RU2768715C1

RU2768715C1 - Earth dam drainage system

Info

Publication number: RU2768715C1
Application number: RU2021129847A
Authority: RU
Inventors: Михаил Александрович Колосов; Константин Петрович МОРГУНОВ; Александр Юльевич Симкин
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-03-24

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to hydraulic engineering, namely to drainage systems providing organized drainage of filtration water from ground dams. Disclosed invention allows to solve the problem of failure of drainage systems of earth dams under conditions of prolonged exposure to negative ambient air temperatures. To solve the problem in the drainage system of earth dam with upstream and downstream slopes, including as well as prototype, perforated pipes laid in horizontal rows, between which filtering layers are arranged, and a water-collecting manifold laid at the dam base with the possibility of drainage of filtration water to the lower pool, in contrast to the prototype, an additional row of pipes is included, laid under the downstream slope of the dam with an inclination equal to the angle of the slope, and interfaced with water-collecting manifold, note here that perforated pipes are located in the dam body and connected by their outlets with additional pipes, in turn, the entire drainage system is located at a depth exceeding the depth of soil freezing.

EFFECT: invention can be used in erection of dams using sandy soils as material and built on freezing bases.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидротехнического строительства, а именно к устройствам организованного отвода фильтрационных вод из грунтовых плотин. Изобретение может быть использовано при возведении плотин и дамб, использующих в качестве материала песчаные грунты и сооружаемых на промерзающих основаниях.The invention relates to the field of hydraulic engineering, and in particular to devices for organized drainage of seepage water from ground dams. The invention can be used in the construction of dams and dikes, using sandy soils as a material and built on freezing grounds.

Недостатком существующих систем дренажа являются отказы в работе из-за промораживания низовых откосов плотин в условиях воздействия на них отрицательных температур наружного воздуха.The disadvantage of the existing drainage systems is failures in operation due to freezing of the downstream slopes of the dams under conditions of exposure to negative outdoor temperatures.

Известны системы песчаных дрен и дренажных прорезей, предназначенные для регулирования процесса консолидации слабопрочного слоя водонасыщенного грунта в основании гидротехнических, дорожных и др. насыпей (Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты, как основания сооружений М., Стройиздат, 1973, 288 с., стр. 137 рис. III. 1).There are systems of sandy drains and drainage slots designed to regulate the process of consolidation of a weak layer of water-saturated soil at the base of hydraulic, road and other embankments (Abelev M.Yu. Weak water-saturated clay soils as the foundations of structures M., Stroyizdat, 1973, 288 p. , page 137 Fig. III. 1).

К недостаткам устройств относятся технологические сложности при бурении множества скважин, особенно в случаях, когда применяется обсадка, и последующее заполнение этих скважин песком.The disadvantages of the devices include technological difficulties in drilling multiple wells, especially in cases where casing is used, and the subsequent filling of these wells with sand.

Известны устройства дренажа в оттаивающем основании плотин, сложенных из водонасыщенных мерзлых термопросадочных грунтов, прорезаемых песчаными дренами до коренных пород (Биянов Г.Ф. Плотины на вечной мерзлоте. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983 - с. 176, стр. 52, рис. 4.1).Drainage devices are known in the thawing foundation of dams made of water-saturated frozen thermal subsidence soils cut by sandy drains to bedrock (Biyanov G.F. Dams on permafrost. - 2nd ed. Revised and added. - M .: Energoatomizdat, 1983 - p. 176, p. 52, Fig. 4.1).

К недостаткам устройств относятся технологические сложности, обусловленные спецификой вечной мерзлоты. Сложно решается вопрос и незамерзающего отвода воды, отжимаемой из оттаивающего слоя, где возможно образование наледей и деформаций уже построенной части сооружения.The disadvantages of the devices include technological difficulties due to the specifics of permafrost. It is also difficult to solve the issue of non-freezing drainage of water squeezed out of the thawing layer, where icing and deformation of the already constructed part of the structure is possible.

