Берегозащитное сооружение и способ его возведения

 

Использование: в гидротехническом строительстве, а именно при возведении берегозащитных намывных сооружений. Сущность изобретения: берегозащитное сооружение содержит расположенные по нормали к береговой линии буны и размещенный между ними примыкающий к ним волногасящий элемент, выполненный в виде камеры гашения волновой энергии, имеющей напорную стенку с щелевыми отверстиями, размещенный под напорной стенкой волногасящий валик, установленные в камере волногасящие фильтры, аккумуляционный колодец, выполненный в основании камеры, и искусственный песчаный пляж, примыкающий к внутренней стенке камеры. Волногасящие фильтры выполнены выдвижными и образуют перфорированные боковые стенки камеры. Верхняя стенка камеры снабжена люками для установки и извлечения из них волногасящих фильтров, а ее нижняя стенка выполнена в виде сьемного решетчатого настила. Для образования пляжа выполняют камеру гашения с волногасящим валиком под ее напорной стенкой и аккумуляционным колодцем в основании, аккумулируют наносообразующий грунтовый материал и выращивают волногасящие фильтры в аккумуляционном колодце. Выращенными волногасящими фильтрами производят наращивание внешних откосов бун. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении берегозащитных намывных сооружений.

Известны берегозащитное сооружение, содержащее волногасящий элемент, установленный параллельно берегу, и способ возведения этого берегозащитного сооружения, включающий создание на морском дне бетонной постели и установку на ней волногасящего элемента [1] Однако при аккумуляции на этом берегозащитном сооружении наносообразующего грунтового материала волногасящий элемент забивается грунтом и не выполняет функций гашения волновой энергии, а работает как волноотбойная стенка, усиливая эрозию и разрушения берега.

Известно берегозащитное сооружение, включающее расположенные по нормали к береговой линии буны и размещенный между ними волногасящий элемент, примыкающий к бунам, и способ возведения такого берегозащитного сооружения, включающий образование пляжа путем аккумуляции и утилизации наносообразующего грунтового материала, и наращивания ориентированных по нормали к береговой линии бун из этого материала посредством его глубинного упрочнения [2] Недостаток указанного берегозащитного сооружения заключается в низкой эффективности защиты берега от размыва вследствие недостаточной аккумуляции наносов в пространстве между бунами, которые не обеспечивают гашения волновой энергии.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты берега от размыва путем аккумуляции и утилизации наносообразующего грунтового материала.

Цель достигается тем, что в берегозащитном сооружении, включающем расположенные по нормали к береговой линии буны и размещенный между ними волногасящий элемент, примыкающий к бунам, волногасящий элемент выполнен в виде камеры гашения волновой энергии, имеющей напорную стенку с размещенным под ней волногасящим валиком, а также снабжен волногасящими фильтрами и искусственным песчаным пляжем, примыкающим к внутренней стенке камеры гашения, при этом в основании камеры гашения выполнен аккумуляционный колодец.

Кроме того, в напорной стенке камеры гашения выполнены щелевые отверстия, а волногасящие фильтры выполнены выдвижными и образуют перфорированные боковые стенки камеры гашения.

При этом верхняя стенка камеры гашения снабжена люками для установки и извлечения из них волногасящих фильтров, а ее нижняя стенка выполнена в виде съемного решетчатого настила.

Цель достигается также тем, что в способе возведения берегозащитного сооружения, включающем образование пляжа путем аккумуляции и утилизации наносообразующего грунтового материала и наращивания ориентированных по нормали к береговой линии бун из этого материала посредством его глубинного упрочнения, для образования пляжа выполняют камеру гашения волновой энергии с волногасящим валиком под ее напорной стенкой и аккумуляционным колодцем в основании, аккумулируют наносообразующий грунтовый материал и выращивают волногасящие фильтры в аккумуляционном колодце, после чего производят наращивание внешних откосов бун выращенными в колодце волногасящими фильтрами.

При этом выращивание волногасящих фильтров выполняют из упрочненного наносообразующего грунтового материала.

На фиг. 1 показано берегозащитное сооружение в плане; на фиг. 2 разрез Б Б на фиг. 1; на фиг. 3 разрез А А на фиг. 1; на фиг. 4 разрез Г Г на фиг. 1.

