ПРИЧАЛЬНОЕ СООРУЖЕНИЕ Российский патент 1998 года по МПК E02B3/06 

Изобретение относится к области гидротехники, а именно к причальным сооружениям в виде набережных-эстакад, предназначенных для приема судов различного водоизмещения, в том числе для крупнотоннажных судов, и эксплуатируемых в условиях волнового воздействия различной интенсивности.

Известно причальное сооружение в виде набережной-эстакады, свайное основание которой состоит из железобетонных свай-оболочек, а ее верхнее строение представляет собой набор плоских железобетонных плит, которые уложены на торце наголовников, установленных по верху свай-оболочек (см. [1], с. 406-407, рис. 18.4. а). Несущие элементы сооружения, включая плиты, наголовники и сваи-оболочки, омоноличены в узлах, где над сваями-оболочками своими углами сходятся плиты верхнего строения. Набережная-эстакада имеет подпричальный откос.

Недостатком известного причального сооружения является его низкая несущая способность из-за невысокой жесткости конструкции верхнего строения, так как железобетонные плиты верхнего строения в местах стыковки своими торцами не омоноличены, что ограничивает область применения этого сооружения.

Другой недостаток данного сооружения заключается в том, что оно, в основном, предназначено для эксплуатации в условиях закрытых акваторий, защищенных от волнения оградительными сооружениями, так как его подпричальный откос недостаточно защищен от размыва.

Известно также причальное сооружение в виде набережной-эстакады, которое включает свайное основание, верхнее строение, состоящее из отдельных секций, а также направляющие кондукторы, выполненные из звеньев тонкостенных оболочек и нижней обвязки (см. [2], принято за прототип). В направляющих кондукторах, которые используются при погружении свай свайного основания, звенья тонкостенных оболочек установлены вертикально на нижнюю обвязку и закреплены своими нижними концами в отверстиях, выполненных в нижней обвязке.

Каждая секция верхнего строения доставляется на место возведения сооружения с помощью нескольких специальных понтонов, которые, наряду с домкратами, могут быть использованы также для того, чтобы выставить нижнюю обвязку в проектное положение и поднять плиту верхнего строения до проектной отметки. Погружение свай в грунт основания производится через направляющие тонкостенные оболочки с последующей заделкой оголовков свай в верхнее строение.

Известная набережная-эстакада снабжена также подпричальным откосом, прикрытым слоем отсыпки из камня.

Недостатком данного причального сооружения является то, что из-за сложности его конструкции повышается трудоемкость работ, связанных с возведением сооружения, в частности, возникает необходимость использования при этом специальных понтонов.

Другой недостаток этого причального сооружения заключается в том, что из-за его громоздкости оно имеет большую поверхность соприкосновения с внешней влажной средой. Вследствие этого, элементы направляющих кондукторов при эксплуатации сооружения будут подвергаться интенсивной коррозии, причем в первую очередь значительные повреждения может получить нижняя обвязка, расположенная в зоне переменного уровня воды.

Развитие коррозионных процессов приведет, в конечном итоге, к уменьшению прочности сооружения и к снижению его надежности. Известное сооружение, кроме того, имеет ограниченную область использования, так как оно рассчитано на восприятие волновых воздействий незначительной интенсивности.

Задачей настоящего изобретения является создание конструкции причального сооружения в виде набережной-эстакады, имеющей повышенную надежность и наибольшую волногасящую способность, а также обеспечивающей снижение трудоемкости производства работ при возведении сооружения в условиях незащищенной акватории.

