RU2773499C1 - Gabion for reinforcing bank slopes (variants) - Google Patents

Abstract

FIELD: hydraulic engineering.

SUBSTANCE: inventions relate to hydraulic engineering and are intended for use in bank protection structures constructed in eroded river, canal beds and other water areas. Gabion for reinforcing bank slopes includes a metal mesh frame filled with stones. Rounded stones of round or oval shape are laid in the bottom layer, and angular stones in a ragged shape are laid in the top layer.

EFFECT: prolongation of effective action of wave damping, increase in the durability of gabion reinforcement of slopes under wave action.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к гидротехническому строительству и предназначены для использования в берегоукрепительных конструкциях, сооружаемых в размываемых руслах рек, каналов и других акваториях. The inventions relate to hydraulic engineering and are intended for use in bank protection structures built in eroded riverbeds, canals and other water areas.

Известны сооружения для укрепления откосов (см. пат. РФ № 2200793, МПК Е 02 В 3/12, Е02D 17/20 опубл. 20.09.2003), состоящие из армобутобетонных блоков, связанных между собой сеткой рабицей, и образованные послойным чередованием плотно уложенных камней и высокопрочного раствора, в который уложена сетка. При этом размеры фракций камней от нижележащего слоя к вышележащему выполнены возрастающими, а размеры ячеек сетки рабицы не превышают размеров фракций камней нижележащего слоя.Known structures for strengthening slopes (see US Pat. RF No. 2200793, IPC E 02 B 3/12, E02D 17/20 publ. stones and high-strength mortar in which the mesh is laid. At the same time, the sizes of the stone fractions from the underlying layer to the overlying one are made increasing, and the sizes of the netting mesh cells do not exceed the sizes of the stone fractions of the underlying layer.

Недостатком конструкций являются трудоемкость их сооружения, так как требует приготовления высокопрочного раствора, ручной сортировки и послойной укладки камней, что приводит к увеличению времени и стоимости процесса берегоукрепления. Кроме того, отсутствует движение воды через сооружение в акваторию.The disadvantage of the structures is the complexity of their construction, as it requires the preparation of a high-strength solution, manual sorting and layer-by-layer laying of stones, which leads to an increase in the time and cost of the bank protection process. In addition, there is no movement of water through the structure into the water area.

Известны сооружения, состоящие из коробчатых габионов с дисперсным материалом, в том числе теплоизолирующим, преимущественно уплотненным прессованием, при этом внутри сетчатого каркаса для исключения возможности вымывания наполнителя уложен чехол из синтетического геотекстильного материала или стеклоткани (см. патент РФ №2131493, МПК Е02В 3/12, Е02В 3/04, E02D 17/20, опубл. 10.06.1999 г.).Known structures, consisting of box-shaped gabions with dispersed material, including heat-insulating, mainly compacted pressing, while inside the mesh frame to exclude the possibility of washing out the filler, a cover made of synthetic geotextile material or fiberglass is laid (see RF patent No. 2131493, IPC E02V 3/ 12, E02B 3/04, E02D 17/20, published 06/10/1999).

Указанные конструкции имеют недостаточную устойчивость к волнениям и, кроме того, ограниченный срок службы из-за быстрого выхода из строя внутреннего чехла.These designs have insufficient resistance to disturbances and, in addition, a limited service life due to the rapid failure of the inner cover.

Известны конструкции сетчатых габионов (пат. РФ № 191429, МПК E02D 17/20, опубл. 05.08.2019), выполненные в виде проволочного сетчатого каркаса, заполненного дисперсным материалом, преимущественно щебнем твердых пород. Дисперсный материал заполнителя каркаса выполнен в виде фракции щебня с нижним размером диапазона менее и/или равным размерам ячейки сетки каркаса, а каркас выполнен высотой 12-16 см и с размерами ячейки 3 сетки каркаса 7,5÷9×8÷11,5см. Кроме того, каркас содержит, по крайней мере, один внутренний защитный слой, образованный фракцией щебня с нижним размером диапазона менее и/или равным размерам ячейки сетки каркаса, а фракция щебня внутреннего защитного слоя имеет диапазон 7,0÷10,0 см. Помимо того, каркас может содержать, по крайней мере, один внешний слой, образованный фракцией щебня с меньшим размером диапазона фракции щебня, образующего внутренний защитный слой. Known designs of mesh gabions (US Pat. RF No. 191429, IPC E02D 17/20, publ. 08/05/2019), made in the form of a wire mesh frame filled with dispersed material, mainly crushed stone of hard rocks. The dispersed material of the frame filler is made in the form of a fraction of crushed stone with the lower size of the range less than and/or equal to the dimensions of the frame mesh cell, and the frame is made 12-16 cm high and with cell dimensions 3 of the frame mesh 7.5÷9×8÷11.5 cm. In addition, the frame contains at least one internal protective layer formed by a crushed stone fraction with a lower range size less than and / or equal to the frame mesh cell sizes, and the crushed stone fraction of the inner protective layer has a range of 7.0 ÷ 10.0 cm. furthermore, the frame may comprise at least one outer layer formed by a crushed stone fraction with a smaller size range of the crushed stone fraction forming the inner protective layer.

