Полузапруда и способ ее строительства

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к берегоукрепительным сооружениям. Сущность изобретения: полузапруда выполнена комбинированной сборно-монолитной железобетонной конструкции и состоит из двух основных частей - из жесткого ступенчатого лотка и гибкой головной части. Лоток выполнен из Г-образных блоков, выполненных разновысокими и расположенных в ряд попарно друг против друга. При этом наиболее высокие блоки не менее двух пар устанавливаются в корневой части, врезанной в берег или откос дамбы, за ними устанавливаются не менее двух пар блоков высотой пониже. Внутри лотка, в местах арматурных выпусков, блоки между собой соединены и замоноличены бетоном. Снаружи и сбоку рядом стоящие блоки жестко соединены между собой в местах закладных деталей с помощью арматурной проволоки. Сверху поперек лотка, в местах соединений блоков, установлены ребра жесткости в виде железобетонных или металлических перемычек. Лоток спереди закрыт арматурной решеткой. Перемычки и арматурная решетка прикреплены к монтажным петлям и закладным деталям рядом стоящих блоков. Временная часть лотка загружена гравием и галькой. Кроме того, вокруг ступенчатого лотка поверху через монтажные петли обтянут арматурный пояс. Гибкая головная часть полузапруды расположена спереди лотка на дне русла и выполнена из сборных бетонных кубов, шарнирно соединенных между собой и арматурными поясами лотка. При осуществлении способа строительства полузапруды вначале подготавливают основание и производят отрывку траншеи в пределах ее корневой части, а после отрывки траншеи в ней монтируют разновысокие Г-образные блоки, при этом осуществляют связь блоков между собой и арматурным поясом лотка, а после набора монолитным бетоном дна лотка допустимой прочности дно лотка загружают гравием и галькой. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к берегоукрепительным сооружениям и способу строительства.

Известны [1] полузапруды из каменно-хворостяной кладки и тюфяков.

Однако они наиболее эффективно работают при скоростях потока до 2 м/с, при высоких скоростях потока более 2 м/с они быстро разрушаются и размываются. Кроме того, они характеризуются сложной и трудоемкой технологией строительства.

Известна также гибкая полузапруда [2] выполненная из железобетонных блоков БГП-1 и БГП-4, шарнирно соединенных между собой и уложенных на тюфячное основание из каменно-хворостяного или габионного материала. Она предназначена для предгорных участков рек с уклоном i 0,0007 0,008 и средним диаметром частиц русловых отложений d 16 160 мм.

Также известен способ строительства полузапруды, включающий подготовку основания и отрывку траншеи в корневой части полузапруды [3] Однако при скоростях потока более 2 м/с тюфячное основание из камня и хвороста разрушается и размывается, при этом тело полузапруды из сборных железобетонных блоков уходит на дно в результате размыва русла, в связи с этим она не может выполнять свои основные функции: отклонения поверхностного потока от берега в сторону основного русла реки и создания зон заиления у берега в промежутках между полузапрудами. И габионное тюфячное основание также разрушается при скоростях потока более 2,5 3,0 м/с под абразивным и динамическим воздействием потока с насосами. В районе оголовка полузапруды железобетонные блоки не защищают сетчатую оболочку тюфяка от абразивного и динамического воздействия паводкового потока, поэтому разрушение сетки в этом месте приводит к разрушению всего тюфяка и значительному ухудшению эффективности работы полузапруды. Кроме того, для строительства таких полузапруд требуются трудоемкая технология и значительные материальные затраты.

Цель изобретения повышение эффективности работ и снижение трудоемкости строительства.

Указанная цель в части устройства достигается тем, что полузапруда выполняется комбинированной конструкции, состоящей из ступенчатого лотка и гибкой головной части. Лоток выполнен из Г-образных блоков, расположенных в ряд попарно друг против друга, внутри лотка в местах арматурных выпусков и сбоку в местах наличия закладных деталей блоки соединяются между собой с помощью арматурной проволоки, спереди лоток закрывается арматурной решеткой, сверху поперек лотка в местах соединений рядом стоящих и спереди над решеткой устанавливаются ребра жесткости в виде перемычек из железобетона или металла, причем перемычки и решетка прикрепляются к монтажным петлям и закладным деталям рядом стоящих блоков, внутренняя часть лотка загружается гравием и галькой, вокруг лотка через верхние монтажные петли обвязывается арматурный пояс, гибкая головная часть полузапруды выполняется из сборных бетонных кубов, шарнирно соединенных между собой и арматурным поясом лотка.

