Оградительные сооружения вертикального профиля

Основные элементы оградительных сооружений вертикального профиля. Гравитационные оградительные сооружения вертикального типа в общем случае состоят из подводной стенки, надстройки и каменной постели.

Подводная стенка представляет собой главную наиболее ответственную волногасящую часть сооружения, воспринимающую на себя основную долю волновых нагрузок. Конструктивно она может быть выполнена самым разнообразным путем: из бетонных массивов, массивов–гигантов, ряжей, оболочек большого диаметра, свайного типа и т.д.

Надстройка, выполняемая чаще всего в виде сплошной конструкции из монолитного, сборно–монолитного бетона или железобетона, прикрывает собой отдельные элементы (массивы) подводной части волнолома, обеспечивая их взаимосвязь и устойчивость, или же предохраняет от размыва материал заполнения (камень, гравий, песок) в ячейках массивов–гигантов, ряжей, оболочек и т.д. Находясь над водой не во взвешенном состоянии, она оказывает существенное влияние на устойчивость всего сооружения. Состоит надстройка, как правило, из двух элементов: горизонтальной плиты толщиной 1,5 – 2 м. и более, и вертикального или наклонного парапета (рис.)

а – с вертикальной лицевой гранью; б – с криволинейной лицевой гранью; в – с железобетонным козырьком – парапетом; г – неполного профиля; е – с дополнительным волногасителем; 1 – парапет, 2 – горизонтальная плита.

При использовании тыловой стороны волнолома в качестве причального сооружения толщина плиты определятся отметкой причала, а плиту оборудуют соответствующими швартовными и отбойными устройствами, потернами для прокладки инженерных сетей и т.д. Из условий незаливаемости отметку верха плиты назначают несколько выше отметки гребня волн на акватории порта.

Парапет (надстройка) в простейшем случае представляет собой плоскую вертикальную стенку прямоугольной или ступенчатой формы. При недопустимости перелива воды через парапет отметку его верхней грани назначают на 0,5 м выше отметки гребня расчетной волны. При недопустимости переплескивания волн (наличие причала с тыловой стороны и т.д.) лицевой грани парапета придают криволинейную форму, способствующую отражению всплесков в сторону моря. Иногда, вместо массивной бетонной конструкции парапет выполняют в виде тонкостенного железобетонного козырька. Если перелив воды через волнолом допускается, он может быть возведен не на всю высоту или вообще отсутствовать. Если парапет сместить от лицевой грани сооружения, то удар волны на подводную и надводную части волнолома произойдет не одновременно, что приведет к уменьшению волнового воздействия.

Каменную постель в гравитационных оградительных сооружений (рис.) устраивают, как правило, при любых грунтах. При скальных грунтах постель служит в основном для выравнивания поверхности дна и имеет минимальную толщину 0,5 м, а в случае использования мешков с бетоном – 0,25м. При плотных нескальных грунтах постель служит для распределения давления и уменьшения его интенсивности по поверхности грунта основания. Толщину постели в этом случае назначают на менее 1,5 – 2,5 м, причем нижний слой играет роль контрфильтра (из щебня), предотвращая вымывание частиц грунта из–под постели. Они надежны в эксплуатации, долговечны, просты в использовании и возведении. Однако высокая чувствительность к неравномерным осадкам, большие расходы бетона, длительность и низкие темпы работ в открытом море, потребность в больших объемах дорогостоящих водолазных работ и другие недостатки являются серьезными сдерживающими факторами в применении обыкновенных массивов

При слабых грунтах свойство постели распределять давление и уменьшат его интенсивность может оказаться недостаточным для обеспечении необходимой прочности и устойчивости основания. В этом случае принимают дополнительные меры – постель можно возводить с заменой слабого (илистого) грунта по всей его толщине под постелью более прочным материалом, например песком. При значительной толщине напластований замену слабого грунта производят лишь в верхней его части. Песчаная прослойка в этом случае как бы поддерживает сооружение «на плаву» в илистом грунте (плавающая постель). Иногда вместо замены слабого грунта под постелью производят искусственное уплотнение – консолидацию.

Консолидацию грунтов производят с помощью песчаных свай – дрен (рис.), погружаемых с помощью обсадной трубы, заполненной крупнозернистым песком, и вибропогружателя. После погружения трубы на нужную глубину ее поднимают вверх, оставляя в грунте сваю – дрену, через которую из илистого грунта отжимается вода, – таким образом, уплотняется грунт.

Оградительные сооружения из бетонных массивов. Длительная практика использования сооружений этого типа выработала целый ряд их разновидностей.

Сооружения из обыкновенных массивов, имеющих форму параллелепипеда массой до 100 т, уложенных горизонтальными рядами (курсами) со смещением (перевязкой) зазоров (швов) между ними для монолитности кладки (по аналогии с кирпичной кладкой), являются одним из наиболее широко распространенных в этом классе сооружений в отечественной и мировой практике (рис.).

