Условия применения оградительных сооружений гравитационного типа.

В результате действия на сооружение гравитационного типа значительной горизонтальной нагрузки от давления волн или льда напряжения под его подошвой при сравнительно небольшой ширине распределяются неравномерно. При больших давлениях камень даже из прочных пород (гранит, диабаз, диорит и др.) начинает разрушаться, так как в точках контакта между отдельными камнями напряжения превышают предел прочности камня на сжатие.

При скальных грунтах, если не устраивается каменная постель, сооружения гравитационного типа могут возводиться на любой глубине, доступной по условиям производства работ и экономически обоснованной. В то же время и при малых глубинах воды на подходе нет особых противопоказаний к применению сооружений вертикального профиля вообще и гравитационного типа в частности, но в этом случае необходимо рассчитывать устойчивость сооружения, на прочность основания исходя из воздействия прибойных или разбитых волн.

Оградительные сооружения гравитационного типа могут возводиться в условиях волнения различной силы. Оградительные сооружения гравитационного типа чувствительны к неравномерным осадкам, поэтому их можно возводить лишь на достаточно плотных грунтах. При слабых илистых грунтах требуется предусматривать специальные мероприятия по их уплотнению.

Оградительные сооружения вертикального профиля удобно использовать для швартовки судов, размещения знаков навигационной обстановки, специального оборудования.

Для возведения гравитационных оградительных сооружений вертикального профиля требуется значительно меньшее количество материалов, чем для сооружений откосного профиля, и эта разница резко возрастает с увеличением глубины.

Таким образом, наиболее оптимальные условия для возведения оградительных сооружений гравитационного типа будут при глубине воды в месте строительства до 20–28 м, высоте волны 5…7м и более и достаточно плотных грунтах.

14.2.2 Оградительные сооружения откосного профиля

Сооружения откосного профиля могут с успехом применяться в любых гидрологических и инженерно – геологических условиях. Ограничениями служат только их высокая стоимость при небольших глубинах и невозможность получения местного камня необходимой крупности (монолитов).

В последнее время сооружения этого типа получают преимущественное распространение, причем в подавляющем большинстве случаев для покрытия откосов применяют бетонные фигурные блоки. При использовании внутренней стороны оградительных сооружений откосного типа для швартовки судов приходиться возводить отдельно причальные конструкции и устраивать по гребню сооружения дорогу для проезда транспорта.

Взаимодействие волн с волноломами откосного профиля коренным образом отличаются от взаимодействия с вертикальными стенками. Здесь почти отсутствует ограждение волн и волновой энергии от сооружения, а, следовательно, не образуется стоячих волн с повышенными размывающими донными скоростями. Разрушение волн на откосе происходит с высокой интенсивностью волнового давления, однако, их действие, как правило. Не угрожает потере устойчивости всего сооружения; здесь достаточно обеспечить устойчивость отдельных его элементов (камней или массивных блоков), прикрывающих откосы. Все это способствовало широкому распространению волноломов откосного профиля в практике морового портового строительства. Масштабы их возведения особенно возросли с появлением фасонных блоков.

Сооружения откосного профиля могут возводиться из несортированного и сортированного камня, с покрытием из массивовой наброски и кладки, из массивной наброски, песчаные дамбы и т.д.

Наброску из несортированного камня применяют при минимальных глубинах и слабом волнении (рис.).

Устойчивость откосов каменно – набросных сооружений зависит от силы волнения, крупности и массы камня, его формы и крутизны откоса.

Наброска из сортированного камня имеет более крутые откосы, устойчивые при более сильном волнении, так как здесь в зонах с более интенсивным волновым воздействием укладывается более крупный камень. Существуют три разновидности этих сооружений.

Наброска с покрытием представляет собой ядро из мелкого камня, отсыпанное почти полным профилем и прикрытое по откосам и на гребне одним – тремя слоями более крупного камня. Одно из таких сооружений дано на рис. здесь выделены три характерные части:

1) ядро из мелкого камня;

2) промежуточный слой из более крупного материала, служащий в зоне активного воздействия обратным фильтром;

3) защищенный слой с камнем наибольшей крупности.

Послойная наброска (см. рис.) состоит из нескольких слоев по высоте: нижний (ядро) – отсыпают без всякой защиты из карьерной мелочи или даже намывают грунтом до глубины, равной 2,5 – 3,0 высотам волны, средний – отсыпают из камня средней крупности до глубины порядка 0,75 строительной высоты, верхний – возводят из камня максимальной крупности до отметки гребня сооружения (из расчета шторма максимальной силы, ожидаемого в период срока службы сооружения).

Слабое место схемы – высокая пористость наброски, снижающая качества сооружения. Данная наброска не имеет тех недостатков, которые характерны для наброски с покрытием.

Комбинированная наброска представляет собой сооружение, в котором послойная структура внутри и в тыловой части сочетается с упрощенным покрытием в виде утолщенного наклонного защитного слоя со стороны моря. Преимущества наброски: более высокий относительный объем мелкой фракции камня и меньшая средняя пористость, более низкая сложность и трудоемкость защитных и промежуточных слоев.

