RU194019U1

RU194019U1 - Filter culvert

Info

Publication number: RU194019U1
Application number: RU2019119286U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Михасек; Максим Владимирович Родионов; Искандар Ильшатович Муталлапов; Маргарита Геннадьевна Литвинова
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-11-25

Abstract

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при строительстве или реконструкции насыпи линейного сооружения с устройством водопропускных сооружений при пересечении водотоков с небольшим расходом.Технический результат полезной модели - увеличение пропускной способности, снижение затрат на замену фильтрующей части сооружения, а также обеспечение возможности очистки пропускаемого стока.Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что входные и выходные оголовки водопропускного сооружения снабжены сменными фильтрующими элементами, выполненными из металлического каркаса с решеткой, которые заполнены дренирующим материалом, в качестве которого использован специальный фильтрующий природный сорбент, например шунгит или цеолит. При этом фильтрующие элементы зафиксированы в пазах, выполненных в откосных стенках оголовков водопропускного сооружения, с возможностью перемещения в них по вертикальной оси и установлены таким образом, чтобы обеспечить пропуск расхода сверх расчетной обеспеченности. Элементы водопропускного сооружения изготавливаются в заводских условиях.The utility model relates to construction and can be used in the construction or reconstruction of an embankment of a linear structure with the installation of culverts at the intersection of waterways at a low flow rate. The technical result of the utility model is an increase in throughput, a decrease in the cost of replacing the filtering part of the structure, and also the possibility of cleaning the passage The indicated technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that the input and output heads of the waterfall The accelerated structures are equipped with replaceable filtering elements made of a metal frame with a grill, which are filled with drainage material, which is used as a special filtering natural sorbent, for example shungite or zeolite. At the same time, the filtering elements are fixed in the grooves made in the sloping walls of the ends of the culvert, with the possibility of movement in them along the vertical axis and installed in such a way as to ensure a flow pass in excess of the calculated security. Elements of the culvert are manufactured in the factory.

Description

Полезная модель относится к строительству искусственных водопропускных сооружений и может быть использована при возведении или реконструкции насыпи линейного сооружения с устройством водопропускных сооружений при пересечении водотоков с малыми и очень малым расходом.The utility model relates to the construction of artificial culverts and can be used in the construction or reconstruction of the embankment of a linear structure with the device culverts at the intersection of streams with low and very low flow.

Известны водопропускные сооружения, включающие трубы, изготовленные из бетона, металла, железобетона с отверстиями круглого, прямоугольного или овального сечения с размерами отверстий до 6 м (Волченкова Г.Я. Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений. Минтрансстроя СССР. - М.: Транспорт, 1992. 408 с.).Known culverts, including pipes made of concrete, metal, reinforced concrete with openings of round, rectangular or oval cross-section with openings up to 6 m (G. Volchenkova. Handbook for hydraulic calculations of small culverts. Ministry of Transport of the USSR. - M.: Transport , 1992. 408 p.).

Недостатками таких водопропускных сооружений являются низкая надежность, высокая трудоемкость и стоимость, а также длительный срок его строительства.The disadvantages of such culverts are low reliability, high complexity and cost, as well as the long construction period.

Низкая надежность известных устройств обусловлена их конструктивными особенностями, связанными с восприятием скоростей водного потока, которые превышают критические значения. Следствием этого является дополнительное устройство гасителей различного типа и выбора материала, способного воспринимать и не разрушаться под воздействием водного потока.The low reliability of the known devices is due to their design features associated with the perception of water flow rates that exceed critical values. The consequence of this is the additional device of absorbers of various types and the choice of material that can perceive and not collapse under the influence of a water stream.

Высокая трудоемкость и стоимость связанны с низкой технологичностью известных водопропускных сооружений, с большим количеством элементов, необходимостью выполнения при их устройстве множества различных технологических операций, сложными работами при устройстве гасителей, выбором материала, способного воспринимать и не разрушаться под воздействием водного потока, значительных транспортных расходов и многочисленной строительной техники. Использование таких сооружений приводит к повышенным экономическим затратам.The high complexity and cost are associated with the low manufacturability of the known culverts, with a large number of elements, the need to perform many different technological operations when installing them, complex work with the use of dampers, the choice of material that can perceive and not collapse under the influence of the water stream, significant transportation costs and numerous construction equipment. The use of such facilities leads to increased economic costs.

