Низконапорная грунтовая переливная плотина двустороннего напора на многолетнемерзлом основании
Владельцы патента RU 2785457:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Арктический государственный агротехнологический университет" (RU)
Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при строительстве низконапорной грунтовой плотины на многолетнемерзлом основании, допускающей перелив через ее гребень под двусторонним напором. Грунтовая плотина содержит тело, выполненное из грунта, ледогрунтовую призму, противофильтрационные стены со стороны верхнего и нижнего бьефов, установленные на глубину ниже слоя сезонного оттаивания в слой многолетнемерзлых пород, крепление гребня и откосов каменной наброской с геотекстилем. Ледогрунтовая призма выполнена из влажного связного грунта, расположена под центральной частью тела плотины и приморожена к многолетнемерзлым грунтам. Противофильтрационные стены установлены со стороны верхнего и нижнего бьефов на глубину ниже слоя сезонного оттаивания в слой многолетнемерзлых пород, исключают фильтрацию воды через тело и основание плотины со стороны верхнего и нижнего бьефов. Для защиты от потока паводковых вод гребень и откосы плотины закрепляются каменной наброской. При этом на тело грунтовой плотины во избежание вымыва грунта под каменной наброской укладывается геотекстиль. Исключается фильтрация воды и повышается устойчивость плотины. 1 ил.
Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использована при строительстве низконапорной грунтовой плотины на многолетнемерзлом основании, допускающей перелив через ее гребень под двусторонним напором.
Известны разные способы и методы строительства переливных грунтовых плотин.
Прототип 1. Гидротехническое сооружение (патент РФ №2140485, 23.10.1998, Е02В 7/06) с креплением гребня плотины бетонными плитами с малопроницаемыми швами, креплением низового водосливного откоса полосами из сетки, слоем фильтрового материала, противофильтрационным элементом и уступом из крупнозернистого материала на низовом откосе. Плотина допускает перелив воды через гребень и низовой откос. Способ повышает надежность и сейсмостойкость плотины из местных материалов, допускающего пропуск паводковых расходов через гребень и низовой откос плотины.
Недостатками прототипа 1 являются высокая трудоемкость и низкая надежность работы сооружения. Высокая трудоемкость обусловлена дополнительными работами, как устройство слоя фильтрового материала, имеющего в бортовых примыканиях выходы на незатопляемые отметки и применением металлической противокоррозионной сетки. Низкая надежность работы обусловлена отсутствием крепления и противофильтрационных устройств на низовом откосе, вследствие чего плотина не защищена от размыва паводковыми водами со с стороны нижнего бьефа.
Прототип 2. Грунтовая переливная плотина в условиях высокой сейсмичности (Поудиал Басу. Научно-расчетное и экспериментальное обоснование применения грунтовой переливной плотины в условиях высокой сейсмичности Непала: дисс. … канд. техн. наук. М., 2003. 120 с. ) с креплением тела и поверхности низового откоса с помощью армированной сетки. Способ допускает нерегулируемый перелив паводковых вод через гребень плотины без опасности разрушения тела самой плотины и подмыва подошвы ее низового откоса со стороны нижнего бьефа.
Недостатками прототипа 2 являются высокие трудоемкость работ и стоимость материалов плотины. Высокая трудоемкость обусловлена дополнительными работами, как устройство водонепроницаемого покрытия из полиэтиленовой пленки и армирующей сетки из стекловолокна. Высокая стоимость материалов плотины обусловлена необходимостью применения для тела плотины щебня, диафрагмы из органического стекла и армирующих сеток из стекловолокна.
Прототип 3. Грунтовая переливная плотина (патент РФ №117460, 10.01.2012, Е02В 7/06) с верховым и низовым откосами, порогом, элементами крепления из гибких синтетических оболочек, заполненными нескальным грунтом и размещенными рядами по низовому откосу плотины ступенчато с напуском верхних рядов элементов крепления на нижние ряды, а также анкерными устройствами. Дополнительно снабжена водосборными и водоотводящими устройствами. Способ повышает надежность работы грунтовой переливной плотины за счет применения конструкции, снижающей опасность вымывания грунта из элементов крепления и смещения элементов крепления под воздействием взвешивающего давления воды, а также снижения опасности разрушения низового откоса грунтовой переливной плотины.
