СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА СКАЛЬНЫХ ГРУНТАХ Российский патент 2024 года по МПК E02B1/00 E02B3/06 E02D29/09 

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к строительству причалов, молов, подводных ограждающих конструкций, искусственных островов, подводных защитных сооружений, в том числе, на шельфе. Кроме этого, изобретение может применяться при строительстве сооружений береговой инфраструктуры.

Известен способ строительства причалов из массивов-гигантов с доставкой изготовленных на стапеле массивов-гигантов наплавным способом с последующим их затоплением, в соответствующем проекту месте, на предварительно подготовленном участке дна акватории, и последующей загрузкой балластом (В.Г. Яковенко «Строительство причалов» - М.: Транспорт, 1981, с. 106-111, 170-173).

Недостатком способа строительства причалов из массивов-гигантов на больших глубинах, является высокая трудоемкость изготовления массивов заданной конфигурации, сложность транспортировки к месту монтажа, необходимость тщательного выравнивания дна с устройством каменной постели, и по этим причинам - высокая итоговая стоимость сооружения.

Известно решение (RU 2034951, опубл.: 1995.05.10), в котором показан способ сооружение пирса, состоящего из двух стен, соединенных анкерными тягами, обратной засыпкой. Стены пирса образованы ригелями и плитами, размещенными между ригелями, анкерные тяги, шарнирно закрепленные на ригелях двух стен, направлены параллельно друг другу. По данному решению, при этом способе строительства пирса, включающем установку двух стен, соединение их анкерными тягами и устройство обратной засыпки, каждую из стен устанавливают на предварительно погруженные в грунт свайные опоры, причем сначала ригели двух стен попарно объединяют в единые блоки путем шарнирного закрепления на них параллельных анкерных тяг, затем блоки размещают между свайными опорами и подвешивают их за верх ригелей на опорах, между ригелями сверху вставляют плиты, плиты опирают на ригели. Недостатком данного решения на больших глубинах является необходимость погружения в скальный грунт свайных опор, операций по предварительному выравниванию дна по периметру конструкции; высокая трудоемкость монтажа конструкций, обусловленная выполнением большого количества единичных монтажных операций по подвешиванию ригелей, плит, и т.д.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и техническому результату является способ строительства гидротехнического сооружения (RU 2656399, опубл.: 05.06.2018.), состоящего из двух взаимно заанкеренных стен и обратной засыпки между ними, включающий установку двух монтажных свайных эстакад с ростверками, навешивание на эти эстакады ригелей, попарно соединенных между собой связями, установку между смежными ригелями каждой эстакады стеновых панелей, устройство поверх стеновых панелей и ригелей объединяющего оголовка. Навешиваемые на монтажные свайные эстакады ригели, и соединяющие их связи, выполнены в виде единой жесткой геометрически не изменяемой рамной конструкции. Опорные элементы ригелей снабжены фиксаторами, закрепляющими расстояние между монтажными свайными эстакадами, а стеновые панели, устанавливаемые между смежными ригелями каждой эстакады, снизу опираются на грунтовое основание. Недостатком данного решения на больших глубинах является необходимость погружения в скальный основание опор свайных монтажных эстакад с устройством ростверка, выполнение большого количества одиночных монтажных операций по подвешиванию ригелей и стеновых плит; выполнение технологических подводных операций по защите от фильтрационных процессов в местах примыкания стеновых плит к грунтовому основанию дна; и необходимость последующего демонтажа опор свайной эстакады с ростверками.

Описанный способ принят за прототип изобретения.

Недостатками прототипа при создании гидротехнических сооружений на больших глубинах являются:

необходимость погружения в скальное основание опор соответствующего диаметра свайных эстакад с последующим устройством свайных ростверков; последующий поэлементный монтаж ригелей и стеновых плит в условиях открытого моря; выполнение операций по защите от фильтрационных процессов в местах сопряжения стеновых плит с неровностями поверхности дна; последующий демонтаж опор свайных эстакад с ростверками. Эти недостатки приводят к увеличению трудоемкости, и вследствие этого - увеличению длительности и стоимости строительства в условиях открытого моря. Перечисленные выше недостатки устраняются посредством изобретения.

Технической задачей изобретения является устранение технических недостатков прототипа; снижение трудоемкости выполняемых работ за счет унификации монтажных изделий; исключение потребности в водолазных работах для предварительного равнения поверхности дна, за счет наличия в конструкциях унифицированных монтажных изделий интегрированных элементов, выполняющих выравнивающие и компенсирующие функции и одновременно, служащие защитой от фильтрационных процессов; уменьшение длительности создания возводимых сооружений, и в итоге - снижение себестоимости выполняемых работ.

