Сквозное противоселевое сооружение
Владельцы патента RU 2562845:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "ВЫСОКОГОРНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ" (ФГБУ ВГИ) (RU)
Изобретение относится к области противоселевых сооружений и может быть применено для защиты от селевых потоков населенных пунктов, промышленных и гражданских сооружений. Сквозное противоселевое сооружение состоит из колонн. Колонны расположены в селевом русле и заделаны в его основание. Колоннада имеет в плане заостренно-выпуклую в верховую сторону селевого русла форму. В средней части русла расположена вершинная колонна. Высота колонн составляет не менее 3 м. Поперечное расстояние в свету между колоннами 1,5-3 м. Гребни соседних колонн соединены друг с другом жесткой связью. Обеспечивается повышение надежности за счет разрушения структуры селевого вала. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области противоселевых сооружений, а именно к области активных воздействий на селевые потоки с целью защиты от последних населенных пунктов, промышленных и гражданских сооружений, рекреационно-спортивных объектов и т.д.
Известно сквозное противоселевое сооружение (СПС) в виде сквозной ж/бетонной запруды, включающее ж/бетонные стойки, заделанные в основание селевого русла и расположенные в плане прямолинейно поперек последнего, причем бетонные стойки соединены между собой по высоте в поперечном направлении к руслу горизонтальными ж/бетонными балками (см., например, [1, стр. 259-261, рис. 75-77]).
Недостатком известного СПС является невысокая надежность его работы, обусловленная тем, что сооружение, выполненное прямолинейным поперек селевого русла, одномоментно и в полном объеме воспринимает всю энергию удара селевого вала потока. Кроме этого, горизонтальные ж/бетонные балки, соединяющие между собой вертикальные бетонные стойки по высоте сооружения в поперечном направлении к селевому руслу, препятствуют прохождению через сооружение не только крупных, но и средних (мелких) фракций селевой массы, создавая затор и дополнительную нагрузку на сооружение. В результате этого сооружение, как правило, разрушается (см., например, [1, стр. 261, рис. 77]).
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков (прототипом) является сквозное противоселевое сооружение в виде сквозной решетчатой плотины, включающее колонны, расположенные в селевом русле и заделанные в основание последнего (см. например, [2, стр. 100-101]).
Недостатком известного СПС является невысокая надежность его работы, обусловленная и тем, что сооружение, выполненное в плане прямолинейным поперек селевого русла, одномоментно и в полном объеме воспринимает всю энергию удара селевого вала потока. Кроме этого, горизонтальные железобетонные балки, соединяющие между собой колонны сквозной решетчатой пространственной конструкции по высоте в поперечном направлении к селевому руслу, препятствуют свободному проходу через сооружение не только крупных глыб, но и средних (мелких) фракций селевой массы. При этом у фронтальной части сооружения образуется затор с повышением дна селевого русла и созданием перепада высот в самом сооружении. Вследствие этого при сходе селей резко увеличивается одномоментное ударное разрушающее воздействие селевого вала на сооружение, что приводит, как правило, к его разрушению (см., например, [2, стр. 101]).
Техническим результатом от использования заявленного устройства является повышение надежности работы СПС за счет разрушения структуры селевого вала в результате поэтапного дифференцированного гашения энергии селевого потока.
Технический результат достигается тем, что в известном сквозном противоселевом сооружении, включающем колонны, расположенные в селевом русле и заделанные в его основание, согласно изобретению ряд колонн (колоннада) имеет в плане заостренное (либо выпуклое) в верховую сторону селевого русла очертание с вершинной колонной в средней части последнего, при этом высота колонн составляет не менее 3 м, а поперечное расстояние в свету между колоннами - 1,5-3,0 м, причем гребни соседних колонн соединены друг с другом жесткой связью.
Технический результат достигается и тем, что с низовой стороны от исходного ряда колонн (колоннады) соосно последнему выполнен второй ряд колонн (колоннада), колонны которого соединены по гребням друг с другом жесткой связью и с соосными колоннами исходного ряда колонн жесткими связями по высоте.
