Устройство для образования многоярусной пленочной диафрагмы в водоподпорном грунтовом сооружении

 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для образования многоярусной пленочной диафрагмы в водоподпорном грунтовом сооружении. Устройство включает грузовую камеру с барабаном пленки и направляющую камеру (НК), выполненную из криволинейного сужающегося и прямолинейного участков с натягивающими роликами. Верхняя грань прямолинейного участка НК выступает над поверхностью грунта, а нижняя ее грань с отгибом имеет полозья скольжения. К стенкам криволинейного и прямолинейного участков НК прикреплены гофрированные листы (ГЛ) с поверхностями, имеющими вид расходящейся системы волн с углом наклона к горизонту β<90 ^o так, что вершины волн одного листа совпадают с впадинами волн другого листа. Каждый из ГЛ разделен на две неравные по высоте части, сами волны имеют в поперечном разрезе несимметричный профиль, при котором фронтальная часть по направлению движения бегущей пленки имеет пологую протяженную поверхность, а тыльная - крутую укороченную поверхность. Система расходящихся волн позволяет растягивать пленку в поперечном направлении НК вверх и вниз. В начале прямолинейного участка НК установлен сосуд с клеящей жидкостью, оборудованный плоским упругим насадком с каналом переменного сечения, переходящим в капиллярный канал, с углом атаки γ>90^o по отношению к отогнутому краю ранее уложенной пленки, которые позволяют создать полностью герметичные самоуплотняющиеся стыки многоярусной диафрагмы. 8 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и, в частности, может быть использовано для укладки противофильтрационной пленочной завесы в виде экрана или диафрагмы в водоподпорном грунтовом сооружении, имеющем большую протяженность по длине, например в грунтовой плотине, возводимой в составе гидроузла на широкой пойме, или в дамбе обвалования, ограждающей низменные места от затопления, золоотвалы и др. накопители промышленных отходов.

Известно устройство для создания противофильтрационного экрана, состоящее из поводка, который содержит периодически расставленные по его длине скобы со спицами и может приводиться в движение различными средствами механизированной укладки экранов (патент РФ 2022090 Е 02 В 3/16, 1994).

Недостатки указанного устройства заключаются в значительной доле ручного труда при сваривании и закреплении пленки на поводке.

Также при использовании устройства не решается проблема герметизации продольных стыков между отдельно укладываемыми пакетами при необходимости перекрытия поверхностей, имеющих большую протяженность в направлении, нормальном направлению растягивания пакета. Еще одним недостатком является укладка экрана на открытую поверхность без фиксации ее грунтом, вследствие чего пленка, обладающая высокой парусностью, может быть сорвана с этой поверхности ветром.

Известно также устройство для образования противофильтрационной пленочной диафрагмы в грунтовой плотине, являющееся наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, включающем грузовую камеру с барабаном пленки и направляющую камеру, выполненную из криволинейного сужающегося и прямолинейного участков с натягивающими роликами, с верхней гранью прямолинейного участка, выступающей над поверхностью грунта, а нижней гранью, имеющем отгиб с полозьями скольжения, причем грузовая камера смещена к верхней грани НК и наклонена к плоскости этой камеры под острым углом (авторское свидетельство SU 1710654, кл. Е 02 В 3/16, 1992).

Однако в указанном устройстве натягивающие ролики с упругими винтовыми выступами, попарно установленные в верхней и в отгибе нижней граней направляющей камеры (НК), имеющей профиль неравнобокого уголка (L-профиль), контактируют с пленкой лишь в отдельных точках. При этом натягивающие ролики, расположенные в верхней грани, будут удерживать пленку в полости между стенками НК лишь в статичном состоянии. В динамике же бегущая пленка постепенно будет перемещаться вниз под воздействием силы тяжести, пока не выпадет из натягивающих роликов, не создающих усилий, подтягивающих бегущую пленку вверх. После выпадения из зацепления натягивающих роликов бегущая пленка провиснет в НК, сбиваясь в складки, не образуя в слое грунта L-профиля, необходимого для сопряжения с предыдущим и последующим полотнищами пленки.

