ВОЛНОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ "ГАК" ДЛЯ АКВАТОРИЙ

Техническое решение относится к устройству оградительных гидротехнических сооружений (молов и/или волноломов) и может быть использовано в акваториях морских портов.
Известные волнозащитные сооружения [6, 7 и др.] традиционно включают установленные вертикально или ступенчато подпорные стенки с засыпкой (наброской) камнем или грунтом. Такие стенки могут быть выполнены из ребристых или трапецеидальных блоков, либо из плит с перфорацией.
Однако, подобные устройства недостаточно эффективны для волногашения, так как имеет место сильная отраженная волна, создающая проблемы в прилегающих акваториях. К тому же применение этих устройств имеет существенные ограничения по грунтам основания с точки зрения их несущей способности и размываемости.
Сильные ударные воздействия волн о непроницаемую стенку и, как следствие, отраженная волна, могут быть существенно уменьшены и даже полностью предотвращены в сквозных конструкциях. Например, ряд известных устройств [1, 2], в которых волнозащитное сооружение является проницаемым и выполнено в виде двух рядов свай с насаженными на них волногасящими элементами из железобетонных блоков, имеющих сквозные отверстия, которые повышают эффективность волногашения. Пространство между рядами свай заполняется наброской из камня. В этих сооружениях волногасящие элементы располагаются по всей высоте сооружения.
Известны также предложения по конструкции проницаемых молов и волноломов [3, 4, 5], в которых волногасящие элементы располагаются только в приповерхностном слое. Однако подобные молы и волноломы, обладая, в ряде случаев, сравнительно невысокой материалоемкостью, стоимостью и относительной простотой возведения, из-за отсутствия свайных рядов являются недостаточно надежными и долговечными, не исключают деформаций и локальных разрушений при сильном волнении, что ограничивает их применение. Кроме того, такие сооружения могут использоваться на акваториях со сравнительно небольшими глубинами (3 -5 м).
В последнее время предложен ряд глубоководных волногосящих сооружений: оградительные молы [1, 2] с использованием совокупности двух рядов металлических свай с насаженными на них железобетонными элементами и каменной засыпкой (наброской) внутри, установка [5] для защиты от воздействия ветровых волн в виде системы наклонных до 30° к горизонту пластин (плит).
Сооружения [1, 2] имеют достаточную устойчивость, надежность и долговечность при определенных условиях применения.
Оградительный мол [2] содержит забитые в морское дно два ряда вертикальных свай и насаженные на сваи волногасящие элементы. Два вертикальных ряда свай с заполнением внутреннего пространства камнем образуют ряжевую конструкцию.
Оградительный мол [1], принятый за прототип, также представляет из себя ряжевую конструкцию. При этом мол [1] включает два ряда наклонных свай с насаженными на них волногасящими элементами, проницаемыми только в приповерхностном слое, нижняя часть мола непроницаемая. Внутреннее пространство между рядами свай в верхней проницаемой части мола заполнено наброской из камня или бетонных блоков, в нижней непроницаемой части в целях экономии дорогостоящего камня (бетонных блоков) обычной горной породой.
Достоинством этого сооружения [1] в отличие от мола [2] является реализация совокупности волногасителей сплошного и сквозного типа и меньшая стоимость. Однако и те и другие устройства [1, 2] при больших глубинах акватории (10÷20 м и более) при наличии в основании слабых грунтов имеют ограничения в применении из-за очень больших нагрузок на эти грунты. Учет этого фактора приводит к чрезмерному удорожанию подобных конструкций, которые и так недешевы, и увеличению сроков строительства.
Указанные недостатки прототипа [1] и других известных технических решений могут быть устранены при использовании принципа размещения волногасящих элементов молов и волноломов в зоне максимального волнового воздействия [3, 4, 5], который совместно с усовершенствованными основными признаками прототипа [1] и аналога [2] позволяет получить эффективную защиту от волновых воздействий при приемлемых сложности и стоимости сооружения и сроках его возведения.
Сущность технического решения предлагаемого оградительного сооружения заключается в создании наиболее рациональной конструкции, позволяющей осуществлять защиту от волн при больших глубинах акватории в зоне эффективного волногашения (вблизи водной поверхности).