Среди аналогов наиболее близкой к заявляемому сооружению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является дренажная система грунтовой плотины по пат. №2680696, МПК Е02В 7/06, опубл. 25.02.2019. Дренажная система плотины из однородного песчаного материала, имеющей верховой и низовой откосы, включает перфорированные трубы, обернутые фильтрующей тканью и засыпанные щебнем и уложенные горизонтально друг над другом вдоль низового откоса, в свою очередь в сопряжении низового откоса с основанием проложен коллектор с кюветами для отвода фильтрующей воды в нижний бьеф.Among analogues closest to the claimed structure in terms of technical essence and the achieved result (prototype) is the drainage system of the soil dam according to US Pat. No. 2680696, IPC E02B 7/06, publ. 02/25/2019. The drainage system of the dam of a homogeneous sandy material, having an upstream and downstream slope, includes perforated pipes wrapped in filter cloth and covered with crushed stone and laid horizontally one above the other along the downstream slope, in turn, a collector with cuvettes for draining the filtering water in the downstream.

Недостатком прототипа является отказ в работе дренажной системы из-за промораживания грунта в условиях длительного воздействия отрицательных температур наружного воздуха, что может привести к заполнению песчаного массива плотины водой и в случае разжижения песка - к прорыву плотины.The disadvantage of the prototype is the failure of the drainage system due to freezing of the soil under conditions of prolonged exposure to negative outdoor temperatures, which can lead to filling the sand mass of the dam with water and, in the event of sand liquefaction, to a dam breakthrough.

Заявляемое изобретение позволяет повысить безотказность дренажной системы грунтовой плотины и исключить возможность прорыва плотины при длительном воздействии отрицательных температур наружного воздуха.The claimed invention makes it possible to increase the reliability of the drainage system of an earthen dam and to exclude the possibility of a dam breakthrough during prolonged exposure to negative outdoor temperatures.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в дренажную систему грунтовой плотины с верховым и низовым откосами, включающую также как и прототип перфорированные трубы, уложенные горизонтальными рядами, между которыми размещены водоотборные фильтрующие слои, и водосборный коллектор, проложенный в основании плотины с возможностью отвода фильтрационных вод в нижний бьеф, в отличие от прототипа включен дополнительный ряд труб, проложенных под низовым откосом плотины с наклоном, равным углу откоса, и сопряженных с водосборным коллектором, при этом перфорированные трубы направлены внутрь тела плотины и соединены выходами с дополнительными трубами, в свою очередь вся дренажная система расположена на глубине, превышающей глубину промерзания грунта.To solve this problem, the following set of essential features is used: in the drainage system of an earth dam with upstream and downstream slopes, including, like the prototype, perforated pipes laid in horizontal rows, between which water sampling filter layers are placed, and a drainage collector laid at the base of the dam with the possibility drainage of seepage water into the downstream pool, unlike the prototype, an additional row of pipes is included, laid under the downstream slope of the dam with a slope equal to the angle of slope, and associated with the drainage collector, while the perforated pipes are directed inside the body of the dam and are connected by outlets to additional pipes, in in turn, the entire drainage system is located at a depth exceeding the depth of soil freezing.

Сущность изобретения заключается в размещении перфорированных труб дренажной системы внутри тела плотины, а не вблизи ее поверхностного слоя, как в прототипе, и соединении их выводами с дополнительными трубами, проложенными вдоль низового откоса. Это с одной стороны повышает водоотбор грунтовых вод из плотины и одновременно позволяет расположить трубы и коллектор в зоне непромерзания грунта, что исключает вероятность отказа дренажной системы при длительном воздействии отрицательных температур наружного воздуха.The essence of the invention lies in the placement of perforated pipes of the drainage system inside the body of the dam, and not near its surface layer, as in the prototype, and connecting them with outputs to additional pipes laid along the downstream slope. On the one hand, this increases the groundwater withdrawal from the dam and at the same time allows the pipes and collector to be located in the zone of non-freezing of the soil, which eliminates the possibility of failure of the drainage system during prolonged exposure to negative outdoor temperatures.

