КАМЕННО-НАБРОСНОЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ
STONE-FILL HYDRAULIC STRUCTURE AND METHOD OF ITS ERECTION

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям, а именно к каменно-набросному гидротехническому сооружению, которое предназначено для применения его в различных целях, например для создания прогулочной набережной, размещения на нем развлекательных объектов и объектов общепита, а также для проезда по нему автомобильного транспорта и т.п.
Из источников патентно-технической информации известны каменно-набросные волногасящие сооружения типа бун из каменной наброски, которые часто разрушаются под воздействием штормовых волн либо из-за недостаточной массы отдельных камней верхнего слоя, либо в результате того, что камень «тонет» в песке, что влечет за собой расстройство всей конструкции (см. кн. «Берегозащитные сооружения». Под редакцией канд. геогр. наук доц. Смирновой Т.Г. - М.: Ассоциация строительных вузов, 2002, стр.172). На стр.191 этого же источника, описаны буны комбинированной конструкции с использованием железобетонных оболочек, состоящие из гребня, бетонной плиты, каменной призмы и каменной постели.
Однако известные буны не обладают прочностью, так как при сильном штормовом воздействии волн они подвергаются разрушению из-за того, что каменная призма не обладает устойчивостью, а бетонная плита не связана прочно с каменной призмой.
Известно проницаемое волногасящее сооружение по патенту РФ №2200789, кл. E02B 3/06, опубл. 20.03.2003 г., которое содержит наброску из фигурных блоков или камня, отсыпанную в удерживающий ее каркас с открытым верхним и нижним торцом, удерживающий каркас полностью погружен в воду, его верхний торец расположен ниже спокойного уровня воды, сверху на каркасе размещена призма из той же наброски с незакрепленными откосами, верхняя отметка призмы расположена над водой, каркас установлен на дне на опорах, нижний его торец расположен над неровностями дна.
Недостатком известного аналога является неустойчивость верхней части его конструкции при штормовом воздействии волн, невозможность использования гребня сооружения для различных целей, а также недолговечность металлического каркаса при воздействии коррозии на уровне воздействия волн (на уровне попеременного увлажнения и высыхания).
Наиболее близким аналогом по назначению и технической сущности является причальное проницаемое волногасящее сооружение по патенту RU №2299948, кл. E02B 3/06, опубл. 27.05.2007 г., бюл. №15, включающее наброску из фигурных блоков или камня, отсыпанную в удерживающий металлический решетчатый каркас с открытыми верхним и нижним торцами, при этом верхний открытый торец расположен ниже спокойного уровня воды, наброска над каркасом уложена в виде верхней призмы, которая по всей своей длине замоноличена железобетонным поясом, на сваи горизонтально и сверху установлена причальная площадка, которая своей средней частью установлена на монолитный железобетонный пояс по всей длине верхней призмы, ширина причальной площадки имеет размер больший, чем ширина удерживающего каркаса, который установлен на железобетонные сваи, сверху на удерживающий каркас установлена железобетонная площадка.
Недостатком известного аналога является усложненная и дорогостоящая конструкция этих сооружений из-за применения железобетонных свай, а также недолговечность металлического каркаса при воздействии коррозии на уровне воздействия волн (на уровне попеременного увлажнения и высыхания).
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение прочности и устойчивости каменно-набросного гидротехнического сооружения при его эксплуатации за счет обеспечения надежной защиты удерживающих металлических каркасов от коррозионного разрушения при воздействии агрессивной морской воды, а также за счет прочного заанкерования металлическими каркасами железобетонной плиты и сооружения в целом.
