Способ защиты берега от размыва потоком и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству. Цель изобретения - повышение эффективности способа путем улучшения сцепления тюфяка с грунтом основания. Способ включает: подготовку основания берега и укладку на подготовленное основание гибких тюфяков. Подготовку основания ведут с одновременным устройством продольных выемок 1 и герметичным затариванием части грунта экскавации в мешки из водопроницаемого, водостойкого и прочного материала. Далее укладывают продольные ряды мешков 2 по подготовленному основанию. Настилают по нему единое полотнище 3 из указанного материала с оборачиванием им мешков 2 и заведением в выемки 1. Затем ведут пригрузку полотнища 3 песчано-супесчаным грунтом 4. В зоне волнового воздействия на берег укладывают частично заглубленный в грунт пилообразный ряд мешков 5 для гашения энергии волн. После этого образованную конструкцию сверху укрывают единым полотнищем 3, края которого скрепляют с краями нижнего полотнища 3 по периметру устройства. Устройство для осуществления способа включает продольные выемки 1 на подготовленном основании берега. На этом основании уложены параллельно расположенные продольные ряды мешков 2 с грунтом. Поверх этого расположено единое полотнище 3 из того же материала, являющееся оболочкой тюфяка и облегающее его конструктивные элементы. На полотнище размещен песчано-супесчаный грунт 4 и мешки 5 с грунтом, частично заглубленные в грунт 4 и расположенные в зоне волнового воздействия в виде продольного ряда пилообразной формы. В процессе работы устройства нижняя часть тюфяка опускается в русло на максимальную глубину размыва, после чего положение тюфяка не меняется и дальнейшего размыва берега водным потоком не происходит. При этом продольные ряды мешков 2 с грунтом препятствуют деформации тюфяка, а наличие выемок 1 обеспечивает его гибкость и надежное прилегание к откосу при возможных деформациях берега. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

At (51)5 E 02 В 3/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

A-А

Фиг. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ rHHT CCCP (21 ) 4430721/23-15 (22) 27.05.88 (46) 23.04.90. Бюл. К - 1 5 (71 ) Туркменский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации и.Туркменский институт организации и технологии водохозяйственного строительства (72) Д.С.Сарыев и Г.Г.Галифанов (53) 627.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 684096, кл. E 02 В 3/12, 1979.

Алтунин C .Т. Регулирование русел. — М,: Сельхозиздат, 1962, с. 13-115. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ БЕРЕГА ОТ РАЗМЫВА ПОТОКОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯЯ (57) Изобретение относится к гидротехническому строительству. Цель изобретения — повышение эффективности способа путем улучшения сцепления тюфяка с грунтом основания. Способ включает: подготовку основания берега и укладку на подготовленное основание гибких тюфяков. Подготовку основания ведут с одновременным

2 устройством продольных выемок 1 и герметичным затариванием части грунта экскавации в мешки из водопроницаемого, водостойкого и прочного материала. Далее укладывают продольные ряды мешков 2 по подготовленному основанию. Настилают по нему единое полотнище 3 из указанного материала с оборачиванием им мешков 2 и заведением в выемки 1. Затем ведут пригрузку полотнища 3 песчано-супесчаным грунтом 4. В зоне волнового воздействия на берег укладывают частично заглубленный в грунт пилообразный ряд мешков 5 для гашения энергии волн. После этого образованную конструкцию сверху укрывают единым по- 9 лотнищем 3, края которого скрепляют с краями нижнего полотнища 3 по периметру устройства. Устройство для С осуществления способа включает продольные выемки 1 на подготовленном Я основании берега. На этом основании уложены параллельно расположенные . р продольные ряды мешков 2 с грунтом.

Поверх этого расположено единое полотнище 3 из того же материала, являющееся оболочкой тюфяка и облега1559036 ва, после чего положение тюфяка неменяется и дальнейшего размыва берега водным потоком не происходит ° При

5 этом продольные ряды мешков 2 с грунтом препятствуют деформации тюфяка, а наличие выемок 1 обеспечивает его гибкость и надежное прилегание к откосу и ри в о зможных дефо рмациях берега. 2 с.п. Ф-лы, 3 ил, .!,!

Изобретение относится к эксплуатации рек и каналов, в частности к способам защиты берегов от размывающего воздействия водного потока и устройствам для их осуществления.

Цель изобретения — повышение эффективности способа путем улучшения сцепления тюфяка с грунтом основания.

