Гидротехническое сооружение Советский патент 1993 года по МПК E02B1/00 E02B3/06 E02B3/24 E02B17/00 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при возведении, преимущественно на слабых грунтах, опор оградительных и причальных сооружениях, включая палы, мостовых быков, стен судо- ходйых шлюзов и доков, оснований буровых платформ и т.п. в суровых гидрометеорологических условиях, характерных для районов Крайнего Севера.

Цель изобретения - повышение надежности сооружения путем обеспечения возможности управления его осадками в процессе возведения и эксплуатации.

На фиг. 1 изображено гидротехническое сооружение типа пала из оболочки большого диаметра по ее диаметральной плоскости, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - план гидротехнического сооружения типа пирса на отдельных опорах из оболочек большого диаметра, на фиг. А основание

буровой платформы из оболочки большого диаметра, поперечный разрез.

Гидротехническое сооружение относится к гравитационному типу и состоит из вертикально установленной оболочки большого диаметра 1, оболочек меньшего диаметра 2, размещенных во внутренней полости оболочки большого диаметра 1 и надстройки.

Если гидротехническое сооружение предстасляет собой пал, то оно включает оболочку большого диаметра 1, установленную вертикально, три оболочки меньшего диаметра 2, размещенные по периферии внутренней полости оболочки большого диаметра 1, симметрично относительно ее вертикальной оси, и сборно-разборную надстройку.

Оболочка большого диаметра 1 снабжена днищем 3, опирающимся на дно 4 и расположенным выше нижней кромки ее стенки, которая выполнена е виде кольцево00

о

к

GO Ю

го ножа 5 того же диаметра, прорезавшего грунт основания 6.

Высота оболочки большего диаметра 1 от уровня верхней плоскости ее днища 3 до уровня верхнего ее торца должна назначаться такой, чтобы, после установки оболочки большого диаметра 1 на дно 4 и завершения ее осадки, верхний ее торец возвышался над уровнем воды не менее чем на 1-1,5 м.

Высота кольцевого ножа 5 оболочки большого диаметра 1 от уровня нижней плоскости ее 3 до уровня нижней кромки ее стенки должна назначаться из условия прорезания грунта основания 6 кольцевым ножом 5 на всю его высоту и обеспечения, после этого, контакта днища 3 с дном 4 по всей площади днища 3,

Высота оболочек меньшего диаметра 2 должна быть равна высоте оболочки большого диаметра 1 от уровня верхней плоскости ее днища 3 до уровня верхнего ее торца.

Оболочка большего диаметра 1 и оболочки меньшего диаметра 2 имеют жесткую форму и выполнены из стали или железобетона.

Оболочки меньшего диаметра 2 жестко скреплены по высоте с оболочкой большого диаметра 1 и между собой связями 7 в виде ребер жесткости, например, из стальных листов.

В качестве заполнителя 8 пазухи между наружными поверхностями стенок оболо- .чек меньшего диаметра 2 и внутренней поверхностей стенки оболочки большего диаметра 1 использован грунт засыпки или бетон. В качестве заполнителя 9 внутренних полостей оболочек меньшего диаметра 2 также использован грунт засыпки.

Оболочек большого диаметра 1, при необходимости, может быть снабжена расположеннымизнутри сборным противоледовым поясом 10. выполненным, например, в виде жесткого цилиндрического элемента из железобетона.

Все оболочки меньшего диаметра 2 в этом случае также имеют с внутренней стороны свои сборные противоледовые пояса 11.

Высота сборных противоледовых поясов 10 и 11 назначается таким образом, чтобы она была равна высоте, на которой ледовая нагрузка будет воздействовать с наружной стороны оболочки большого диаметра 1. Сборно-разборная надстройка состоит из кольцевого оголовка 12 Г-образного сечения и круглой плиты перекрытия .уложенной на его внутренний выступ.

Круглая плита перекрытия 13 опирается на верхние торцы оболочки большого диаметра 1 и всех оболочек меньшего диаметра 2 и снабжена отверстиями 14, размещенными соосно.

Отверстия 14 служат для заполнения

внутренних полостей оболочек меньшего диаметра 2 грунтом засыпки в период строительства и эксплуатации сооружения и перекрываются люками 15.

Если гидротехническое сооружение

представляет собой пирс на отдельных опорах из оболочек большого диаметра 1, который возводится пионерным способом, то внутри каждой из них размещены две оболочки меньшего диаметра 2. При этом оси

обеих оболочек меньшего диаметра 2 должны быть расположены вдиаметральной плоскости оболочки большего диаметра 1, перпендикулярно продольной оси 16 сооружения.

