RU2565264C1

RU2565264C1 - Antierosion structure of biopositive design for recovery of ravines

Info

Publication number: RU2565264C1
Application number: RU2014123254/13A
Authority: RU
Inventors: Салигаджи Омарович Курбанов; Аслан Каральбиевич Апажев; Фатима Анатольевна Срухова
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-10-20

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: antierosion structure of biopositive design contains ground sills from rows of heavy fascines and flexible mattresses from light fascines. The ground sills from heavy fascines are made in the form of reinforced steps. The fascines are laid layer-by-layer in rows alternating lengthways and crossways. Rows of fascines are located inside the reinforcing lattice framework. In each step the first layer of fascines is laid in dense rows across the bed width. The second layer of fascines is laid in the flow direction and normally to rows of the first layer. The uppermost row of heavy fascines of the first step is reliably connected with the first layer of the second step. The second and subsequent steps are erected similar to the first step. The upper row of fascines of the first step is connected with the first layer of the second step. All steps are joined among themselves using the reinforcing lattice frameworks. Heavy fascines consist of soil filler and mesh shell. The fascines are connected among themselves by gabion mesh and wire.

EFFECT: improvement of structure efficiency at recovery of deep ravines and gullies.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству и может быть использовано для восстановления глубоких оврагов и других размытых зон на предгорных и горных участках охраняемых природных территорий и прибрежных зон. Известны противоэрозионные сооружения, выполненные в виде перепадов, состоящие из железобетонных, каменных, фашинных ступеней [1, с. 73-75]. Основными недостатками данных технических решений являются низкая эффективность их работы и биопозитивность конструкции, а также большая материалоемкость сооружений.The invention relates to hydraulic engineering and environmental construction and can be used to restore deep ravines and other eroded zones in the foothills and mountains of protected natural areas and coastal zones. Known anti-erosion structures made in the form of swings, consisting of reinforced concrete, stone, fascia steps [1, p. 73-75]. The main disadvantages of these technical solutions are the low efficiency of their work and the bio-positivity of the structure, as well as the high material consumption of the structures.

Известно противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции, включающее донные пороги из рядов тяжелых фашин биопозитивной конструкции, и гибкие тюфяки из легких фашин вдоль прибрежных откосов оврага до уровня задернованной поверхности земли [2]. Основным недостатком данного технического решения является сложность и неэффективность его использования для восстановления глубоких оврагов, глубиной более 3 м.Known anti-erosion structure of a biopositive structure, including bottom sills from the rows of heavy fascines of a biopositive structure, and flexible mattresses from light fascin along the coastal slopes of the ravine to the level of the sodded surface of the earth [2]. The main disadvantage of this technical solution is the complexity and inefficiency of its use for the restoration of deep ravines, with a depth of more than 3 m.

Цель изобретения - повышение эффективности работы сооружения при восстановлении глубоких оврагов и промоин.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the structure during the restoration of deep ravines and ravines.