Далее при попадании в грунт большого количества крупных включений (гравийно-галечниковых фракций) отгибы соседних полотнищ, присыпанные таким грунтом, будут недостаточно плотно прилегать друг к другу, и на таких участках завесы будут создаваться пути фильтрации, завеса станет проницаемой.

Задача изобретения заключается в создании устройства для образования многоярусной пленочной диафрагмы, позволяющего обеспечить растягивание бегущей пленки в поперечном направлении направляющей камеры вверх и вниз, не давая ей выпасть из натягивающих роликов, и укладки ее в слое грунта в виде L-образного профиля, а также повысить герметичность самоуплотняющихся стыков соседних полотнищ.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для образования многоярусной пленочной диафрагмы в водоподпорном грунтовом сооружении, включающем грузовую камеру с барабаном пленки и направляющую камеру, выполненную из криволинейного сужающегося и прямолинейного участков с натягивающими роликами, с верхней гранью прямолинейного участка, выступающей над поверхностью грунта, а нижней гранью, имеющей отгиб с полозьями скольжения, грузовая камера смещена к верхней грани направляющей камеры и наклонена к плоскости этой камеры под острым углом, согласно изобретению, к стенкам криволинейного и прямолинейного участков направляющей камеры прикреплены гофрированные листы с поверхностями, имеющими вид расходящейся системы волн с углом наклона к горизонту β<90 так, что вершины волн одного листа совпадают с впадинами волн другого листа, и каждый из гофрированных листов разделен на две неравные по высоте части, сами волны в поперечном разрезе имеют несимметричный профиль, при котором фронтальная часть по направлению движения бегущей пленки имеет пологую протяженную поверхность, а тыльная - крутую укороченную поверхность, в начале прямолинейного участка направляющей камеры установлен сосуд с клеящей жидкостью, оборудованный плоским упругим насадком с каналом переменного сечения, переходящим в капиллярный канал, постоянно прижатым к поверхности отогнутого края ранее уложенного полотнища пленки с углом атаки к нему γ>90^o.

На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - узел Г на фиг.2; на фиг.6 - сосуд с клеящей жидкостью; на фиг.7 - поперечный разрез упругого насадка; на фиг.8 - разрез Д-Д на фиг.1.

Устройство состоит из грузовой камеры 1 с пленкой 2, свернутой в виде барабана, крышкой 3, тормозной подпружиненной планкой 4 и направляющей камеры (НК) L-образного профиля, состоящей из криволинейного сужающегося и прямолинейного участков, выполненных с помощью разъемных между собой стенок 5 и 6 с отгибом в нижней части (фиг.1,2). Отгиб НК образован за счет сужения криволинейного участка, начинающегося от грузовой камеры 1, где он имеет ширину b_П, равную ширине полотнища пленки 2, и заканчивающегося на линии сопряжения с прямолинейным участком НК, имеющим высоту h_НК, меньшую b_П на величину отгиба b_O, то есть b_O=b_П-h_НК. Для этого грузовая камера повернута, с одной стороны, к НК, а с другой - относительно плоскости прямолинейного участка на угол α<90 для обеспечения равенства длин боковых граней криволинейного участка (фиг.3). Стенки 5 и 6 присоединены друг к другу винтами 7. На прямолинейном участке НК к отгибу стенки 6 приварены полозья скольжения 8 так, что отгиб стенки нависает над поверхностью грунта. Нагрузка от НК при этом передается через полозья скольжения 8 на поверхность раздела между новым и ранее уложенными слоями грунта (фиг.4). Верхняя грань НК выступает над поверхностью грунта в виде плавника на величину, равную величине отгиба нижней грани НК, например на b_O = 0,2 м (фиг.1, 2, 4).

