых ограждающих ж.б. стенок 17 с деформационными швами 18.
Двухступенчатый перепад комбинированной конструкции строят следующим образом.
Вначале планируют место строительства перепада и разрабатывают котлован под входной порог, ступени-гасители и береговые ограждающие стенки. Затем строительство начинают с последней (второй) ступени 10. Для этого планируют основание и монтируют габионный тюфяк 11 по всей площади основания второй ступени 10. После возводят водосливную стенку 8 между ступенями (второй и первой), для этого монтируют опалубки с арматурными каркасами и заливают бетоном с уплотнением. Потом планируют основание первой ступени 2 и монтируют габионный тюфяк 3 по всей ее площади. Толщина габионных тюфяков 11 и 2 составляет 0,3…0,5 м в зависимости от гидравлических условий и гидромеханических характеристик грунтов основания. Далее подготавливают основание под входную водосливную стенку 1, устанавливают опалубки с арматурными каркасами и заливают бетоном с уплотнением. После чего над габионными тюфяками каждой ступени возводят коробчатые конструкции 4 и 12 из монолитных ж.б. балок, сечение балок принимают квадратным с размерами 0,75×0,75 м или 1,0×1,0 м. При этом между собой и водосливными стенками ж.б. балки соединяются жестко, а с береговыми (подпорными) ограждающими стенками разграничиваются деформационными швами 18. А поперечные ж.б. балки в конце ступеней наращивают по высоте до 1,5 м и более для использования их в качестве водобойных стенок 7 и 15 с целью эффективного гашения избыточной энергии потоков воды (из условия образования сопряжения бьефов в виде затопленного гидравлического прыжка в каждом колодце-ступени 2 и 10). После этого возводят до необходимой высоты береговые ограждающие стенки 17 перепада из монолитного железобетона, для этого подготавливают основание, устанавливают опалубки и арматурные каркасы и заливают бетоном с уплотнением. После набора необходимой прочности бетоном опалубки водосливных и ограждающих (подпорных) стен, а также ж.б. балок разбирают и увозят в место складирования. Количество ячеек в коробчатой конструкции каждой ступени (первой и второй) принимают два или четыре, так как другое количество ячеек не дает необходимого эффекта. Внутри ячейки коробчатых конструкций 4 и 12 каждой ступени загружаются крупнообломочным материалом, толщиной 0,5-1,0 м.
Двухступенчатый перепад комбинированной конструкции работает следующим образом.
В период эксплуатации при прохождении максимального водного (паводкового) потока воды через сооружение на ступенях образуются затопленные гидравлические прыжки, обеспечивающие гашение избыточной энергии потока. Вместе с тем из-за гибкости и водопроницаемости конструкции часть потока воды проходит через габионные тюфяки оснований и каменные загрузки ступеней. В результате происходит рассредоточение и относительно равномерное распределение действующих гидродинамических нагрузок потоков воды по всем ступеням, стенкам и балкам коробчатых конструкций. При этом под основанием ступеней и береговых примыканий не возникают опасные фильтрационные противодавления и деформации грунтов. Наличие габионных тюфяков под основанием ступеней и коробчатых конструкций с каменными загрузками на ступенях повышает эффективность работы перепада. Таким образом, двухступенчатый перепад предлагаемой комбинированной конструкции обеспечивает эффективное гашение избыточной энергии водных потоков и надежность работы всего сооружения.
Наиболее эффективно может быть использован предлагаемый двухступенчатый перепад, для стабилизации эрозионных (размываемых) русловых процессов на горных и предгорных регулируемых участках урбанизированных зон малых рек и земляных сбросных каналов, где сосредоточенный перепад отметок русел не превышает 3…3,5 м. При значительном превышении перепада отметок количество ступеней может быть и 3 и более в зависимости от конкретных инженерно-гидрологических и гидравлических условий водотоков.
Источники информации
1. П.М. Степанов, И.Х. Овчаренко, П.С. Захаров. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ. - М.: Колос, 1980, с. 73-75.
2. Бахтин Б.М., Корюкин С.Н. Гидротехнические сооружения. - М.: Агропромиздат, 1991, с. 62-65.