Известно также водопропускное сооружение, включающее транзитную часть, которая выполнена из связанных между собой габионных элементов, которые в поперечном сечении заключены в водонепроницаемую мембрану. С верховой стороны сооружения расположен сопряженный с многолетнемерзлыми грунтами основания противофильтрационный экран, боковые открылки которого возвышаются над уровнем воды перед сооружением. Габионы представляют собой заполненные каменным материалом сетчатые металлические корзины прямоугольной формы, по высоте расположены, по меньшей мере, в один ярус и своими рядами образуют в направлении продольной оси водопропускного сооружения один водопроводящий канал с заданными в поперечном сечении размерами. Потолок водопроводящего канала образован габионами вышерасположенного яруса или плоским элементом, а дно - габионами нижерасположенного яруса или защитными элементами (Патент Российской Федерации №2375519, кл. Е02В 7/06, опубл. 10.12.2008).A culvert is also known, including a transit part, which is made of interconnected gabion elements, which in cross section are enclosed in a waterproof membrane. On the upper side of the structure there is an anti-filter screen paired with permafrost soils of the base, the side openings of which rise above the water level in front of the structure. Gabions are rectangular mesh-filled metal baskets filled with stone material, arranged in height at least in one tier and in their rows form one water channel with the dimensions given in the cross section in the direction of the longitudinal axis of the culvert. The ceiling of the water supply channel is formed by gabions of an upper tier or a flat element, and the bottom is made by gabions of a lower tier or protective elements (Patent of the Russian Federation No. 2375519, CL ЕВВ 7/06, publ. 10.12.2008).

Недостатками известного устройства являются низкая надежность и высокая трудоемкость эксплуатации.The disadvantages of the known devices are low reliability and high complexity of operation.

Низкая надежность известного водопропускного сооружения обусловлена тем, что сооружение данной конструкции не позволяет пропускать катастрофические расходы без значительного повышения уровня воды на входе. При этом дальнейшее повышение уровня может привести к переливу через гребень линейного сооружения и его разрушению.The low reliability of the known culvert due to the fact that the construction of this design does not allow to miss catastrophic costs without a significant increase in the water level at the entrance. Moreover, a further increase in the level can lead to overflow over the crest of the linear structure and its destruction.

Высокая трудоемкость эксплуатации известного водопропускного сооружения обусловлена тем, что для восстановления пропускной способности при засорении фильтрующего участка необходимо производить его демонтаж вместе с сооружением.The high complexity of the operation of the known culvert is due to the fact that in order to restore the throughput when the filter section is clogged, it is necessary to dismantle it together with the structure.

Наиболее близким техническим решением является водопропускное сооружение (Патент Российской Федерации №2292412) - прототип. Это известное устройство включает тело насыпи, выполненное из дренирующего материала, и устройство для проезда транспорта, расположенное на основной площадке насыпи. При этом содержит водопропускную трубу, расположенную в нижней части тела насыпи и пересекающую тело насыпи в поперечном направлении. Водопропускная труба с обоих торцов закрыта крупными включениями дренирующего материала насыпи. Максимальный размер крупных включений дренирующего материала у входного и выходного концов полости водопропускной трубы определяют из приведенной зависимости.The closest technical solution is a culvert (Patent of the Russian Federation No. 2292412) - a prototype. This known device includes the body of the embankment made of draining material, and a device for passing vehicles located on the main site of the embankment. It contains a culvert located in the lower part of the body of the embankment and intersecting the body of the embankment in the transverse direction. The culvert from both ends is closed by large inclusions of the drainage material of the embankment. The maximum size of large inclusions of the draining material at the inlet and outlet ends of the culvert cavity is determined from the given dependence.

Недостатками этого устройства являются низкая пропускная способность и низкая надежность.The disadvantages of this device are low bandwidth and low reliability.

Низкая пропускная способность обусловлена тем, что при возникновении на водном объекте сверх расчетной гидрологической ситуации и/или при засорении входной и/или выходной фильтрующих частей водопропускного сооружения, пропуск расхода без разрушения сооружений невозможен.Low throughput is due to the fact that if an occurrence on the water body in excess of the calculated hydrological situation and / or when the inlet and / or outlet filter parts of the culvert blockage becomes clogged, it is impossible to pass the flow without destroying the structures.

Низкая надежность известного устройства обусловлена тем, что при извлечении фильтрующей части для ее очистки или увеличения пропускной способности может снизиться устойчивость линейного сооружения, при этом требуется использование трудоемких технологических процессов.The low reliability of the known device is due to the fact that when removing the filter part to clean it or increase the throughput, the stability of the linear structure may decrease, and the use of labor-intensive technological processes is required.