Цель изобретения в части способа достигается тем, что в способе строительства полузапруды, включающем подготовку основания и отрывку траншеи в корневой части полузапруды, после отрывки траншеи в ней монтируют разновысокие блоки Г-образной формы корневой части, врезанной в берег до головной части с образованием ступенчатого лотка, с уменьшающейся высотой стенок от берега к руслу, при этом блоки связывают между собой меньшими полками по основанию лотка, который далее заливают бетоном, спереди лотка к закладным деталям прикрепляют арматурную решетку, сверху поперек лотка в местах соединений рядом стоящих блоков и спереди лотка над решеткой устанавливают с частичным входом в лоток металлические или железобетонные перемычки, прикрепляют их к монтажным петлям и закладным деталям соседних блоков, а после набора прочности монолитным бетоном на дне основания лотка его загружают гравием и галькой так, чтобы наиболее крупные их фракции были спереди около решетки и сверху лотка, затем вокруг лотка через верхние монтажные петли оттягивают арматурный пояс, затем в передней части лотка горизонтально в два ряда монтируют сборные бетонные кубы, которые шарнирно соединяют между собой и арматурным поясом лотка.

На фиг. 1 изображен продольный профиль по оси полузапруды; на фиг. 2 то же, план; на фиг. 3 поперечное сечение полузапруды; на фиг. 4 арматурная решетка.

Комбинированная полузапруда состоит из двух основных частей из жесткого ступенчатого лотка 1 и гибкой головной части 2. Лоток 1 выполнен из Г-образных блоков, при этом самые высокие блоки 3, Г-30 или Г-25 попарно расположены в корневой части, врезанной в берег 4, pядом с этими высокими блоками 3 расположены более низкие блоки (Г-20), внутри лотка, в местах арматурных выпусков 6, блоки соединены между собой и замоноличены бетоном, сбоку в местах расположения закладных деталей 7 блоки жестко соединены между собой, спереди лоток закрыт арматурной решеткой 8, сверху и поперек лотка установлены перемычки 9 тавровой формы, плотно входящие в лоток и прикрепленные к монтажным петлям и закладным деталям соседних блоков. Внутренняя часть лотка загружена гравием и галькой 10, а вокруг лотка 1 через верхние монтажные петли 11 обтянут арматурный пояс 12. Гибкая головная часть 2 полузапруды выполнена из бетонных кубов 13, шарнирно соединенных между собой и с арматурным пояском 12 лотка 1 с помощью арматурной проволоки 14.

Способ строительства комбинированной полузапруды заключается в следующем.

В подготовленную траншею устанавливаются Г-образные блоки, которые свариваются попарно в местах арматурных выпусков и закладных деталей. Причем монтаж этих блоков производится следующим образом: самые высокие блоки 3 (Г-30 или Г-25) не менее двух пар располагаются друг против друга в корневой части полузапруды, врезанной в берег. Далее устанавливаются рядом с ними не менее двух пар блоков 5 (Г-20), чтобы образовался ступенчатый лоток 1. Внутренняя часть ступенчатого лотка 1 заливается монолитным бетоном 6. Затем сваривается арматурная решетка 8, прикрепляющаяся спереди лотка с помощью сварки к закладным деталям блоков и монтажным деталям рядом стоящих блоков Г-20. После того сверху поперек лотка в местах соединений рядом стоящих блоков и спереди лотка над решеткой 8 монтируются металлические или железобетонные перемычки 9, которые прикрепляются к монтажным петлям и закладным деталям. Причем перемычки имеют тавровую форму, поэтому они монтируются так, чтобы плотно входили на глубину 10 15 см в лоток 1 для обеспечения жесткости и прочности конструкции лотка.

После набора монолитным бетоном на дне нормальной прочности лоток 1 загружается гравием и галькой таким образом, чтобы наиболее крупные ее фиксации располагались спереди 15 возле решетки и сверху 16 лотка для исключения вымывания их потоком воды. Затем вокруг лотка через монтажные петли, расположенные в верхней части, без соединения в ним устраивается арматурный пояс 12, обтягивающий все Г-образные блоки, и, наконец, в передней части лотка горизонтально в два ряда монтируются сборные железобетонные кубы 13, шарнирно соединяющиеся между собой и арматурным поясом 12 лотка с помощью арматуры 14 А-1 ⊘ 12-16 мм. Полузапруды располагаются с уклоном (0,05 0,1) и направлены против течения под углом до 30^o к нормали на ось потока.

Полузапруда работает следующим образом.

Основную нагрузку паводкового потока воспринимают на себя полузапруды и обеспечивают отвод ударной силы потока от берега в сторону основного русла реки из-за их ступенчатой формы и расположения с уклоном и направлением против течения, при этом выступающие вверх от лотка 1 ребра жесткости 9 работают как направляющие стенки, которые способствуют установлению течения потока воды через полузапруды перпендикулярно к их осям. Полузапруды работают как водосливы, отводят поток воды от берега и надежно защищают его от размыва.

