ВОЛНОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ

Полезная модель относится к гидротехнике и может быть использована для гашения энергии волн.
Известен волнолом, включающий расположенные в водоеме перпендикулярно фронту волн волноводы в виде эластичных оболочек, соединенных с фиксирующим элементом, отличающийся тем, что волноводы выполнены трубчатыми и установлены в фиксирующем элементе вертикально, по меньшей мере, в один ряд, RU 12146 U1.
Данное сооружение является проницаемым, вследствие чего волна в значительной степени проходит на акваторию порта; сквозное сооружение может применяться при высоте волны не более 3-4 м и длине волны не более 50 м, что существенно ограничивает возможность ее использования в морских условиях. Кроме того, данное сооружение не препятствует передвижению наносов в защищаемую акваторию.
Известно волнозащитное сооружение, включающее два ряда свай: один ряд со стороны фронта волны и второй ряд - со стороны защищаемого объекта; сваи второго ряда объединены в глухую стену; все сваи сооружения объединены в верхней части ростверком, AU 646044 В2, фиг.6, 7.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Это сооружение препятствует попаданию наносов в защищаемую акваторию, однако эффективность гашения волн недостаточна, поскольку коэффициент гашения волн данного сооружения и ему подобных составляет 0,4-0,5 (гашение энергии волн не превышает 50%). В результате происходят всплески воды большой высоты, и имеют место интенсивные ударные воздействия на плиту ростверка снизу, а также на ряд свай, объединенных в глухую стену.
Всплески обусловливают перелив значительных масс воды через сооружение в защищаемую акваторию, что может вызвать подтопление причалов, территорий, перегрузочной техники и т.д. Ударные воздействия волн обусловливают необходимость усиления конструкции ростверка, элементов его крепления, а также свай второго ряда, что усложняет конструкцию сооружения, увеличивает ее материалоемкость и стоимость.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности волнозащитного сооружения, предотвращение переливов воды через него, а также уменьшение ударных воздействий на ростверк и сваи, объединенные в глухую стену.
вmax
вmax
вmax
вmax
1
1
np1
np1
1
1
np2
np2
2
2
Согласно полезной модели в волнозащитном сооружении, включающем ряд свай со стороны фронта волны и ряд свай со стороны защищаемого объекта, сваи ряда, расположенного со стороны защищаемого объекта, объединены в глухую стену, при этом все сваи сооружения объединены в верхней части ростверком, между рядом свай со стороны фронта волны и рядом свай со стороны защищаемого объекта установлен промежуточный ряд свай; превышение Н ростверка относительно максимального уровня воды в акватории может составлять Н=(0,8-1,2)h, где h≤10 - принятая максимальная высота волн в акватории, расстояние В между рядом свай со стороны фронта волны и рядом свай со стороны защищаемого объекта составляет В=(0,1-0,2)λ,где λ≤160 - принятая максимальная длина волны в акватории, расстояние B между рядом свай со стороны фронта волны и промежуточным рядом свай составляет B=(0,4-0,6)В, расстояние s между соседними сваями в ряду со стороны фронта волны составляет s=(0,6-1,0)d, где d - диаметр свай в ряду со стороны фронта волны, а расстояние s между соседними сваями в промежуточном ряду - s=(0,15-0,3)d, где d - диаметр свай в промежуточном ряду.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображено:
на фиг.1 - поперечный разрез сооружения;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1;
на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1.