Сопоставление предлагаемого сооружения и прототипа показало, что поставленная задача - повышение безотказности дренажной системы грунтовой плотины при длительном воздействии отрицательных температур наружного воздуха - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».Comparison of the proposed structure and the prototype showed that the task - increasing the reliability of the drainage system of the earth dam with prolonged exposure to negative outdoor temperatures - is solved as a result of a new set of features, which proves the compliance of the proposed invention with the criterion of patentability "novelty".

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области гидротехнических сооружений не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой конструкции критерию «изобретательский уровень».In turn, the conducted information search in the field of hydraulic structures did not reveal solutions containing individual distinctive features of the claimed invention, which allows us to conclude that the proposed design meets the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом, гдеThe essence of the invention is illustrated by the drawing, where

на фиг. 1 представлен поперечный разрез грунтовой плотины,in fig. 1 shows a cross section of an earthen dam,

на фиг. 2 - схематическое изображение разреза дренажной системы.in fig. 2 is a schematic representation of a section of the drainage system.

Дренажная система плотины из песчаного грунта включает водосборный коллектор 1, размещенный в основании плотины, дополнительные трубы 2, уложенные наклонными рядами параллельно нижнему откосу 3 плотины. В теле плотины поярусно с одинаковым шагом по высоте проложены перфорированные трубы 4. Трубы 4 размещены в траншеях 5, заполненных щебнем. Конструкция водосборного коллектора 1 представляет собой трубу, проложенную по низовой грани грунтовой плотины с кюветами для отвода фильтрационной воды в нижний бьеф. Между перфорированными трубами 4 проложены фильтрующие водосборные маты 6.The drainage system of the sandy soil dam includes a drainage collector 1 located at the base of the dam, additional pipes 2 laid in inclined rows parallel to the lower slope 3 of the dam. In the body of the dam, perforated pipes 4 are laid in tiers with the same pitch in height. Pipes 4 are placed in trenches 5 filled with crushed stone. The design of the catchment collector 1 is a pipe laid along the downstream side of the earthen dam with ditches for draining seepage water into the downstream. Between the perforated pipes 4 there are filter mats 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.

Вода из верхнего бьефа просачивается через фильтрующие водосборные маты 6 в перфорированные трубы 4, затем стекает по наклонным трубам 2 в коллектор 1, после чего поступает в открытый источник (реку) или в насосную станцию. Заглубление перфорированных труб 4 в тело плотины с одной стороны повышает водоотбор грунтовых вод, а с другой - исключает вероятность промерзания системы при отрицательных температурах наружного воздуха.Water from the upstream seeps through the filtering catchment mats 6 into the perforated pipes 4, then flows down the inclined pipes 2 into the collector 1, after which it enters an open source (river) or a pumping station. The penetration of perforated pipes 4 into the body of the dam, on the one hand, increases the withdrawal of groundwater, and on the other hand, eliminates the possibility of freezing of the system at negative outdoor temperatures.

Предлагаемая дренажная система была разработана специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». В дальнейшем, систему предполагается использовать при реконструкции Белопорожской плотины на р. Кемь.The proposed drainage system was 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". In the future, the system is supposed to be used in the reconstruction of the Beloporozhskaya dam on the river. Kem.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».The foregoing allows us to conclude that the invention meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

Drainage system of an earth dam with upstream and downstream slopes, including perforated pipes laid in horizontal rows, between which water sampling filter layers are placed, and a catchment collector laid at the base of the dam with the possibility of draining seepage water into the downstream, characterized in that it contains an additional row of pipes , laid under the downstream slope of the dam with a slope equal to the angle of the slope, and coupled with the drainage collector, while the perforated pipes are directed inside the dam body and connected with outlets to additional pipes, in turn, the entire drainage system is located below the freezing depth of the soil.