Указанная цель достигается тем, что противоэрозионное сооружение, включающее донные пороги из рядов тяжелых фашин и гибкие тюфяки из легких фашин, отличающееся тем, что донные пороги выполнены в виде армированных ступеней из тяжелых фашин, уложенных послойно чередующимися вдоль и поперек рядами внутри арматурного решетчатого каркаса, причем в каждой ступени первый слой изготовлен из плотных рядов тяжелых фашин, уложенных поперек русла по всей его ширине и нормально к направлению поверхностного стока воды, второй слой - из тяжелых фашин, уложенных по направлению потока и нормально к рядам первого слоя, такими чередующими рядами уложены третий и последующие слои тяжелых фашин, при этом самый верхний ряд тяжелых фашин первой ступени прочно связан с первым слоем второй ступени, таким образом устроены и последующие ступени, при этом все ступени выполнены связанными между собой арматурными решетками, образующими каркас ступеней, а тяжелые фашины, состоящие из грунтового заполнителя и сетчатой оболочки, соединены между собой с помощью габионной сетки и проволоки. В концевой части первой ступени в качестве рисбермы по линии естественного уклона и поперек направления потока воды уложены три и более рядов тяжелых фашин связанными между собой и прикрепленными к арматурному каркасу ступеней, а вдоль прибрежных откосов выше ступеней сооружения параллельными рядами в один слой до уровня высоких вод и по направлению потока воды уложены гибкие тюфяки из легких фашин, сверху рядов легких фашин обтянута габионная сетка и прикреплена к откосам и арматурному каркасу ступеней.This goal is achieved in that the anti-erosion structure, including bottom thresholds from the rows of heavy fascines and flexible mattresses from light fascia, characterized in that the bottom thresholds are made in the form of reinforced steps from heavy fascia, stacked in layers alternating along and across the rows inside the reinforcing lattice frame, moreover, in each stage, the first layer is made of dense rows of heavy fascin, laid across the channel along its entire width and normal to the direction of the surface water flow, the second layer is made of heavy fascin, laid in the direction of flow and normal to the rows of the first layer, the third and subsequent layers of heavy fascines are stacked in such alternating rows, while the uppermost row of heavy fascias of the first stage is firmly connected with the first layer of the second stage, so the subsequent stages are arranged, with all stages made of interconnected reinforcing grids forming the frame of the steps, and heavy fascia, consisting of soil aggregate and mesh shell, are interconnected using a gabion mesh and wire. In the end part of the first step, as apron along the natural slope line and across the direction of the water flow, three or more rows of heavy fascines are stacked interconnected and attached to the reinforcing cage of the steps, and along the coastal slopes above the steps of the structure in parallel rows in one layer to the high water level and flexible mattresses made of light fascia are laid in the direction of the water flow, a gabion net is fitted on top of the rows of light fascin and attached to the slopes and reinforcing cage of the steps.

На фиг. 1 изображено сечение по продольной оси ступенчатого противоэрозионного сооружения; на фиг. 2 - то же самое в плане; на фиг. 3 показано поперечное сечение сооружения; на фиг. 4 - арматурный решетчатый каркас сооружения в аксонометрии; на фиг. 5 - тяжелая фашина с разрезом в аксонометрии; на фиг. 6 - легкая фашина из камыша.In FIG. 1 shows a section along the longitudinal axis of a stepped anti-erosion structure; in FIG. 2 - the same in plan; in FIG. 3 shows a cross section of a structure; in FIG. 4 - reinforcing lattice frame of the structure in a perspective view; in FIG. 5 - heavy fascin with a cut in a perspective view; in FIG. 6 - light fascin from reeds.