Недостатком аналога является недостаточная эффективность гашения набегающей волны из-за того, что верхний слой сооружения имеет малые размеры. Кроме того, конструкция имеет недостаточный коэффициент турбулентной фильтрации из-за мелкофракционности нижнего слоя.The disadvantage of analogue is the lack of efficiency of damping the oncoming wave due to the fact that the upper layer of the structure is small. In addition, the design has an insufficient coefficient of turbulent filtration due to the fineness of the lower layer.

Из известных аналогов наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является габион по пат. РФ № 126017, МПК E02D 17/20, опубл.20.03.2013, в котором для наполнения сетчатых каркасов используется любой природный камень с размерами, не менее размеров ячеек сетки. Of the known analogues, the closest in purpose and technical essence to the claimed invention (prototype) is the gabion according to US Pat. RF No. 126017, IPC E02D 17/20, publ. 03/20/2013, in which any natural stone with dimensions not less than the dimensions of the mesh cells is used to fill the mesh frames.

Береговые крепления из таких габионов имеют высокую устойчивость к волнениям, однако волногасящий эффект их со временем снижается, так как происходит кольматация каменного заполнителя продуктами разрушения дна водоема и откосов. Coastal fastenings made of such gabions are highly resistant to waves, however, their wave-damping effect decreases over time, since the stone filler is clogged by the destruction products of the bottom of the reservoir and slopes.

Заявляемая группа изобретений решает проблему сохранения более длительного по сравнению с прототипом эффективного действия гашения волны и за счет этого повышения долговечности габионного укрепления откосов при волновом воздействии.The claimed group of inventions solves the problem of maintaining a longer effective wave damping action compared to the prototype and, due to this, increasing the durability of the gabion reinforcement of slopes under wave action.

Для достижения указанного технического результата по первому варианту: в габионе для укрепления береговых откосов, включающем также как и прототип, металлический сетчатый каркас, заполненный камнями, в отличие от прототипа в нижнем слое уложены окатанные камни круглой или овальной формы, а в верхнем слое – угловатые в виде рваных камней. To achieve the specified technical result according to the first variant: in the gabion for strengthening the coastal slopes, which also includes, like the prototype, a metal mesh frame filled with stones, unlike the prototype, rounded or oval stones are laid in the lower layer, and angular stones are laid in the upper layer. in the form of broken stones.

Для достижения указанного технического результата по второму варианту: в габионе для укрепления береговых откосов, включающем также как и прототип, металлический сетчатый каркас, заполненный камнями, в отличие от прототипа используют плоские камни с шероховатой поверхностью в виде плитняка, при этом в нижнем слое камни уложены горизонтально с промежутками, а в верхнем слое - вертикально. To achieve the specified technical result according to the second option: in the gabion to strengthen the coastal slopes, which also includes, like the prototype, a metal mesh frame filled with stones, in contrast to the prototype, flat stones with a rough surface in the form of limestone are used, while the stones are laid in the lower layer horizontally at intervals, and in the upper layer - vertically.

Сущность изобретений заключается в том, что заполнение габионов производится с условием продления срока эффективного гашения волны при накате на сооружение за счет создания эффекта интенсивного поглощения и отвода воды из него, для чего в первом варианте в нижнюю зону габиона укладываются камни с более высокой пропускной способностью (галька), а в верхнюю зону - камни с меньшей пропускной способностью, но с большей шероховатостью (рваный камень). The essence of the inventions lies in the fact that the filling of gabions is carried out with the condition of extending the period of effective damping of the wave when rolling onto the structure by creating the effect of intensive absorption and removal of water from it, for which, in the first variant, stones with a higher throughput are placed in the lower zone of the gabion ( pebbles), and in the upper zone - stones with a lower throughput, but with a greater roughness (ragged stone).

Во втором варианте этот эффект достигается за счет того, что для заполнения габиона используют плитняк, который в нижней зоне укладывается горизонтально с промежутками, а в верхней зоне - вертикально, что обеспечивает более высокую пропускную способность сооружения в нижней части и более низкую – в верхней. In the second version, this effect is achieved due to the fact that flagstone is used to fill the gabion, which is laid horizontally at intervals in the lower zone, and vertically in the upper zone, which provides a higher capacity of the structure in the lower part and lower in the upper one.

Сопоставление предлагаемых изобретений и прототипа показало, что поставленная задача - увеличение длительности эффективного действия гашения волны - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемых изобретений критерию патентоспособности «новизна».Comparison of the proposed inventions and the prototype showed that the task - to increase the duration of the effective action of damping the wave - is solved as a result of a new set of features, which proves the compliance of the proposed inventions with the criterion of patentability "novelty".

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области гидротехнических сооружений не выявил отдельных отличительных признаков заявляемых изобретений, что позволяет сделать вывод об их соответствии критерию «изобретательский уровень».In turn, the conducted information search in the field of hydraulic structures did not reveal any distinctive features of the claimed inventions, which allows us to conclude that they meet the criterion of "inventive step".