в данном случае в состав сборно-разборной надстройки 3 сооружения, кроме кольцевого оголовка 12 и уложенной на него круглой плиты Перекрытия 13, входят продольные плиты перекрытия 17, каждая из

которых опирается на две круглые плиты

перекрытия 13 по длине сооружения.

Если же гидротехническое сооружение является основанием буровой платформы и одновременно хранилищем для нефтепро- дуктов, оболочка большого диаметра 1 имеет открытый нижний конец, а оболочки меньшего диаметра 2 снабжены днищами 18.

На фиг.А показан пример-выполнения основания буровой платформы, которое состоит из оболочки большего диаметра 1 и размещенных внутри нее шести оболочек меньшего диаметра 2

Заполнителем 8 загружена периферийная часть внутренней полости оболочки большого диаметра 1 между внутренней поверхностью ее стенки и наружными поверх- ностями стенок оболочек меньшего диаметра 2, обращенных к внутренней по- верхности стенки оболочки большого диа- метра 1, а заполнителем 9 - внутренние полости оболочек меньшего диаметра 2 через одну.

При этом каждая вторая из оболочек меньшего диаметра 2 приспособлена в качестве емкости 12 для хранения нефтепродуктов.

В этом случае, во избежание высыпания

заполнителя 8 в центральную часть внутренней полости оболочки большого диаметра 1, все оболочки меньшего диаметра 2 жестко скреплены между собой связями- стенками 20, представляющими собой сплошные ребра жесткости, протяженное.

которых раямз высоте оболочек меньшего диаметра 2.

Вместо связей 20 может быть также предусмотрена оболочка меньшего диаметра 2, установленная соосно с оболочкой большого диаметра 1 и имеющая открытый нижний конец (не показана).

Работает гидротехническое сооружение следующим образом.

При транспортировке на плаву каждой из оболочек большего диаметра 1 в вертикальном положении со встроенными в нее оболочками меньшего диаметра 2 к месту возведения сооружения оболочка большого диаметра 1 будет подвергаться воздейст- Вию гидростатического давления воды снизу, со стороны днища 3 и с наружной стороны в пределах погруженной в воду части.

Установка оболочки большого диаметра 1 на заданном месте осуществляется, при условии фиксирования ее положения в плане, путем заполнения пазухи между внутренней поверхностью оболочки большого диаметра 1 и наружными поверхностями оболочек меньшего диаметра 2.

При этом в качестве заполнителя 9 может быть использована вода, грунт засыпки или же бетон, причем заполнение бетоном предусматривается только тогда, когда обо- лрчка большого диаметра 1 входит в состав стационарного гидротехнического сооружения.

В том случае, когда для погружения оболочки большого диаметра 1 используется вода, она впоследствии заменяется или грунтом засыпки, или бетоном.

В результате заполнения оболочки большого диаметра 1 она будет погружаться в воду, испытывая воздействие давления за- полнителя 8 - изнутри и постепенно увеличивающегося гидростатического давления - снаружи. При этом оболочки меньшего диаметра 2 будут находится под воздействием давления заполнителя 8 со стороны их на- ружных поверхностей.

В процессе дальнейшего погружения оболочки большого диаметра 1 она кромкой своего кольцевого ножа 5 сначала вступит в контакт с поверхностью дна 4, а затем на- чнет врезаться в грунт основания б, причем эта врезка будет происходить до тех пор. пока наружная плоскость ее днища 3 полностью не вступит в контакт с поверхностью дна 4.

После этого уже будет происходить совместная осадка оболочки большего диаметра 1 и грунта основания 6.

При установке оболочки большого диаметра 1 в сооружение предусматривается

такая ее ориентация, при которой встроен ные в нее оболочки меньшего диаметра 2 могли бы воспринимать на себя значительную часть ожидаемого внешнего силового воздействия, вызванного навалом судов, натяжением швартовых, ледовыми и волновыми нагрузками, а также давлением грунта засыпки с внешней стороны оболочки большего диаметра 1.

1 Далее, после установки оболочки большого диаметра 2 ее днищем 3 на дно 4, начинается одновременная загрузка заполнителем 9, которым является грунт засыпки, внутренних полостей всех оболочек меньшего диаметра 2.

В случае, если после установки оболочки большего диаметра 1 возникает ее наклон относительно вертикали, производится дополнительная загрузка заполнителем 9 внутренних полостей тех оболочек меньшего диаметра 2, которые расположены внутри оболочки большого диаметра 1 с той ее стороны, которая получила меньшую осадку.

Заполнение оболочек меньшего диаметра 2 производится до того момента времени, пока оболочка большего диаметра 1 не окажется в вертикальном положении.