Противоэрозионное сооружение состоит из ступенчатого перепада, выполненного из арматурного каркаса 1, рядов тяжелых фашин 2, уложенных послойно внутри каркаса 1. Нумерация ступеней принята начиная с концевой части с возрастанием номеров против течения. И каждая ступень имеет свой решетчатый каркас и все эти каркасы взаимосвязаны, имеют общие промежуточные решетчатые стенки 3 и образуют общий каркас 1. Арматурный каркас 4 первой ступени состоит из донной решетки 5, боковых и торцевых решеток 6 и поверхностной решетки 7. При этом донная решетка первой ступени 5 продолжена до основания второй ступени, и арматурный каркас второй ступени 8 совмещен с каркасом первой ступени 4 через промежуточную стенку 3. Точно так же с совмещением устроен каркас следующей ступени, таким образом, построен общий арматурный каркас 1 ступенчатого перепада. В каркас 4 первой ступени устроен только один слой тяжелых фашин 9, уложенных поперек русла и перекрытых сверху решеткой 7. В основание каркаса второй ступени 8 в продолжение слоя 9 устроен также горизонтальный ряд тяжелых фашин 10. Второй и последующие ряды тяжелых фашин 11 уложены нормально к рядам предыдущих слоев второй и последующих ступеней. Самый верхний ряд тяжелых фашин 12 каждой ступени уложен поперек направления поверхностного стока воды и с продолжением до рядов тяжелых фашин 10 в основании следующей ступени. Вдоль стенок каждой ступени (справа и слева по направлению стока воды) вне арматурного каркаса 1 уложены ступенчато вертикальные ряды тяжелых фашин 13 плотно связанными с соответствующими рядами тяжелых фашин каждой ступени. Тяжелые фашины 2 выполнены из грунтового заполнителя и гибких оболочек, при этом заполнитель изготовлен из мешков, заполненных плодородным грунтом с добавлением семян многолетних трав и кустарников, а оболочка тяжелых фашин - из плотных слоев сухого камыша и гибкой габионной сетки. За первой ступенью в концевой части в качестве рисбермы по линии естественного уклона и поперек направления потока воды предусмотрены не менее трех рядов тяжелых фашин 14 связанными между собой и прикрепленными к арматурному каркасу 4 первой ступени. Вдоль прибрежных откосов выше ступеней и за вертикальными боковыми стенками из тяжелых фашин 13 сооружения устроены гибкие тюфяки 15, состоящие из легких фашин 16, уложенных параллельными рядами в один слой до уровня высоких вод, обтянутых сверху габионной сеткой, прикрепленной к откосам и арматурному каркасу 1 ступеней. Откосные крепления из гибких тюфяков 15 по верхней линии фашинных рядов прибиты к поверхности земли с помощью кольев 17.The erosion control structure consists of a step difference made of a reinforcing cage 1, rows of heavy fascia 2, laid in layers inside the cage 1. The numbering of the steps is adopted starting from the end part with increasing numbers against the flow. And each step has its own lattice frame and all these frames are interconnected, have common intermediate lattice walls 3 and form a common frame 1. The reinforcing frame 4 of the first stage consists of a bottom lattice 5, side and end lattices 6 and a surface lattice 7. Moreover, the bottom lattice the first stage 5 is extended to the base of the second stage, and the reinforcing frame of the second stage 8 is aligned with the frame of the first stage 4 through the intermediate wall 3. In the same way, the frame of the next stage is arranged, thus, a common ar Saturn frame 1 step drop. Only one layer of heavy fascia 9 is arranged in the frame 4 of the first stage, stacked across the channel and overlapped by a grating 7. At the base of the frame of the second stage 8, a horizontal row of heavy fascia 10 is also arranged along the layer 9. The second and subsequent rows of heavy fascia 11 are laid normally. rows of previous layers of the second and subsequent steps. The uppermost row of heavy fashions 12 of each stage is laid across the direction of the surface runoff of water and continues to the rows of heavy fashions 10 at the base of the next stage. Along the walls of each stage (left and right in the direction of water flow) outside the reinforcing cage 1, stepwise vertical rows of heavy fascia 13 are stacked tightly connected with the corresponding rows of heavy fascia of each step. Heavy fascia 2 is made of soil aggregate and flexible shells, while the aggregate is made of bags filled with fertile soil with the addition of seeds of perennial grasses and shrubs, and the shell of heavy fascia is made of dense layers of dry reeds and a flexible gabion net. Behind the first step in the end part, at least three rows of heavy fascines 14 are connected to each other and attached to the reinforcing cage 4 of the first stage as an apron along the line of natural slope and across the direction of the water flow. Flexible mattresses 15 are arranged along the coastal slopes above the steps and behind the vertical side walls of heavy fascia 13 of the structure, consisting of light fascia 16, laid in parallel rows in one layer to the level of high waters, covered on top with a gabion mesh attached to the slopes and reinforcing cage of 1 steps . Sloping fasteners of flexible mattresses 15 along the upper line of the upholstered rows are nailed to the surface of the earth using stakes 17.

Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции строится следующим образом.The erosion control structure of the biopositive structure is constructed as follows.

