Защитное гидротехническое сооружение

Защитное гидротехническое сооружение

Реферат

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и может быть использовано для защиты объектов, расположенных в береговой зоне, от стихийных бедствий, связанных с подъемом воды или волновыми нагрузками, например при наводнениях на реках или катаклизмах в море, а также для возведения временной преграды на дне водоема, например, при очистке от отложений гидроканалов или при их ремонте, а также для мелиоративного строительства при возведении водоподпорных плотин.

Учитывая то, что стихийные бедствия являются быстротекущими во времени процессами, а мелиоративные системы сезонно действующими, актуальна проблема совершенствования временных гидротехнических сооружений сравнительно невысокой стоимости, быстровозводимых, малой массы, отличающихся возможностью многократной установки в различных расчетных створах при минимальных затратах. Этим требованиям часто отвечают сооружения и конструкции из тканей с водонепроницаемым покрытием в виде незамкнутых и замкнутых оболочек.

Известна тканевая плотина незамкнутого типа, представляющая собой тканевое полотнище, воспринимающее давление воды, прикрепленное верхней своей кромкой к силовому поясу из металлических канатов, которые крепятся к береговым анкерным опорам. Нижней своей кромкой тканевое полотнище крепится к железобетонному или бетонному зубу. Подземный контур тканевой плотины незамкнутого типа выполняется в различных вариантах (Волосухин В.А., Кузнецов В.А. Основы теории и методы расчета тканевых сооружений мелиоративных систем: Монография. - Новочеркасск, НГМА, 2001. - С.14-15, 18).

Недостатком является продолжительность монтажа и демонтажа сооружения. Так при возведении и демонтировании конструкции необходимо провести до ста операций по установке и съему металлических зажимов, с помощью которых осуществляется крепеж силового пояса к несущему тканевому полотнищу. Кроме того, полотнище плотины незамкнутого типа пролетом 20-30 м и высотой в рабочем состоянии до 5 м имеет большую площадь, а следовательно, и большой вес, что увеличивает продолжительность сворачивания и разворачивания плотины, а также усложняет ее перемещение.

Известно гидротехническое сооружение, включающее гибкую цилиндрическую замкнутую оболочку, которая заполняется водой или воздухом, в случае заполнения водой с помощью насосов возможно не закреплять оболочку на фундаментном основании, так как благодаря своему весу она при воздействии внешних нагрузок сохраняет устойчивое положение (Волосухин В.А., Кузнецов В.А. Основы теории и методы расчета тканевых сооружений мелиоративных систем: Монография. - Новочеркасск, НГМА, 2001. - С.16-18).

Недостатком является продолжительность возведения и демонтирования сооружения, так как при приведении оболочки в эксплуатационное состояние в нее закачивают большой объем воды, что даже при производительных насосах занимает много времени. Длительным является и процесс освобождения закачанного объема жидкости из оболочки при демонтировании. Кроме того, замкнутая оболочка пролетом 20-30 м и высотой в эксплуатационном состоянии до 5 м для обеспечения устойчивого положения должна иметь большой периметр, а следовательно, обладает и большим весом, что увеличивает продолжительность сворачивания плотины в рулон и ее разворачивания из рулона, а также усложняет ее транспортирование.

Технической задачей предлагаемого изобретения является сокращение продолжительности возведения и демонтирования сооружения за счет уменьшения объема закачиваемой в замкнутую оболочку воды и снижения веса частей конструкции при увеличении устойчивости сооружения.

Технический результат по сокращению продолжительности возведения и демонтирования сооружения достигается тем, что в защитном гидротехническом сооружении, включающем гибкую цилиндрическую замкнутую оболочку, заполняемую водой, оболочка выполнена из двух соприкасающихся емкостей, каждая из которых снабжена двумя эластичными боковыми ребрами, расположенными вдоль образующих емкостей, причем соседними внутренними ребрами емкости соединены в «восьмерку», а к одному из внешних ребер «восьмерки» жестко закреплена своей нижней кромкой незамкнутая гибкая оболочка, по верхней кромке которой размещены поплавки, закрепленные гибкими связями к второму внешнему ребру, с возможностью регулировки длины связей.

На чертеж представлен фрагмент общего вида участка защитного гидротехнического сооружения в эксплуатационном состоянии в аксонометрической проекции.

Защитное гидротехническое сооружение содержит гибкую цилиндрическую замкнутую оболочку, заполняемую водой, выполненную из двух соприкасающихся емкостей 1 и 2, емкость 1 снабжена двумя эластичными боковыми ребрами 3 и 4, а емкость 2 - двумя эластичными боковыми ребрами 5 и 6, ребра расположены вдоль образующих емкостей 1 и 2, соседними внутренними ребрами 4 и 5 емкости 1 и 2 соединены в «восьмерку», к внешнему ребру 3 «восьмерки» жестко закреплена своей нижней кромкой незамкнутая гибкая оболочка 7, по верхней кромке которой размещены поплавки 8, закрепленные гибкими связями 9 к внешнему ребру 6, гибкие связи снабжены стропоукорачивающим устройством 10, позволяющим регулировать длину связей.

