ВОЛНОГАСЯЩЕЕ НАБРОСНОЕ СООРУЖЕНИЕ ПОЛУОТКОСНОГО ПРОФИЛЯ
WAVE-CANCELING STRUCTURE OF A SEMI-SLOPE STAKE

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и предназначено для защиты акватории берегов и инженерных сооружений от волновых воздействий. Известно волногасящее сооружение по патенту Российской Федерации 2200789, Бюл. №8, 2003 г. «Проницаемое волногасящее сооружение» которое содержит наброску из фигурных блоков или камня, отсыпанной в удерживающий ее каркас, который полностью погружен в воду и выполнен с боковыми стенками в виде решеток, и открытыми верхними и нижними торцами и выполнен из той же наброски в виде верхней призмы с незакрепленными откосами, отсыпанной под уровень каркаса, верхняя отметка которой расположена над водой.
Металлический каркас установлен на дне на опорах, при этом нижний открытый торец каркаса расположен над неровностями дна на высоте, обеспечивающей образование на каркасом при отсыпке в него наброски из фигурных блоков или камня нижней призмы из этой отсыпки с незакрепленными откосами.
Недостатком такого сооружения является невысокая общая устойчивость каркаса как при монтаже и заполнении фигурными блоками, так и при работе сооружения, а также сложность установки каркасов на опорах в протяженное волногасящее сооружение на слабых и крупноблочных грунтах из-за неровностей дна, неравномерностей кренов и осадок отдельных опор.
Технический результат направлен на упрощение и снижение стоимости возведения волногасящего сооружения, а также повышение надежности его работы.
Технический результат достигается тем, что для укрепления шага вертикальных и горизонтальны элементов, а также для повышения жесткости металлического каркаса, боковые стенки металлического каркаса выполнены из трубчатых элементов диаметром не менее 700 мм с диагональными силовыми элементами, при этом сам каркас полностью погружен в воду, содержит наброску из фигурных блоков или крупного камня массой 13 тонн, и установлен на каменную постель, при этом верхний край металлического каркаса расположен ниже уровня воды, а верх наброски выступает над горизонтом воды не менее чем на 3-5 метров и выполнен в классической форме набросного сооружения откосного профиля. Для не выпадения элементов заполнителя из металлического каркаса размер ячеек определяют расчетными показателями:
Я
З,
В ≤ 0,8 * В
Я
З
где В - размер ячейки стенки каркаса, В - размер элемента заполнителя каркаса.
На чертеже представлен общий вид металлического каркаса с отсыпкой. При этом сам металлической каркас 1 изготовленный из металла по ГОСТ 33228-2015 «Трубы сварные», который состоит из трубчатых вертикальных, горизонтальных и диагональных силовых элементов, которые соединены между собой с помощью сварных швов, содержащий наброску фигурных блоков или крупного камня 2 массой 13 тонн установленный на каменную постель 3, которая дополнительно фиксируется на грунте с помощью берм 4.
Проницаемое волногасящее сооружение работает следующим образом. При подходе волн вода хаотически движется в теле сооружения представленной на чертеже в металлическом каркасе 1, основное сопротивление оказывает содержащаяся там наброска фигурного бетонного материала или камня 2, со значительной потерей энергии. Сам металлический каркас с каменной наброской установлен на каменной постели 3, которая выравнивает плоскость установки конструкции и создает правильные силовые линии волновой нагрузки. Сама каменная постель удерживается в донном горизонте с помощью берм 4. В результате чего существенно снижается волновое воздействие на защитные объекты. При этом поскольку волны расчетных штормов, как правило, длинные и ширина волногасящего сооружения практически однородна по глубине, течение при волнении охватывает все слои наброски и верхние и средние и нижние, следовательно применение диагональных соединений металлического каркаса эффективно перераспределяет возникающую нагрузку на все элементы конструкции и более эффективно сохраняет целостность сооружения.
Примеры
Объектом исследований является волнолом. Конструкция барьера представляет собой металлический каркас 20,0×10,0 м из трубы ∅720 мм, разбитую на секций по 5,0 м (в осях), высота каркаса составляет 5,0 м, (4,28 м - в осях). Каркас заполняется гексабитами до отметки +5,0 м и устанавливается на каменную постель из камня массой 15÷100 кг, общая масса волногасящего набросного сооружения составляет 13 тонн. В основании (как с мористой стороны, так и со стороны внутренней акватории), поверх каменной постели укладываются матрасно-тюфячные габионы, толщиной 0,5 м и длиной 3,0 м.