Берегозащитное сооружение состоит из намывных бун 1 с размещенным между ними волногасящим элементом, включающим камеру 2 гашения волновой энергии с волногасящим валиком 3, волногасящими фильтрами 4 и искусственный песчаный пляж 5 (фиг. 1 ).

Намывные буны 1 образованы с использованием средств гидромеханизации, расположены по нормали к берегу и предназначены для гашения волновой энергии, аккумуляции наносообразующего грунтового материала и предотвращения эрозии берега.

Камера 2 гашения волновой энергии предназначена для: снижения уровня воздействия и гашения волн на напорном откосе берегозащитного сооружения; аккумуляции взвешенных наносов береговой зоны; утилизации аккумулированного грунтового материала, выращивания упрочненных грунтовых монолитов и образования волногасящих фильтров.

Камера 2 гашения волновой энергии включает напорную стенку 6, выполненную с щелевыми отверстиями 7 полного профиля, и боковые стенки 8 из выдвижных волногасящих фильтров 4 (фиг. 2).

Верхняя стенка 9 камеры 2 гашения снабжена люком 10 для установки и извлечения волногасящих фильтров 4, а нижняя стенка 11 камеры 2 гашения выполнена в виде сьемного решетчатого настила.

Каркас камеры 2 гашения выполнен из железобетонных свай 12, имеющих анкерное винтовое крепление 13 с грунтом основания 14.

Волногасящий валик 3 предназначен для обрушения волн, подходящих к камере 2 гашения и снижения волновой нагрузки на каркас, а также для аккумуляции грунтового материала на побережье.

Волногасящий валик 3 расположен под наклоном напорной стенкой 6 камеры 2 гашения и выполнен из гирлянд автомобильных покрышек 15, соединенных между собой жесткими связями, например, посредством нанизывания автомобильных покрышек 15 на горизонтально уложенные в шахматном порядке железобетонные сваи, связанные между собой металлическими стержнями 16 (фиг. 2). Волногасящий валик 3 состоит из 4 8 рядов гирлянд из покрышек 15, уложенных в шахматном порядке друг на друга.

Волногасящий фильтр 4 предназначен для: гашения энергии турбулентного волнового потока на напорном откосе намывного берегозащитного сооружения; задерживания пористой структурой фильтра 4 наносообразующего грунтового материала; наращивания оголовков и напорных откосов намывных бун 1 для повышения эффективности их работы.

Волногасящий фильтр 4 представляет собой перфорированный грунтовой монолит 17, выращенный из пористого упрочненного наносообразующего грунтового материала 18.

Тело грунтового монолита 17 армировано пространственной металлической конструкцией, состоящей из вертикальной полой штанги 19, соединенной с вибратором 20 и входным патрубком 21 в верхней части (вибратор 20 и входной патрубком 21 в состав пространственной конструкции не входит).

Вдоль внешней поверхности штанги 19 радиально к ней прикреплены яруса уплотняющих лопастей 22 (верхние, средние и нижние яруса). Между двумя нижними ярусами уплотняющих лопастей 22 расположен ярус нагревательных трубок 23.

Нагревательные трубки 23 выполнены из стальной цельнотянутой трубы овальной формы, перфорированной вдоль всей поверхности. Уплотняющие лопасти 22 выполнены из полосовой стали и имеют клиновидные центрально симметричные скосы. Трубки 23 и лопасти 22 имеют обтекаемую форму для уменьшения сопротивления при внедрении пространственной конструкции (арматуры) в наносообразующий грунтовый материал 18 и грунт основания 14.

Пространственная конструкция служит армирующим элементом для упрочненного грунтового монолита 17.

Искусственный песчаный пляж 5 расположен между двумя намывными бунами 1 в приурезовой зоне водоема и служит для полного гашения энергии волнового потока и аккумуляции оставшейся части наносообразующего грунтового материала 18, прошедшего сквозь волногасящие фильтры 4 камеры 2 гашения волновой энергии.

Напорная стенка 6 камеры 2 гашения выполнена наклонной под углом 20 - 65^o к горизонту в направлении распространения набегающей волны из параллельных железобетонных свай, установленных на расстоянии 0,4 0,5 м друг от друга с образованием между ними щелевых отверстий 7 полного профиля.