В полости НК к стенкам 5 и 6 прикреплены гофрированные листы (металлические или пластмассовые) соответственно 9 и 10 с поверхностями, имеющими вид расходящейся системы волн с углом наклона к горизонту β<90 (фиг.1 - пунктирные линии) так, что вершины волн листа 9 совпадают с впадинами волн листа 10 (фиг.4, 5). Каждый из гофрированных листов разделен на две неравные по высоте части h_B и h_H (фиг.1). При этом в верхней части гофрированных листов 9 и 10 волны "бегут" к верхней грани НК, а в нижней - к нижней грани, в отгиб НК. Сами волны в поперечном разрезе имеют несимметричный профиль, при котором фронтальная часть по направлению движения бегущей пленки имеет пологую протяженную поверхность, а тыльная - крутую укороченную поверхность (фиг.5).

С внешней стороны стенки 6 направляющей камеры в начале ее прямолинейного участка прикреплен, например, с помощью разжимных скоб сосуд 11 с клеящей жидкостью, оборудованный плоским упругим насадком 12 (фиг.2, 3, 6). Упругий насадок 12 находится в постоянно прижатом состоянии к поверхности отогнутого края ранее уложенного полотнища пленки 13. В поперечном разрезе насадок 12 имеет канал переменного сечения, постепенно переходящий в капиллярный канал (фиг. 7). При этом угол атаки насадка на отогнутый край пленки 13 больше 90^o (фиг.6, γ>90^o), что позволяет за счет тангенциальных сил трения, развивающихся между срезом насадки 12 и краем пленки 13, растянуть последний в направлении от линии защемления во вне (фиг.6 - пунктирная стрелка).

Кроме того, с наружной стороны НК, в хвостовой ее части установлены с каждой стороны вибраторы 14 и указательные планки 15, а в верхней и нижней гранях НК попарно установлены натягивающие (прижимные) ролики 16 (фиг.4).

Устройство для образования многоярусной пленочной диафрагмы в грунтовой плотине (дамбе) большой протяженности работает следующим образом.

Пленочная диафрагма в плотине создается поярусным методом с ярусами, начиная от подошвы сооружения и до его гребня. Устройства в соответствующих ярусах перемещаются параллельными маршрутами вдоль оси плотины. Первоначально каждое устройство после доставки его на место, в начало соответствующего яруса загружают пленкой 2. Для чего открывают крышку 3 грузовой камеры 1, устанавливают пленку 2, свернутую в виде барабана, и спускают тормозную подпружиненную планку 4, прижимающую барабан пленки. Свинчивая винты 7, снимают стенку 5 и протаскивают пленку 2 через направляющую камеру, затем ставят на место стенку 5, привинчивая ее к стенке 6. Таким образом пленка 2 в пределах НК оказывается между двумя гофрированными листами 9, 10 и прижимными роликами 16 (фиг. 2, 4, 5). Конец пленки 2, вытянутый из НК устройства, заделывают известным способом в основание плотины, например в бетонный зуб. С внешней стороны к стенке 6 прикрепляют сосуд 11 с клеящей жидкостью так, чтобы конец упругого капиллярного насадка 12, прогибаясь, находился в прижатом состоянии к поверхности отогнутого края ранее уложенного полотнища пленки 13. Наконец, производят отсыпку слоя грунта толщиной _Я до указательных планок 15 (фиг.1, 3). После подготовительных работ устройство начинают перемещать в соответствующем ярусе плотины.

В момент начала перемещения устройства автоматически включаются вибраторы 14, способствующие снижению сил трения при вытягивании устройства из слоя грунта. Пленка 2, конец которой защемлен сначала в сопрягающем элементе плотины с основанием, например, в бетонном зубе, а затем насыпным грунтом, сматывается с барабана и протаскивается через НК между гофрированными листами 9 и 10 в натянутом состоянии вследствие оказания тормозящего воздействия на барабан пленки тормозной подпружиненной планки 4. Бегущая натянутая пленка 2 взаимодействует только с пологими фронтальными поверхностями волн, оказывая на них усилие интенсивностью S (с компонентами S_N, S_T), пропорциональной площади этих поверхностей. Усилия интенсивностью S>0, возникающие как силы реакции этих поверхностей при β<90, растягивают пленку в поперечном направлении к верхней и нижней граням (фиг.1, 4). Тыльные поверхности волн при взаимодействии с пленкой 2 оказывали бы на нее усилия, направленные внутрь НК, и противодействовали ее растяжению. Поэтому тыльные поверхности волн выполнены крутыми и не взаимодействуют с бегущей пленкой. Соотношение высот верхней и нижней частей гофрированных листов 9, 10 (h_B>h_H) принимается из условия равенства усилий, растягивающих пленку 2 с учетом сил тяжести в расчете на 1 п.м длины пленки (фиг.1) S_T•h_B•cosβ = S_T•h_H•cosβ+ρ•g•h_HK•δ (1) где S_T - касательные напряжения трения, н/м²; h_B, h_Н, h_HK - высота соответственно верхней и нижней частей гофрированных листов и высота НК, м; ρ, δ - соответственно плотность (кг/м³) и толщина (м) пленки; g - ускорение свободного падения, м/с². При заданной величине h_HK величины h_B и h_H согласно (1) можно найти из следующих соотношений h_H = h_HK - h_B.