Далее, после завершения стабилизации положения оболочки большого диаметра 1, все оболочки меньшего диаметра 2 загружаются в одинаковых объемах до тех пор, пока уровень заполнителя 9 в них не достигнет проектной величины.

В связи с тем, что при слабом грунте основания 6 процесс стабилизации положения оболочки большого диаметра 1 может быть длительным, предусмотрена возможность продолжения загрузки оболочек меньшего диаметра 2 заполнителем 9 и после окончания периода строительства сооружения.

Для этого в круглой плите перекрытия 13 сборно-разборной надстройки, которую имеет оболочка большого диаметра 1, над оболочками меньшего диаметра 2 соосно с ними выполнены отверстия 14, через которые Е пзриод эксплуатации сооружения в случае необходимости, может быть продолжена загрузка меньшего диаметра 2 заполнителем 9.

После окончания процесса загрузки оболочек меньшего диаметра 2 все отверстия 14 в центральной круглой плите 13 сборно-разборной надстройки должны быть закрыты люками 15.

В создавшихся новых условиях на стенку оболочки большого диаметра 1 будет действовать разность давления заполнителя 8 - изнутри и гидростатического давления DOды, соответствующего глубине установки оболочки большого диаметра 1 - снаружи.

Благодаря силосному эффекту, возникающему вследствие незначительных расстояний в плане между стенками оболочек меньшего диаметра 2 и стенкой оболочки большого диаметра 1, величина горизонтального давления заполнителя 8, а именно - грунта засыпки, которое воздействует на внутреннюю поверхность стенки оболочки большого диаметра 1, будет резко снижено.

Это обстоятельство в процессе эксплуатации сооружения благоприятно скажется на работе всех оболочек большого диаметра 1, входящих в состав сооружения, так как соответственно уменьшается растягивающие горизонтальные нормальные напряжения в их стенках.

В тех же условиях на стенках оболочек меньшего диаметра 2 будет действовать разность давлений заполнителей 8 и 9 соответственно с наружной и внутренней сторон оболочек меньшего диаметра 2.

В этих же условиях на днище 3 оболочки большого диаметра 1 сверху будет действовать давление, вызванное весом материала оболочек меньшего диаметра 2 и суммарным весом заполнителя 8, находящегося не-, посредственно внутри оболочки большого диаметра 1, и заполнителя 9, находящегося внутри всех оболочек меньшего диаметра 2, .за вычетом нагрузки от той части-веса заполнителя 9, которая, благодаря силам трения, будет передаваться на стенку оболочки большого диаметра 1.

При этом снизу на днище 3 будет действовать давление, отвечающее реакции грунта основами 6 и взвешивающее давление воды.

При эксплуатации гидротехнического сооружения внешние силовые воздействия, вызванные навалом судов, нзтяж ением швартовых, ледовыми и волновыми нагрузками, а также давлением грунта засыпки, приложенным с наружной стороны оболочек большого диаметра 1, будут восприниматься каждый из оболочек большого диаметра 1 и через ее днище 3 и кольцевой нож 5 передаваться далее на грунт основания 6.

Кроме того, наличие кольцевого ножа 5, кромка которого погружена ниже уровня дна 4, позволит предотвратить возможный подрыв дна 4 перед сооружением, вызываемый волнением и течениями.

При использовании сооружения в качестве основания буровой платформы и хранилища для нефтепродуктов оболочка большего диаметра 1 должна иметь открытый нижний конец, а оболочки меньшего

диаметра 2 должны быть снабжены днищами 18, причем часть оболочек меньшего диаметра 1, когда их общее число превышает шесть штук, служит емкостями 19 для нефтепродуктов.

Во, время эксплуатации буровой платформы емкости 19 для нефтепродуктов изнутри подвергаются силовому воздействию, вызванному давлением от веса хранящихся

0 в них нефтепродуктов,

В случае, если оболочки большого диаметра 1 первоначально применены в составе одного гидротехнического.сооружения, а затем предусмотрено их повторное исполь5 зование в других сооружениях, то, перед транспортировкой их на плаву на новое место установки, должны быть выполнены следующие Предварительные мероприятия, способствующие восстановлению первона0 чальной положительной плавучести оболочек большого диаметра 1: разработка надстройки 3 оболочек большого диаметра 1, состоящей из кольцевого оголовка 12 и уложенной на него круглой плиты перекры5 тия 13; освобождение от заполнителя 9 внутренних полостей оболочек меньшего диаметра 2; освобождение от заполнителя 8 пазухи между внутренней поверхностью оболочки большого диаметра 1 и наружны0 ми поверхностями оболочек меньшего диаметра 2.