Вначале заготавливают необходимое количество тяжелых фашин 2 и легких фашин 16, а также решетчатые (вертикальные и горизонтальные) элементы арматурного каркаса 1. Затем расчищают и разравнивают дно оврага по линии размываемой зоны, намечают места устройства каждой ступени и ступенчатого арматурного каркаса 1. Возведение сооружения начинается с концевой части, для чего сначала монтируется каркас первой ступени, уложив донную решетку 5 и соединив ее с боковыми и торцевыми элементами решеток 6. Внутри этого каркаса плотными рядами поперек русла укладывают тяжелые фашины 9 и сверху них укладывают еще один элемент горизонтальной решетки 7 и монтируют полностью арматурный каркас 4 первой ступени. К этому каркасу первой ступени монтируют арматурный каркас 8 (состоящий из донной решетки и боковых и торцевых их элементов) второй ступени без верхней горизонтальной решетки. Внутри этого каркаса 8 в основание на уровне рядов тяжелых фашин 9 вплотную к ним укладывают и монтируют такие же ряды тяжелых фашин 10. Сверху рядов 10 нормально к ним укладывают второй и последующие ряды тяжелых фашин 11. Самый верхний ряд тяжелых фашин 12 второй ступени укладывают поперек направления поверхностного стока воды и с продолжением до рядов тяжелых фашин 10 в основании третьей ступени. После чего сверху рядов 12 второй ступени укладывают аналогичную горизонтальную решетку 7 и прикрепляют к каркасу 8. Точно так же устраивают арматурные каркасы третьей и последующих ступеней совмещенными и прочно связанными с арматурными каркасами предыдущих ступеней. Таким образом, до конца возводят все ступени сооружения из тяжелых фашин 2 внутри ступенчатого арматурного каркаса 1. После чего вдоль стенок каждой ступени (справа и слева по направлению стока воды) вне арматурного каркаса 1 укладывают ступенчато вертикальные ряды тяжелых фашин 13 плотно связанными с соответствующими рядами тяжелых фашин каждой ступени. За первой ступенью в концевой части в качестве рисбермы по линии естественного уклона и поперек направления потока воды укладывают не менее трех рядов тяжелых фашин 14 связанными между собой и прикрепленными к арматурному каркасу 4 первой ступени. Далее вдоль прибрежных зон расчищается и планируется эродированную поверхность откосов выше границ верха ступеней и за вертикальными боковыми стенками из тяжелых фашин 13 сооружения. Укладываются параллельными рядами легкие фашины 16 в один слой до уровня верха задернованной поверхности земли. Сверху плотных рядов легких фашин 16 обтягивается габионная сетка и прикрепляется к поверхности земли по линии верхнего ряда легких фашин 16, а в нижней части - и к арматурному каркасу 1, и габионной сетчатой оболочке тяжелых фашин 2. Таким образом, изготавливаются гибкие откосные крепления 15 из легких фашин 16 на левом и правом берегу оврага. Для прикрепления этих гибких откосных креплений к поверхности земли используются деревянные или металлические колья 17, которые забиваются через определенное расстояние друг от друга по верхней линии крепления. После завершения строительства сооружения желательно поливать водой тяжелые фашины, чтобы быстрее проросли семена и растения.First, the required number of heavy fascia 2 and light fascia 16 is harvested, as well as lattice (vertical and horizontal) elements of the reinforcing cage 1. Then the bottom of the ravine is cleared and leveled along the line of the eroded zone, the device locations of each step and the stepped reinforcing cage 1 are marked. Construction begins from the end part, for which the frame of the first stage is first mounted, laying the bottom grill 5 and connecting it with the side and end elements of the grilles 6. Inside this frame, in dense rows across La heavy stacks 9 are laid, and another element of the horizontal lattice 7 is laid on top of them and a fully reinforcing frame 4 of the first stage is mounted. A reinforcing cage 8 (consisting of a bottom grate and their side and end elements) of the second stage without an upper horizontal grate is mounted to this frame of the first stage. Inside this skeleton 8, at the level level of the rows of heavy fascia 9, the same rows of heavy fascia 10 are laid close to them and mounted on top of the rows 10. The second and subsequent rows of heavy fascia 11 are normally laid on top of the rows 10. The uppermost row of heavy fascia 12 of the second stage is laid across direction of the surface runoff of water and continuing to the rows of heavy fascines 10 at the base of the third stage. Then, on top of the rows 12 of the second stage, a similar horizontal lattice 7 is laid and attached to the frame 8. In the same way, the reinforcing frames of the third and subsequent stages are aligned and firmly connected with the reinforcing frames of the previous stages. Thus, all the steps of the structure from heavy fascia 2 are erected to the end inside the stepped reinforcement cage 1. Then, along the walls of each step (left and right in the direction of the water flow) outside the reinforcement cage 1 are placed stepwise vertical rows of heavy fascia 13 tightly connected with the corresponding rows heavy fascines of each step. Behind the first step in the end part, at least three rows of heavy fascines 14 are laid together and attached to the reinforcing cage 4 of the first stage as an apron along the line of natural slope and across the direction of the water flow. Further along the coastal zones, the eroded surface of the slopes is cleared and planned above the boundaries of the top of the steps and behind the vertical side walls of heavy fascines 13 of the structure. Light fashions 16 are stacked in parallel rows in one layer to the level of the top of the sodded surface of the earth. A gabion net is tightened on top of the dense rows of light fascia 16 and attached to the surface of the earth along the line of the upper row of light fascia 16, and in the lower part, to the reinforcing cage 1 and the gabion mesh shell of heavy fascia 2. Thus, flexible slant mounts 15 of light fascin 16 on the left and right banks of the ravine. To attach these flexible sloping fasteners to the surface of the earth, wooden or metal stakes 17 are used, which are clogged at a certain distance from each other along the upper fastening line. After the construction is completed, it is advisable to water heavy fascines in order to sprout seeds and plants faster.