Недостатками прототипа 3 являются высокая трудоемкость и низкая надежность работы сооружения. Высокая трудоемкость обусловлена креплением анкерных устройств и устройством элементов крепления из гибких синтетических оболочек, а также обратного фильтра, дренажной призмы, перфорированной трубы и защитной сетки водосборных и водоотводящих устройств. Низкая надежность работы сооружения обусловлена отсутствием защиты верхового откоса от размыва водным потоком.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение устойчивости низконапорной грунтовой переливной плотины двустороннего напора на многолетнемерзлом основании путем устройства противофильтрационных устройств со стороны верхнего и нижнего бьефов, а также защитным креплением гребня и откосов. При этом, напор на плотину приходится со стороны верхнего и нижнего бьефов (двусторонний напор), так как наполнение водохранилища производится паводковыми водами переливом через гребень плотины со стороны нижнего бьефа во время весеннего половодья рек.
Технический результат решается тем, что при строительстве низконапорной грунтовой переливной плотины двустороннего напора на многолетнемерзлом основании повышается устойчивость плотины за счет исключения фильтрации через тело и основание плотины путем устройства противофильтрационных стен со стороны верхнего и нижнего бьефов и защиты гребня и откосов плотины от размыва потоком паводковых вод каменной наброской с укладкой геотекстиля между грунтом и камнем.
Заявленный способ строительства низконапорной грунтовой переливной плотины двустороннего напора на многолетнемерзлом основании отличается от прототипов тем, что содержит противофильтрационные стены со стороны верхнего и нижнего бьефов, а также защиту гребня и откосов. Для исключения фильтрации воды с верхнего и нижнего бьефов через тело и основание плотины установлены противофильтрационные стены на глубину ниже слоя сезонного оттаивания в слой многолетнемерзлых пород. Для защиты от потока паводковых вод гребень и откосы плотины закрепляются каменной наброской. При этом, на тело грунтовой плотины во избежание вымыва грунта под каменной наброской укладывается геотекстиль.
На чертеже (фиг. 1) представлен общий вид устройства низконапорной грунтовой переливной плотины двустороннего напора на многолетнемерзлом основании.
Плотина содержит тело 1, выполненное из грунта, ледогрунтовую призму 2, противофильтрационные стены со стороны верхнего и нижнего бьефов 3, установленные на глубину ниже слоя сезонного оттаивания 4 в слой многолетнемерзлых пород 5, крепление гребня и откосов каменной наброской 6, покрытие из геотекстиля 7, уложенное под каменной наброской.
Способ осуществляется следующим образом.
В центральной части плотины устраивается ледогрунтовая призма 2 из влажного связного грунта и примораживается к многолетнемерзлым грунтам 5. Отсыпается тело плотины 1 из грунта. В теле плотины 1 устраиваются противофильтрационные стены со стороны верхнего и нижнего бьефов 3, установленные на глубину ниже слоя сезонного оттаивания 4 в слой многолетнемерзлых пород 5. Крепление гребня и откосов производится каменной наброской 6, которое защищает гребень и откосы плотины от размыва при прохождении максимальных уровней паводковых вод (max УПВ). При этом, на тело грунтовой плотины во избежание вымыва грунта под каменной наброской 6 укладывается геотекстиль 7. Напор на плотину приходится со стороны верхнего и нижнего бьефов (двусторонний напор), так как наполнение водохранилища производится паводковыми водами переливом через гребень плотины со стороны нижнего бьефа во время весеннего половодья рек.
Эффект от использования предлагаемой конструкции заключается в том, что значительно повышается устойчивость плотины. Повышение устойчивости низконапорной грунтовой переливной плотины двустороннего напора на многолетнемерзлом основании обусловлено тем, что при устройстве противофильтрационных стен со стороны верхнего и нижнего бьефов исключается фильтрация воды через тело и основание плотины со стороны верхнего и нижнего бьефов, а также защитой гребня и откосов от размыва при прохождении максимальных уровней паводковых вод каменной наброской с геотекстилем.
Использование заявляемого изобретения позволяет отказаться от высоко-трудоемких работ по креплению анкерных устройств, устройству элементов крепления из гибких синтетических оболочек, водосборных и водоотводящих устройств, дополнительных работ по устройству фильтрового материала, применения металлической противокоррозионной сетки, водонепроницаемого покрытия из полиэтиленовой пленки, а также высокозатратных работ по устройству тела плотины из щебня, диафрагмы из органического стекла и армирующих сеток из стекловолокна.
Низконапорная грунтовая переливная плотина двустороннего напора на многолетнемерзлом основании, содержащая тело с ледогрунтовой призмой, противофильтрационные стены со стороны верхнего и нижнего бьефов, крепление гребня и откосов каменной наброской с геотекстилем, отличающаяся тем, что имеет противофильтрационные стены, установленные на глубину ниже слоя сезонного оттаивания в слой многолетнемерзлых пород, исключающие фильтрацию воды через тело и основание плотины со стороны верхнего и нижнего бьефов, защиту гребня и откосов от размыва при прохождении максимальных уровней паводковых вод каменной наброской с геотекстилем, повышающих устойчивость плотины.