Напорная стенка 6 служит для предохранения камеры 2 гашения от разрушения, например, при воздействии льда (при воздействии ледовых нагрузок лед будет перемещаться по наклонной плоскости, не повреждая самой конструкции), от попадания в камеру 2 гашения крупного строительного мусора и древесины (бревен). При этом щелевые отверстия 7 свободно пропускают волновой поток со взвешенным в нем наносообразующим грунтовым материалом 18 для заполнения (пополнения) им камеры 2 гашения и искусственного песчаного пляжа 5.

Боковые стенки 8 камеры 2 гашения энергии волнового потока являются выдвижными и образованы из волногасящих фильтров 4, которые выращены из наносообразующего грунтового материала 18 и служат для: гашения волновой энергии потока с наносообразующим грунтовым материалом 18;
аккумуляции грунтового материала 18 под нижней стенкой 11 камеры 2 гашения в аккумуляционном колодце 24.

Верхняя стенка 9 камеры 2 гашения снабжена люком 10 для проведения комплекса работ по образованию (упрочнению), выращиванию и извлечению волногасящих фильтров 4. Выполнена верхняя стенка 9 камеры 2 гашения из железобетонных плит, опирающихся на каркас из железобетонных свай 12.

Нижняя стенка 11 камеры 2 гашения выполнена в виде съемного решетчатого настила, расположенного над аккумуляционным колодцем 24. Решетчатый настил снабжен металлической сеткой с диаметром отверстий 0,05 0,10 м для предотвращения попадания в аккумуляционный колодец 24 крупных негабаритных включений наносообразующего грунтового материала 18 при экстремальных штормовых воздействиях.

Железобетонные сваи 12 камеры 2 гашения обеспечивают устойчивость конструкции и имеют анкерное винтовое крепление 13 с грунтом основания 14.

Анкерное винтовое крепление 13 железобетонной сваи 12 предназначено для своевременной установки, и при необходимости съемки и перемещению каркаса конструкции камеры 2 гашения на новое место без повреждения ее основных конструктивных элементов.

Грунтовый монолит 17 сформирован из наносообразующего грунтового материала 18 в аккумуляционном колодце 24 посредством его упрочнения - глубинного уплотнения, омоноличивания, аэрации и армирования пространственной конструкцией. В результате чего наносообразующий грунтовый материал 18 приобретает высокую прочность и пористость необходимые качества для его использования как волногасящего фильтра 4.

Вибратор 20 предназначен для сообщения колебательных движений пространственной конструкции и образования возмущающей силы, необходимой для преодоления наносообразующего грунтового материала 18 и грунта основания 14.

Составными частями пространственной конструкции являются:
вертикальная полая штанга 19;
яруса уплотняющих лопастей 22;
нагнетательные трубки 23.

Пространственная конструкция предназначена для упрочнения наносообразующего грунтового материала 18 его уплотнения, омоноличивания, аэрации и армирования.

Кроме того пространственная конструкция служит арматурой для выращенного волногасящего фильтра 4, обеспечивая прочность его конструкции.

Аккумуляционный колодец 24 предназначен для аккумуляции наносообразующего грунтового материала 18 и выращивания волногасящих фильтров 3 и представляет собой замкнутую емкость в грунте основания 14.

Технические средства, входящие в состав устройства берегозащитного сооружения и обеспечивающие его эффективную работу, включает также подъемно-транспортный механизм 25 (например, гусеничный кран) для монтажа конструктивных элементов и вспомогательный транспорт 26 (автотранспорт) для перевозки элементов конструкции.

Яруса уплотняющих лопастей 22 предназначены для глубинного разжижения и уплотнения наносообразующего грунтового материала 18 в зависимости от технологии виброуплотнения.

Нагнетательные трубки 23 обеспечивают подачу и равномерное распределение в грунтовом монолите 17 вяжущего раствора, а также, при необходимости, подачу сжатого воздуха для создания пористой структуры намытого грунта.

Способ возведения берегозащитного сооружения осуществляют следующим образом.

Первоначально в межбунном пространстве на урезе 27 воды приводного водоема 28 устанавливают волногасящий элемент в виде камеры 2 гашения волновой энергии с волногасящим валиком 3 под ее напорной стенкой 6. Каркас камеры 2 гашения заанкеровывают в грунте основания 14 винтовыми креплениями 13 железобетонных свай 12. Под нижней стенкой 11 камеры 2 гашения в грунте основания 14 устраивают аккумуляционный колодец 24 в виде земляной выемки для осаждения поступающего в составе волнового потока наносообразующего грунтового материала 18.