Количество ступеней и их размеры принимают в зависимости от геоморфологических условий оврага и гидрологических характеристик максимального поверхностного стока воды. В любом случае количество ступеней должно быть не менее двух, и количество рядов тяжелых фашин в одной ступени - не менее трех, не считая первой ступени, где укладывают только один слой тяжелых фашин.The number of steps and their sizes are taken depending on the geomorphological conditions of the ravine and the hydrological characteristics of the maximum surface water flow. In any case, the number of steps should be at least two, and the number of rows of heavy fascines in one step should be at least three, not counting the first step, where only one layer of heavy fascines is laid.

Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции работает следующим образом.The erosion control structure of the biopositive structure works as follows.

Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции обладает высокой степени гибкости и водопроницаемости, работает таким образом. Основные гидродинамические нагрузки поверхностного стока воды воспринимают армированные ступени перепада из тяжелых фашин и равномерно распределяют по всему сечению оврага из-за гибкости конструкции. При этом происходит частичное гашение избыточной энергии стока воды на каждой ступени, и падение продольных скоростей потока воды, тем самым предотвращается возможный размыв дна оврага. Ступенчатый перепад из тяжелых фашин, устроенных внутри арматурного решетчатого каркаса 1, выдерживает любые возможные гидродинамические нагрузки поверхностного потока воды. Для этого арматурный каркас выполняется из арматуры класса A1, а диаметр или размеры арматуры (в случае квадратного сечения) принимаются в зависимости от возможных максимальных гидродинамических нагрузок поверхностного стока воды расчетной обеспеченности. Кроме того, из-за водопроницаемости тяжелых фашин 2 и легких фашин 16, и гибкости их конструкции, предотвращаются возможные фильтрационные деформации (контактный размыв) грунтов основания. Из-за уменьшения продольных скоростей происходит частичное заиление ступеней и зарастания самого сооружения и всей эродированной поверхности глубокого оврага.The anti-erosion structure of the biopositive structure has a high degree of flexibility and water permeability, and works in this way. The main hydrodynamic loads of the surface runoff of water are perceived by the reinforced steps of the differential from heavy fascines and evenly distributed over the entire cross section of the ravine due to the design flexibility. In this case, the partial extinguishing of the excess energy of the water flow at each stage occurs, and the longitudinal velocity of the water flow drops, thereby preventing possible erosion of the bottom of the ravine. The step difference of heavy fascines, arranged inside the reinforcing lattice frame 1, can withstand any possible hydrodynamic loads of the surface water flow. For this, the reinforcing cage is made of reinforcement of class A1, and the diameter or dimensions of the reinforcement (in the case of a square section) are taken depending on the possible maximum hydrodynamic loads of the surface water flow of the estimated supply. In addition, due to the water permeability of heavy fascia 2 and light fascia 16, and the flexibility of their design, possible filtering deformation (contact erosion) of the base soil is prevented. Due to the decrease in longitudinal velocities, a partial siltation of the steps and overgrowing of the structure itself and the entire eroded surface of the deep ravine occur.