Данные недостатки ограничивают область применения и снижают надежность водопропускного сооружения.These shortcomings limit the scope and reduce the reliability of the culvert.

Технический результат полезной модели - увеличение пропускной способности водопропускного сооружения, снижение затрат на замену фильтрующей части сооружения, а также обеспечение возможности очистки пропускаемого стока.The technical result of the utility model is an increase in the throughput of the culvert, reducing the cost of replacing the filtering part of the structure, as well as providing the ability to clean the flow.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном водопропускном сооружении, включающем тело насыпи, устройство для проезда транспорта, расположенное на основной площадке насыпи, водопропускную трубу, расположенную в нижней части тела насыпи и пересекающую тело насыпи в поперечном направлении, и дренирующий материал, особенностью является то, что оно дополнительно снабжено входным и выходным оголовками со сменными фильтрующими элементами, выполненными в виде прямоугольных пространственных металлических каркасов с замкнутым сечением, которые зафиксированы в пазах, выполненных в откосных стенках оголовков водопропускного сооружения, с возможностью перемещения в них по вертикальной оси и имеющими высоту, позволяющую обеспечить пропуск расхода сверх расчетной обеспеченности, при этом дренирующий материал помещен вовнутрь фильтрующего элемента и расположен между его решетчатыми стенками. В качестве дренирующего материала, использован природный сорбент, например шунгит или цеолит.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the known culvert structure, including the body of the embankment, a device for transporting vehicles located on the main site of the embankment, a culvert located in the lower part of the body of the embankment and crossing the body of the embankment in the transverse direction, and draining material, the feature is that it is additionally equipped with inlet and outlet heads with replaceable filtering elements made in the form of rectangular spaces metal frames with a closed section, which are fixed in the grooves made in the sloping walls of the heads of the culvert, with the possibility of moving in them along the vertical axis and having a height that allows for a flow pass beyond the calculated security, while the drainage material is placed inside the filter element and is located between its lattice walls. As a draining material, a natural sorbent, for example shungite or zeolite, is used.

Полезная модель поясняется рисунками. На фиг. 1 показано водопропускное сооружение (вид сверху). На фиг. 2 показан продольный разрез водопропускного сооружения при пропуске бытового и паводкового расходов.The utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a culvert (top view). In FIG. 2 shows a longitudinal section of a culvert when passing household and flood expenses.

На рисунках обозначены: 1 - водопропускная труба; 2 - тело насыпи; 3 - портальная стенка; 4 - откосная стенка оголовка; 5 - фундамент оголовка; 6 -фильтрующий элемент; 7 - уровень воды в межень; 8 - уровень воды в паводок.The figures indicate: 1 - culvert; 2 - the body of the embankment; 3 - portal wall; 4 - sloping wall of the head; 5 - the base of the head; 6 filter element; 7 - water level at low water; 8 - water level in the flood.

Водопропускное сооружение состоит из водопропускной трубы 1, тела насыпи 2, портальных стенок 3, откосных стенок оголовков 4, фундаментов оголовков 5 и фильтрующих элементов 6. Входные и выходные оголовки водопропускного сооружения снабжены сменными фильтрующими элементами 6, выполненными в виде прямоугольных пространственных металлических каркасов с замкнутым сечением, которые заполнены дренирующим материалом, в качестве которого может быть использован специальный фильтрующий природный сорбент, например шунгит или цеолит. При этом фильтрующие элементы зафиксированы в пазах, выполненных в откосных стенках оголовков 4 водопропускного сооружения, с возможностью перемещения в них по вертикальной оси. Высота фильтрующих элементов 6 позволяет обеспечить пропуск расхода сверх расчетной обеспеченности. Элементы водопропускного сооружения изготавливаются в заводских условиях.The culvert consists of a culvert 1, the body of the embankment 2, the portal walls 3, the slope walls of the heads 4, the foundations of the heads 5 and filter elements 6. The inlet and outlet heads of the culvert are equipped with replaceable filter elements 6, made in the form of rectangular spatial metal frames with a closed cross-section, which are filled with drainage material, which can be used as a special filtering natural sorbent, for example shungite or zeolite. In this case, the filtering elements are fixed in the grooves made in the sloping walls of the heads 4 of the culvert, with the possibility of movement in them along the vertical axis. The height of the filtering elements 6 allows you to provide a flow pass in excess of the estimated security. Elements of the culvert are manufactured in the factory.

