Патент на изобретение №2310034

(54) БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ ПОДПОРНО-УДЕРЖИВАЮЩЕЕ СООРУЖЕНИЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится гидротехническому строительству и может быть использовано как берегозащитное, откосоукрепительное и подпорно-удерживающее сооружение для защиты берегов водоемов от волновых воздействий. Берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение включает установленные с шагом стальные передние вертикальные элементы, соединенные при помощи продольных элементов, выполненных гофрированными из листовой стали, посредством болтовых резьбовых соединений в металлические модульные секции. Передние вертикальные элементы выполнены П-образными с выпуклой фронтальной гранью и отогнутыми наружу краями. Продольные элементы выполнены S-образного профиля и прикреплены к передним вертикальным элементам с помощью трапециевидных закладных деталей. Модульные секции собраны с образованием структуры подпорной стены уголковой формы, у которой основание лежит на подготовленном выравнивающем слое гравийно-галечникового грунта. Передние вертикальные элементы модульных секций лицевой грани заглублены в дно акватории. Обе стороны структуры подпорной стены уголковой формы соединены между собой выполненными из уголка тягами, расстояние между которыми соответствует расстоянию между передними вертикальными элементами. В застенной части подпорной стены сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев уплотненного дренирующего грунта, обернутых полотнищами армирующего композитного материала. Изобретение обеспечивает стабильность, эффективность, экономичность берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения, его оптимальное соотношение веса и несущей способности, снижение сроков его строительства, простоту и быстроту монтажа, минимальную трудоемкость возведения, высокую долговечность, соблюдение требований охраны окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится гидротехническому строительству и может быть использовано как берегозащитное, откосоукрепительное и подпорно-удерживающее сооружение для защиты берегов водоемов от волновых воздействий.

В последнее годы в Российской Федерации и ряде других зарубежных стран в основном используются берегозащитные сооружения из железобетонных блоков с ломаным профилем и наклонной фронтальной гранью либо из бетонных блоков со сквозными конфузорными отверстиями, а также ограждающие плиты, вмонтированные в лицевые балки контрфорсных ферм с треугольными рамами, или сборные железобетонные стенки с обратной засыпкой.

Недостатками таких сооружений являются выполнение обратной засыпки из несвязного зернистого материала, имеющего повышенное давление на подпорную стенку и большой коэффициент фильтрации, приводящий к фильтрационной суффозии материала обратной засыпки, для предупреждения которой требуется выполнение сложных и дорогостоящих противофильтрационных и противосуффозионных мероприятий одновременно с повышенным расходом строительных материалов для сооружения стенки, а также использование в больших объемах грунта со специальными свойствами в качестве материала обратной засыпки, который не всегда имеется в районе строительства; помимо этого, такие сооружения не могут быть использованы для глубоких водоемов, так как они не обладают достаточной эксплуатационной надежностью; повышенная трудоемкость монтажа из-за сложной конструкции блоков; низкая несущая способность данных конструкций на изгиб и на сдвиг; неэффективность применения данных технических решений для укрепления высоких откосов.

Известно берегозащитное сооружение из модульных наборных рам, содержащее ограждающие плиты, установленные и жестко закрепленные на контрфорсах, которые выполнены из рам треугольной равносторонней формы, соединенных между собой продольными элементами, установленными поперек нижних балок рам и к ним жестко закрепленными, при этом балки контрфорсных рам и продольные элементы выполнены из брусьев шпального трапецеидального профиля и обращены зауженными гранями внутрь рамы, причем лицевые, нижние и тыловые балки скреплены в вершинах рам посредством закладных деталей с образованием модульной контрфорсной рамы, вершина которой жестко заделана в парапет, а нижняя часть вместе с ограждающими плитами – в бетонный зуб (патент Российской Федерации №1772298, МПК Е02В 3/06, опубликованный 30.10.1992).