Защитное гидротехническое сооружение действует следующим образом.

Для возведения защитного гидротехнического сооружения на берегу в месте ожидаемого подъема воды разматывают из рулонов замкнутые цилиндрические емкости 1, 2 и незамкнутую оболочку 7, изготовленные из водонепроницаемых материалов. Оболочки располагают по длине рядом друг с другом.

Для облегчения разворачивания, сворачивания и транспортирования замкнутой оболочки она составлена из независимых емкостей 1 и 2, причем каждая емкость снабжена двумя эластичными ребрами соответственно 3, 4 и 5, 6, расположенными по образующим емкостей. Каждую из емкостей разматывают из отдельного рулона, разложенные емкости располагают рядом и соединяют соседними внутренними ребрами 4 и 5 в «восьмерку». Соединение можно производить различными способами, например, металлическими или эластичными накладками с резьбовым соединением, металлическими зажимами, петлями и крючками и т.д.

Замкнутая цилиндрическая оболочка может быть выполнена как единое целое в виде «восьмерки» из емкостей 1 и 2 и внешних боковых ребер 3 и 6, расположенных вдоль образующих емкостей.

В емкости 1 и 2, составляющие «восьмерку», одновременно закачивают воду из водного источника насосами, работающими параллельно.

В это же время к одному из эластичных внешних ребер «восьмерки» закрепляют нижнюю кромку незамкнутой оболочки 7. При направлении скорости ожидаемого водного потока, показанного на фиг.1, нижняя кромка незамкнутой оболочки 7 закреплена к внешнему ребру 3 емкости 1. Крепление нижней кромки незамкнутой оболочки 7 к ребру может быть осуществлено различными способами, например, металлическими или эластичными накладками с резьбовым соединением, металлическими зажимами и т.д. Стык ребра 3 и незамкнутой оболочки 7 должен быть герметичным, не допускается просачивания воды между емкостью 1 и нижней кромкой незамкнутой оболочки 7.

По верхней кромке незамкнутой оболочки 7 размещают и закрепляют различными способами, например петля-крючок, поплавки 8. Поплавки изготовлены из легких материалов, например пробки, пенопласта, или выполнены в виде жестких емкостей, заполненных воздухом. Количество поплавков и расстояние между ними выбирают таким образом, чтобы не было провисания верхней кромки незамкнутой оболочки 7 и не происходило перехлестывание воды через верхнюю кромку при эксплуатации. Поплавки 8 закрепляют гибкими связями 9 с помощью стропоукорачивающего устройства 10 к внешнему ребру 6 емкости 2. Стропоукорачивающее устройство 10 позволяет регулировать длину гибких связей 9 в зависимости от высоты сооружения Н (до 5 м и более), которая определена ожидаемым подъемом воды. Длина гибких связей 9 определяет также форму незамкнутой оболочки 7 в рабочем состоянии. В качестве гибких связей могут быть использованы ремни, тросы или рыболовная сеть. Чтобы не произошло разрушение замкнутых емкостей 1 и 2 и незамкнутой гибкой оболочки 7 колющим и режущим мусором, который в изобилии присутствует в паводковой воде, оболочки изготавливают из особо прочных материалов. Гибкая связь в виде рыболовной сети может служить дополнительной защитой от разрушения сооружения. При изменении направления скорости водного потока на противоположное от показанного на чертеже нижнюю кромку незамкнутой оболочки 7 крепят к внешнему ребру 6 емкости 2, а гибкие связи 7 - к внешнему ребру 3 емкости 1.

Пока происходит соединение частей защитного гидротехнического сооружения, емкости 1 и 2, образующие «восьмерку», заполняют водой до размеров, например, ширина d=2 м, высота h=1 м, причем h<H (размеры d и h выбирают таким образом, чтобы вес закачанной воды препятствовал сдвигу и опрокидыванию конструкции внешними нагрузками). Это позволяет значительно снизить объем, а следовательно, и время закачивания воды в обе емкости в сравнении с заполнением единой замкнутой оболочки до высоты Н.

При больших внешних нагрузках для увеличения устойчивости сооружения к емкостям 1 и 2 боковыми ребрами можно присоединять такие же дополнительные емкости, каждая из которых с соседней емкостью образует «восьмерку». Число присоединенных емкостей должно быть таким, чтобы вес закачанной во все оболочки воды препятствовал смещению сооружения. С возрастанием количества присоединенных емкостей можно значительно уменьшить размеры d и h, а следовательно, снизить объем закачиваемой в каждую емкость воды и сократить время на заполнение и опорожнение емкости. Так как каждую емкость заполняют параллельно работающими насосами, то произойдет сокращение продолжительности возведения и демонтирования всего сооружения.