Технический результат достигается также и тем, что с верховой стороны от вершинной колонны соосно последней установлена одиночная колонна, соединенная с вершинной колонной жесткими связями по высоте.
Технический результат достигается и тем, что колонны колоннады выполнены из труб, заполненных бетоном с арматурным каркасом.
Технический результат достигается и тем, что колонны закреплены в основании на сваях.
Технический результат достигается и тем, что отметки гребней колонн возрастают от вершинной колонны к берегам селевого русла.
Предложенное техническое решение позволяет существенно повысить надежность работы СПС за счет разрушения структуры селевого вала в результате поэтапного дифференцированного гашения энергии селевого потока.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами (фиг. 1-4).
На фиг. 1 показано СПС в плане, включающее размещенный поперек селевого русла 1 исходный ряд колонн 2 (колоннаду), выполненный в плане заостренным (выпуклым) в верховую сторону селевого русла очертанием с вершинной колонной 3 в средней части последнего, причем гребни соседних колонн соединены друг с другом жесткой связью 4. Здесь же показана одиночная колонна 5, расположенная с верховой стороны от вершинной колонны 3 и соединенная с последней жесткими связями по высоте 6. Показан также селевой вал 7, движущийся по селевому руслу 1 между берегами 8.
На фиг. 2 показан продольный разрез A-A СПС по селевому руслу 1 с селевым валом 7, а также колонны 2, выполненные с возрастающими отметками гребней, соединенные друг с другом жесткой связью 4 и закрепленные в основании русла 9 на сваях 10. Показана также одиночная колонна 5, соосно соединенная с вершинной колонной 3 жесткими связями по высоте 6.
На фиг. 3, вид по B-B представлен вид СПС с верховой стороны селевого русла 1, в котором показаны колонны 2 с возрастающими отметками гребней, соединенные друг с другом по гребням жесткими связями 4 и закрепленные в основании 9 русла 1 на сваях 10, а также одиночная колонна 5.
На фиг. 4 показано плановое расположение СПС в селевом русле 1 с берегами 8, в котором выполнен второй ряд колонн 11 (колоннада), с жесткими связями 12 по гребням колонн и жесткими связями по высоте 13 с соосными колоннами 2 исходного ряда. Показан также селевой вал 7 с поэтапно разрушаемыми его участками 14 от воздействия на одиночную колонну 5 заостренной (в верховую сторону селевого русла) части колоннады СПС. Одиночная колонна 5 соосно соединена жесткой связью по высоте 6 с вершинной колонной 3 исходной колоннады.
Предлагаемая СПС работает следующим образом.
Во время схода селя по селевому руслу 1, представленному на фиг. 1-3, в передней части грязекаменного потока (плотностью до 2 т/м3 и более) формируется волна - селевой вал 7 высотой до 3-4 м и более. При этом скорость движения селевого вала может достигать до 8-10 м/с и более. Такой поток обладает огромной разрушительной силой и оказывает ударное динамическое воздействие большой мощности на встречающиеся на его пути препятствия, а также на берега 8 селевого русла 1. Такой селевой вал 7, двигаясь сплошным фронтом по ширине селевого русла 1 между берегами 8, в первую очередь воздействует на вершинную колонну 5 заостренного (либо выпуклого) в верховую сторону селевого русла 1 очертания, расположенную в средней части последнего. При этом на вершинную колонну 3 колоннады действует только малая часть от всей общей энергии селевого вала 7, поскольку соседние (боковые) участки селевого вала 7 продолжают движение по селевому руслу 1, еще не столкнувшись с нижерасположенными колоннами. Ударная же нагрузка (малая часть от всей энергии селевого вала 7), воспринятая вершинной колонной 3, мгновенно перераспределяется на все колонны 2 по правую и левую стороны колоннады, поскольку гребни соседних колонн 2 соединены друг с другом жесткой связью 4, которые в этот момент работают в основном на сжатие. Таким образом, на этом этапе вся колоннада воспринимает только ту малую часть от всей энергии селевого вала 7, которая воздействует в данный момент на вершинную колонну 3, и успешно гасит ее (поэтапно разрушаемые участки 14 селевого вала) за счет перераспределения нагрузки на все колонны 2 правой и левой сторон колоннады.