Для решения указанной задачи в известном причальном сооружении, включающем верхнее строение, разделенное по фронту сооружения на секции и опирающееся на сваи-оболочки свайного основания, оголовки которых заделаны в направляющих кондукторах, жестко связанных с верхним строением, согласно изобретению каждый направляющий кондуктор выполнен в виде жесткого каркаса секции верхнего строения, образованного перекрестной системой горизонтально расположенных парных продольных и поперечных балок, отстоящих одна от другой во всех парах балок на равных расстояниях в свету, превышающих наружный диаметр свай-оболочек свайного основания, причем оголовки свай-оболочек свайного основания заделаны в верхнее строение в отверстиях, образованных на пересечении всех пар продольных и поперечных балок жесткого каркаса секции верхнего строения; при этом соседние секции верхнего строения соединения между собой по фронту сооружения с возможностью поворота одной секции относительно другой вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной кордону сооружения, например, при помощи шарниров, смонтированных по боковым сторонам жестких каркасов.

Кроме того, согласно изобретению, сооружение имеет подпричальный откос, в верхней части которого выполнена камера гашения волновой энергии с передней стенкой в виде треугольной призмы из наброски фигурных блоков, например, гексабитов, и с тыловым ограждением в виде вертикальной подпорной стенки.

Основное преимущество заявляемого причального сооружения, заключается в том, что направляющие кондукторы, выполненные из стального проката и вмонтированные в бетон верхнего строения, используются в качестве жесткой рабочей арматуры, что улучшает условия работы верхнего строения сооружения и его свайного основания под воздействием внешних нагрузок и снижает трудоемкость возведения сооружения.

Анализ технических решений в исследуемой области показал, что известен инвентарный направляющий кондуктор, обладающий плавучестью и служащий для погружения свай-оболочек (см. [3], с. 120-123, рис. 6.5).

Направляющий кондуктор состоит из корпуса, четырех захватов, а также одной кормовой и двух носовых направляющих обойм, снабженных направляющими брусьями, причем, каждая обойма выполнена из двух полуокружностей - одной неподвижной и одной, раскрывающейся гидравлическим приводом.

В сравнении с известным устройством в предлагаемом причальном сооружении, благодаря тому, что каждый направляющий кондуктор является частью его верхнего строения, одновременно монтируется верхнее строение сооружения и с помощью кондуктора устраивается свайное основание. При этом, в период строительства сам кондуктор является постоянным связующим звеном между свайным основанием и верхним строением возводимого сооружения в пределах каждой его секции.

Пространственная рамная конструкция сооружения сразу же приобретает достаточную первоначальную жесткость и сможет противостоять воздействию внешних нагрузок, которые могут возникнуть до полного завершения строительства.

Указанные особенности конструкции сооружения позволяют вести его строительство вне зависимости от погодных и гидрологических условий.

Таким образом, направляющий кондуктор, используемый в предлагаемом причальном сооружении для возведении его свайного основания и составляющий часть его верхнего строения, по сравнению с известным направляющим кондуктором, позволяет повысить надежность сооружения и ускорить темпы его строительства.

Известна камера гашения волновой энергии для причального сооружения (см. [4]).

Внутри известной камеры гашения волновой энергии размещены два волногасящих экрана и две диафрагмы.

Предлагаемая камера гашения, в отличие от известной, имеет боле простую конструкцию, в которой передняя стенка выполнена в виде треугольной призмы из наброски стандартных фигурных бетонных блоков - гексабитов. Однако, эффективность предлагаемой камеры гашения волновой энергии при ее эксплуатации вполне соизмерима с эффективностью известной камеры гашения.

Устройство предлагаемой камеры гашения не представляет каких-либо значительных трудностей. Вместе с тем, наличие камеры гашения в составе заявляемого причального сооружения открывает возможность строительства сооружений такого типа в условиях незащищенных от волнения акваторий.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна" и "промышленная применимость".

Предлагаемое причальное сооружение в виде набережной-эстакады поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан поперечный разрез набережной-эстакады, на фиг. 2 - жесткий каркас направляющего кондуктора с фрагментом шарнирно присоединенного к нему жесткого каркаса смежного кондуктора, план (сваи-оболочки показаны штриховыми линиями).

Причальное сооружение включает железобетонное верхнее строение, разделенное по фронту сооружения на секции и опирающееся на сваи-оболочки 12 свайного основания, оголовки которых заделаны в направляющих кондукторах, жестко связанных с верхним строением.