На фиг, 1 изображено устройство для защиты берега от размыва пото- 25 ком, вид в плане;.на фиг. 2 — разрез А-A на фиг. 1, исходное положение; на фиг. 3 — то же, рабочее положение.

Устройство включает спланированное основание берега с продольными выемками 1 и продольными рядами уложенных мешков 2 с грунтом, единое полотнище 3 из водопроницаемого, водостойкого и прочного материала, являющееся оболочкой тюфяка и обле. гающее его конструктивные элементы, песчаный грунт 4, размещенный в полости тюфяка, мешки 5 с грунтом, частично заглубленные, для большей 40 устойчивости конструкции в супесчано-песчаный грунт 4 и расположенные в зоне волнового воздействия в виде. продольного ряда пилообразной формы, образованной взаимно перпендикулярны- 4 ми звеньями иэ нескольких мешков 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале определяется длина берега, подлежащего защите от размыва потоком. В общем случае эта длина определяется местными условиями.

В частности, если река размывает берег вблизи железнодорожной колеи, автострады, жилого строения и т.д., то длина подлежащего защите от. размыва потоком берега должна быть равной длине подверженного размыву участка реки. Далее определяется

В=Бу+ В,+ В„

В,= Но 1+ m, 2

mp 9 где В.j

P

P где г ющее его конструктйвные элементы. На полотнище размещен песчано-супесчаный грунт 4 и мешки 5 с грунтом, частич" но заглубленные в грунт 4 и расположенные в зоне волнового воздействия в виде продольного ряда нилообраэной . формы. В процессе работы устройства нижняя часть тюфяка опускается в русло на максимальную глубину размыширина защищаемого от размыва участка. Она находится по формуле Алтунина С,Т. где  — верхняя относительно гори1 зонтальная часть берега для малых рек равна 1 м, для больших — 2 — 3 м, где В - откосная часть берега, м;

Н " глубина потока до размыва, М9

m — заданный (естественный) коэффициент откоса, нижняя, затопленная водой часть берега; глубина размыва9 м; крутизна откоса под отпустившимся в размыв креплением, 1 ш и ф йй 2 — коэффициент внутреннего трения грунта, примерно равный 1

Ш ш — коэффициент заложения естественного откоса грунта под водой; — коэффициент трения грунта по креплению; .10,2 ш -Д;„, где g „- вес 1 м крепления, 2

После определения величины (В) приступают к подготовке основания берега, подлежащего защите от размыва водным потрком. Такую подготовку где й

5 целесообразно вести отступив на 5 и более метров от уреза воды в канале, с тем, чтобы создать возможности для работы землеройной техники, в частности исключить ее увязание во влагонасыщенном грунте. Для этого с целью перехвата фильтрационного потока на указанном расстоянии от уреза воды устраивают вдоль канала выемки, например, глубиной 2-3 м и осуществляют водоотлив через образовавшуюся перемычку в канал. Далее производят землеройной техникой, например бульдозером ЭС-131, формирование нижней затопляемой водой части берега (В ) протяженностью 1000 м и шириной 1? м, После этого ведут устройство откосной части берега (Р<), ширина которой должна быть равна 16 м и далее формируют верхнюю относительно горизонтальную часть берега (В <) шириной 2 м, В процессе этих работ производят срезку неровностей в засыпку имеющихся углублений на подлежащей защите от размыва потоком поверхности берега. Одновременно на изломах откосной части берега и в промежутхе между ними на равноудаленном расстоянии устраивают продольные выемки 1, например, мобильным одноковшовым экскаватором на пневмоколесном ходу ЭО-2131 или роторным экскаватором ЭТР†1 . Глу-. бина выемки при этом может быть в пределах, например, 1,0 — 1,5 м, а ширина — 0,3 — l, 0 м, На относительно горизонтальной верхней части берега, примерно в 1,5 м от излома берега, также устраивают одну выемку 1. Часть грунта экскавации с выемок 1 герметично затаривается в мешки из ВВПИ, диаметр отверстий которых может составлять, например, 0,2 — 0,6 м, а длина - 1 — 5 м. Остальной грунт с. этих и других выемок равномерно распределяется в промежутке между ними. Количество мешков и их размеры определяются морфо" метрическими параметрами канала и высотой наката воды. Для крупных рек и каналов, в частности, берутся верхние, а для малых нижние пределы количества и размеров мешков. Далее по нижней горизонтальной и откосной части берега на равноудаленном расстоянии друг от друга, например через 4 м, на подготовленное основание укладывают продольные ряды мешков 2, 559036 6 с грунтом. Размеры мешков 2 могут быть нижеследующими: диаметр отверстий 0,2 м, длина до 2 — 3 м. После

5 этого приступают к укладке полотнища 3 снизу вверх или сверху вниз по ширине защищаемого от размыва потоком приготовленного основания берега с заведением полотнища 3 в выемки и оборачивания им мешков 2, Затем разматывается второй ряд полотнища 3, края которого скрепляются с первым посредством сшивания капроновой нитью, склеивания и т,д. с заведением каждого очередной полосы ткани в выемки 1 и получением в итоге единого полотнчща 3, уложенного по поверхности подготовленного основания.