Основной технический результат предлагаемого устройства - обеспечение высокой степени волногашения, устойчивости и надежности сооружения при снижении трудоемкости, материалоемкости и стоимости волнозащиты за счет реализации наиболее рациональной конструкции мола проницаемого типа с размещением элемента волногашения в приповерхностной зоне акватории. Дополнительные технические результаты предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом: 1) улучшение водообмена и экологических условий для огражденных участков акватории; 2) возведение волнозащитного сооружения (специальное название: «ГАК») с использованием новой специальной решетчатой пространственной конструкции, снабженной обоймами, служащими кондуктором для погружения свай и монтажа сооружения в целом. Решетчатая пространственная конструкция служит также для непосредственного размещения волногасящей каменной наброски.
Технический результат достигается следующим образом.
Волнозащитное сооружение содержит два ряда металлических опорных свай, погруженных в донный грунт с заданным шагом перпендикулярно направлению движения волн, и насаженные на сваи пространственные решетчатые конструкции, которые образуют в поперечном разрезе трапецию, при этом внутреннее пространство решетчатых конструкций заполнено наброской из камня или бетонных блоков.
Отличительной особенностью данного волнозащитного сооружения является то, что жесткая решетчатая конструкция снабжена направляющими обоймами, являющимися кондуктором для погружении опорных свай в донный грунт, причем направляющие обоймы закреплены в верхних и нижних углах решетчатой конструкции с заданным наклоном, соответствующим наклону погружения опорных свай, а сама решетчатая конструкция вследствие распора между наклонными сваями самофиксируется в приповерхностной части акватории в зоне максимального волнового воздействия.
Волнозащитное сооружение, кроме того, отличается тем, что решетчатая конструкция выполнена в виде металлического трапецеидального каркаса из труб меньшего диаметра, чем диаметр опорных свай, с размерами ячеек меньше размеров камня (бетонных блоков) наброски и высотой не менее высоты волны, от которой производится защита, и снабжена внутренней крестообразной усиливающей рамой, жестко соединенной своими концами с нижними и верхними направляющими обоймами.
При этом волнозащитное сооружение выполнено расчетной протяженности и заданной в плане конфигурации, например, прямолинейной, криволинейной или выполненной с ответвлениями.
На чертеже представлена общая схема конструкции волнозащитного сооружения «ГАК» в поперечном сечении.
Волнозащитное сооружение содержит металлические опорные сваи 1, решетчатые пространственные конструкции 2 с жесткой крестообразной рамой 2б и направляющими обоймами 2а и наброску 3 из камня или бетонных блоков.
Защита акваторий посредством предложенного гидротехнического сооружения производится следующим образом.
Известно, что волновое воздействие наиболее интенсивно в приповерхностном слое вблизи уровня водной поверхности на глубинах, равных высоте волны, от которой производится защита.
В предлагаемой конструкции каменная наброска, являющаяся основным элементом, благодаря которому происходит гашение энергии волны, конструктивно располагается именно в приповерхностном слое акватории. Размеры наброски в поперечном сечении подбираются исходя из конкретных условий, основными из которых являются: глубина в месте установки волнолома, высота волны, от которой производится защита акватории и высота волны, которая допускается на защищаемой акватории. На предварительной стадии подбор осуществляется посредством выполнения инженерных расчетов, затем размеры уточняются при помощи гидравлического моделирования.
За счет новых существенных признаков предложенного волнозащитного сооружения: более рациональной конструкции трапецеидальной формы в приповерхностной зоне акватории и за счет использования проницаемых волногасителей обеспечивается технический результат - высокая степень гашения волн в зоне эффективного волногашения, устойчивость и надежность сооружения при снижении трудоемкости, материалоемкости и стоимости волнозащиты. Благодаря полностью проницаемой части между дном и каменной наброской достигается дополнительное улучшение водообмена и экологических условий в защищаемой акватории. Таким образом, в предлагаемом техническом решении достигается оптимальное значение комплексного критерия «сложность - стоимость - эффективность», т.е. минимальная стоимость при высокой эффективности волногашения и приемлемой сложности сооружения мола.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналог:
1. RU 41741 U1, 10.01.2004 (прототип).
2. RU 17706 U1, 20.04.2001 (аналог).
3. RU 2098548 С1, 10.12.1997 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. RU 2147641 С1, 20.04.2000.
5. RU 2004126177/03 А, 10.12.1997.
6. Морской энциклопедический справочник: В 2-х томах. Том 2 / Под ред. Н.Н.Исанина. - Л.: Судостроение, 1987, 520 с. (см. Оградительные сооружения, с.15-17).
7. Новый политехнический словарь / Под ред. А.Ю.Ишлинского. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2003, 671 с. (с.83-84).