Техническим результатом является высокотехнологичный, относительно простой и значительно менее трудоемкий индустриальный способ создания гидротехнических сооружений на скальном грунте, при общем снижении материалоемкости конструкций. Кроме того, максимально снижается потребность в длительных водолазных работах, что позволяет сократить сроки и стоимость выполнения работ.

Поставленная техническая задача (цель) достигается тем, что в способе строительства гидротехнического сооружения гравитационного типа с вертикальными стенками на скальном грунте, после установки (при необходимости, определенной в проекте) анкерных самозабуривающихся свай, осуществляется монтаж изготовленных и доставленных к месту работ, унифицированных монтажных изделий, каркасов без днища - пространственных коробчатых рамных конструкций состоящих из соединенных между собой вертикальных и горизонтальных элементов, с последующим сплошным заполнением боковых поверхностей этой рамной конструкции, унифицированными стеновыми щитовыми элементами, для образования в плане, замкнутого объема, с последующим заполнением этого объема доступным заполнителем (грунт, песок, скальная порода). В связи с тем что в процессе монтажа используются унифицированное монтажное изделие, после заполнения которого доступным заполнителем или после заполнения нескольких соединенных между собой унифицированных монтажных изделий, формируется полностью готовый фрагмент гидротехнического сооружения без верхнего строения. При этом за счет конструктивного исполнения унифицированного монтажного изделия - наличия интегрированных в нижнюю опорную поверхность эластичных туб, одновременно, в процессе монтажа, выполняются задачи по выравниванию унифицированного монтажного изделия с поверхностью дна (по полосе сопряжения) и защиты от фильтрационных процессов места примыкания.

Предлагаемый способ строительства портового гидротехнического сооружения представлен на чертежах, где:

На фиг.1 изображена аксонометрическая проекция рамной конструкции унифицированного монтажного изделия с интегрированными в нижние опорные поверхности эластичными тубами. Рамная конструкция изображена без сплошного заполнения боковых поверхностей стеновыми щитовыми элементами, где:

поз. 1 - несущий вертикальный элемент конструкции;

поз. 2 - промежуточный вертикальный элемент конструкции;

поз. 3 - горизонтальный элемент конструкции;

поз. 5 - эластичная туба-вкладыш в нижнюю часть вертикального элемента конструкции;

поз. 6 - интегрированная в нижний горизонтальный элемент эластичная туба*

(* - система наполнения эластичных туб связным заполнителем условно не показана);

поз. 7 - замок-коннектор для сопряжения между собой унифицированных монтажных изделий.

На фиг.2 изображена аксонометрическая проекция рамной конструкции с интегрированными в нижние опорные поверхности эластичными тубами. Конструкция изображена с полным сплошным заполнением боковых поверхностей стеновыми щитовыми элементами, где:

поз. 1 - несущий вертикальный элемент конструкции;

поз. 2 - промежуточный вертикальный элемент конструкции;

поз. 3 - горизонтальный элемент конструкции;

поз. 5 - эластичная туба-вкладыш в нижнюю часть вертикального элемента конструкции;

поз. 6 - интегрированная в нижний горизонтальный элемент эластичная туба*

(* - система наполнения эластичных туб связным заполнителем условно не показана);

поз. 7 - замок-коннектор для сопряжения между собой конструкций;

поз. 8 - стеновые щитовые элементы заполнения боковых поверхностей.

На фиг.3 изображен вид сбоку рамной конструкции, установленной на предварительно погруженные самозабуривающиеся сваи (анкерные сваи) с интегрированными в нижние горизонтальные элементы эластичными тубами. Конструкция изображена без сплошного заполнения боковых поверхностей стеновыми щитовыми элементами, где:

поз. 1 - несущий вертикальный элемент конструкции;

поз. 2 - промежуточный вертикальный элемент конструкции;

поз. 3 - горизонтальный элемент конструкции;

поз. 4 - самозабуривающаяся анкерная свая;

поз. 5 - эластичная туба-вкладыш в нижнюю часть вертикального элемента конструкции;

поз. 6 - интегрированная в нижний горизонтальный элемент эластичная туба*

(* - система наполнения эластичных туб связным заполнителем условно не показана);

поз. 7 - замок-коннектор для сопряжения между собой конструкций;

поз. 8 - стеновые щитовые элементы заполнения боковых поверхностей.

На фиг.4 изображен вид сверху рамной конструкции с интегрированными в нижние опорные поверхности эластичными тубами, где:

поз. 1 - несущий вертикальный элемент конструкции;

поз. 2 - промежуточный вертикальный элемент конструкции;

поз. 3 - горизонтальный элемент конструкции;

поз. 5 - эластичная туба-вкладыш в нижнюю часть вертикального элемента конструкции;

поз. 6 - интегрированная в нижний горизонтальный элемент эластичная туба*

(* - система наполнения эластичных туб связным заполнителем условно не показана);

поз. 7 - замок-коннектор для сопряжения между собой конструкций.