20 После этого при помощи землеройной техники (экскаватором, бульдозером) производят пригрузку полотнища

20 — 40 см слоем песчаного или супес.чаного грунта 4. Выемки 1 при этом

25 засыпаются полностью. Толщина слоя песчаного грунта 4 определяется нижеследующим. Во время наката волны в зоне горизонта покоя имеет место большое давление на внешнюю поверхность берега. Благодаря пористости песчаного грунта 4 значительная доля давления волны с некоторым запозданием передается нижней поверхности берега. Результирующая этих давлений при накате прижимает песчаный

35 грунт 4 к полотнищу. При скате волны внешнее давление быстро убывает, уменьшение же давления на нижнюю поверхность песчаного грунта опять опаздывает. В результате имеет место взвешивающее песчаный грунт противодавление. Это противодавление должно уравновеситься весом песчаного грунта, отсыпанного на полотнище

45 и, следовательно, толщиной его слоя, которая находится из формулы толщина песчаного грун-. та, м; коэффициент запаса, в зависимости от капитальности сооружения, равный 1,25

1,50 (принимаем 1,4); высота наката волны, 05м;

° У

9 объемная масса воды, кг/м — 1000 кг/и

1559036 — объемная масса песчаного

1 з. грунта, 1, = 1600 кг/м

m — заложение откоса, m = 3.

Подставляя имеющиеся значения в формулу, имеем, что толщина песчаного грунта,на полотнище должна составлять 0,23 м.

После отсыпки на полотнище песчаного грунта 4 указанным слоем произ- 10 водят разравнивание и укладку на откосной .линии одного пилообразного ряда заполненных грунтом мешков 5 . (волногасителей, волноломов) с частичным, например на 15 — 20 см, эаг- 15 лублением их в грунт. Причем каждое очередное звено ряда располагают под углом 90О к последующему. Накат волны на такое звено происходит под

0 углом 45 . Гашение энергии волны 20 происходит в результате ее отражения от волногасителя под углом 45 (угол падения равен углу отражения) к противоположному звену ряда с сопровождающими этот процесс явлениями 25 интерференции волн.

Количество мешков 2 с грунтом, укладываемых по подготовленному основанию берега, определяется длиной берега, количеством рядов и длиной 30 мешков 2.

Количество мешков 5, укладываемых в качестве волногасителей волноломов по отсыпанному на полотнище песчаному грунту с частичным заглублением их в него, определяется длиной звена и длиной защищаемого от размы-. ва участка берега. Длина звена опре" деляется разницей в положении уровней максимального и наименьшего гориэонта волн на откосе, что позволяет гасить энергию волн при всех гидрологических режимах канала (реки).

После укладки пилообразного ряда мешков 5 производят укладку гибкого фильтрующего полотнища 3 поверх образованной конструкции путем разматывания рулона материала снизу вверх или сверху вниз с последующим скреплением соседних полос полотнища 3, а также краев нижнего и верхнего полотнища по периметру конструкции.