Недостатками данного известного берегозащитного сооружения являются повышенная трудоемкость и низкая технологичность монтажа, большая материалоемкость, плохие экологические свойства, низкая надежность из-за слабой связи как между его отдельными элементами, так и с грунтом засыпки.

Наиболее близким аналогом предлагаемого является берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение, включающее установленные с шагом стальные передние вертикальные элементы, соединенные при помощи продольных элементов, выполненных гофрированными из листовой стали, посредством болтовых резьбовых соединений в металлические модульные секции (патент США №3614870, МПК Е02D 29/02, опубликованный 26.10.1971).

Это известное берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение представляет собой устанавливаемую на грунт ячеистую конструкцию, ячейки которой ограничены в плане по четырем сторонам металлическими модульными секциями, в связи с чем недостатками его являются высокая металлоемкость, повышенная трудоемкость и низкая технологичность монтажа в связи с большим количеством болтовых резьбовых соединений, а также невысокая прочность и низкая устойчивость к волновым воздействиям, которые потребуют заполнения ячеистой конструкции насыпным материалом и одновременного проведения сложных и дорогостоящих противофильтрационных и противосуффозионных мероприятий, что дополнительно приведет к повышению расхода строительных материалов и усложнению производства работ при строительстве этого сооружения.

Задачей настоящего изобретения является:

– повышение устойчивости берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения к динамическим нагрузкам при сложных природных процессах, в том числе в сейсмоопасных районах;

– расширение области применения берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения и повышение эффективности гашения волновой энергии;

– упрощение процесса сборки берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения за счет уменьшения количества металлических модульных секций и болтовых резьбовых соединений;

– снижение материалоемкости, в том числе и металлоемкости, и улучшение экологических свойств берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения;

– повышение экономичности, универсальности и надежности берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения.

Решение поставленной задачи достигается тем, что у берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения, включающего установленные с шагом стальные передние вертикальные элементы, соединенные при помощи продольных элементов, выполненных гофрированными из листовой стали, посредством болтовых резьбовых соединений в металлические модульные секции, согласно изобретению передние вертикальные элементы выполнены П-образными с выпуклой фронтальной гранью и отогнутыми наружу краями, а продольные элементы выполнены S-образного профиля и прикреплены к передним вертикальным элементам с помощью трапециевидных закладных деталей, при этом модульные секции собраны с образованием структуры подпорной стены уголковой формы, у которой основание лежит на подготовленном выравнивающем слое гравийно-галечникового грунта, а передние вертикальные элементы модульных секций лицевой грани заглублены в дно акватории, причем обе стороны структуры подпорной стены уголковой формы соединены между собой выполненными из уголка тягами, расстояние между которыми соответствует расстоянию между передними вертикальными элементами, кроме того, в застенной части подпорной стены сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев уплотненного дренирующего грунта, обернутых полотнищами армирующего композитного материала.

Армирующими композитными материалами для армогрунтовой конструкции могут являться геотекстильный материал: тканый либо нетканый, преимущественно синтетический, полимерные либо металлические сетки, листовой материал либо комбинации геотекстильных материалов.

Для защиты лицевой грани подпорной стены от волновых воздействий и стабилизации дна от размыва вдоль нее со стороны акватории у основания подпорной стены могут быть уложены полые цилиндрические геотубы, выполненные из высокопрочного тканого геотекстильного материала и заполненные местным грунтом, или габионы – объемные конструкции в форме параллелепипеда, выполненного из сетки двойного кручения и заполненного камнем.

Приведенная совокупность признаков, как показал сопоставительный анализ данного технического решения по сравнению с традиционными конструкциями, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в стабильности, эффективности, экономичности предлагаемого берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения, его оптимальном соотношении веса и несущей способности, снижении сроков его строительства, простоте и быстроте монтажа, меньшей трудоемкости возведения, достаточно высокой долговечности, соблюдении требований охраны окружающей среды.