Гибкая конструкция головной части 2 полузапруды обеспечивает надежную защиту берега от возможного размыва со стороны русла реки, на нее приходятся наибольшие удельные расходы и гидродинамическое воздействие поводкового потока, при подмывах русла она под действием собственного веса опускается в воронку размыва русла, при этом натягивается арматурный пояс 12 лотка 1, этим повышаются прочность и устойчивость лотка. При глубоких максимально возможных размывах русла гибкая часть 2 полузапруды должна лежать по линии естественного откоса ϕ подстилающих грунтов, для этого ее длина l₂ должна быть не менее h_p·ctgϕ, где h_p возможная максимальная глубина размыва русла ниже уровня дна, где расположены сборные бетонные кубы 13. В этом случае предотвращается распространение размыва pусла в сторону берега. Длина ступенчатого лотка 1l₁ должна быть не менее l₂ длины головной части для обеспечения эффективной и устойчивой работы полузапруды как водослива. Длина полузапруды и расстояние между ними необходимо подбирать расчетами, привязанными к конкретным гидрологическим условиям реки, и путем технико-экономического сравнения вариантов. Для предгорных и горных меандpирующих участков рек с уклоном 0,005 0,02 рекомендуется принимать длину полузапруд l не более 20 30 м и расстояние между ними не более (2 3) l их длины. При больших длинах полузапруд нагрузка паводкового потока на противоположный берег значительно возрастает. Средний напор воды над лотком 1 при максимальных паводковых расходах реки должен быть в пределах 0,7 1,2 м и не более 1/3 Н максимальной глубины потока, при этом напор над корневой частью в районе берега должен быть не более 0,5 м, а напор над концевой частью ступени лотка 1 не более 1,5 м.

Ширина полузапруды подбирается из условия соблюдения устойчивости против сдвигающей силы паводкового потока. Предлагаемые полузапруды не теряют своей формы из-за жесткой и устойчивой конструкции ступенчатого лотка, при любых возможных гидродинамических воздействиях паводкового потока они работают, эффективно рассредотачивая ударную силу паводкового потока по всему руслу и создавая зоны заиления у берега в промежутках между полузапрудами. Кроме того, для их строительства используются широко распространенные материалы и изделия, а также строительные механизмы. Здесь под полузапруды не требуется строить подстилающие тюфяки каменно-хворостяные или габионные, характеризующиеся высокой трудоемкостью и долей ручного труда.

Комбинированные полузапруды предназначены для предгорных и горных участков рек с уклоном i 0,001 0,02, паводковые потоки которых характеризуются высокими скоростями и наносными режимами.

Формула изобретения

1. Полузапруда, состоящая из сборных железобетонных элементов, отличающаяся тем, что она выполнена комбинированной конструкции из Г-образных блоков, образующих ступенчатый лоток, и из бетонных кубов, образующих головную часть, при этом образующие ступенчатый лоток Г-образные блоки выполнены разновысокими и расположены в поперечном сечении попарно напротив друг друга, внутри лотка понизу в местах арматурных выпусков блоки связаны между собой и замоноличены бетоном, снаружи и сбоку в местах закладных деталей блоки связаны между собой с помощью арматурных стержней, сверху поперек лотка в местах соединения Г-образных блоков устроены ребра жесткости в виде железобетонных или металлических перемычек, спереди со стороны противоположной корневой части лоток закрыт арматурной решеткой, при этом перемычки и решетка прикреплены к монтажным петлям и закладным деталям рядом стоящих блоков, а сам лоток пригружен гравием и галькой и вокруг обтянут арматурным поясом, проходящим через верхние монтажные петли, причем головная часть выполнена в виде гибкой конструкции, образованной из шарнирно связанных между собой бетонных кубов и с арматурным поясом лотка.

2. Полузапруда по п.1, отличающаяся тем, что ее длина определяется по формуле l l₁ + l₂, где l₁ длина ступенчатого лотка, м; l₂ длина гибкой головной части, м, при этом l₂ ≥ l₂, а l₂ определяется из условия l₁≥ h_p·ctgϕ где h_р максимальная глубина возможного размыва русла ниже основания бетонных кубов, м;
ϕ угол естественного откоса подстилающих грунтов, град;
3. Способ строительства полузапруды, включающий подготовку основания и отрывку траншеи в корневой части полузапруды, отличающийся тем, что после отрывки траншеи в ней монтируют разновысокие блоки Г-образной формы от корневой части, врезанной в берег до головной части с образованием ступенчатого лотка, с уменьшающейся высотой стенок от берега к руслу, при этом блоки связывают между собой меньшими полками по основанию лотка, который далее заливают бетоном, спереди лотка к закладным деталям прикрепляют арматурную решетку, сверху поперек лотка в местах соединений рядом стоящих блоков и спереди лотка над решеткой устанавливают с частичным входом в лоток металлические или железобетонные перемычки и прикрепляют их к монтажным петлям и закладным деталям соседних блоков, а после набора прочности монолитным бетоном на дне основания лотка лоток загружают гравием и галькой так, чтобы наиболее крупные их фракции были спереди около решетки и сверху лотка, затем вокруг лотка через верхние монтажные петли обтягивают арматурный пояс, после чего в передней части лотка горизонтально в два ряда монтируют сборные бетонные кубы, которые шарнирно соединяют между собой и арматурным поясом лотка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4