После этого всплывшая оболочка большого диаметра 1 будет готова для транспортировки на плаву на новое место установки.

5 Технике - экономические преимущества данного гидротехнического сооружения заключаются в следующем:

Наличие внутри каждой оболочки большого диаметра, из которых состоит соору0 же ние, нескольких скрепленных с ней изнутри оболочек меньшего диаметра, в случае наклона оболочки большого диаметра относительно вертикали, возникшего вследствие осадки грунта основания при ее

5 установке на дно, позволяет достаточно легко привести оболочку большого диаметра в вертикальное положение, путем поэтапной загрузки внутренних полостей соответствующих оболочек меньшего диаметра запол0 нителем.

Увеличение жесткости всех оболочек большего диаметра за счет скрепленных с каждой из них изнутри нескольких оболочек меньшего диаметра дает возможность 5о5 лее эффективно воспринять всеми оболочками большогб диаметра внешние силовые воздействия, вызванные навалом судов, натяжением швартовых, ледовыми и волновыми нагрузками, а также давлением грунта засыпки, действующим в определенных случаях с наружной стороны оболочек большого диаметра.

Наличие кольцевого ножа, расположенного ниже уровня нижней плоскости днища каждой оболочки большого диаметра, дает возможность заключить часть объема грунта основания, расположенного подднищем, в обойму, что ведет к упрочнению грунта основания и, тем самым, предотвращает значительные его осадки. Помимо этого, благодаря наличию кольцевого ножа, исключается возможность подмыва дна перед оболочками большого диаметра, вызываемого обычно воздействием волнения и течений..

Предусмотренная сборность конструкции гидротехнических сооружений из оболочек большого диаметра позволяет использовать последние предварительно в составе ряда других сооружений, что ведет к значительной экономии материалов.

В случае использования гидротехнического сооружения в качестве основания буровой платформы и хранилища для нефтепродуктов, когда оболочка большого диаметра имеет открытый нижний конец, а оболочки меньшего диаметра, о количестве, превышающем три штуки, снабжены днищами, дополнительные оболочки меньшего диаметра могут служить емкостями для хра- нения нефтепродуктов. Таким образом отпадает необходимость в строительстве отдельного нефтехранилища за пределами буровой платформы.

Экономический эффект от использова- ния изобретения при выполнении гидротехнического сооружения общей высотой 15,0 и длиной 100 м. состоящего из стальных оболочек большого диаметра с встроенными внутри каждой из них тремя стальными оболочками меньшего диаметра, вместо традиционного гидротехнического сооружения, состоящего из железобетонных оболочек большого диаметра, для условий района порта Диксон позволяет получить экономический эффект за счет облегчения и ускорения производства работ по возведению сооружения.

Формула изобретения

1. Гидротехническое сооружение, включающее надстройку и вертикально установленные под ней и частично заглубленные в грунт основания оболочку большого диаметра с размещенной внутри нее объемной конструкцией меньшего диаметра, при этом внутренние полости последних заполнены грунтом засыпки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности сооружения путем обеспечения возможности управления его осадками в процессе возведения и эксплуатации, объемная конструкция меньшего диаметра размещена по периферии внутренней полости оболочки большего диаметра симметрично относительно ее вертикальной оси и выполнена по меньшей мере из двух оболочек меньшего диаметра, жестко связанных своими стенками со стенкой оболочки большого диаметра, прич.ем оболочка большого диаметра и/или оболочки меньшего диаметра выполнены с днищами, расположенными выше из нижних кромок на величину заглубления в грунт основания, при этом надстройка выполнена с отверстиями над оболочками меньшего диаметра, перекрытыми люками.

2. Сооружение поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью обеспечения возможности демонтажа сооружения и повторного использования его элементов в составе другого сооружения, надстройка сооружения вы-, полнена в виде разборной конструкции, состоящей из кольцевого оголовка, установленного на верхний торец бболочки большого диаметра, и центральной круглой плиты.

ФигЛ

Использование: в гидротехническом строительстве, при возведении преимущественно на слабых грунтах опор оградительных и причальных сооружений в суровых гидрометеорологических условиях. Сущность изобретения: по периферии внутренней полости оболочки большого диаметра, симметрично относительно ее вертикальной оси размещены по меньшей мере две оболочки меньшего диаметра, жестко свя- занные своими стенками с.о стенкой оболочки большого диаметра. Оболочки большого диаметра и/или оболочки меньшего диаметра имеют днища, расположенные выше их нижних кромок на величину заглубления в грунт основания, при этом надстройка выполнена с отверстиями над оболочками меньшего диаметра, перекрываемыми люками. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.