Результат интеллектуальной деятельности: ГАБИОН ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ БЕРЕГОВЫХ ОТКОСОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретения относятся к гидротехническому строительству и предназначены для использования в берегоукрепительных конструкциях, сооружаемых в размываемых руслах рек, каналов и других акваториях.

Известны сооружения для укрепления откосов (см. пат. РФ № 2200793, МПК Е 02 В 3/12, Е02D 17/20 опубл. 20.09.2003), состоящие из армобутобетонных блоков, связанных между собой сеткой рабицей, и образованные послойным чередованием плотно уложенных камней и высокопрочного раствора, в который уложена сетка. При этом размеры фракций камней от нижележащего слоя к вышележащему выполнены возрастающими, а размеры ячеек сетки рабицы не превышают размеров фракций камней нижележащего слоя.

Недостатком конструкций являются трудоемкость их сооружения, так как требует приготовления высокопрочного раствора, ручной сортировки и послойной укладки камней, что приводит к увеличению времени и стоимости процесса берегоукрепления. Кроме того, отсутствует движение воды через сооружение в акваторию.

Известны сооружения, состоящие из коробчатых габионов с дисперсным материалом, в том числе теплоизолирующим, преимущественно уплотненным прессованием, при этом внутри сетчатого каркаса для исключения возможности вымывания наполнителя уложен чехол из синтетического геотекстильного материала или стеклоткани (см. патент РФ №2131493, МПК Е02В 3/12, Е02В 3/04, E02D 17/20, опубл. 10.06.1999 г.).

Указанные конструкции имеют недостаточную устойчивость к волнениям и, кроме того, ограниченный срок службы из-за быстрого выхода из строя внутреннего чехла.

Известны конструкции сетчатых габионов (пат. РФ № 191429, МПК E02D 17/20, опубл. 05.08.2019), выполненные в виде проволочного сетчатого каркаса, заполненного дисперсным материалом, преимущественно щебнем твердых пород. Дисперсный материал заполнителя каркаса выполнен в виде фракции щебня с нижним размером диапазона менее и/или равным размерам ячейки сетки каркаса, а каркас выполнен высотой 12-16 см и с размерами ячейки 3 сетки каркаса 7,5÷9×8÷11,5см. Кроме того, каркас содержит, по крайней мере, один внутренний защитный слой, образованный фракцией щебня с нижним размером диапазона менее и/или равным размерам ячейки сетки каркаса, а фракция щебня внутреннего защитного слоя имеет диапазон 7,0÷10,0 см. Помимо того, каркас может содержать, по крайней мере, один внешний слой, образованный фракцией щебня с меньшим размером диапазона фракции щебня, образующего внутренний защитный слой.

Недостатком аналога является недостаточная эффективность гашения набегающей волны из-за того, что верхний слой сооружения имеет малые размеры. Кроме того, конструкция имеет недостаточный коэффициент турбулентной фильтрации из-за мелкофракционности нижнего слоя.

Из известных аналогов наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному изобретению (прототипом) является габион по пат. РФ № 126017, МПК E02D 17/20, опубл.20.03.2013, в котором для наполнения сетчатых каркасов используется любой природный камень с размерами, не менее размеров ячеек сетки.

Береговые крепления из таких габионов имеют высокую устойчивость к волнениям, однако волногасящий эффект их со временем снижается, так как происходит кольматация каменного заполнителя продуктами разрушения дна водоема и откосов.

Заявляемая группа изобретений решает проблему сохранения более длительного по сравнению с прототипом эффективного действия гашения волны и за счет этого повышения долговечности габионного укрепления откосов при волновом воздействии.

Для достижения указанного технического результата по первому варианту: в габионе для укрепления береговых откосов, включающем также как и прототип, металлический сетчатый каркас, заполненный камнями, в отличие от прототипа в нижнем слое уложены окатанные камни круглой или овальной формы, а в верхнем слое – угловатые в виде рваных камней.

Для достижения указанного технического результата по второму варианту: в габионе для укрепления береговых откосов, включающем также как и прототип, металлический сетчатый каркас, заполненный камнями, в отличие от прототипа используют плоские камни с шероховатой поверхностью в виде плитняка, при этом в нижнем слое камни уложены горизонтально с промежутками, а в верхнем слое - вертикально.

Сущность изобретений заключается в том, что заполнение габионов производится с условием продления срока эффективного гашения волны при накате на сооружение за счет создания эффекта интенсивного поглощения и отвода воды из него, для чего в первом варианте в нижнюю зону габиона укладываются камни с более высокой пропускной способностью (галька), а в верхнюю зону - камни с меньшей пропускной способностью, но с большей шероховатостью (рваный камень).

Во втором варианте этот эффект достигается за счет того, что для заполнения габиона используют плитняк, который в нижней зоне укладывается горизонтально с промежутками, а в верхней зоне - вертикально, что обеспечивает более высокую пропускную способность сооружения в нижней части и более низкую – в верхней.

Сопоставление предлагаемых изобретений и прототипа показало, что поставленная задача - увеличение длительности эффективного действия гашения волны - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемых изобретений критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области гидротехнических сооружений не выявил отдельных отличительных признаков заявляемых изобретений, что позволяет сделать вывод об их соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретений поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 представлена схема работы габиона при накате волны на укрепленный откос,

на фиг. 2 схема укладки разнородного камня в габион по первому варианту,

на фиг. 3 схема укладки однородного камня (плитняка) в габион по второму варианту.

На фиг. 1 представлена схема откоса, укрепленного габионами, где: 1 - подстилающий слой (песок, геотекстиль), 2 - габион-упор в нижней части откоса, 3 - габионы, расположенные на откосе. Работа габиона при накате волны состоит в следующем: ветровая волна 4 с водной акватории накатывается на откос, при этом часть воды, проникая в промежутки между камнями, спускается вниз, а затем фильтруясь через тело габиона, сливается по наклону 5 в водоем.

Для повышения интенсивности гашения волны в верхнюю часть габиона по первому варианту (фиг.2) укладываются рваные камни 6, а в нижнюю часть ­ окатанные камни 7 (галька). Рваные камни 6 благодаря шероховатости гасят энергию наката волны, а также увеличивают водозабор из волны и поглощение воды в тело габиона, которая далее поступает в нижний слой 7. Здесь происходит изменение схемы движения воды: из вертикального потока формируется поток, который направляется вниз по склону. Увеличение пропускной способности нижнего слоя 7 обеспечивается за счет увеличения коэффициента турбулентной фильтрации галечного слоя.

При укладке в габион камней по второму варианту (фиг. 3), для обеспечения водозабора из набегающей на откос волны верхние слои укладываются вертикально 8, а нижние слои 9 – горизонтально (по уклону откоса). Конструкция габиона по второму варианту обеспечивает более высокую пропускную способность сооружения в нижней части и более низкую – в верхней, что также создает эффективный водозабор волны и отвод ее в акваторию.

Предлагаемые конструкции разработаны специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала
С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования сооружения в составе волнозащитных сооружений в портовом и городском строительстве при укреплении набережных. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретений критерию «промышленная применимость».