ОГРАДИТЕЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 1995 года по МПК E02B3/06 E02B17/00 

Изобретение относится к гидротехническому строительству к морским, озерным и речным оградительным сооружениям, которые могут быть использованы при высотах волн до 5 м, толщине ледяного покрова до 0,7 м, глубинах до 20 м и различных грунтовых условиях.

Известен глубоководный пирс эстакадного типа на сваях-оболочках диаметром 1,6 м с железобетонным продольно-ригельным верхним строением из неразрезных рамных секций и искусственным основанием в виде возвышающегося над дном железобетонного короба, разделенного перегородками на отсеки [1] Cваи-оболочки пропущены через центры отсеков. Пространство внутри отсеков между сваями-оболочками и стенками короба заполнено песчаным грунтом. Наружные стенки короба по обе стороны пирса имеют большую высоту, чем внутренние, и их выступающие концы погружены на небольшую глубину в грунт дна. При этом ширина короба не превышает ширины верхнего строения.

Такая конструкция искусственного основания позволяет повысить несущую способность свай-оболочек на действие горизонтальной нагрузки и в итоге уменьшить длину свай-оболочек.

Однако известное сооружение может быть эффективно использовано при прочных грунтах основания или грунтах средней плотности. При слабых грунтах основания в случае их мощного слоя искусственное основание оседает под влиянием собственного веса, что в итоге после длительной стабилизации основания ведет к увеличению объема строительных материалов и сроков строительства.

Известно оградительное сооружение, содержащее козловые свайные опоры, верхнее строение, волнозащитный жесткий экран, подвешенный к верхнему строению в пространстве между козловыми опорами [2] Волнозащитный экран заглублен в грунт с образованием зазора между его торцом и грунтом, а торец волнозащитного экрана снабжен ножом. Кроме того, для снижения трения грунта о боковые поверхности волнозащитного экрана в грунте расположена обойма.

Однако у известного оградительного сооружения в зоне переменного уровня воды свайные опоры не снабжены конструкциями, защищающими их от воздействия ледового покрова, что снижает долговечность сооружения. Кроме того, заглубление волнозащитного экрана в грунт дна с расположением под ним в грунте обоймы требует выполнения трудоемких подводных работ с привлечением водолазов.

Наиболее близким к изобретению является оградительное сооружение, включающее свайный растверк с верхним строением в виде крупноблочного короба, плита которого имеет вырезы и шахты для установки короба на козловые свайные опоры с последующим их омоноличиванием [3] Свайные опоры контактируют с внутренней поверхностью стенок короба, являющихся волнозащитными экранами, стянутыми внизу гибкими связями. Выше уровня воды свайные опоры шарнирно соединены между собой поперечными и продольными связями. Ниже уровня воды на свайных опорах с обеих сторон шарнирно закреплены частично погруженные в грунт клиновидные балластирующиеся контейнеры с пригрузкой из камня. Закрепление контейнеров осуществляется с помощью хомутов, шарнирно подвижных опор и упоров, закрепленных на свайных опорах. Гибкие связи снабжены упорами и центрально закрепленными тягами. Верхние концы тяг пропущены через вырезы в плите короба и натянуты с помощью опорных пластин и гаек.

Крупноблочный короб изготавливается на стапельной площадке и после спуска на воду доставляется к месту строительства на плаву с помощью монтажных балластирующихся понтонов, закрепленных на боковых стенках короба. Установка короба в сооружение выполняется в полупогруженном вертикальном положении.