На фиг.5 изображен вид сбоку двух взаимосоединенных рамных конструкций, установленных на анкерные сваи, с интегрированными в нижние опорные поверхности эластичными тубами. Конструкции изображены без сплошного заполнения боковых поверхностей стеновыми щитовыми элементами, где:

поз. 1 - несущий вертикальный элемент конструкции;

поз. 2 - промежуточный вертикальный элемент конструкции;

поз. 3 - горизонтальный элемент конструкции;

поз. 4 - самозабуривающаяся анкерная свая;

поз. 5 - эластичная туба-вкладыш в нижнюю часть вертикального элемента конструкции;

поз. 6 - интегрированная в нижний горизонтальный элемент эластичная туба*

(* - система наполнения эластичных туб связным заполнителем условно не показана);

поз. 7 - замок-коннектор для сопряжения между собой конструкций.

На фиг.6 изображена схема морской монтажной операции по установке первого унифицированного монтажного изделия в проектное положение с использованием плавсредства с крановой механизацией. Рамная конструкция устанавливается на предварительно погруженные в грунт самозабуривающиеся анкерные сваи.

На фиг.7 изображена схема морской монтажной операции по установке последующих конструкций в проектное положение, с фиксацией замками-коннекторами между собой сопрягаемых элементов; с использованием плавсредства с крановой механизацией.

На фиг.8 изображена схема морской монтажной операции по заполнению связным заполнителем (гидротехническим бетоном) вертикальных конструктивных элементов и интегрированных в нижние опорные поверхности эластичных туб* (* - система заполнения туб условно не показана).

На фиг.9 изображена схема морской монтажной операции по заполнению боковых поверхностей установленных в проектное положение конструкций стеновыми щитовыми элементами.

На фиг.10 изображена морская монтажной операция по заполнению внутреннего объема установленных конструкций со смонтированными стеновыми щитовыми элементами доступным заполнителем - балластом (горная порода, ПГС, песок и т.д.).

На фиг.11 изображена схема установленных в проектное положение конструкций с устройством верхнего строения, предусмотренного проектом ГТС.

Строительство морского гидротехнического сооружения, с использованием предлагаемого способа начинается с монтажа (при необходимости, определенной в проекте) самозабуривающихся анкерных свай. Унифицированные монтажные изделия - пространственные коробчатые рамные конструкции без днища, доставляются к месту монтажа в собранном виде, их монтаж осуществляется с помощью плавкрана и пневматических элементов, временно обеспечивающих положительную плавучесть конструкций; после установки первой конструкции в проектное положение, заполнения эластичных туб и внутренних полостей вертикальных элементов связным наполнителем, пространственная коробчатая рамная конструкция за счет массы собственных конструктивных элементов и соосного сопряжения вертикальных конструктивных элементов с анкерными сваями, приобретает признаки гравитационного сооружения. Существенная масса установленной конструкции, с обеспечением пространственной неизменности благодаря анкерным сваям («работающими» на срез), а также, что на данном этапе монтажа установленная конструкция имеет малую площадь боковых поверхностей, и проницаема для волн, - она успешно противостоит волновым (штормовым) нагрузкам. Далее, в процессе монтажа, конструкции соединяются между собой замками-коннекторами, при этом в зависимости от действующих или прогнозных волновых (штормовых) условий на акватории последовательность технологических операций по заполнению боковых поверхностей конструкций стеновыми элементами может меняться. Возможно сплошное заполнение стеновыми щитовыми элементами боковых поверхностей первой установленной конструкции с безостановочным, для данного технологического цикла, полным заполнением внутреннего объема доступным заполнителем (балластом), или монтаж в проектное положение нескольких конструкций с полным заполнением стеновыми щитовыми элементами и безостановочным заполнением внутреннего объема балластом всех смонтированных конструкций. После завершения технологических операций по последовательному монтажу унифицированных монтажных изделий сформированное гидротехническое сооружение образовывает, в плане, линейную или офшорную конфигурацию, требуемую по проекту, после чего осуществляется устройство верхнего строения сооружения, в зависимости от его предназначения.