При последующем движении оставшегося фронта селевого вала 7 энергия его гасится аналогичным образом на нижерасположенных колоннах 2, то есть - поэтапно, дифференцированно и малыми долями, используя для этого устойчивость всей колоннады.
Кроме этого, расположение колонн 2 с поперечным расстоянием в свету между ними 1,5-3,0 м и выполнение их высотой не менее 3 м, а также соединение гребней соседних колонн 2 жесткой связью 4 позволяет пропустить через СПС наносоводную и средне (мелко) зернистую часть селевого вала 7 без образования затора, что также снижает энергию ударного воздействия селевого вала 7, непосредственно приходящуюся на отдельные колонны 2 и на всю колоннаду в целом.
Вторая колоннада (фиг. 4) с колоннами 11, соединенными по гребням друг с другом жесткими связями 12 и соосно с колоннами 2 исходного ряда колоннады жесткими связями по высоте 13, равномерно перераспределяет ударную нагрузку от селевого вала 7 на все колонны исходной и второй колоннад. Такие СПС необходимо размещать на селевых руслах с прогнозируемыми мощными селевыми потоками.
При наличии в СПС второй коллонады одиночная колонна 5, соединенная с вершинной колонной 3 первого ряда жесткой связью по высоте 5, опережающе воспринимает на себя первоначальное ударное воздействие селевого вала 7 с последующим перераспределением его на все опоры исходной и второй колоннад, что значительно снижает последующее воздействие селевого вала 7 на вершинную колонну 3 и на все остальные колонны 2 и колоны 11 коллонад.
Колонны 2 из труб, заполненные бетоном с арматурным каркасом, размещенные на сваях 10, обладают повышенной прочностью на ударные воздействия, изгиб и предотвращают возможный подмыв грунтов селевым потоком и надежно закрепляют колонны 2 в основании 9.
Колонны 2 с возрастающими отметками гребней от вершинной колонны 3 к берегам 8 предотвращают размыв берегов и селевого русла 1 при возможных частичных заторах СПС.
Предложенное техническое решение повышает надежность работы СПС за счет разрушения структуры селевого вала в результате поэтапного дифференцированного гашения энергии селевого потока.
Литература
1. Флейшман С.М. Сели. - Л., 1978. - 312 с.
2. Опасные природные процессы Северного Кавказа. - М., 2013. - 319 с. (ПРОТОТИП).
1. Сквозное противоселевое сооружение, включающее колонны, расположенные в селевом русле и заделанные в его основание, отличающееся тем, что ряд колонн - колоннада имеет в плане заостренно-выпуклое в верховую сторону селевого русла очертание с вершинной колонной в средней части последнего, при этом высота колонн составляет не менее 3 м, а поперечное расстояние в свету между колоннами - 1,5-3,0 м, причем гребни соседних колонн соединены друг с другом жесткой связью.
2. Сквозное противоселевое сооружение по п. 1, отличающееся тем, что с низовой стороны от исходного ряда колонн - колоннады соосно последней выполнен второй ряд колонн - колоннада, колонны которой соединены по гребням друг с другом жесткой связью и с соосными колоннами исходного ряда колонн жесткими связями по высоте.
3. Сквозное противоселевое соединение по п. 1, отличающееся тем, что с верховой стороны от вершинной колонны соосно последней установлена одиночная колонна, соединенная с вершинной колонной жесткими связями по высоте.
4. Сквозное противоселевое сооружение по п. 1, отличающееся тем, что колонны колоннады выполнены из труб, заполненных бетоном с арматурным каркасом.
5. Сквозное противоселевое сооружение по п. 1, отличающееся тем, что колонны закреплены в основании на сваях.
6. Сквозное противоселевое сооружение по п. 1, отличающееся тем, что отметки гребней колонн возрастают от вершинной колонны к берегам селевого русла.