Однако известное оградительное сооружение обладает рядом недостатков, которые заключаются в многодельности конструкции, сложности узлов соединения элементов, а также в том, что значительная часть работ выполняется в море. Так, для крупноблочного короба основными являются нагрузки во время спуска на воду, транспортировки на плаву и монтажа. Его большой вес (в случае большой глубины воды перед сооружением) должен быть воспринят разнесенными, внецентренно закрепленными к боковым стенкам пантонами при наличии по низу только гибкой связи между этими стенками при транспортировке и отсутствии ее при установке короба в сооружение. Для предотвращения разрушения короба в этот момент его профиль необходимо усилить, что влечет рост его массы и разламывающих моментов. Кроме того, для крепления понтонов к стенкам короба необходимо использовать болты и гайки больших размеров. Оперировать с ними и гибкими тягами приходится на открытом рейде. При погружении контейнеров с балластом по свайным опорам при существующих допусках на погружение свай возможно из заклинивание. Кроме того, клиновидные контейнеры при горизонтальных перемещениях свайных опор испытывают меньшее лобовое сопротивление грунта, чем вертикальные заглубленные стенки короба описанного искусственного основания, что в итоге снижает несущую способность сооружения. В целом применение известного оградительного сооружения ограничено требованием частичной защиты акватории от волнового воздействия.

Указанные недостатки в предлагаемом оградительном сооружении сведены к минимуму. Были решены задачи повышения технологичности и надежности сооружения, а также сокращения сроков его возведения за счет исключения сложных узлов в конструкции, применения вертикальных свайных опор и унифицированных сборно-монолитных крупноблочных элементов, позволяющих использовать индустриальные методы возведения сооружения и эффективное совокупное их взаимодействие с водной и грунтовой средой.

Сущность изобретения состоит в том, что у предлагаемого оградительного сооружения, включающего свайный ростверк с верхним строением в виде крупноблочных элементов, снабженных волнозащитными экранами, нижнее строение в виде крупноблочных элементов, упоры, закрепленные на свайных опорах ниже уровня дна, узлы омоноличивания крупноблочных элементов со свайными опорами, волноотбойный козырек, в отличие от известных свайные опоры погружены в грунт дна вертикально, все крупноблочные элементы имеют коробчатое строение, разделены на отсеки, установлены один на другой и опираются посредством нижнего крупноблочного элемента в форме двутавровой конструкции в плане на упоры, закрепленные на свайных опорах, при этом крупноблочные элементы верхнего строения выполнены в виде вертикальных волнозащитных экранов и жестко соединенных с ними, разделенных на отсеки коробов, расположенных с обеих сторон экранов, причем свайные опоры пропущены через отсеки коробов всех крупноблочных элементов, часть из них, расположенная между верхним и нижним крупноблочными элементами, содержащими волнозащитные экраны, выполнена без половинок отсеков коробов, а часть крупноблочных элементов нижнего строения без волнозащитных экранов расположена вблизи дна.

Крупноблочный элемент, расположенный вблизи дна, непосредственно у его поверхности, выполнен с отверстиями в нижних частях торцовых стенок, крайние коробы нижнего крупноблочного элемента снабжены горизонтально закрепленными внутри них перегородками, а стенки его внутренних коробов возвышающимися над нижним крупноблочным элементом по обе стороны от оси его симметрии выступами, содержащими отверстия, через которые, а также напротив них расположенные отверстия в крупноблочном элементе у поверхности дна пропущены горизонтальные соединительные оси, снабженные на концах головками, резьбой и гайками.

В крупноблочных элементах, расположенных в зоне переменного горизонта воды у поверхности дна, а также между ними, внутреннее пространство отсеков вокруг свайных опор заполнено монолитным бетоном на разную высоту, и, кроме этого, верхний крупноблочный элемент раскреплен неподвижно относительно свайных опор специальными винтами, размещенными в стенках коробов.

На крупноблочных элементах, заполненных монолитным бетоном, до бетонирования перед установкой элементов закреплены снизу с возможностью смещения в горизонтальной плоскости опалубочные листы-поддоны с центральными отверстиями для пропускания свайных опор.

Волнозащитные экраны имеют сквозные отверстия в форме каналов, оси которых составляют с продольной осью экрана острый угол.

Крупноблочные элементы сверху в центре экрана имеют вырезы с размещенными в них спаренными монтажными устройствами, каждое из которых содержит вертикальные пластины, заделанные концами в боковые стенки вырезов, и закрепленные к вертикальным пластинам в пространстве между ними горизонтальные упоры в форме цилиндров под крюк плавкрана, причем торцы вертикальных пластин раскреплены заподлицо пластинками.