1
2
вmax
вmax
вmax
вmax
1
1
np1
np1
1
1
np2
np2
2
2
Волнозащитное сооружение включает ряд свай 1 со стороны фронта волны. Со стороны защищаемого объекта - акватории 2 морского порта, расположен ряд свай 3, которые объединены в глухую стену. Между рядом свай 1 и рядом свай 3 установлен промежуточный ряд свай 4. Все сваи сооружения объединены в верхней части ростверком 5. Элементы крепления ригеля к оголовкам свай на чертежах не показаны. Сваи заглублены в основание - дно 6 акватории. Сваи 3 соединены между собой посредством шпунтовых замков 7. Все сваи имеют одинаковую высоту и представляют собой металлические трубы. В конкретном варианте исполнения сваи 1 имеют наружный диаметр d=1000 мм, сваи 4 имеют наружный диаметр d=1200 мм. Диаметр свай 3 определяется по условиям прочности и не влияет на эффективность гашения волн. Для предотвращения коррозии труб изнутри они могут быть заполнены бетоном. Превышение Н ростверка относительно максимального уровня воды в акватории составляет H=(0,8-1,2)h, где h≤10 - принятая максимальная высота волн в акватории, расстояние В между рядом свай со стороны фронта волны и рядом свай со стороны защищаемого объекта составляет В=(0,1-0,2)λ, где λ≤160 - принятая максимальная длина волны в акватории, расстояние B между рядом свай со стороны фронта волны и продольными осями промежуточного ряда свай составляет B=(0,4-0,6)В, расстояние s между соседними сваями в ряду со стороны фронта волны составляет s=(0,6-1,0)d, где d - диаметр свай в ряду со стороны фронта волны, а расстояние s между соседними сваями в промежуточном ряду - s=(0,15-0,3)d, где d - диаметр свай в промежуточном ряду.
Сооружение работает следующим образом.
При прохождении волны через ряд свай 1 волна частично разбивается об эти сваи, частично отражается. За сваями 1 происходит разделение ламинарного потока на отдельные потоки и их турбулизация. Волновой фронт достигает промежуточного ряда свай 4, при этом вода проходит за сваи 4 с задержкой, поскольку скорость прохождения волны через ряд свай 4 существенно ниже скорости набегания волны на ряд свай 1. Уровень воды между рядом свай 1 и рядом свай 4 поднимается, часть волновой энергии отражается от ряда свай 4, и происходит перенаправление потока воды навстречу набегающей волне. После прохождения волны за ряд свай 4 происходит поднятие уровня воды за рядом свай 4 и понижение его между рядами 1 и 4 свай. Ряд свай 4 препятствует пропуску и обратному прохождению волны, перенаправляя тем самым потоки воды навстречу друг другу. Происходит смещение фаз прохождения волны через сооружение, и встречные потоки воды гасят друг друга.
Таким образом, повышается эффективность гашения волн, предотвращаются переливы воды через сооружение; поскольку потоки воды гасят друг друга, уменьшаются ударные воздействия на ростверк 5 и сваи 3, объединенные в глухую стену. Это позволяет уменьшить материалоемкость сооружения, упростить его конструкцию.
В таблице 1 приведены результаты гидравлических испытаний сооружения, при этом примеры 1-3 соответствуют соотношениям согласно п.2 формулы полезной модели и представляют собой лучшие варианты исполнения полезной модели. Примеры 4, 5 выходят за рамки соотношений, приведенных в п.2 формулы полезной модели, однако эти варианты обеспечивают более эффективное гашение волн по сравнению с прототипом.
Таблица 1
Таблица гидравлических испытаний волнозащитного сооружения
Примеры № п/п
Н, м
В, м
B<sub>1</sub>, м
S<sub>пр1</sub>
S<sub>пр2</sub>
h<sub>вmax</sub>, м
Коэффициент гашения волн, %
1
6
12
7,2
0,6
0,24
120
0,66
2
7,5
18
9
0,8
0,30
120
0,71
3
9
24
10,8
1,0
0,36
120
0,68
4
4,5
10
3,0
0,4
0,18
120
0,63
5
12
28
19
1,2
0,45
120
0,61
Принятые значения:
h<sub>вmax</sub>=7,5 м
d<sub>1</sub>=1 м
λ<sub>вmax</sub>=120 м
d<sub>2</sub>=1,2 м
Испытания проведены в лаборатории Научно-исследовательского центра 26 ЦНИИ Министерства обороны Российской Федерации, г.Санкт-Петербург.