способ повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов, слагающих естественные и искусственные русла, характеризующийся тем, что производят механическое перемещение частиц грунта так, что в нижнем слое грунта находятся фракции с размерами частиц менее расчетных, а в верхнем слое - фракции с размером частиц более расчетных.

2. Устройство для осуществления способа повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов, включающее раму с закрепленным на ней ножом с гребенкой и механизм вибрации, установленный на раме, при этом зубья гребенки выполнены сужающейся от ножа к концу формы.

3. Устройство по п.2, характеризующееся тем, что зубья гребенки имеют в поперечном сечении трапецеидальную форму.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидротехнического и мелиоративного строительства, а именно к повышению сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов при устройстве в них искусственных русел.

Известен способ переформирования донных отложений гидравлической промывкой русла залповыми пропусками, заключающийся в использовании эффектов нестационарности. Гидравлическая промывка производится с быстрым нарастанием расхода и скорости потока, определяемого временем открытия затворов регулирующего гидротехнического сооружения. При таких условиях в русле распространяется волна возмущения, приводящая к быстрому возрастанию скорости течения и интенсивному размыву донных отложений (Боровков B.C. Русловые процессы и динамика речных потоков на урбанизированных территориях. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - С.286). При применении этого способа для искусственных русел происходит формирование устойчивой к размыву поверхности за счет вымывания фракций, не отвечающих условиям устойчивости.

Недостатками данного способа являются необходимость устройства регулирующего гидротехнического сооружения, обслуживание и обеспечение его работы, а также то, что при вымывании мелкие фракции переходят во взвешенное состояние, загрязняя водный объект ниже по течению.

Возможно переформирование грунта механическим способом. Например, известны механизмы, которые позволяют удалить из толщи грунта фракции, размер которых больше заданного, такие как мелиоративные камнеуборочные машины. Среди них существуют машины непрерывного действия с вибрационным грохотом, принцип действия которых заключается в следующем: при работе грунт с камнями попадает на эксцентриковый или вибрационный грохот, на поверхности которого остаются камни, а грунт просеивается. Камни подают элеватором в бункер для разгрузки на транспортирующую лыжу или за границы очищаемого участка (Мер И.И. Мелиоративные машины. - М., Колос, 1964. - С.367). Таким образом, материал, который мог бы укрепить русло от размыва, удаляется.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов, слагающих естественные и искусственные русла и, как следствие, уменьшение уровня загрязнения водотока взвешенными веществами, поступающими с поверхности, при вводе в эксплуатацию каналов и проведении регулировочных работ на руслах.

Результат достигается тем, что способ повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов, слагающих естественные и искусственные русла, отличается тем, что производят механическое перемещение частиц грунта так, что в нижнем слое грунта находятся фракции с размерами частиц менее расчетных, а в верхнем слое - фракции с размером частиц более расчетных.

Устройство для осуществления способа повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов отличается тем, что оно содержит раму с закрепленным на ней ножом с гребенкой и механизм вибрации, установленный на раме.

Устройство отличается также тем, что зубья гребенки выполнены сужающейся от ножа к концу формы.

Устройство отличается также тем, что зубья гребенки имеют в поперечном сечении трапецеидальную форму.

При создании искусственных русел в гравийно-галечных грунтах в процессе работы с их поверхности вымываются мелкие фракции гравийно-галечного грунта, что приводит к загрязнению нижележащего водотока.

Постепенно происходит укрупнение среднего диаметра донных отложений (процесс самоотмостки) за счет удаления из грунта частиц размером до так называемого D_отм (диаметра отмостки), который способен не срываться при расчетных скоростях течения, в дальнейшем данный участок может быть неразмываем. Предлагаемое изобретение позволяет заменить самоотмостку, исключив при этом вымывание мелких фракций.

Предлагаемый способ повышения сопротивляемости размыву гравийно-галечных грунтов заключается в изменении фракционного состава расчетного слоя по вертикали. В результате обработки мелкие фракции перемещаются вниз. Средний диаметр частиц в расчетном слое (d_{ср расч}) определяется таким образом, чтобы он удовлетворял условиям устойчивости русла. Толщину расчетного слоя принимают равной не менее трех средних расчетных диаметров фракций грунта, слагающего русло. Причем средний расчетный диаметр определяется исходя из требований, изложенных в СНиП (СНиП 2.06.03.-85. Мелиоративные системы и сооружения. - Взамен СНиП П-52-74; утвержд. 1985-17-12. - М: ЦНИП Госстроя СССР, 1986. - 60 с.) и рассчитывается исходя из зависимости от скорости и глубины потока.

На фиг.1 изображено устройство для обработки поверхности русла, содержащее рабочий орган, представляющий собой нож с гребенкой 1, механизм вибрации 2, укрепленный на раме 3.

Способ осуществляется следующим образом.

Устройство прикрепляется за тягачом, в качестве которого может выступать любая колесная или гусеничная техника. При движении тягача по обрабатываемой поверхности русла нож врезается в грунт на заданную глубину (но не менее толщины расчетного слоя). Гребенка, проходя через расчетный слой, производит вертикальное перераспределение фракций. Частицы с диаметром больше расчетного переваливаются через гребенку, оказываясь в слое. Максимальный диаметр фракций, подлежащих удалению из расчетного слоя, можно контролировать путем изменения величины зазора между зубьями гребенки, то есть максимальное расстояние между зубьями устанавливается равным принятому d_{cp расч}. Зубья изготавливаются сужающейся от ножа формы (фиг.2) для поэтапного просыпания частиц - сначала частицы d<d_{cp расч}, затем частицы размером d=d _{cp расч}. Причем в поперечном сечении зубья имеют трапецеидальную форму для избегания заклинивания просыпающихся частиц.

При передаче вибрации на гребенку увеличивается интенсивность переработки.

Таким образом, после проведения обработки грунта фракционный состав в рассматриваемом слое оказывается рассеянным по вертикали на три условных подслоя: нижний подслой - d<d_{cp расч}; средний подслой - d=d_{cp расч} ; верхний подслой - d>d_{cp расч}.

Также происходит укрупнение среднего диаметра фракций грунта, слагающего русло, за счет удаления под расчетный слой мелких частиц.