Строительство водопропускного сооружения производят в следующей последовательности. После транспортировки элементов водопропускного сооружения на место строительства, в котловане устраивается фундамент оголовков 5, после чего укладывается водопропускная труба 1, устанавливаются входной и выходной оголовки, состоящие из портальной стенки 3 и откосных стенок оголовков 4 с пазами. Фильтрующие элементы 6 устанавливаются с обеих сторон водопропускного сооружения в пазы, изготовленные в железобетонных откосных стенках оголовков 4. Фильтрующие элементы 6 могут перемещаться только по вертикальной оси при установке или демонтаже.The construction of the culvert is carried out in the following sequence. After transporting the elements of the culvert to the construction site, the foundation of the heads 5 is arranged in the foundation pit, after which the culvert 1 is laid, the inlet and outlet heads are installed, consisting of a portal wall 3 and the slope walls of the heads 4 with grooves. The filter elements 6 are installed on both sides of the culvert in the grooves made in the reinforced concrete sloping walls of the heads 4. The filter elements 6 can only move along the vertical axis during installation or dismantling.

Фильтрующее водопропускное сооружение работает следующим образом.Filter culvert works as follows.

Особенностями работы водопропускного сооружения с оголовками, снабженными фильтрующими элементами является то, что пропуск бытового расхода производится через фильтрующие элементы 6, которые установлены в откосные стенки оголовков 4. При паводковом расходе уровень воды повышается, тем самым производится фильтрация и перелив через фильтрующие элементы 6.Peculiarities of the work of the culvert with the heads equipped with filter elements is that the household flow is passed through the filter elements 6, which are installed in the sloping walls of the heads 4. During high water flow, the water level rises, thereby filtering and overflowing through the filter elements 6.

Определение геометрических размеров фильтрующих элементов необходимо производить по методике расчета перемычки из однородного грунта с вертикальными откосами (П.Я. Полубариновой-Кочиной / Г.В. Железняков, Ю. А. Ибад-заде, П.Л. Иванов и др.; Под общ. ред. В.П. Недриги. Гидротехнические сооружения. - М.: Стройиздат, 1983. - 543 с., ил. - (Справочник проектировщика).Determination of the geometric dimensions of the filtering elements must be carried out according to the method of calculating the lintel from a homogeneous soil with vertical slopes (P.Ya. Polubarinova-Kochina / G.V. Zheleznyakov, Yu. A. Ibad-zade, P.L. Ivanov et al .; Under General editorship of V.P. Nedrigi, Hydrotechnical Structures, Moscow: Stroyizdat, 1983. 543 pp., ill. (Designer Handbook).

Удельный фильтрационный расход водопропускного сооружения уточняется в зависимости от отношения толщины фильтрующего элемента к напору перед сооружением по известным зависимостямThe specific filtration flow rate of the culvert is specified depending on the ratio of the thickness of the filter element to the pressure before the construction according to known dependencies

при отношении толщины к напору <1,

when the ratio of thickness to pressure <1,

при отношении толщины к напору ≥1,

with a ratio of thickness to head ≥1,

где q - приведенный фильтрационный расход; k_Ф - коэффициент фильтрации материала фильтрующего элемента; H₀ - глубина воды за сооружением.where q is the reduced filtration rate; k _f - coefficient of filtration of the material of the filter element; H ₀ - water depth behind the structure.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечит увеличение пропускной способности, снижение затрат на замену фильтрующей части сооружения, а также обеспечение возможности очистки пропускаемого стока.Thus, the proposed design will increase the throughput, reduce the cost of replacing the filtering part of the structure, as well as providing the ability to clean throughput.

Claims

1. A culvert, consisting of the body of the embankment, a culvert located in the lower part of the body of the embankment, which crosses it in the transverse direction, and a drainage material, characterized in that it is additionally equipped with an inlet and outlet head with replaceable filter elements in the form of rectangular spatial metal frames with a closed section, which are fixed in the grooves made in the sloping walls of the ends of the culvert, with the possibility of moving them vertically axis and having a height that allows for a flow pass in excess of the design security, while the drainage material is placed inside the filter element and is located between its lattice walls.

2. A culvert according to claim 1, characterized in that a natural sorbent, for example shungite or zeolite, is used as a drainage material.