Плоский упругий насадок 12 во время движения устройства при угле атаки γ>90^o растягивает отогнутый край ранее уложенной пленки 13 и наносит на него тонкий слой клеящей жидкости (фиг.6,7). Следом из движущегося устройства на покрытый слоем клея отогнутый край ранее уложенной пленки 13 ложится отогнутый край вновь укладываемой пленки 2 (фиг.1, 2, 4). Под давлением вышележащего слоя грунта отогнутые края пленок 2 и 13 склеиваются, образуя не проницаемый для фильтрации стык (фиг.8 - направление фильтрационного потока показано стрелками).

Перемещение устройства осуществляется периодически на шаговое расстояние (несколько меньшее длины НК) так, чтобы оно после очередного перемещения сохраняло устойчивое равновесие с помощью полозьев скольжения 8 и хвостовой части НК, оставшейся в слое грунта. После этого производится отсыпка слоя грунта толщиной, равной высоте яруса h_Я = h_HK - b_О, и на шаг в направлении перемещения устройства по всей ширине грунтовой плотины.

Таким образом, гофрированные листы, прикрепленные к стенкам НК, с поверхностями, имеющими вид расходящейся системы волн так, что вершины волн одного листа совпадают с впадинами волн другого листа, и каждый из гофрированных листов разделен на две неравные по высоте части h_B и h_H, а сами волны в поперечном разрезе имеют несимметричный профиль, позволяют растягивать пленку в поперечном направлении НК вверх и вниз, не давая ей под действием сил тяжести выпасть из верхних натягивающих роликов и обеспечить L-профиль вытягиваемой из НК пленки. Далее установка сосуда с клеящей жидкостью, оборудованного плоским упругим насадком, позволяет создавать полностью непроницаемые самоуплотняющиеся стыки в многоярусной пленочной завесе.

Формула изобретения

Устройство для образования многоярусной пленочной диафрагмы в водоподпорном грунтовом сооружении, включающее грузовую камеру с барабаном пленки и направляющую камеру, выполненную из криволинейного сужающегося и прямолинейного участков с натягивающими роликами, с верхней гранью прямолинейного участка, выступающей над поверхностью грунта, а нижней гранью, имеющей отгиб с полозьями скольжения, при этом грузовая камера смещена к верхней грани направляющей камеры и наклонена к плоскости этой камеры под острым углом, отличающееся тем, что к стенкам криволинейного и прямолинейного участков направляющей камеры прикреплены гофрированные листы с поверхностями, имеющими вид расходящейся системы волн с углом наклона к горизонту β<90 так, что вершины волн одного листа совпадают с впадинами волн другого листа, и каждый из гофрированных листов разделен на две неравные по высоте части, сами волны в поперечном разрезе имеют несимметричный профиль, при котором фронтальная часть по направлению движения бегущей пленки имеет пологую протяженную поверхность, а тыльная - крутую укороченную поверхность, в начале прямолинейного участка направляющей камеры установлен сосуд с клеящей жидкостью, оборудованный плоским упругим насадком с каналом переменного сечения, переходящим в капиллярный канал, постоянно прижатым к поверхности отогнутого края ранее уложенного полотнища пленки, с углом атаки к нему γ>90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8