Оградительные сооружения из массивов–гигантов. Массивы–гиганты представляют собой тонкостенные, как правило, железобетонные ящики (понтоны) с достаточной плавучестью и остойчивостью на воде, изготовленные на берегу, буксируемые на плаву и погружаемые с помощью затопления водой через кингстоны на место установки на заранее подготовленное основание и затопляемые затем материалом, обеспечивающим ему достаточную устойчивость при действии на него штормового волнения (рис. а, б). Сооружения из массивов – гигантов отличаются между собой профилем поперечного сечения, материалом засыпки и некоторыми другими признаками.

Профиль массива–гиганта имеет существенное значение при решении вопросов строительства оградительных сооружений этого типа. Прямоугольная форма ящика является простейшей и наиболее рациональной и экономичной, позволяя применять при возведении недорогую скользящую опалубку. Трапецеидальная форма более сложна при возведении, однако, обеспечивает большую устойчивость сооружения. Прямоугольный профиль с днищевой консолью (консолями) проще в изготовлении по сравнению с трапецеидальным и более устойчив по сравнению с прямоугольным ящиком и поэтому является наиболее предпочтительным. Длину ящика принимают 20 – 25 м, но не более утроенной высоты.

Для придания массиву–гиганту большей жесткости внутри ящика устраивают продольные и поперечные переборки, делящие понтон на ряд отсеков (ячеек) размерами 3х4–4х5 м толщину плит у переборок определяю расчетом, у наружных стенок она составляет 25 – 75 см, днища – 40 – 90 см. (в отдельных случаях и более), внутренних переборок 10–25 см. Между смежными ящиками при возведении составляют зазор 15–20 см, обеспечивающий возможные неравномерные осадки и наклоны ящиков без взаимного соприкосновения. Зазоры заполняют стыками различных конструкций для непроницаемости от волновых потоков жидкости.

Затопление отсеков массива–гиганта может быть самым разнообразным. Песчаное, песчано-гравелистое или гравелистое заполнение наиболее дешевое и с минимальной трудоемкостью выполнимое. Однако в случае повреждения наружной стенки ящика может возникнуть угроза утечки материала заполнения в море. Каменное заполнение может быть вымыто из ящика лишь при очень крупных повреждениях наружных стенок, однако оно значительно дороже песчаного. Бетонное заполнение вообще не может быть «вымыто» волнением, однако оно максимально дорого и трудоемко и не позволяет в случае необходимости освободить отсеки от затопления для передвижки ящика при ремонтно-восстановительных работах. Комбинированное затопление - бетонное в крайних отсеках, песчаное или песчано–гравелистое в средних отсеках - является безопасным с точки зрения намыва заполнителя и значительно дешевле бетонного. При подводном бетонировании отсеков необходимо добиваться надежного сцепления бетона заполнения с железобетонными стенками ящика.

Сооружения вертикального профиля свайного типа. При строительстве сооружений свайной конструкции нет необходимости создавать искусственную каменную постель, которая является относительно дорогой и трудоемкой частью сооружения. Сооружения этого типа можно возводить на глубинах 4…5 м из деревянных свай, 7…8 м из тяжелого металлического шпунта. При ячеистой конструкции глубина воды по аналогии с перемычками может быть значительно больше, однако в практике портостроения оградительные сооружения ячеистой конструкции обычно применяют на глубине до 10…12 м, однако при специальном обосновании этот тип сооружения может возводиться и на больших глубинах.

Грунты основания при свайных сооружениях могут иметь меньшую несущую способность, чем это требуется в случае сооружений гравитационного типа, но должны допускать забивку свай или шпунта на необходимую глубину.

Оградительные сооружения свайной конструкции можно возводить на слабых илистых грунтах любой мощности.

Стоимость сооружений свайной конструкции значительно меньше стоимости гравитационных сооружений. Таким образом, оградительные сооружения свайной конструкции могут применяться при меньшей высоте волны по сравнению с сооружениями гравитационного типа и соответствующих инженерно – геологических условиях.

Сооружения смешанного типа. Поскольку гравитационные сооружения вертикального профиля не могут применяться на сжимаемых грунтах при глубине воды больше 20…28 м, а сооружения откосного профиля в этих условиях будут слишком дорогими, то в практике портостроения получили распространение сооружения смешанного типа.

В связи с увеличением осадок судов оградительные сооружения, вынося не большие глубины; в этих условиях сооружения смешанного типа становятся весьма перспективными.

В строительстве на водохранилищах оградительных сооружений смешанного типа насухо они могут быть конкурентоспособными с сооружениями откосного тела с грунтовым ядром, возводимыми методом гидромеханизации при значительной глубине воды.

Окончательно тип сооружений выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Сооружения специальных типов. Эти сооружения предназначены для постоянной и временной защиты акватории и отдельных объектов (технических плавсредств, морских буровых вышек, ворот порта и др.).