Каждый направляющий кондуктор выполнен в виде жесткого каркаса секции верхнего строения, образованного перекрестной системой парных продольных 2 и поперечных 3 балок, отстоящих одна от другой во всех парах балок 2 и 3 на равных расстояниях в свету, превышающих наружный диаметр свай-оболочек 1 свайного основания. Все парные продольные 2 и поперечные 3 балки изготовлены из стального проката двутаврового профиля. Оголовки свай-оболочек 1 свайного основания заделаны в верхнее строение в отверстиях 4 квадратного сечения, образованных на пересечении всех пар продольных 2 и поперечных 3 балок жесткого каркаса секции верхнего строения. Соседние секции верхнего строения соединены между собой по фронту сооружения при помощи шарниров 5 с возможностью поворота одной секции относительно другой вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной кордону 6 сооружения. Шарниры 5 смонтированы по боковым сторонам жестких каркасов.

Все сваи-оболочки 1 сооружения, погруженные в грунт основания 7, снабжены приваренными к их боковой поверхности опорными столиками 8, являющимися опорами для соответствующих пар продольных 2 и поперечных 3 балок кондукторов. Каждый кондуктор установлен на сваи-оболочки 1 свайного основания и имеет переднюю, тыловую, а также одну боковую консоли, причем передняя консоль с лицевой стороны сооружения прикрыта сборными железобетонными кордонными стенками 9. Нижняя плоскость всех кондукторов находится на отметке низа верхнего строения сооружения. Все кондукторы вмонтированы в бетон 10 и образуют жесткую рабочую арматуру плиты верхнего строения сооружения.

Подпричальный откос сооружения состоит из слоя мелкого камня 11, отсыпанного на поверхность грунта основания 7, из слоя крупного камня 12 и из наброски фигурных бетонных блоков, выполненных в виде гексабитов 13 (см. [5] и [6] , с. 12, с. 13, рис. 2.3.8, с. 16, табл. 2.3). Для отсыпки указанных материалов в каждом кондукторе предусмотрены отверстия 14.

В верхней части подпричального откоса выполнена камера гашения волновой энергии, представляющая собой полость 15 с передней стенкой в виде треугольной призмы 16 из наброски фигурных бетонных блоков - гексабитов 13, возвышающейся над днищем 17 камеры гашения, и с тыловым ограждением в виде вертикальной подпорной стенки 18, выполненной из шпунта и опирающейся на тыловую консоль каждого кондуктора. Наличие подпорной стенки 18 позволяет предотвратить возможность просадки территории за сооружением вследствие обрушения грунта засыпки 19 в сторону подпричального откоса.

Причальное сооружение возводится в такой последовательности. Предварительно на специальном стенде производится изготовление кондукторов, размеры которых в плане совпадают с размерам отдельных секций сооружений. Отверстия 4 в кондукторах служат направляющими для свай-оболочек 1 при их погружении в грунт основания 7, причем наличие отверстий 4 обеспечивает точное размещение свай-оболочек 1 свайного основания сооружения в плане, а также облегчает процесс их погружения в требуемом вертикальном положении.

Кондукторы, в процессе возведения сооружения, кроме того, служат подмостями для работы на них береговых механизмов и транспортных средств, а при завершении бетонирования плиты верхнего строения выполняют функцию жесткой арматуры в нижней его зоне.

Шарниры 5, размещенные по боковым сторонам каждого кондуктора, позволяют при строительстве сооружения последовательно соединить между собой все кондукторы и, тем самым, все секции сооружения, что способствует упрощению и ускорению процесса строительства.

Доставка кондукторов на место строительства сооружения осуществляется с помощью имеющегося подъемно-транспортного оборудования.