Предлагаемое оградительное сооружение соответствует критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники, и соответствует критерию "изобретательский уровень", так как для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

На фиг.1 изображено оградительное сооружение, поперечный разрез; на фиг. 2 секция оградительного сооружения, фронтальный вид; на фиг.3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 сечение В-В на фиг.2; на фиг. 6 узел I на фиг.3 и 4; на фиг.7 сечение Г-Г на фиг.6; на фиг.8 разрез Д-Д на фиг. 2; на фиг. 9 разрез Е-Е на фиг.1; на фиг.10 вид Ж на фиг.8; на фиг.11 сечение З-З на фиг.10.

Оградительное сооружение содержит свайные опоры 1 (фиг.1), погруженные сквозь толщу слабых грунтов 2 на небольшую глубину в плотные грунты 3, снабженные башмаками 4 и упорами 5, крупноблочные элементы 6 в верхнем и нижнем строении в виде вертикальных волнозащитных экранов 7 (фиг.3) с коробами 8, расположенными с обеих сторон экранов, крупноблочные элементы 9 (фиг.1) без половинок 10 концевых отсеков коробов 8 (фиг.4), крупноблочные элементы 11 без волнозащитных экранов, расположенные вблизи дна (фиг.5), крупноблочный элемент 12 в форме двутавровой конструкции коробчатого строения, опирающийся на упоры 5 и соединенный с помощью отверстий в выступах 13 и соединительных осей 14 (фиг.5 и 9) с крупноблочным элементом 11, имеющим отверстия в торцовых стенках (фиг.9). Верхний крупноблочный элемент 6 раскреплен относительно свайных опор специальными винтами 15, размещенными в стенках коробов (фиг.1-3), и имеет жесткую связь с волноотбойным козырьком 16 посредством закладных анкерных деталей 17, выпущенных из стенок коробов 8 (фиг. 3). В крупноблочных элементах 6, расположенных в зоне переменного горизонта воды 18, у поверхности дна, а также между ними, внутреннее пространство отсеков вокруг свайных опор 1 заполнено монолитным бетоном 19 на разную высоту (фиг. 1, 5, 8, 9). При необходимости крупноблочные элементы 6, расположенные в зоне переменного горизонта воды, могут быть снабжены в средней части по периметру закладными стальными листами 20 (фиг.1), предохраняющими бетон конструкции от разрушения. Крайние коробы нижнего крупноблочного элемента 12 снабжены горизонтально закрепленными внутри них перегородками 21 (фиг.1 и 9). Каждый крупноблочный элемент, за исключением элемента 12, сверху в центре имеет прямоугольный вырез 22 с размещенным в нем спаренным монтажным устройством для установки крупноблочных элементов (фиг.6 и 7). Монтажное устройство содержит вертикально расположенные пластины 23, заделанные концами в боковые стенки выреза 22, и закрепленные к вертикальным пластинам 23 в пространстве между ними горизонтально расположенные в форме цилиндров упоры 24 под крюк плавкрана 25. Торцы вертикальных пластин 23, обращенные к оси выреза 22, раскреплены пластинами 26.

Волнозащитные экраны 7 выполнены со сквозными каналами 27 (фиг.1-3), составляющими с продольной осью экрана 7 острый угол. На крупноблочных элементах 6, заполненных монолитным бетоном 19, снизу закреплены опалубочные листы-поддоны 28 с центральными отверстиями 29 для пропускания свайных опор 1 (фиг.10 и 11).

Возведение оградительного сооружения осуществляется в следующей последовательности.