Для устройства волногасящего валика 3 первоначально собирают использованные автомобильные покрышки 15 и нанизывают их на горизонтально уложенные в шахматном порядке железобетонные сваи, образуя гирлянды. Каждую гирлянду соединяют между собой металлическими стержнями 16, что предотвращает их разрушение при штормовом воздействии.

Водный поток с наносообразующим грунтовым материалом 18 при штормовом воздействии проходит через волногасящий валик 3, значительно снижая свою энергию, и поступает в аккумуляционный колодец 24 камеры 2 гашения волновой энергии. При этом часть водного потока распространяется за пределы камеры 2 гашения на поверхность искусственного песчаного пляжа 5, где полностью гасит свою энергию и осаждает наносообразующий грунтовый материал 18.

Освободившийся от наносообразующего грунтового материала 18 поток воды стекает обратно в природный водоем 28.

По мере повторения каждого цикла водного воздействия на берегозащитное сооружение аккумуляционный колодец 24 камеры 2 гашения и прилегающий к нему искусственный песчаный пляж 5 полностью заполняются наносообразующим грунтовым материалом 18. При этом щелевые отверстия 7 полного профиля в напорной стенке 6 камеры 2 гашения препятствуют попаданию в нее крупного строительного мусора, бревен, металлоконструкций, выбрасываемых на берег при сильных штормах. Мелкий мусор с негабаритными включениями наносообразующего грунтового материала 18 диаметром более 0,05 0,10 м собирается на решетчатом настиле нижней стенки 11 камеры 2 гашения.

После окончания шторма, активного волнового воздействия на берегозащитное сооружение, напорная стенка 6 и нижняя стенка 11 камеры 2 гашения освобождаются от мусора и негабаритных включений, а нижняя стенка 11 кроме того снимается полностью для выполнения строительных работ по глубинному упрочнению наносообразующего грунтового материала 18 и выращивания волногасящих фильтров 4.

Для этого выполняют следующие последовательные операции:
устанавливают подъемно-транспортный механизм 25 с пространственной конструкцией, включающей вертикальную полую штангу 19 с вибратором 20 и входным патрубком 21, на верхнюю стенку 9 камеры 2 гашения волновой энергии;
открывают люк 10 на верхней стенке 9 камеры 2 гашения и опускают в него с помощью подъемно-транспортного механизма 25 пространственную конструкцию на место образования грунтового монолита 17;
устанавливают пространственную конструкцию в вертикальном положении и подсоединяют ее входной патрубок 21 к источнику нагнетания омоноличивающего (вяжущего) раствора сжатого воздуха от воздушного компрессора (не показан);
включают вибратор 20 и погружают пространственную конструкцию под действием собственного веса и вибрационных колебаний в наносообразующий грунтовый материал 18;
одновременно с погружением пространственной конструкции в наносообразующий грунтовый материал 18 включают подачу в нее омоноличивающегося раствора и сжатого воздуха;
подают раствор через полую вертикальную штангу 19 пространственной конструкции в нагнетательные трубки 23 и далее через перфорированные отверстия трубок в наносообразующий грунтовый материал 18 тела берегозащитного сооружения;
выполняют глубинное уплотнение наносообразующего грунтового материала 18 ярусами уплотняющих лопастей 22 пространственной конструкции под воздействием вибрационных колебаний;
при достижении проектных показателей плотности, пористости и уровня насыщения намытого грунтового монолита 17 вяжущим раствором прекращают подачу раствора и сжатого воздуха (подачу сжатого воздуха от воздушного компрессора осуществляют для создания пористой структурой упрочняемого грунтового монолита 17);
отсоединяют от пространственной конструкции вибратор 20 с входным патрубком 21, а грунтовый монолит 17, армированный пространственной конструкцией, оставляют в намытом грунте аккумуляционного колодца 24 на определенный срок для повышения характеристик упрочнения;
при достижении грунтовым монолитом 17 заданных прочностных характеристик за определенный период времени его извлекают из аккумуляционного колодца 24, устанавливают в вертикальном положении под верхней стенкой 9 камеры 2 гашения и используют в качестве волногасящего фильтра 4 на боковых стенках 8 камеры 2 гашения волновой энергии.

