Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2009 Учебное пособие по портам Дьячков.doc
Скачиваний:
435
Добавлен:
16.12.2018
Размер:
16.44 Mб
Скачать

Портовые оградительные сооружения Классификация оградительных сооружений

Сооружения, защищающие аквато­рию порта или отдельные ее части от воздействия волн, течений, нано­сов и льда (или от некоторых из этих факторов), называются огради­тельными. Они весьма разнообразны по назначению, типам и свойствам. Классификация оградительных сооружений производится по несколь­ким признакам. По расположению в плане они разли­чаются на внешние и внутренние. Внешние оградительные сооружения защищают акваторию порта от целого комплекса неблагоприятных факторов естественного режима: волнения, течений, наносов, льда и т. д. Они относятся к разряду основных сооружений (выход из строя которых существенно нарушает работу порта, угрожая целостности расположенных на его акватории судов и других объектов) второго класса капитальности (СНиП II-И2-62).

Внутренние оградительные сооружения защищают лишь отдельные части акватории от волнения, проникающего через разрывы во внешних оградительных сооружениях или развивающегося самостоятельно внутри акватории.

Оградительные сооружения, соединенные с берегом, называются молами, отделенные от берега - волноломами (иногда под волноломами понимают любые оградительные сооружения). Наиболее ответствен­ной частью оградительного сооружения является его голова, профиль которой возводится усиленным с учетом увеличенных волновых воз­действий и необходимости размещения на ней навигационных и других устройств. Корень мола соединяет его с берегом. Молы часто исполь­зуются в качестве причальных сооружений.

По форме поперечного сечения оградительные сооружения делятся на вертикальные, откосные и смешанного профи­ля (рис. 52). Профиль сооружения, точнее, его внешней грани, опре­деляет характер и степень волнового воздействия на сооружение.

Вертикальный профиль вызывает при достаточно больших глубинах отражение волн и волновой энергии от сооружения. Возникает так на­зываемая стоячая волна с почти удвоенной высотой и соответственно увеличенными волновым давлением и донными скоростями (скоростя­ми движения частиц воды у дна).

Рис. 52. Типы оградительных сооружений и их элементы:

а, б, всоответственно вертикального, откосного и смешанного профиля; 1—надстройка; 2 — парапет;

3 — подводная часть; 4 — каменная постель; 5 — берменные массивы; 6 — берма постели; 7 — гребень откосного сооружения

Сравнительно небольшая ширина сооружения понизу приводит к существенному возрастанию и резкой неравномерности напряжений в основании. Для распределения напря­жений на большую площадь и предотвращения размыва основания под­водная часть сооружения устанавливается на призму из каменной наброски - каменную постель. С уменьшением глубины воды над бермой постели волна под влиянием откоса каменной призмы может ут­ратить правильный колебательный характер и разрушиться непосред­ственно перед сооружением, вызывая ударное воздействие на него с особенно высокой интенсивностью волнового давления. Сооружения вертикального профиля весьма чувствительны к неравномерным осад­кам. Однако они требуют значительно меньшего по сравнению с откос­ным профилем объема строительных материалов, позволяют исполь­зовать волнолом в качестве причального сооружения, что часто и предопределяет его выбор.

Откосный профиль не нарушает правильного колебательного харак­тера волны на подходах к сооружению, представляющему собой, как правило, наброску из камня или бетонных массивов (блоков). Такие сооружения характеризуются значительной пористостью и часто не мо­гут служить достаточно надежной защитой от проникновения на ак­ваторию порта волновой энергии и наносов. Они требуют для своего возведения чрезмерно больших объемов строительных материалов и их невозможно использовать в качестве причала. Однако в связи с резким снижением явления сложения волн и уменьшением горизон­тальных сдвигающих усилий, а также благодаря наличию широкой подошвы напряжения в основании откосного сооружения практически не возрастают от волнового давления. Донные скорости и неравно­мерные осадки основания не представляют для набросного coopужения серьезной опасности. Такие сооружения чрезвычайно просты в строи­тельстве и надежны в эксплуатации. Ни сила штормов, ни слабость ос­нований не являются непреодолимым препятствием для их возведения. Эти и другие преимущества привели откосные оградительные соору­жения к широкому распространению в практике портового строи­тельства.