После разбивки створа сооружения с помощью плавучего кондуктора погружаются в грунты 2, 3 свайные опоры 1 на проектную глубину. Последовательно выполняется установка плавкраном крупноблочных элементов 12, 11, 6, 9, 6 (фиг. 1) до переменного горизонта воды 18 (предварительно крупноблочный элемент 11 монтируется на крупноблочном элементе 12 и затем они как единый элемент устанавливаются на дно). Благодаря небольшой площади коробчатого сечения крупноблочного элемента 12, большому собственному весу всех устанавливаемых на него конструкций и слабым грунтам 2 дна крупноблочный элемент 12 продавливает грунт 2, частично уплотняя его и вытесняя в стороны. В результате все крупноблочные элементы до горизонта воды 18 устанавливаются в проектное положение за сравнительно короткий промежуток времени. Заполняется с применением метода вертикально поднимающейся трубы монолитным бетоном 19 внутреннее пространство отсеков вокруг свайных опор 1 в крупноблочных элементах 11 и 6, расположенных вблизи дна, в зоне переменного горизонта воды 18 и между ними. Устанавливаются следующие ряды крупноблочных элементов 9, 6 и волноотбойный козырек 16. С помощью винтов 15 раскрепляется верхний крупноблочный элемент 6, а волноотбойный козырек 16 посредством закладных анкерных деталей 17 и крепежных элементов (гаек и т.п.) закрепляется на нем. Места закреплений омоноличиваются (заполняются) цементно-песчаным раствором.

Сооружение работает следующим образом.

Фронт волны, достигнув коробов крупноблочных элементов, частично разбивается, трансформируется, при этом значительная часть волновой энергии гасится. Остальная часть волновой энергии, воздействуя на волнозащитный экран 7, частично отражается от него, образуя перед сооружением стоячую волну, а также частично проникает через волнозащитный экран 7 по каналам 27 в виде направленных на стенки коробов 8 (с тыловой стороны) струйных потоков воды. Отражаясь от стенок коробов 8, струйные потоки в дальнейшем полностью гасятся.

От действия волновой нагрузки (или давления льда) на крупноблочные элементы 6, 9 включены в работу грунты 2, 3 и свайные опоры 1 сооружения. Внешняя нагрузка вызывает периодические горизонтальные перемещения сооружения, а также его крен, росту которых препятствуют собственный вес сооружения, большое лобовое сопротивление грунта 2 по боковой поверхности и днищу крупноблочного элемента 12 нижнего строения и, кроме того, реактивное сопротивление грунта 3, действующее по боковой поверхности и подошве свайных опор 1. Нижнее строение сооружения в совокупности со свайными опорами 1 работает как низкий свайный ростверк. В случае залегания в основании сооружения во всей толще грунтового основания грунтов средней плотности упоры 5 закрепляются на свайных опорах 1 у поверхности дна. В этом случае крупноблочный элемент 12 нижнего строения исключается из сооружения.

На основании детальных сопоставительных расчетов предлагаемого сооружения и прототипа было установлено, что материалоемкость в обоих рассмотренных случаях примерно одинакова. При этом обеспечивается необходимая эксплуатационная устойчивость предлагаемого сооружения для любых грунтов в основании.

Заявляемое техническое решение в сравнении с прототипом не имеет таких недостатков, как многодельность конструкции, сложность узлов соединения элементов. Преимуществом предлагаемого сооружения является также то, что строительно-монтажные работы в условиях открытого рейда сведены к минимальному объему.

В предлагаемом решении конструкция крупноблочных элементов проще, чем у прототипа, а технология их изготовления менее сложна. Благодаря предлагаемому монтажному устройству установка крупноблочных элементов с помощью плавкрана выполняется в целом с меньшей затратой времени при возведении сооружения и менее трудоемка. Кроме того, конструкция крупноблочных железобетонных элементов в предлагаемом сооружении позволяет изготовлять их в одной опалубке с применением индустриальных методов. В результате достигается снижение материальных затрат.