Задача решается новой совокупностью существенных признаков, обеспечивающих повышенную прочность и устойчивость от волновых воздействий и разрушений каменно-набросного сооружения за счет того, что сооружение включающее удерживающий решетчатый металлический каркас с вертикальными и горизонтальными металлическими стержнями и верхним открытым торцом, каменно-набросную призму, откосы, горизонтальную железобетонную плиту, снабжено несколькими удерживающими металлическими каркасами с каменной наброской как внутри, так и снаружи, вокруг них, установленными по продольной оси сооружения на одинаковом расстоянии друг от друга с возможностью равномерного распределения динамической нагрузки на всем протяжении сооружения, по длине которого расположена каменно-набросная призма с гребнем, причем каменно-набросная призма выполнена двухслойной и многофрагментарной, состоящей из двух частей, одна ее часть расположена внутри каждого удерживающего металлического каркаса и представляет собой внутрикаркасные фрагменты, омоноличенные бетоном в верхней части удерживающих металлических каркасах вместе с верхним слоем каменной наброски, другая ее часть расположена снаружи и вокруг каждого удерживающего металлического каркаса, причем двухслойная каменно-набросная призма состоит из нижнего и верхнего слоев каменной наброски, расположенных как внутри, так и снаружи каждого удерживающего металлического каркаса, при этом нижний слой каменной наброски вместе с нижней частью каждого удерживающего металлического каркаса расположен ниже уровня воды, верхний слой каменной наброски вместе с верхней частью каждого удерживающего металлического каркаса расположен до отметки гребня, по верху которого расположена горизонтальная монолитная железобетонная плита. Внутри каждого удерживающего металлического каркаса сверху на нижнем слое каменной наброски размещена непроницаемая для бетонной смеси гибкая прокладка с выступающими частями, выходящими за наружные пределы каждого удерживающего металлического каркаса и разделяющая нижний и верхний слои каменной наброски в удерживающем металлическом каркасе. Снаружи каждого удерживающего металлического каркаса на выступающую часть гибкой прокладки установлено устройство ограничения зоны омоноличивания верхнего слоя каменной наброски, которое может быть выполнено либо в виде вертикальной несъемной гибкой завесы, либо в виде вертикальных боковых съемных жестких щитов. Вертикальные металлические стержни каждого удерживающего металлического каркаса выполнены длиной, превышающей высоту удерживающего металлического каркаса, так, что их верхние металлические концы выступают за пределы каждого удерживающего металлического каркаса в верхнем открытом их торце на высоту, соответствующую расстоянию между верхней частью удерживающего металлического каркаса и арматурой горизонтальной монолитной железобетонной плиты, причем верхние металлические концы вертикальных металлических стержней расположены выше гребня каменно-набросной призмы и жестко соединены с арматурой горизонтальной железобетонной плиты, заанкерованной удерживающими металлическими каркасами по всей протяженности их расположения на дне акватории. Вертикальным металлическим стержням задают диаметр расчетным путем в зависимости от количества и величины максимальных динамических нагрузок от штормового волнового воздействия на горизонтальную монолитную железобетонную плиту. Количество удерживающих металлических каркасов задают в зависимости от длины строящегося сооружения, которую задают в зависимости вида этого гидротехнического сооружения.
Способ возведения каменно-набросного гидротехнического сооружения, включающий засыпку каменной наброски вовнутрь удерживающего металлического каркаса с образованием внутрикаркасной каменно-набросной призмы, содержит новые, отличительные от аналога признаки, заключающиеся в том, что одну часть каменной наброски засыпают вовнутрь каждого удерживающего металлического каркаса и образуют в каждом из них внутрикаркасные фрагменты каменно-набросной призмы, омоноличенные бетоном в верхней части вместе с верхнем слоем каменной наброски, а другую часть двухслойной каменной наброски засыпают снаружи и вокруг каждого удерживающего металлического каркаса, причем засыпку осуществляют послойно и последовательно, сначала укладывают нижний слой каменной наброски вовнутрь первого удерживающего металлического каркаса на глубину ниже уровня воды и сразу же укладывают нижний слой каменной наброски снаружи и вокруг первого удерживающего металлического каркаса, также на глубину ниже уровня воды, после этого вовнутрь первого удерживающего металлического каркаса на нижний слой каменной наброски укладывают непроницаемую для бетонной смеси гибкую прокладку, располагая ее выступающие части с наружных сторон первого удерживающего металлического каркаса, затем вовнутрь этого удерживающего металлического каркаса на гибкую прокладку засыпают верхний слой каменной наброски до отметки высоты гребня, а с наружной стороны этого же удерживающего металлического каркаса на выступающие части гибкой прокладки сначала устанавливают устройство ограничения зоны омоноличивания верхнего слоя каменной наброски, затем осуществляют нагнетание бетонной смеси вовнутрь первого удерживающего металлического каркаса в верхний слой каменной наброски, затем выдерживают бетон до отверждения и образования первого внутрикаркасного фрагмента каменно-набросной призмы, омоноличенного бетоном в верхней части удерживающего металлического каркаса вместе с верхним слоем каменной наброски, причем при использовании устройства ограничения зоны омоноличивания верхнего слоя каменной наброски в виде вертикальной несъемной гибкой завесы до отверждения бетона в верхнем слое каменной наброски снаружи и вокруг первого внутрикаркасного фрагмента сразу засыпают верхний слой каменной наброски до отметки высоты гребня, а при использовании устройства ограничения зоны омоноличивания верхнего слоя каменной наброски в виде вертикальных съемных жестких щитов, после отверждения бетона в верхнем слое каменной наброски сначала снимают вертикальные съемные жесткие щиты с первого удерживающего металлического каркаса, после чего снаружи и вокруг первого внутрикаркасного фрагмента засыпают верхний слой каменной наброски до отметки высоты гребня, по завершению омоноличивания первого внутрикаркасного фрагмента каменно-набросной призмы в той же последовательности осуществляют двухслойную засыпку каменной наброски в каждые следующие удерживающие металлические каркасы с последующим омоноличиванием верхней части каждого следующего после предыдущего удерживающего металлического каркаса вместе с верхним слоем каменной наброски, заканчивая последним с образованием единой многофрагментарной каменно-набросной призмы с гребнем по всей длине сооружения, после этого по верху гребня и по всей длине многофрагментарной каменно-набросной призмы устанавливают арматуру, жестко соединяют ее с верхними концами вертикальных металлических стержней каждого удерживающего металлического каркаса, затем сверху арматуру заливают бетонной смесью по всей длине сооружения, выдерживают бетон до отверждения и образования заанкерованной удерживающими металлическими каркасами горизонтальной монолитной железобетонной плиты по всей длине сооружения.