Сущность изобретений поясняется чертежами, где: The essence of the inventions is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлена схема работы габиона при накате волны на укрепленный откос, in fig. 1 shows a diagram of the operation of a gabion when a wave rolls onto a reinforced slope,

на фиг. 2 схема укладки разнородного камня в габион по первому варианту, in fig. 2 scheme of laying a heterogeneous stone in a gabion according to the first option,

на фиг. 3 схема укладки однородного камня (плитняка) в габион по второму варианту.in fig. 3 scheme of laying a homogeneous stone (flagstone) in a gabion according to the second option.

На фиг. 1 представлена схема откоса, укрепленного габионами, где: 1 - подстилающий слой (песок, геотекстиль), 2 - габион-упор в нижней части откоса, 3 - габионы, расположенные на откосе. Работа габиона при накате волны состоит в следующем: ветровая волна 4 с водной акватории накатывается на откос, при этом часть воды, проникая в промежутки между камнями, спускается вниз, а затем фильтруясь через тело габиона, сливается по наклону 5 в водоем.In FIG. 1 shows a diagram of a slope reinforced with gabions, where: 1 - underlying layer (sand, geotextile), 2 - gabion-stop in the lower part of the slope, 3 - gabions located on the slope. The work of the gabion during the wave run-up is as follows: wind wave 4 from the water area rolls onto the slope, while part of the water, penetrating into the gaps between the stones, goes down, and then filtering through the body of the gabion, merges along the slope 5 into the reservoir.

Для повышения интенсивности гашения волны в верхнюю часть габиона по первому варианту (фиг.2) укладываются рваные камни 6, а в нижнюю часть ­ окатанные камни 7 (галька). Рваные камни 6 благодаря шероховатости гасят энергию наката волны, а также увеличивают водозабор из волны и поглощение воды в тело габиона, которая далее поступает в нижний слой 7. Здесь происходит изменение схемы движения воды: из вертикального потока формируется поток, который направляется вниз по склону. Увеличение пропускной способности нижнего слоя 7 обеспечивается за счет увеличения коэффициента турбулентной фильтрации галечного слоя.To increase the intensity of damping waves in the upper part of the gabion according to the first variant (figure 2) fit torn stones 6, and in the lower part rounded stones 7 (pebbles). Ragged stones 6, due to their roughness, dampen the energy of the wave run-up, and also increase the water intake from the wave and the absorption of water into the body of the gabion, which then enters the lower layer 7. Here the water movement pattern changes: a stream is formed from the vertical flow, which is directed down the slope. The increase in the throughput of the lower layer 7 is provided by increasing the coefficient of turbulent filtration of the pebble layer.

При укладке в габион камней по второму варианту (фиг. 3), для обеспечения водозабора из набегающей на откос волны верхние слои укладываются вертикально 8, а нижние слои 9 – горизонтально (по уклону откоса). Конструкция габиона по второму варианту обеспечивает более высокую пропускную способность сооружения в нижней части и более низкую – в верхней, что также создает эффективный водозабор волны и отвод ее в акваторию.When laying stones in the gabion according to the second variant (Fig. 3), in order to ensure water intake from the wave incident on the slope, the upper layers are laid vertically 8, and the lower layers 9 - horizontally (along the slope slope). The design of the gabion according to the second option provides a higher capacity of the structure in the lower part and a lower one in the upper part, which also creates an effective water intake of the wave and its removal to the water area.

Предлагаемые конструкции разработаны специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала
С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования сооружения в составе волнозащитных сооружений в портовом и городском строительстве при укреплении набережных. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретений критерию «промышленная применимость».The proposed structures were developed by specialists of the Department of Hydraulic Structures, Structures and Hydraulics of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “State University of the Sea and River Fleet named after Admiral
S.O. Makarov" as part of the research work. Calculations were made that showed the possibility of using the structure as part of wave protection structures in port and urban construction when strengthening embankments. The foregoing allows us to conclude that the inventions meet the criterion of "industrial applicability".

Claims (2)

1. Габион для укрепления береговых откосов, включающий металлический сетчатый каркас, заполненный камнями, отличающийся тем, что в нижнем слое уложены окатанные камни круглой или овальной формы, а в верхнем слое – угловатые в виде рваных камней.1. Gabion for strengthening coastal slopes, including a metal mesh frame filled with stones, characterized in that rounded or oval-shaped stones are laid in the lower layer, and angular ones in the form of torn stones in the upper layer. 2. Габион для укрепления береговых откосов, включающий металлический сетчатый каркас, заполненный камнями, отличающийся тем, что камни имеют плоскую форму с шероховатой поверхностью в виде плитняка, при этом в нижнем слое камни уложены горизонтально с промежутками, а в верхнем слое – вертикально. 2. Gabion for strengthening coastal slopes, including a metal mesh frame filled with stones, characterized in that the stones have a flat shape with a rough surface in the form of limestone, while in the lower layer the stones are laid horizontally at intervals, and in the upper layer - vertically.

Images