Смешанный профиль в зависимости от соотношения между размерами волн и глубиной воды у сооружения и над бермой может вызывать как отражение волн, так и их разрушение перед сооружением (над откосом). В сооружениях смешанного профиля ослабляется основной недостаток откосного сооружения - уменьшается потребный объем строительных материалов и проявляются отдельные достоинства соору­жений вертикального профиля - возможность использования огра­дительного сооружения в качестве причала, создание условий для пропуска по нему транспортных средств и т. д.

По способам обеспечения устойчивости ог­радительные сооружения делятся на гравитационные (полностью располагаемые над поверхностью основания) и частично погружаемые в глубь основания, как правило, свайные.

В гравитационных сооружениях устойчивость на сдвиг и опрокиды­вание обеспечивается за счет собственной массы, рационально распре­деленной по профилю. Они могут иметь как вертикальный, так и от­косный профиль. Гравитационные вертикальные стенки возводят в виде кладки из бетонных массивов (массивовая кладка); железобетон­ных ящиков, заполненных песком, камнем или бетоном (массивы-гиганты); деревянных, заполненных изнутри срубов (ряжи) и т. п. Для предотвращения выпадения отдельных массивов из кладки и утечки материала заполнения из массивов-гигантов или ряжей, а также для повышения волногасящей способности сооружения над его подводной частью возводится надстройка, как правило, из монолитного бетона. В набросных сооружениях из камня или обыкновенных бетонных масси­вов правильной формы собственной массой обеспечивается как общая устойчивость сооружения, так и устойчивость отдельных элементов (камней или массивов), в связи с чем расход строительных материалов в них максимально велик. В откосных сооружениях из фасонных бло­ков различной формы устойчивость отдельных элементов в теле соору­жения достигается не только за счет их массы, но и благодаря их взаимному зацеплению, что позволяет возводить их с более крутыми откосами и соответственно меньшим объемом строительных материалов.

В свайных (погружаемых) сооружениях устойчивость обеспечивается, помимо собственной массы, защемлением свай (оболочек, шпунта) в грунте. Все они представляют собой, как правило, сооружения вер­тикального профиля, и их возводят чаще всего в виде двухрядных перемычек или ячеистой конструкции с заполнением из камня или песка. Значительного снижения стоимости сооружения можно добить­ся, применяя облегченные конструкции (рис. 53).

Сквозные волноломы (рис. 53 а,б) представляют собой разновид­ность стационарного оградительного сооружения облегченного типа. Известно, что волновая энергия концентрируется в верхних слоях и затухает в глубине. Это обстоятельство продиктовало конструкцию сквозного волнолома, состоящую из двух частей: верхнего сплошного пролетного строения, перекрывающего собой основную часть зоны концентрации волновой энергии, и нижних опор. Основным элементом волнолома является передняя грань верхнего строения, от размеров и относительного расположения которой зависит в основном волногасящий эффект ограждения. Конструкция верхнего строения может быть выполнена в виде прямоугольного в поперечном сечении (или дру­гой формы) ящика из железобетона, металла или другого материала (волнолом ящичного или коробчатого типа), или в форме плоского щита (экранный волнолом), или более сложной сквозной пространст­венной формы (решетчатый тип). Попытки создать сквозные волноло­мы с одними вертикальными разрывами в виде отдельных опор-быч­ков или свайных рядов к успеху не привели, так как не обеспечивали сплошного перекрытия зоны концентрации волновой энергии.

В сквозных волноломах строительный материал распределяется по высоте более рационально, чем в обычных оградительных сооруже­ниях. В условиях больших глубин и крутых коротких волн они де­шевле обычных гравитационных оградительных сооружений, чем и оправдывают свое применение. Однако слабая способность гашения более длинных волн, сложность устройства и некоторые другие недо­статки ограничивают их использование на практике.