Первоначально, с использованием указанного оборудования, на проектной отметке устанавливается кондуктор одной из секций сооружения. Проектное положение кондуктора указанной секции вначале поддерживается посредством временных опор, а затем через отверстия 4 в кондукторе в грунт основания 7 погружаются до проектных отметок все сваи-оболочки 1 данной секции. Далее кондуктор фиксируется в заданном положении после его установки на опорные столики 8, приваренные к боковой поверхности всех погруженных свай-оболочек 1. Возведение следующей секции сооружения, смежной с уже установленной, облегчается, поскольку после доставки на место строительства нового кондуктора, он сразу же своей боковой стороной посредством шарниров 5 присоединяется к ранее установленному кондуктору. Далее положение этого нового кондуктора приводится к одной проектной отметке с установленным ранее кондуктором путем его подъема за боковую консоль на требуемую высоту с использованием подъемных механизмов. Вслед за этим с помощью данного кондуктора, производится погружение свай-оболочек 1 очередной секции сооружения и последующая фиксация положения кондуктора относительно погруженных свай-оболочек 1. Аналогичным образом возводятся все остальные секции сооружения.

При создании подпричального откоса сооружения на поверхность грунта основания 7 последовательно отсыпаются слои мелкого камня 11, крупного камня 12 и производится наброска фигурных бетонных блоков-гексабитов 13, причем последние используются также при возведении треугольной призмы 16, образующей переднюю стенку камеры гашения волновой энергии в верхней части подпричального откоса.

Отсыпка указанных материалов производится перед бетонированием верхнего строения сооружения через отверстия 14, имеющиеся в каждом кондукторе.

Далее, с лицевой стороны сооружения на передней консоли каждого кондуктора устанавливаются сборные железобетонные кордоны стенки 9. После этого производится бетонирование верхнего строения сооружения, при котором все кондукторы вмонтируются в бетон 10. Одновременно выполняется также омоноличивание оголовков всех погруженных свай-оболочек 1.

Завершается процесс строительства погружением в грунт основания вертикальной подпорной стенки 18, выполненной из шпунта и опирающейся на тыловую консоль каждого кондуктора.

Работает причальное сооружение следующим образом.

При воздействии на сооружение внешних нагрузок возникают вертикальные и горизонтальные усилия, которые сначала передаются на монолитное железобетонное верхнее строение набережной-эстакады, снабженное жесткой рабочей арматурой, и далее распределяются между сваями-оболочками 1.

Вертикальные усилия передаются на сваи-оболочки 1, а далее - на грунт основания 7 через их боковую поверхность и торцы.

Воздействие вертикальных усилий на набережную-эстакаду приводит также к изгибу плиты верхнего строения, где в нижней растянутой зоне каждого из ее пролетов возникающие нормальные растягивающие напряжения воспринимает жесткая рабочая арматура.

Горизонтальные усилия распределяются между сваями-оболочками 1, причем большая часть указанных усилий передается на тот ряд свай-оболочек 1, который имеет меньшую свободную высоту, то есть на тыловой ряд. Затем эти усилия передаются через нижние концы свай-оболочек 1 на грунт основания 7. При возникновении ветровых волн происходит их накат на подпричальный откос набережной-эстакады, причем часть волновой энергии гасится на поверхности подпричального откоса, верхний слой которого состоит из наброски фигурных бетонных блоков, выполненных в виде гексабитов 13. Далее оставшаяся часть волновой энергии гасится сперва при прохождении волны через пустоты в треугольной призме 16, также отсыпанной из гексабитов 13, а затем и при поступлении волны в полость 15 камеры гашения, причем в этой полости 15 происходят волновые колебания, препятствующие возникновению резонанса и снижающие возможность появления отраженных волн. При откате волны ее энергия гасится при прохождении через пустоты в треугольной призме 16 и на поверхности подпричального откоса.

Взаимодействие расчетных штормовых волн с основными элементами предлагаемой конструкции причального сооружения, включая подпричальный откос и камеру гашения волновой энергии, выполненные с использованием наброски гексабитов 13, а также верхнее строение сооружения было исследовано на моделях в масштабе 1:15. Проведенные исследования показали высокую эффективность данной конструкции при заданных ее размерах, обеспечивающей малую степень волноотражения, высокую волногасящую способность и относительно малое воздействие волн на ее верхнее строение (см. [7], с. 18, табл. 3.1, опыты 6, 11, с. 27).