Каменно–набросные волноломы с покрытием из массивовой кладки (рис.) отличаются от наброски с каменным покрытием крупностью элементов покрытия. Применяют их при сильном волнении, когда естественные глыбы массой свыше 15 т добывать трудно и дорого. Наиболее распространенными являются блоки массой 40 – 60 т поскольку крупность массивов может быть любой (в пределах грузоподъемности имеющихся кранов), этими сооружениями можно гасить волнение любой силы. Однако, имея гладкие грани, массивы правильной формы трудно удерживаются на прикрываемом каменном откосе. Для предотвращения сползания массивов в нижней части защитного слоя возводят мощную упорную берму из массивовой кладки на развитой каменной упорной призме (рис.). Для надежной защиты откоса от прямых ударов волн иногда требуется по два слоя массивовых и белее. Однако столь плотная преграда вызывает при откатывании волны мощное гидродинамическое противодавление снизу, для противодействия которому кладку дополнительно пригружают сверху. Гладкая поверхность откоса способствует беспрепятственному сильному вкатыванию волны на сооружение, что в свою очередь требует соответствующего возвышения гребня над спокойным горизонтом, иногда с возведением на нем тяжелого парапета. Сооружение становится громоздким и дорогостоящим.

Покрытие из массивовой наброски повышает ее волногасящую способность и поэтому используется гораздо чаще. Однако для надежности крепления необходимо, по меньшей мере, двухслойное покрытие с промежуточным слоем из крупного камня мощной упорной призмой (рис.).

Волнолом из массивовой наброски, расположенный на каменной постели, широко был распространен как в нашей стране, так и за рубежом. Это было связано с тем, что добыча крупных скальных глыб и их транспортировка к месту укладки порой весьма затруднительны или невозможны. Максимально высокая пористость массивовой наброски (42 – 48%), снижающая волногасящий эффект и повышающая способность пропускать наносы – существенный недостаток этого типа сооружения.

Общим недостатком откосных сооружений с использованием обыкновенных массивов правильной формы является отсутствие взаимной связи между отдельными массивами, раскатываемыми сильным волнением. При волнении высотой свыше 8 м потребная масса устойчивых на откосе массивов становится чрезмерно большой или необходимое для устойчивости заложение откоса – чрезмерно поглотим. Для устранения или смягчения этого и других недостатков в построении в 60–х годах перешли на использование массивов неправильной формы – фасонные массивы.

Сооружения фасонных массивов (блоков) благодаря взаимному зацеплению, обеспечивающему их надежную устойчивость на откосе при сравнительно малой массе, в последнее время уверенно вытесняют откосное сооружение с применением обычных массивов, несмотря на сложность изготовления блоков. Как наброска, так и кладка из фасонных массивов обладают высокой проницаемостью, уменьшающей высоту наката и противодавление волн, однако не снижающей сопротивление его пор из–за сложной геометрической формы блоков сохраняется высоким. Эти сооружения отличаются более крупными откосами, меньшей шириной и высотой (рис.).

Основные типы фасонных блоков. Геометрические характеристики некоторых блоков, используемых в оградительных сооружениях, приведены на рис.

Тетрапод – четырехлучевой центрально – симметричный фасонный блок – самый распространенный в мировой и отечественной практике. В защитном покрытии тетрапод укладывают, как правило, двумя слоями: в первом (нижнем) слое тремя конусами он опирается на прикрываемую поверхность, во втором (верхнем) слое, наоборот, вставляется в образовавшиеся зазоры одним конусом вниз. При таком расположении достигается наибольшая плотность, зацепляемость и устойчивость.

Квадрипод – четырехлучевой осесимметричный блок, отличается от тетрапода тем, что оси трех конусов из четырех расположены в одной плоскости. Центр тяжести расположен ниже, чем у тетрапода, однако зацепляемость с каменно – набросной поверхностью хуже, чем у последнего. Укладывают его, как и тетрапод, двумя слоями.

Гексапод – шестилучевой центрально – симметричный блок, отличается большой зацепляемостью, однако центр тяжести находится сравнительно высоко. Благодаря наличию шести лучей его можно использовать как в двухслойном, так и в однослойном покрытии.

Трибар – три параллельных цилиндра, объединенных своими центрами осесимметричной трехлучевой цилиндрической вставкой. Обладает особо высокой зацепляемостью с каменно – набросным сооружением и шероховатостью волногасящего слоя. Для устранения или смягчения этого и других недостатков в портостроении в 60–х годах перешли на использование массивов неправильной формы – фасонные массивы.

Сооружения из фасонных массивов (блоков) благодаря взаимному зацеплению, обеспечивающему их надежную устойчивость на откосе при сравнительно малой массе, в последнее время уверенно вытесняет откосное сооружение с применением обычных массивов, несмотря на сложность изготовления блоков. Как наброска, так и кладка из фасонных массивов обладают высокой проницаемостью, уменьшающей высоту наката и противодавление волн, однако не снижающей волногасящую способность волнолома, так как гидравлическое сопротивление его пор из–за сложной геометрической формы блоков сохраняется высоким. Эти сооружения отличаются более крутыми откосами, меньшей шириной и высотой (рис.).