ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ

Полезная модель относится к разновидностям гидротехнических сооружений, таких как волноломы, откосы, дамбы, берегоукрепления и пр., которые имеют высокую несущую способность и могут быть использованы, в частности, для защиты от ветровых волн и льда акватории порта и рейдовых причалов, подходов к каналам и шлюза порта, береговых участков моря.
В Политехническом словаре (3-е изд. -М.: Советская энциклопедия, 1989, стр.91) представлено несколько вариантов выполнения конструкции гидротехнического сооружения (волнолома), вертикальная стена контрфорсного типа которого сформирована из постели из каменной наброски, размещаемой на постели кладки из массивов или железобетонной оболочки - понтона, заполненной камнем и надстройки, устанавливаемой на кладке.
Известные варианты обладают достаточно простой конструкцией, но, вместе с тем, выполнение в одном из вариантов конструктивного выполнения несущего элемента вертикальной стенки гидротехнического сооружения (волнолома) составной, из двух частей, соединение которых представляет собой по существу основание консольной балки, воспринимающей максимальные нагрузки от воздействия внешнего волнения (льда), создает предпосылки для разрушения указанного соединения, что в свою очередь, снижает надежность конструкции в целом.
Из этого же источника информации известно выполнение вертикальной стенки гидротехнического сооружения (волнолома) в виде свайных рядов, формируемых из несущих частей - свай с каменной засыпкой и надстройки, размещаемой на верхней торцовой поверхности сваи.
Недостатком такого конструктивного выполнения является наличие зазоров в каменной засыпке, свободное, без какой-либо фиксации элементов засыпки как друг относительно друга, так и относительно стенок сваи, что помимо воздействия волновой нагрузки, сопровождается появлением дополнительной вибрационной и ударной нагрузки, что также снижает надежность конструкции гидротехнического сооружения (волнолома). Кроме того, такого рода конструкции не обладают достаточным запасом прочности на изгиб при сжатии, что имеет первостепенное значение при возведении гидротехнических конструкций и устройств с высокими прочностными характеристиками, способными воспринимать активное боковое и фронтальное давление динамически изменяемой силовой (волновой, ледовой) нагрузки.
Технической задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель является создание конструкции гидротехнического сооружения, обладающей повышенными прочностными характеристиками, а также высокой несущей способностью готового изделия воспринимать активное боковое и фронтальное давление динамически изменяемой силовой (волновой, ледовой) нагрузки.
Это же является и техническим результатом, для достижения которого предназначена заявленная полезная модель.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что заявленная полезная модель содержит вертикальную стенку контрфорсного типа, сформированную из ряда сопрягаемых между собой несущих частей с надстройкой, образующих свайный ряд, при этом несущая часть выполнена в виде стальной сваи, заполненной твердым компонентом в виде грунтоцементного ядра, причем размещаемая на свае надстройка выполнена в виде бетонных блоков, армированных базальтовым волокном, при этом грунтоцементное ядро дополнено армирующими компонентами в виде трубчатого элемента и базальтового волокна, причем базальтовое волокно, как в свае, так и в бетонных блоках представляет собой короткомерные отрезки (фибру) с длиной от 12 до 25 мм и диаметром от 12 до 25 мкм, при этом их весовое соотношение составляет 1-4% от веса цемента, как грунтоцементного ядра сваи, так и блока.
На фиг.1 представлена конструкция предлагаемого гидротехнического сооружения, где
вид «a» - конструкция сваи с надстройкой;
вид «в» - конструкция гидротехнического сооружения в плане;
вид «с» - конструкция гидротехнического сооружения при виде спереди;
вид «d» - варианты выполнения надстройки (фибробетонных блоков).
Конструкции, сопряжением которых друг с другом, формируют вертикальную стенку гидротехнического сооружения, образуя защитный свайный ряд, состоят из несущей части - сваи 1 и взаимодействующего (их) с этой сваей надстройкой в виде фибробетонного (ых) блока (ов) 2.
В качестве сваи используется стальная труба.
Полость сваи 1 по всей высоте до верхнего обреза трубы зацементирована с образованием твердого компонента из грунта и цемента с формированием грунтоцементного ядра по струйной технологии ««Jet Grouting».
При цементации используют в качестве армирующих компонентов трубчатые элементы 3, например, буроинъекционные штанги «Титан» или анкерные сваи «Атлант», которые остаются в теле сваи, как в качестве армирующего элемента, так и анкерного устройства.
Для повышения прочностных характеристик сваю дополнительно армируют базальтовым волокном 4.
Буроинъекционные штанги, как и анкерные сваи, в ходе эксплуатации защитной преграды (гидротехнического сооружения) могут быть использованы, при необходимости, для дополнительной инъекции тонкодисперсными составами (например, «Микродур») скрытых полостей в случае их образования в зоне анкеровки стальных свай.
Надстройка - фибробетонные блоки 2 (бетонные блоки, армированные базальтовым волокном) предназначены для восприятия нагрузок от ветровых волн и воздействия льда и передачи этих нагрузок на заанкаренные стальные сваи.
Размеры и конфигурация фибробетонных блоков 2 зависят от их требуемой несущей способности. Некоторые варианты их конструктивного исполнения представлены на фиг.1, вид «d». В необходимых случаях, для увеличения несущей способности, указанные блоки дополнительно армируют композитной (неметаллической) арматурой в соответствии с существующими нормами, исходя из условия равнопрочной замены металлической арматуры на композитную.
Базальтовое волокно, содержащееся как в стальной свае, так и в бетоном блоке, представляет собой короткомерные отрезки (фибру) с длиной от 12 до 25 мм и диаметром от 12 до 25 мкм, а его весовое соотношение составляет 1-4% от веса цемента, как грунтоцементного ядра сваи, так и блока.
Такие свая и бетонный блок обладают высокими механическими характеристиками материалов и значительной несущей способность на сжатие, изгиб и сдвиг (срез), а также повышенной долговечностью, морозостойкостью и т.д.
Высокие механические характеристики материалов, в свою очередь, объясняются тем, что структура бетона, армированного базальтовой фиброй, близка к структуре бетона, армированного стальной сеткой. Однако бетон, армированный базальтовой фиброй, обладает более высокой прочностью и стойкостью к деформациям, т.к. армирующая его фибра обеспечивает более высокую степень дисперсности армирования бетонного камня и само базальтовое волокно обладает более высокой, чем стальная сетка, прочностью. Кроме того, бетон, армированный базальтовой фиброй, может переносить большие упругие деформации, потому что базальтовой волокно при растяжении не подвергается пластической деформации, при этом, чем короче волокно, тем в большей степени проявляется данный эффект, а по упругости превосходит сталь.
При формировании вертикальной стенки гидротехнического сооружения, фибробетонные блоки 2 нанизываются на стальные сваи, для чего в теле каждого блока выполнены технологические (конструктивные) отверстия 5 (вид «d») соответствующих размеров и формы.
Сама свая погружается в грунт с определенным расчетным шагом, при этом следует иметь в виду, что увеличение шага стальных свай, приведет, с одной стороны, к уменьшению их количества, а с другой - к увеличению диметра сваи, поскольку нагрузка на сваи увеличится. Одновременно, с увеличением шага увеличится длина и сечение фибробетонных блоков и, соответственно, их масса. Все это, в том числе, необходимо учитывать при конструировании гидротехнического сооружения.