Использование камыша в тяжелых и легких фашинах обеспечивают не только водопроницаемость и гибкость конструкции, но и способствует сохранению влаги в теле сооружения в течение длительного времени, что создает хорошие условия для прорастания трав и кустарников на дне оврага и на береговых откосах. Со временем все сооружение из тяжелых и легких фашин полностью зарастет травой и кустарниками и через несколько лет оно превратится в сплошную дерновку, проросшую ветвями растений вверх и корнями вниз и вширь.The use of reeds in heavy and light fascines provides not only water permeability and flexibility of the structure, but also helps to preserve moisture in the body of the structure for a long time, which creates good conditions for the germination of grass and shrubs at the bottom of the ravine and on coastal slopes. Over time, the entire structure from heavy and light fascias will completely overgrow with grass and shrubs, and in a few years it will turn into a continuous turf, sprouted by the branches of plants up and roots down and in breadth.

Таким образом, предлагаемое противоэрозионное сооружение обеспечивает ускоренное восстановление глубокого оврага, при этом оно будет превращаться в биопозитивное инженерное сооружение, которое не препятствует круговороту веществ и энергии, помогает развитию природы и включается в экосистему территории, воспринимается природой как родственный ей элемент.Thus, the proposed anti-erosion structure provides accelerated restoration of a deep ravine, while it will turn into a biopositive engineering structure that does not impede the circulation of substances and energy, helps the development of nature and is included in the ecosystem of the territory, perceived by nature as akin to it.

Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции наиболее эффективно может быть использовано на предгорных и горных участках природных охраняемых территорий, а также на прибрежных зонах рек и водоемов, для ускоренного восстановления глубоких оврагов и промоин.The anti-erosion construction of the biopositive structure can most effectively be used in the foothill and mountain areas of natural protected areas, as well as in the coastal zones of rivers and reservoirs, for accelerated restoration of deep ravines and ravines.

Источник информацииThe source of information

1. П.М. Степанов, И.Х. Овчаренко, П.С. Захаров. ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫЕ СООРУЖЕНИЯ. - М.: Колос, 1980, с.73-75.1. P.M. Stepanov, I.Kh. Ovcharenko, P.S. Zakharov. HYDROTECHNICAL ANTI-EROSION STRUCTURES. - M .: Kolos, 1980, p. 73-75.

2. Патент на изобретение №2451129 Е02В 3/12 Противоэрозионное сооружение биопозитивной конструкции /Курбанов C.O., Курбанов К.С., Гетиева Л.А./ Бюл. №14 от 20.05.2012.2. Patent for invention No. 2451129 Е02В 3/12 Anti-erosion construction of a biopositive structure / Kurbanov C.O., Kurbanov KS, Getieva LA / Bull. No. 14 dated 05/20/2012.

Claims

1. Anti-erosion structure of a biopositive structure, including bottom sills from the rows of heavy fascia and flexible mattresses from light fascia, characterized in that the bottom sills are made in the form of reinforced steps from heavy fascia, stacked in layers alternating along and across the rows inside the reinforcing lattice frame, and of each stage, the first layer is made of dense rows of heavy fascin, laid across the channel along its entire width and normal to the direction of the surface water flow, the second layer of heavy fascin, laid x in the direction of flow and normal to the rows of the first layer, the third and subsequent layers of heavy fascines are stacked in such alternating rows, while the uppermost row of heavy fascias of the first stage is firmly connected with the first layer of the second stage, thus the subsequent stages are arranged, and all the steps are made of interconnected reinforcing grids forming the frame of the steps, and heavy fascia, consisting of soil aggregate and mesh shell, are interconnected using a gabion mesh and wire.

2. The erosion control structure of the biopositive structure according to claim 1, characterized in that in the end part of the first stage as an apron along the natural slope line and across the direction of the water flow, three or more rows of heavy fascines are stacked, interconnected and attached to the reinforcing frame of the steps, and along the coastal slopes above the steps of the construction, in parallel rows in one layer to the level of high waters and in the direction of the water flow, flexible mattresses from light fascines are laid, a gabion net is stretched over the rows of light fascines attached to the slopes and reinforcing frame of the steps.