Замкнутая оболочка в виде «восьмерки», составленная из несообщающихся емкостей 1 и 2, незамкнутая оболочка 7, поплавки 8 и гибкие связи 9 со стропоукорачиваюшими устройствами 10 образуют секции, которые могут быть соединены в защитное гидротехническое сооружение сколь угодно большой длины (километр и более).

При подъеме воды и волновых нагрузках до h< или =1 м защита происходит только замкнутой оболочкой в виде «восьмерки», составленной емкостями 1 и 2, заполненными водой. При увеличении h>1 метра вода поднимается выше емкостей 1 и 2, и на поплавки начинает действовать подъемная сила, заставляющая всплывать поплавки 8 вместе с незамкнутой оболочкой 7, позволяя создать защиту из комбинации незамкнутой и замкнутой оболочек до высоты Н, обеспечиваемой гибкими связями 9 необходимой длины.

Вода сверху емкостей 1 и 2 за счет своего веса дополнительно препятствует сдвигу и опрокидыванию конструкции, что, в свою очередь, позволяет уменьшать рабочие размеры d и h емкостей 1 и 2, объемы закачиваемой воды в емкости, а следовательно, и время их заполнения и опорожнения. Комбинированная защита замкнутой и незамкнутой оболочками позволяет уменьшить периметр замкнутой оболочки, составленной в виде «восьмерки» емкостями 1 и 2, и площадь незамкнутой оболочки 7 (за счет уменьшения ее ширины).

Демонтирование и транспортирование сооружения проводят так.

После того как стихийное бедствие пошло на убыль, уменьшается высота Н от максимальной до нуля, емкости 1 и 2 освобождаются от закачанной воды под действием веса. Одновременно защитное гидротехническое сооружение демонтируют в обратной последовательности на составляющие части. Гибкие связи 9 и нижнюю кромку незамкнутой оболочки 7 освобождают от закрепления на ребрах 3 и 6 емкостей 1 и 2, поплавки 8 раскрепляют с верхней кромкой незамкнутой оболочки 7, гибкие связи 9 освобождают от поплавков, разъединяют ребра 4 и 5, и емкости 1 и 2 освобождают из «восьмерки», каждую из частей конструкции (кроме поплавков) сворачивают в рулон, защитное гидротехническое сооружение транспортируют для установки в новом расчетном створе или на хранение.

При возведении временной преграды на дне водоема вначале на берегу производят сборку и соединение частей защитного гидротехнического сооружения в той же последовательности, но без закачки воды в емкости 1 и 2. В собранном виде сооружение размещают в русле водоема, после чего воду закачивают в емкости 1 и 2, защитное гидротехническое сооружение приобретает эксплуатационные размеры и готово к работе, причем без крепления конструкции в русле водотока.

После окончания работы сооружения емкости 1 и 2 освобождают от закачанной воды, конструкцию вытаскивают на берег, разбирают на отдельные части, емкости 1 и 2 и незамкнутую оболочку 7 сворачивают в рулоны, сооружение транспортируют в новое место для возведения или хранения.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет достичь технического результата по сокращению продолжительности возведения и демонтирования сооружения при увеличении его устойчивости.

Оригинальностью предложенной конструкции защитного сооружения является то, что она реализована в виде отдельных модулей, представляющих комбинацию из замкнутой гибкой цилиндрической оболочки, заполняемой водой и выполненной из двух соприкасающихся емкостей 1 и 2, каждая из которых снабжена эластичными ребрами соответственно 3, 4, и 5, 6, расположенными вдоль образующих емкостей, соседними внутренними ребрами 4 и 5 емкости 1 и 2 соединены в «восьмерку», и незамкнутой гибкой оболочки 7, жестко закрепленной своей нижней кромкой к внешнему ребру 3 «восьмерки», по верхней кромке оболочки размещены поплавки 8, закрепленные гибкими связями 9 к ребру 6 «восьмерки», гибкие связи можно регулировать по длине при помощи стропоукорачивающего устройства 10.

Защитное гидротехническое сооружение, включающее гибкую цилиндрическую замкнутую оболочку, заполняемую водой, отличающееся тем, что оболочка выполнена из двух соприкасающихся емкостей, каждая из которых снабжена двумя эластичными боковыми ребрами, расположенными вдоль образующих емкостей, причем соседними внутренними ребрами емкости соединены в "восьмерку", а к одному из внешних ребер "восьмерки" жестко закреплена своей нижней кромкой незамкнутая гибкая оболочка, по верхней кромке которой размещены поплавки, закрепленные гибкими связями ко второму внешнему ребру с возможностью регулирования длины связей.