Устройство поясняется чертежом, где схематично показано:
на фиг.1 - сооружение в общем виде, аксонометрия;
на фиг.2 - то же, продольный разрез;
на фиг.3 - то же, поперечный разрез;
на фиг.4 - фрагмент удерживающего металлического каркаса с послойной каменной наброской, разделенной гибкой прокладкой, аксонометрия;
на фиг.5 - то же, с устройством ограничения зоны омоноличивания верхнего слоя каменной наброски, установленном на гибкой прокладке, аксонометрия.
Сооружение состоит из расположенной по всей заданной длине сооружения многофрагментарной двухслойной каменно-набросной призмы 1 с боковыми откосами 2 и гребнем 3, по верху которого по всей длине сооружения расположена горизонтальная монолитная железобетонная плита 4, ширина которой задана не превышающей ширины ее гребня 3 для возможности использования железобетонной плиты в качестве гидротехнического сооружения в различных целях. По продольной оси сооружения, по всей его протяженности на одинаковом расстоянии друг от друга установлены несколько решетчатых удерживающих металлических каркасов 5 с каменной наброской 6 внутри и снаружи, вокруг этих каркасов для возможности равномерного распределения динамической нагрузки на всем протяжении каменно-набросного гидротехнического сооружения любой заданной длины. Каменно-набросная призма 1 состоит из двух частей, первая ее часть расположена внутри каждого удерживающего металлического каркаса 5 и представляет собой внутрикаркасные фрагменты 7, омоноличенные бетоном в верхней части удерживающих металлических каркасов 5 вместе с верхним слоем каменной наброски 6, другая ее часть расположена снаружи и вокруг каждого удерживающего металлического каркаса 5 и вместе с внутрикаркасными фрагментами 7 образует единую многофрагментарную каменно-набросную призму 1 с повышенной устойчивостью ее и всего сооружения в целом.
Многофрагментарная двухслойная каменно-набросная призма 1 состоит из нижнего и верхнего слоев каменной наброски 6, расположенной как внутри каждого удерживающего металлического каркаса 5, так и снаружи вокруг каждого удерживающего металлического каркаса 5. Нижний слой каменной наброски 6 вместе с нижней частью каждого удерживающего металлического каркаса 1 расположен ниже уровня воды, верхний слой каменной наброски 6 вместе с верхней частью каждого удерживающего металлического каркаса 1 расположен до отметки высоты гребня 3. Внутри каждого удерживающего металлического каркаса 5 сверху на нижнем слое каменной наброски 6 размещена непроницаемая для бетонной смеси гибкая прокладка 8 с выступающими ее частями 9, выходящими за наружные пределы каждого удерживающего металлического каркаса 5, при этом гибкая прокладка 8 разделяет нижний и верхний слои каменной наброски 6 в удерживающем металлическом каркасе 5.
Снаружи каждого удерживающего металлического каркаса 5 на выступающие части 9 гибкой прокладки 8 установлено устройство 10 ограничения зоны омоноличивания верхнего слоя каменной наброски 6, которое может быть выполнено либо в виде вертикальной несъемной гибкой завесы, либо в виде вертикальных боковых съемных жестких щитов, что позволяет расширить технологические возможности способа возведения каменно-набросного сооружения и менять порядок его осуществления в зависимости от условий возведения сооружения, при этом достигается один и тот же технический эффект: повышенная прочность и устойчивость сооружения при его эксплуатации.
Удерживающие металлические каркасы 5 имеют верхние открытые торцы 11 и установлены на одинаковом расстоянии друг от друга на всем протяжении сооружения, длина которого определяется в зависимости от предполагаемого вида сооружения (например, при строительстве набережной, развлекательного объекта или объекта общепита, или для проезда по нему автомобильного транспорта).