Использованные источники
1. Смирнов Г. Н. , Горюнов Б.Ф. и др. Порты и портовые сооружения. М.: Стройиздат, 1993, 639 с.: ил.

2. SU, авторское свидетельство, 1335614, кл. E 02 B 3/06, 1987.

3. Справочник по строительству портовых гидротехнических сооружений. М.: "Транспорт", 1972 - 464 с: ил.

4. SU, авторское свидетельство, 791827, кл. E 02 B 3/06, 1980.

5. SU, авторское свидетельство, 685748, кл. E 02 B 3/14, 1979.

6. Инструкция по проектированию откосных и сквозных оградительных сооружений и специальных подводных стендов М.: Изд-во Минобороны, 1981 - 132 с.: ил.

7. Результаты физического моделирования взаимодействия штормовых волн с конструкцией причалов NN 4, 5 комплекса по переработке сыпучих грузов в порту Новороссийск. Отчет по теме, выполненный по хоздоговору N 5/05103 от 30.12.94 г. Сочи: Научно-исследовательский центр "Морские берега" (филиал АООТ ЦНИИС), 1995 - 38 с.: ил.

Изобретение предназначено для строительства причальных сооружений в виде набережных-эстакад преимущественно в условиях незащищенных от волнения акваторий. В причальном сооружении, разделенном по фронту на секции и опирающемся на сваи-оболочки свайного основания, оголовки которых заделаны в направляющих кондукторах, жестко связанных с верхним строением, каждый кондуктор выполнен в виде жесткого каркаса секции верхнего строения, образованного перекрестной системой горизонтально расположенных парных продольных и поперечных балок, отстоящих одна от другой во всех парах балок на равных расстояниях в свету, превышающих наружный диаметр свай-оболочек. Оголовки свай-оболочек заделаны в верхнее строение в отверстиях, образованных на пересечении всех пар продольных и поперечных балок жесткого каркаса секции верхнего строения. Соседние секции верхнего строения соединены между собой по фронту сооружения с возможностью поворота одной секции относительно другой вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной кордону сооружения, например при помощи шарниров, смонтированных по боковым сторонам жестких каркасов. Сооружение имеет подпричальный откос, в верхней части которого выполнена камера гашения волновой энергии с передней стенкой в виде треугольной призмы из наброски фигурных блоков, например гексабитов, и с тыловым ограждением в виде вертикальной подпорной стенки. Такая конструкция сооружения обеспечивает повышение его прочности и устойчивости, в том числе устойчивости подпричального откоса, а также высокую степень волногашения при одновременном сокращении трудоемкости и сроков строительства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Причальное сооружение, включающее верхнее строение, разделенное по фронту сооружения на секции и опирающееся на сваи-оболочки свайного основания, оголовки которых заделаны в направляющих кондукторах, жестко связанных с верхним строением, отличающееся тем, что каждый направляющий кондуктор выполнен в виде жесткого каркаса секции верхнего строения, образованного перекрестной системой горизонтально расположенных парных продольных и поперечных балок, отстоящих одна от другой во всех парах балок на равных расстояниях в свету, превышающих наружный диаметр свай-оболочек свайного основания, причем оголовки свай-оболочек свайного основания заделаны в верхнее строение в отверстиях, образованных на пересечении всех пар продольных и поперечных балок жесткого каркаса секции верхнего строения, при этом соседние секции верхнего строения соединены между собой по фронту сооружения с возможностью поворота одной секции относительно другой вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной кордону сооружения, например, при помощи шарниров, смонтированных по боковым сторонам жестких каркасов. 2. Причальное сооружение по п.1, отличающееся тем, что оно имеет подпричальный откос, в верхней части которого выполнена камера гашения волновой энергии с передней стенкой в виде треугольной призмы из наброски фигурных блоков, например гексабитов, и с тыловым ограждением в виде вертикальной подпорной стенки.