В результате образуется единый гибкий тюфяк. Большая крутизна откоса в процессе размыва приводит к возник55 новению в нем больших растягивающих усилий, которые могут превосходить вес опустившейся в размыв части тюфяка (Вэ). Объясняется это тем, что тюфяк помимо собственного веса, нагружается еще слоем сползающего под ним грунта, вес которого, передаваясь через силы трения, складывается с составляюющей силы тяжести тюфяка и обусловливает возникновение больших растягивающих усилий. Поэтому конструкция тюфяка должна быть рассчитана на эти усилия. В частности, фильтрующее полотнище должно быть из такого материала, который отвечает поставленным условиям. Расчеты показывают, что в качестве фильтрующего полотнища может быть использована капроновая ткань техническая, Устройство работает следующим образомм. . С течением времени в результате размыва берега водный поток проходит в новых границах русла, а именно так, где уложен гибкий тюфяк из единого полотнища 3. В процессе размыва берега. нижняя горизонтальная часть тюфяка опускается в размыв и занимает новое положение. После достижения глубины размыва равной 1 2 м (максимальная глубина размыва) дальнейший размыв берега потоком прекращается и положение тюфяка более не меняется, что обеспечивает надежную защиту берега от дальнейшего размыва водным потоком. При работе устройства, уложенные на подготовленное основание продольные ряды мешков 2 с грунтом препятствуют смещению вниз уложенного на полотнище супесчанопесчаного грунта 4. Такому смещению препятствует и, гравитационное давление " на тюфяк вьш|ерасположенного слоя воды. В результате обеспечивается надежная работа устройства и эффективная защита берега от размыва водным потоком. Этому способству ет также то, что тюфяк беспрепятственно пропускает через себя фильтрационные и грунтовые воды без суффоэии грунта и тем самым снимает гидродинамическое давление воды без деформаций тюфяка. Кроме того, благодаря продольным выемкам 1 достигается гибкость тюфяка и надежное его прилегание к откосу при возможных деформациях последнего. Продольные выемки 1 выполняют также роль анкерных связей, что обеспечивает удержи- ванне тюфяка на подстилающей поверхности при любой крутизне откоса. В процессе работы устройства происходит

9 15 гашение энергии волн, что достигается введением в конструкцию пилоl образного ряда мешков 5, расположенных на расчетном расстоянии от уреза воды. Накатываемая на волногаситель волна отражается от него под о углом 45 . Две такие волны, откатываясьь от соседних звень ев волнолома, соударяясь между собой„гасят свою энергию, что позволяет уменьшить высоту береговой дамбы.

Устройство беспрепятственно пропускает через себя грунтовые и фильтрационные воды, снимая тем самым гидродинамическое давление с защищаемого берега, оказывающего разрушительное воздействие на другие виды слабоводопроницаемых креплений берега.

Формула изоб ретения

1. Способ защиты берега от размыва потоком, включающий подготовку основания берега и укладку на подготовленное основание сформированных гибких тюфяков, о т л и ч а ю .щ и й— с я тем, что, с целью повышения эффективности способа путем улучшения сцепления тюфяка с грунтом основания подготовку основания ведут с одновременным выполнением в нем продольных выемок и герметичным затариванием части грунта экскавации в мешки из водопроницаемого, водостойкого и прочного материала с последующей укладкой параллельно расположенных рядов мешков но подготовленному основанию, а формирование гибких

59036

5

35 тюфяков производят путем настила по подготовленному основанию скрепляемых между собой полос нижнего полотнища из водопроницаемого водостойкого и прочного материала с оборачиванием нм мешков и заведением в выемки, после чего производят засыпку выемок и пригрузку полотнища песчано-супесчаным грунтом с укладкой в зоне волнового воздействия на берег частично заглубленного в грунт пилообразного ряда заполненных грунтом мешков для гашения энергии волн и последующим настилом по образованной конструкции верхнего полотнища иэ того же материала со скреплением соседних полос, а также краев нижнего и верхнего полотнищ по периметру гибкого тюфяка.

2. Устройство для защиты берега от размыва потоком, включающее подготовленное основание берега с уложенным на него гибкими тюфяками, отличающееся тем,что. на подготовленном основании выполнены продольные выемки, в которые уложены заполненные грунтом мешки из водопроницаемого, водостойкого материал», а гибкий тюфяк выполнен из верхнего и нижнего полотнищ из того же, ч то и мешк и материала, супесчано-песчаного грунта, размещенного между полотнищами, и частично заведенных в грунт волноломов, размещенных в верхней части тюфяка и выполненных в виде продольных пилообразной формы рядов мешков с грунтом.

II )

l !re

l!

t!

It

I!

l! !! !! !!

1 !!!

t! JJV ф !!!

1„ч

It

I!

l!

I !!

I1 tt tt ! 1!

I t I 1! II ! !1

It 1l It

111 11 !.!!

1! I!

Ii1 I11 1! Ii

1 1 11!!

11 I Il

II 1I II

I I 1! I!

1!

II 11

1-1 11 1!

111

11 I

11 it

II!

tI tt 3r

I t 1(г!

t5< tl ."! ! t t

I I

t! ! ! !! !!

I! !! !!!

t!

tt ! !! ! !! !

l! ! !! !! !! !! !! !! !!

l! !

tI !

1559036

Составитель P. Нагорная

Техред А.Кравчук Корректор M.Øàðoøè

Редактор Г, Гербер

Заказ 823

Тираж 536

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101