Несмотря на довольно высокую удельную стоимость металлических гофрированных элементов, предлагаемое берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение существенно более эффективно в эксплуатации и экономично в строительстве по сравнению с традиционными массивными конструкциями.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 изображено берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение с геотубами, уложенными со стороны акватории у основания подпорной стены вдоль ее лицевой грани;

на фиг.2 – берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение с габионами, уложенными со стороны акватории у основания подпорной стены вдоль ее лицевой грани;

на фиг.3 – берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение с армогрунтовой конструкцией в застенной части;

на фиг.4 – берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение, вид спереди;

на фиг.5 – берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение, вид сзади;

на фиг.6, фиг.7 и фиг.8 – отдельные элементы металлических модульных секций.

Берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение 1 содержит установленные с шагом стальные передние вертикальные элементы 2, которые соединены при помощи продольных металлических элементов 3, выполненных гофрированными из листовой стали, соответствующей отечественной марке 09Г2Д, оцинкованной с обеих сторон горячим способом со слоем цинка толщиной не менее 80 мкм, посредством болтовых резьбовых соединений в металлические модульные секции 4.

Собранные металлические модульные секции 4 образуют структуру подпорной стены уголковой формы, основание которой опирается на подготовленный выравнивающий слой 5 гравийно-галечникового грунта. Обе стороны структуры подпорной стены уголковой формы для повышения прочности конструкции соединены между собой выполненными из уголка тягами 6, расстояние между которыми соответствует расстоянию между передними вертикальными элементами 2.

Продольные элементы 3 выполнены S-образного профиля и прикреплены к передним вертикальным элементам 2 с помощью трапециевидных закладных деталей 7 и болтов 8. Передние вертикальные элементы 2 модульных секций 4 лицевой грани подпорной стены заглублены в дно акватории не менее чем на 1,0 м.

В застенной части подпорной стены сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев 9 уплотненного дренирующего грунта, обернутых полотнищами 10 армирующего композитного материала.

Армирующими композитными материалами для армогрунтовой конструкции являются геотекстильный материал: тканый либо нетканый, преимущественно синтетический, полимерные либо металлические сетки, листовой материал либо комбинации геотекстильных материалов.

Строительство берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения 1 ведется следующим образом: до производства строительно-монтажных работ подготавливается строительная площадка. На естественное основание 11 гравийно-галечниковым грунтом по всему основанию подпорной стены отсыпается выравнивающий слой 5 толщиной 150-200 мм.

На выравнивающем слое 5 производится сборка металлических модульных секций 4 с образованием структуры подпорной стены уголковой формы посредством болтовых резьбовых соединений продольных элементов 3, выполненных гофрированными из листовой оцинкованной горячим способом стали, соответствующей отечественной марке 09Г2Д, толщиной не менее 2-2,7 мм, с выполненными из листовой стали горячего цинкования толщиной 4,2 мм П-образными передними вертикальными элементами 2 размером 165х260 мм с выпуклой фронтальной гранью и отогнутыми наружу краями 12. Передние вертикальные элементы 2 должны находиться на расстоянии не менее 3,05 м друг от друга.

При необходимости увеличения высоты передних вертикальных элементов 2 применяется соединительная муфта 13 длиной 405 мм. Для защиты лицевой грани подпорной стены от волновых воздействий и стабилизации дна от размыва вдоль нее со стороны акватории у основания подпорной стены укладывают полые цилиндрические геотубы 14, выполненные из высокопрочного тканого геотекстильного материала 15 и заполненные местным грунтом, причем предварительно под геотубы 14 укладывают геомембраны 16. Также вместо геотуб 14 могут быть уложены габионы 17 – объемные конструкции в форме параллелепипеда, выполненного из сетки двойного кручения и заполненного камнем.