При строительстве гидротехнического сооружения гравитационного типа с вертикальными стенками на скальном грунте предварительно устанавливают самозабуривающиеся анкера небольшого диаметра. Далее осуществляют монтаж пространственных коробчатых рамных конструкций без днища, с последующим заполнением боковых поверхностей стеновыми щитовыми элементами для образования замкнутого объема. Этот внутренний объем заполняют доступным балластом. Пространственные коробчатые рамные конструкции без днища - готовые каркасы элементов гидротехнического сооружения - в процессе монтажа соосно устанавливают на самозабуривающиеся анкера. Конструкции устанавливаются на неподготовленную поверхность дна. Неровности поверхности дна по полосе контакта с конструкциями компенсируются эластичными тубами, интегрированными в нижние части конструкций и заполняемыми связным заполнителем. Эластичные тубы выполняют функции компенсатора неровностей дна и осуществляют противофильтрационную защиту полосы сопряжения конструкций с поверхностью дна. Боковые поверхности конструкций заполняют стеновыми щитовыми элементами, собранными в кассеты, шпунтовыми профилями. Стеновые элементы обеспечивают грунтонепроницаемость боковых поверхностей конструкций и ускоряют монтаж сооружения. Способ строительства портового гидротехнического сооружения представлен на схемах, показанных на фиг. 6-11. На фиг. 6 представлена монтажная операция по установке первой конструкции в проектное положение. На фиг. 7 представлена морская монтажная операция по установке последующих конструкций, с фиксацией замками-коннекторами между собой сопрягаемых элементов. На фиг. 8 представлена монтажная операция по заполнению связным заполнителем вертикальных конструктивных элементов и интегрированных в нижние опорные поверхности эластичных туб. На фиг. 9 представлена монтажная операция по заполнению боковых поверхностей конструкций стеновыми щитовыми элементами. На фиг. 10 представлена монтажная операция по заполнению внутреннего объема конструкций доступным балластом (горная порода, ПГС, песок и т.д.). На фиг. 11 показаны установленные в проектное положение конструкции с устройством верхнего строения, предусмотренного проектом ГТС. Техническим результатом является высокотехнологичный, относительно простой и значительно менее трудоемкий индустриальный способ создания гидротехнических сооружений на скальном грунте, при общем снижении материалоемкости конструкций. Кроме того, максимально снижается потребность в длительных водолазных работах, что позволяет сократить сроки и стоимость выполнения работ. 5 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Способ строительства гидротехнического сооружения гравитационного типа с вертикальными стенками на скальном грунте, включающий установку анкерных свай с последующим монтажом унифицированных монтажных изделий - пространственных коробчатых рамных конструкций без днища, состоящих из соединенных между собой вертикальных и горизонтальных элементов, причем унифицированные монтажные изделия устанавливают на неподготовленную поверхность дна, неровности которого по полосе контакта компенсируют эластичными тубами, интегрированными в нижние горизонтальные элементы и в нижнюю часть вертикальных элементов пространственной коробчатой рамной конструкции, при этом эластичные тубы и внутренние полости вертикальных элементов в процессе монтажа заполняют связным наполнителем, после чего осуществляют сплошное заполнение боковых поверхностей рамной конструкции стеновыми щитовыми элементами для образования в плане замкнутого объема, с последующим заполнением этого объема заполнителем (балластом).

2. Способ строительства гидротехнического сооружения по п.1, отличающийся тем, что унифицированные монтажные изделия - пространственные коробчатые рамные конструкции без днища являются готовыми каркасами элементов гидротехнического сооружения.

3. Способ строительства гидротехнического сооружения по п.1, отличающийся тем, что в процессе монтажа унифицированные монтажные изделия - пространственные коробчатые рамные конструкции без днища соосно «надевают» на установленные анкерные самозабуривающиеся сваи; унифицированные монтажные изделия - пространственные рамные конструкции без днища в процессе монтажа соединяют между собой замками-коннекторами.

4. Способ строительства гидротехнического сооружения по п.1, отличающийся тем, что эластичные тубы, одновременно с функцией компенсации неровностей дна, выполняют противофильтрационную защиту сопряжения пространственной коробчатой рамной конструкции с поверхностью дна.

5. Способ строительства гидротехнического сооружения по п.1, отличающийся тем, что боковые поверхности пространственной коробчатой рамной конструкции в процессе монтажа заполняют стеновыми щитовыми элементами, состоящими из собранных в кассеты, шпунтовыми профилями, конструктивно обеспечивающими грунтонепроницаемость боковых поверхностей пространственной коробчатой рамной конструкции.

6. Способ строительства гидротехнического сооружения по п.1, отличающийся тем, что после монтажа унифицированных монтажных изделий, соединения между собой замками-коннекторами, заполнения внутренних полостей эластичных туб и конструктивных элементов монтажных изделий связным заполнителем, заполнения боковых поверхностей стеновыми щитовыми элементами, заполнения внутреннего объема установленных конструкций балластом получают готовый фрагмент гидротехнического сооружения, после чего выполняют устройство верхнего строения, в зависимости от предназначения гидротехнического сооружения.