Использование: в гидротехническом строительстве, в частности в устройствах морских и речных оградительных сооружений. Сущность изобретения: оградительное сооружение включает ростверк на вертикальных свайных опорах 1 с верхним и нижним строениями в виде крупноблочных элементов 6, 11, 12 коробчатой конструкции, разделенных на отсеки для пропускания свайных опор, установленных один на другой и опирающихся посредством нижнего крупноблочного элемента 12 в форме двутавровой конструкции в плане на упоры 5, закрепленные на свайных опорах. Крупноблочные элементы верхнего строения выполнены в виде вертикальных волнозащитных экранов 7, закрепленных на них по обе стороны экрана коробов. Расположенный на уровне поверхности дна и нижние крупноблочные элементы соединены посредством общих осей и отверстий, расположенных в соседних смежных стенках. Нижний крупноблочный элемент 12 снабжен днищами-перегородками, расположенными на крайних отсеках. В крупноблочных элементах, расположенных в зоне переменного горизонта воды, на уровне поверхности дна, а также между ними, пространство отсеков вокруг свайных опор заполнено монолитным бетоном 19 на разную высоту. Волнозащитные экраны 7 имеют расположенные сквозные отверстия 27 в форме каналов, оси которых составляют с продольной осью экрана острый угол и направлены в сторону ближнего короба. Крупноблочные элементы сверху в центре экрана имеют вырезы с размещенными в них, спаренными монтажными устройствами в виде вертикальных пластин, заделанных в боковые стенки выреза и снабженных упорами в форме цилиндров под крюк плавкрана. В результате достигается повышение технологичности сооружения, сокращение сроков его возведения и материалоемкости. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. ОГРАДИТЕЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ, включающее свайный ростверк с верхним строением в виде крупноблочных элементов, снабженных волнозащитными экранами, нижнее строение в виде крупноблочных элементов, упоры, закрепленные на свайных опорах ниже уровня дна, узлы омоноличивания крупноблочных элементов со свайными опорами, волноотбойный козырек, отличающееся тем, что свайные опоры погружены в грунт дна вертикально, все крупноблочные элементы выполнены в виде коробчатого строения, разделенного на отсеки, которые установлены один на другой и опираются посредством нижнего крупноблочного элемента в форме двутавровой конструкции в плане на упоры, закрепленные на свайных опорах, при этом крупноблочные элементы верхнего строения выполнены в виде вертикальных волнозащитных экранов и жестко соединенных с ними и разделенных на отсеки коробов, расположенных с обеих сторон экранов, причем свайные опоры пропущены через отсеки коробов всех крупноблочных элементов, часть из них, расположенных между верхним и нижним крупноблочными элементами, содержащими волнозащитные экраны, выполнена с незамкнутыми со стороны торцевой оконечности коробами, а часть крупноблочных элементов нижнего строения выполнена в виде замкнутых коробов с отсеками, расположена поперек оси сооружения вблизи и на уровне поверхности грунта дна. 2. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что крупноблочный элемент, расположенный на уровне поверхности дна, непосредственно у его поверхности, выполнен с отверстиями в нижних частях торцевых стенок, крайние короба нижнего крупноблочного элемента снабжены горизонтально закрепленными внутри них перегородками, а стенки его внутренних коробов возвышающимися над нижним крупноблочным элементом по обе стороны от оси его симметрии выступами, выполненными с отверстиями, через которые, а также через напротив них расположенные отверстия в крупноблочном элементе у поверхности дна пропущены горизонтальные соединительные оси, снабженные на концах головками, резьбой и гайками. 3. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что в крупноблочных элементах, расположенных в зоне переменного горизонта воды, у поверхности дна, а также между ними, внутреннее пространство отсеков вокруг свайных опор заполнено монолитным бетоном на разную высоту, при этом верхний крупноблочный элемент раскреплен неподвижно относительно свайных опор винтами, размещенными в стенках коробов. 4. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что волнозащитные экраны выполнены с симметрично расположенными относительно поперечной оси экрана сквозными отверстиями, оси которых составляют с продольной осью экрана острый угол. 5. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что крупноблочные элементы сверху в центре экрана выполнены с вырезами и размещенными в них спаренными монтажными устройствами, каждое из которых содержит вертикальные пластины, заделанные концами в боковые стенки вырезов, и закрепленные к вертикальным пластинам снизу, в пространстве между ними горизонтальные упоры в форме цилиндров под крюк плавкрана, причем торцы вертикальных пластин раскреплены заподлицо пластинками.