Для обеспечения максимальной стабильности и безопасности эксплуатации предлагаемого берегозащитного подпорно-удерживающего сооружения 1 одновременно со сборкой металлических модульных секций 4 (снизу вверх) в застенной части подпорной стены сооружается армогрунтовая конструкция в следующей последовательности:

– на подготовленном выравнивающем слое 5 расстилают полотнище 10 армирующего композитного материала на всю площадь застенной части модульных секций (фиг.5);

– на разостланное полотнище 10 армирующего композитного материала отсыпают (самосвалами или грейдерами в едином технологическом процессе на всю площадь как модульной секции 4, так и застенной части подпорной стены) дренирующий грунт слоем 9 толщиной не менее 400 мм;

– отсыпанный, разровненный грунт уплотняют до уровня 0,95 максимальной стандартной плотности (катком, груженым самосвалом, механическими или ручными трамбовками);

– на уплотненный слой 9 дренирующего грунта укладывают предварительно выпущенные за внешнюю грань армогрунтовой конструкции армирующие полотнища 10, которые фиксируют на нижележащем грунте через каждые 1,5 м колышками или скобами.

Последующая сборка металлических модульных секций 4 и формирование слоев 9 армогрунтовой конструкции производится в той же последовательности до проектной отметки.

Для защиты поверхности лицевой грани подпорной стены от волновых воздействий и стабилизации дна от размыва вдоль нее со стороны акватории у основания подпорной стены укладывают геотубы 14.

Геотуба 14 – объемная закрытая цилиндрическая система из высокопрочного тканого геотекстильного материала 15 типа «Геолон», устойчивого к механическим воздействиям, имеющего оптимальный размер пор и высокие фильтрующие характеристики. Для предотвращения суффозии основания во время заполнения геотубы 14 местным грунтом на предварительно выровненный слой укладывают геомембрану 16.

Длина геотубы 14 может составлять от 20 до 200 м, диаметр – от 1 до 6 м. Продольная стыковка геотуб 14 производится внахлест.

Подпорно-удерживающие сооружения используются для защиты берегов водоемов от волновых воздействий, в том числе в сейсмоопасных районах, в широком диапазоне грунтовых характеристик. Разработанная конструкция не ограничивается изложенным вариантом ее реализации, в который могут вноситься конструктивные изменения.

Формула изобретения

1. Берегозащитное подпорно-удерживающее сооружение, включающее установленные с шагом стальные передние вертикальные элементы, соединенные при помощи продольных элементов, выполненных гофрированными из листовой стали, посредством болтовых резьбовых соединений в металлические модульные секции, отличающееся тем, что передние вертикальные элементы выполнены П-образными с выпуклой фронтальной гранью и отогнутыми наружу краями, а продольные элементы выполнены S-образного профиля и прикреплены к передним вертикальным элементам с помощью трапециевидных закладных деталей, при этом модульные секции собраны с образованием структуры подпорной стены уголковой формы, у которой основание лежит на подготовленном выравнивающем слое гравийно-галечникового грунта, а передние вертикальные элементы модульных секций лицевой грани заглублены в дно акватории, причем обе стороны структуры подпорной стены уголковой формы соединены между собой выполненными из уголка тягами, расстояние между которыми соответствует расстоянию между передними вертикальными элементами, кроме того в застенной части подпорной стены сформирована армогрунтовая конструкция в виде чередующихся слоев уплотненного дренирующего грунта, обернутых полотнищами армирующего композитного материала.

2. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что армирующими композитными материалами для армогрунтовой конструкции являются геотекстильный материал: тканый либо нетканый, преимущественно синтетический, полимерные либо металлические сетки, листовой материал либо комбинации геотекстильных материалов.

3. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что для защиты лицевой грани подпорной стены от волновых воздействий и стабилизации дна от размыва вдоль нее со стороны акватории у основания подпорной стены уложены полые цилиндрические геотубы, выполненные из высокопрочного тканого геотекстильного материала и заполненные местным грунтом, или габионы – объемные конструкции в форме параллелепипеда, выполненного из сетки двойного кручения и заполненного камнем.

РИСУНКИ