Экспериментальные исследования
Измерение параметров волн выполнялись с помощью измерительной системы. С целью исключения отражения волн в торцевой части лотка отсыпалась волногасящая берма. Каждый опыт повторялся не менее трех раз.
Опыт 1
В опыте №1 оценивалось воздействие волн южного направления 1% обеспеченности в штормах повторяемостью 1 раз в 50 лет на конструкцию надводного барьера (масштаб опытной конструкции 1:400) - высота волн h1% = 11,0 см (4,4 м), а средний период Т = 1,33 с (8,4 с).
В процессе проведения опыта:
- определялась высота наката волн на сооружение;
- оценивалась устойчивость сооружения в целом и наброски из гексабитов массой по 13 т в металлическом каркасе;
- оценивалась устойчивость элементов крепления в основании сооружения (матрасно-тюфячные габионы);
- определялись придонные скорости перед сооружением. Уровень наполнения лотка перед сооружением составил 23,8 см, что соответствовало расчетному уровню 1% обеспеченности.
В результате проведенного опыта получены следующие данные:
- переливов через верх сооружения с отметкой +12,5 см (+5,0 м БС) не наблюдалось, отмечены незначительные всплески;
- высота волн за сооружением составила 3,0÷4,0 см (1,2÷1,6 м); - при накате расчетных волн на сооружение максимальное возвышение гребня достигало отметки +14,0 см (+5,6 м БС);
- крепление основания матрасно-тюфячными габионами недостаточно устойчиво при воздействии расчетных волн. Отмечены перемещения габионов по склону и их вынос в акваторию.
Опыт 2
Для обеспечения устойчивости крепления основания во втором опыте матрасно-тюфячные габионы были скреплены между собой. Все остальные конструктивные параметры сооружения, а также условия проведения по сравнению с опытом №1 не изменялись.
В процессе проведения опыта:
- оценивалась устойчивость крепления основания матрасно-тюфячными габионами, скрепленными между собой;
- измерялась придонная скорость перед сооружением.
В результате проведения опыта №2 получены следующие данные:
- перемещения скрепленных матрасно-тюфячных габионов не отмечено, крепления основания устойчиво к воздействию расчетных волн;
- придонная скорость перед сооружением составляла 62,5 см/с (4,0 м/с). Для обеспечения устойчивости крепления основания сооружения рекомендовано предусмотреть крепление матрасно-тюфячных габионов между собой.
Опыт 3
В опыте №3 оценивалось воздействие волн юг-юго-восточного направления 1% обеспеченности в штормах повторяемостью 1 раз в 50 лет на конструкцию надводного барьера - высота волн h1% = 10,5 см (4,2 м), а средний период Т = 1,30 с (8,2 с). Учитывая результаты, полученные в опыте №2, матрасно-тюфячные габионы в основании сооружения были также скреплены между собой.
В процессе проведения опыта:
- определялась высота наката волн на сооружение;
- оценивалась устойчивость элементов сооружения и крепления основания;
- определялись придонные скорости перед сооружением.
Исследования проводились при расчетном уровне 1% обеспеченности из наивысших годовых уровней Н1% = +1,3 см (+0,52 м БС), что соответствовало уровню наполнения лотка перед сооружением 18,8 см.
В результате проведенного опыта №3 получено:
- сооружение в целом устойчиво к воздействию расчетных волн;
- переливов через волнолом с отметкой верха +12,5 см (+5,0 м БС) не наблюдалось, также, как и в опытах 1 и 2 отмечались незначительные всплески;
- высота волн за сооружением составила 2,9÷3,7 см (1,2÷1,5 м);
- при накате расчетных волн на сооружение максимальное возвышение гребня достигало отметки +12,3 см (+4,9 м БС);
- элементы крепления (матрасно-тюфячные габионы, скрепленные между собой) в основании сооружения были устойчивы к воздействию расчетных волн;
- придонная скорость перед сооружением составляла 57 см/с (3,6 м/с).
Выводы
По результатам проводимых исследований рекомендуется:
1. Для обеспечения устойчивости крепления основания сооружения рекомендовано предусмотреть крепление матрасно-тюфячных габионов между собой.
2. Отметку верха наброски из гексабитов в металлическом каркасе в конструкции надводного барьера принять +5,0 м БС.
3. Отметку верха металлического каркаса в конструкции подводного барьера принять минус 1,5 м.