Процесс выращивания волногасящих фильтров 4 как было показано выше, включал образование грунтового монолита 17 из наносообразующего грунтового материала 18 с определенными прочностными и структурными характеристиками. При этом под воздействием волнового потока из пористой структуры грунтового монолита 17 вымываются слабосвязанные частицы грунта, которые осаждаются в аккумуляционном колодце 24, а сам грунтовый монолит 17 начинает работать как волногасящий фильтр 4.

Работа волногасящего фильтра 4 заключается в гашении части волновой энергии и аккумуляции наносообразующего грунтового материала 18 в камере 2 гашения. Взвешенные частицы водного потока задерживаются в порах грунтового волногасящего фильтра 4.

В процессе эксплуатации волногасящего фильтра 4 происходит его изнашивание (истирание) и утрачивание первоначальных аккумуляционных свойств при сохранении в то же время свойств волногашения.

При переполнении аккумуляционного колодца 24 наносообразующим грунтовым материалом 18 камера 2 гашения волновой энергии, также как и ее волногасящие фильтры 4, теряет свои первоначальные свойства и работает как обычная волноотбойная стенка, усиливая размыв берега.

Для своевременного предотвращения и предупреждения указанных неблагоприятных процессов предусмотрена утилизация отработанных волногасящих фильтров 4 посредством их периодического обновления извлечения из камеры 2 гашения и перемещение подъемно-транспортным механизмом 25 и вспомогательным транспортом 26 для наращивания внешних откосов бун 1.

Наращивание бун 1 обеспечивает получение дополнительного объема наносообразующего грунтового материала 18, поступающего к волногасящему элементу в составе перехватываемого бунами 1 водного потока.

Таким образом обеспечивается постоянная эффективная работа предлагаемого берегозащитного сооружения и его основных элементов посредством:
улучшения условий аккумуляции наносообразующего грунтового материала 18 в камере 2 гашения за счет наращивания бун 1 отработанными волногасящими фильтрами 4;
восстановления волногасящих функций камеры 2 гашения волновой энергии периодической заменой волногасящих фильтров 4 и одновременной очисткой и освобождением аккумуляционного колодца 24 от наносообразующего грунтового материала 18.

Возможно также перемещение всего берегозащитного сооружения по мере наращивания бун 1 в сторону природного водоема 28 посредством перемещения подъемно-транспортным механизмом 25 его отдельных конструктивных элементов (фиг. 1, положение 1 и положение II). Ы.

Формула изобретения

1. Берегозащитное сооружение, включающее расположенные по нормали к береговой линии буны и размещенный между ними волногасящий элемент, примыкающий к бунам, отличающееся тем, что волногасящий элемент выполнен в виде камеры гашения волновой энергии, имеющей напорную стенку с размещенным под ней волногасящим валиком, а также снабжен волногасящими фильтрами и искусственным песчаным пляжем, примыкающим к внутренней стежке камеры гашения, при этом в основании камеры гашения выполнен аккумуляционный колодец.

2. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что в напорной стенке камеры гашения выполнены щелевые отверстия, а волногасящие фильтры выполнены выдвижными и образуют перфорированные боковые стенки камеры гашения.

3. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что верхняя стена камеры гашения снабжена ложками для установки и извлечения из них волногасящих фильтров, а ее нижняя стенка выполнена в виде съемного решетчатого настила.

4. Способ возведения берегозащитного сооружения, включающий образование пляжа путем аккумуляции и утилизации наносообразующего грунтового материала и наращивая ориентированных по нормали к береговой линии бун из этого материала посредством его глубинного упрочнения, отличающийся тем, что для образования пляжа выполняют камеру гашения волновой энергии с волногасящим валиком под ее напорной стенкой и аккумуляционным колодцем в основании, аккумулируют наносообразующий грунтовый материал и выращивают волногасящие фильтры в аккумуляционном колодце, после чего производят наращивание внешних откосов бун выращенными в колодце волногасящими фильтрами.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что выращивание волногасящих фильтров выполняют из упрочненного наносообразующего грунтового материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4