Результат интеллектуальной деятельности: Способ устройства комбинированного дренажа грунтовой плотины

Изобретение относится к области гидротехнического и мелиоративного строительства, в частности к способу устройства организованного отвода в нижний бьеф гидроузла фильтрационных вод и понижения депрессионной поверхности в теле грунтовой плотины, в основании которой находятся напорные воды, и может найти применение при осушении территорий, имеющих напорные водоносные горизонты.

Известен способ строительства комбинированной дрены, включающий прокладку закрытой горизонтальной дрены-коллектора с обсыпным фильтром из зернистого материала, строительство вдоль нее вертикальных скважин-усилителей и подключение их к закрытой дрене-коллектору посредством водопроводящих элементов из зернистого материала, выполнение участков фильтровых колонн скважин усилителей, расположенных напротив горизонтальной дрены-коллектора, в виде водовыпускных фильтров, которые на время отсыпки зернистым материалом и проведения строительной откачки перекрывают с помощью трубчатых оголовков, образование водопроводящих элементов путем бурения в перемычках грунта, разделяющих дрену-коллектор и скважины усилители, вспомогательных скважин с обсадкой их трубами, осуществление контактирования фильтра дрены-коллектора и водовыпускных фильтров скважин усилителей с водопроводящими элементами путем извлечения из вспомогательных скважин обсадных труб и трубчатых оголовков из скважин усилителей (АС СССР №1537747, МПК: Е02В 11/00, опубл. 23.01.1990 г.).

Недостатком аналога является то, что при таком способе строительства необходимо значительное количество зернистого материала, так как водопроводящие элементы из зернистого материала и скважины-усилители быстро заиливаются, и для их ремонта необходимо снова проводить земляные работы, что требует времени и капитальных затрат.

Известен способ строительства комбинированного дренажа, включающий прокладку закрытой горизонтальной дрены-коллектора с фильтром из зернистого материала, размещение вдоль нее вертикальных скважин-усилителей и подключение их к закрытой горизонтальной дрене-коллектору, доводку вертикальных скважин-усилителей до поверхности земли, подключение вертикальных скважин-усилителей к закрытой горизонтальной дрене-коллектору посредством наклонных в сторону горизонтальной дрены труб (патент РФ №2074924, МПК: Е02В 11/00, опубл. 10.03.1997 г.).

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что при наличии слоя маловодопроницаемых грунтов в основании грунтовой плотины и высоком положении уровня подземных вод напорного горизонта основания может создаваться градиент на входе в дренаж вод из основания грунтовой плотины, превышающий критический для грунтов основания, что может вызвать подпор и подъем депрессионной поверхности в теле грунтовой плотины, а также развитие суффозионных процессов, связанных с выносом частиц грунта в трубчатый дренаж и заиление дрен.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в предотвращении развития механической суффозии и заиления дрен при разгрузке напорных вод основания в комбинированный дренаж, в исключении создания подпора при разгрузке вод напорного горизонта основания грунтовой плотины в дренаж, в понижении депрессионной поверхности в теле грунтовой плотины, в увеличении срока эксплуатации горизонтальных дрен, в снижении затрат на обслуживание дренажа.

Для достижения указанного технического результата в способе устройства комбинированного дренажа грунтовой плотины, включающем прокладку закрытой горизонтальной дрены-коллектора с фильтром из зернистого материала, размещение вдоль нее вертикальных скважин, водоприемная часть которых находится в напорном водоносном горизонте, и подключение их к закрытой горизонтальной дрене-коллектору посредством наклонных в ее сторону труб, доведение вертикальных скважин 7 до поверхности земли, которые размещают вдоль закрытой горизонтальной дрены-коллектора на расстояние, превышающее критическое L_кр, подключают к вертикальной скважине наклонные трубы под углом 5-10° в сторону закрытой горизонтальной дрены-коллектора и входящих в нее на уровне депрессионной поверхности в теле грунтовой плотины, по которым вода самотеком за счет уклона от вертикальной скважины поступает в закрытую горизонтальную дрену-коллектор на уровне нормального положения депрессионной поверхности, предотвращая развитие механической суффозии и заиление дрен-коллекторов при разгрузке напорных вод основания грунтовой плотины.

Отличительными признаками предлагаемого способа устройства комбинированного дренажа грунтовой плотины от указанного выше известного, является размещение вертикальных скважин вдоль закрытой горизонтальной дрены-коллектора на расстояние, превышающее критическое L_кр, подключение к вертикальной скважине наклонных труб под углом 5-10° в сторону закрытой горизонтальной дрены-коллектора, входящих в нее на уровне депрессионной поверхности в теле грунтовой плотины.

Благодаря наличию этих признаков при устройстве комбинированного дренажа происходит понижение действующего градиента напора на входе фильтрационного потока из основания грунтовой плотины в горизонтальный дренаж, что исключает создание подпора при разгрузке депрессионной поверхности из тела грунтовой плотины в дренаж, механическую суффозию грунта основания, заиливание дренажа, увеличивается срок эксплуатации горизонтального дренажа.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежом, на котором представлен разрез комбинированного дренажа грунтовой плотины.

Позициями на чертеже обозначены: закрытая горизонтальная дрена-коллектор 1, фильтр из зернистого материала 2, депрессионная поверхность 3 в теле грунтовой плотины, уровень напорных вод 4 основания грунтовой плотины при работе дренажа, наклонные трубы 5, первоначальный уровень напорных вод 6 в основании грунтовой плотины, вертикальная скважина 7.

L_кр - критическое расстояние от вертикальной скважины 7 до закрытой горизонтальной дрены-коллектора 1, рассчитываемое по формуле L_кр=h/I_кр, где h - напор, создаваемый грунтовыми водами напорного горизонта на входе в горизонтальную дрену-коллектор, равный разности отметок максимального уровня напорных вод 6 и низа наклонной трубы 5 на входе в горизонтальную дрену-коллектор 1, I_кр - критический градиент для грунта основания, определяемый нормативными требованиями.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала отрывают траншею, в которой размещают закрытую горизонтальную дрену-коллектор 1 с фильтром из зернистого материала 2, куда осуществляется разгрузка депрессионной поверхности 3 из тела грунтовой плотины. Затем устанавливают вдоль закрытой горизонтальной дрены-коллектора 1 на расстоянии, превышающем L_кр вертикальные скважины 7, водоприемная часть которых находятся в напорном водоносном горизонте.

Вертикальные скважины 7 подключают к закрытой горизонтальной дрене-коллектору 1 посредством наклонных труб 5 под углом 5-10° в сторону горизонтальной дрены 1 и входящих в нее на уровне депрессионной поверхности 3. За счет уклона трубы 5 вода самотеком поступает в закрытую горизонтальную дрену-коллектор 1, при этом уровень напорных вод основания грунтовой плотины понижается от первоначального уровня (положения) 6 до уровня (положения) 4.

Для удобства и быстроты работы монтажников наклонную трубу 5 к вертикальной скважине 7 подключают через патрубок, установленный до ее монтажа. Вертикальные скважины 7 доводят до поверхности земли. После выполнения монтажных работ траншею засыпают грунтом и уплотняют.

Использование наклонных труб 5, расположенных на заданном расстоянии, способствует понижению действующего градиента напора на входе фильтрационного потока из основания грунтовой плотины в дренаж, исключается повышение депрессионной поверхности в теле грунтовой плотины, увеличивается срок эксплуатации горизонтальных дрен, снижаются затраты на обслуживание дренажа.