Рис.53 Волноломы облегченной конструкции

а,б - сквозные волноломы; в,г - полупроницаемые или проницаемые волноломы;

д,е - плавучие волноломы; ж,з - волноломы активного действия

Полупроницаемые или проницаемые волноломы имеют большое коли­чество сравнительно мелких отверстий, пор или щелей, равномерно распределенных по подводной части волнолома (рис. 53 в,г). Этим они отличаются от сквозных волноломов, выполненных с большими проемами и зазорами, через которые свободно проникает волновая энергия, обтекая сплошные преграды. Пористый характер преграды способствует снижению явления отражения и сложения волн перед волноломом и смягчению ударного воздействия волн на сооружение.

К этой категории может быть отнесено и откосное оградительное сооружение из каменной наброски (наброска из крупноблочных массивов по этому признаку занимает промежуточное положение между сквозным и проницаемым типами). В вертикальных оградительных со­оружениях проницаемость преграды создается в виде сравнительно небольших, часто расположенных отверстий в лицевых гранях соору­жения (перфорированный волнолом), тонких щелей в однорядном свай­ном волноломе (щелевой волнолом) или каменной призмы, заключенной между свайными рядами, забитыми со щелями, и т. п. Последние при­меры успешного применения проницаемых и полупроницаемых волно­ломов подтверждают высокую эффективность и экономичность их ис­пользования.

Плавучие волноломы отличаются от сквозных тем, что их верхняя часть, расположенная в зоне концентрации волновой энергии, не нуж­дается в опорах, так как вместо них применяются якорные закрепле­ния, удерживающие волнолом в нужном месте (рис. 53 д,е). Волно­лом может быть выполнен в виде сплошного понтона прямоугольного, ромбообразного, крестообразного и другого вида, предусматриваю­щего отражение волновой энергии от ограждения, сквозного простран­ственного решетчатого гасителя, предусматривающего поглощение волновой энергии сооружением, и т, д. Его поперечный профиль может иметь разнообразную форму.

В плавучем волноломе строительный материал используется более рационально, чем в гравитационных, свайных и даже сквозных волно­ломах, так как масса его конструкций не передается грунту основа­ния. При необходимости секции волнолома можно перебазировать в другой район. Их стоимость почти не зависит от глубины. Однако, как и сквозные, они обладают низким волногасящим эффектом в усло­виях длинных пологих волн и не задерживают наносов. Раскачивание понтонов сопровождается сильными рывками в якорных закрепле­ниях и межсекционных соединениях, поэтому вопрос об уменьшении усилий в креплениях волнолома - наиболее важный на пути к освое­нию этого типа ограждения. Одним из усовершенствованных вариантов конструкции является волнолом из эластичной оболочки, в котором усилия в якорных закреплениях сведены к минимуму, а межсекцион­ные закрепления вообще отсутствуют, так как сооружение сплошное по длине.

Волноломы активного действия (рис. 53 ж,з) - это сооружения, которые нарушают и доводят до разрушения правиль­ное волновое движение жидкости горизонтальными течениями, верти­кальными потоками воды или смесью воды с пузырьками воздуха, а также другими турбулизующими факторами, а не твердыми преграда­ми. Так появились пневматические, гидравлические и некоторые другие волноломы этого типа.

В пневматическом волноломе из подводного трубопровода, располо­женного вдоль линии ограждения, выпускается равномерно через не­большие отверстия сжатый воздух, нагнетаемый компрессорами. Вол­ны, встречаясь на своем пути с образовавшимся под действием огром­ного количества всплывающих к поверхности пузырьков водовоздушным потоком, частично или полностью разрушаются.

Пневматический волнолом отличает невысокая строительная стои­мость (его строительство практически не зависит от глубины воды и от свойств грунта дна), быстрота и простота возведения, возможность пропуска судов над собой и т. п. Однако его работа эффективна лишь при крутых коротких волнах, редко встречающихся в морских условиях.

Гидравлический волнолом представляет собой установку, искусст­венно создающую встречное поверхностное течение, разрушающее волны. Один из вариантов такой установки представляет собой протя­нутый вдоль линии ограждения у поверхности воды трубопровод (опи­рающийся на стационарные или плавучие опоры) с боковыми насад­ками, через которые выбрасываются горизонтальные струи воды. Эф­фективная работа гидравлического волнолома происходит только при коротких крутых волнах.