Удерживающие металлические каркасы 5 имеют вертикальные металлические стержни 12 и горизонтальные металлические стержни 13, при этом вертикальные металлические стержни 12 выполнены длиной, превышающей высоту удерживающего металлического каркаса, таким образом, что их верхние металлические концы 14 выступают за пределы каждого удерживающего металлического каркаса 5 в верхнем открытом торце 11 на высоту, соответствующую расстоянию между верхней частью удерживающего металлического каркаса и арматурой 15 горизонтальной железобетонной плиты 4, таким образом, верхние концы 14 вертикальных металлических стержней 12 расположены выше гребня 3 каменно-набросной призмы 1 и жестко соединены с арматурой 15 горизонтальной монолитной железобетонной плиты 4, заанкерованной удерживающими металлическими каркасами 5 по всей длине их расположения на дне акватории.
Вертикальным металлическим стержням 12 удерживающих металлических каркасов 5 задают диаметр, определяемый расчетным путем, в зависимости от их количества и величины максимальных динамических нагрузок, оказываемых при штормовом волновом воздействии на горизонтальную железобетонную плиту 4. Например, диаметр вертикальным металлическим стержням 12 задают в диапазоне от 10 до 50 мм.
Количество удерживающих металлических каркасов 5 задают в зависимости от длины строящегося сооружения, которую задают в зависимости от вида этого гидротехнического сооружения.
Способ возведения гидротехнического сооружения осуществляется следующим образом.
Пионерным способом с суши краном (на чертеже условно не показано) возводят каменно-набросную призму 1 с образованием гребня 3, по верху которого располагают горизонтальную железобетонную монолитную плиту 4, при этом последовательно в теле каменно-набросной призмы 1 формируют внутрикаркасные фрагменты 7, омоноличенные бетоном в верхней части удерживающих металлических каркасов 5 вместе с верхним слоем каменной наброски 6, которую засыпают не только внутри, но и снаружи каждого удерживающего металлического каркаса 5 с образованием единой многофрагментарной каменно-набросной призмы 1 по всей длине строящегося каменно-набросного сооружения, причем при его возведении определяется количество удерживающих металлических каркасов 5. Так, если запланирована протяженность возводимого сооружения 100-150 м, то на дно акватории по продольной оси сооружения устанавливают 10-15 удерживающих металлических каркасов, т.е. через каждые 10-15 м, при этом каждые следующие удерживающие металлические каркасы 5, после первого, устанавливают на одинаковом расстоянии друг от друга для возможности равномерного распределения максимальной динамической нагрузки на всем протяжении каменно-набросного гидротехнического сооружения.
Формирование (засыпка каменной наброски и последующее омоноличивание бетоном) внутрикаркасных фрагментов 7 осуществляют последовательно, начиная от создания первого внутрикаркасного фрагмента 7 в первом удерживающем металлическом каркасе 5, затем в следующих за ним, т.е. в каждом последующем удерживающем металлическом каркасе 5, заканчивая созданием последнего внутрикаркасного фрагмента 7 в последнем удерживающем металлическом каркасе 5, при этом одну часть каменной наброски послойно засыпают вовнутрь каждого удерживающего металлического каркаса 5 и образуют омоноличенные бетоном в верхней части удерживающих металлических каркасов 5 вместе с верхним слоем каменной наброски 6 внутрикаркасные фрагменты 7, другую часть каменной наброски послойно засыпают снаружи и вокруг каждого удерживающего металлического каркаса и вместе с внутрикаркасными фрагментами 7 образуют единую многофрагментарную каменно-набросную призму с повышенной устойчивостью как ее, так и всего сооружения в целом.
Для создания омоноличенного в верхней части внутрикаркасного фрагмента 7 в заявленном способе в качестве устройства 10 ограничения зоны омоноличивания каменной наброски могут быть использованы его варианты: либо вертикальная несъемная гибкая завеса, либо вертикальные съемные жесткие щиты, которые объединены одним изобретательским замыслом: омоноличивание бетоном верхней части каменно-набросной многофрагментарной призмы 1 и ее заанкерования удерживающими металлическими каркасами 5.
На примере показана последовательность осуществления способа.
Вовнутрь первого удерживающего металлического каркаса 5 засыпают нижний слой каменной наброски 6 на глубину ниже уровня воды на 0,3-1,0 м (например, 0,6 м), ниже уровня воды сразу же засыпают нижний слой каменной наброски 6 снаружи и вокруг первого удерживающего металлического каркаса 5, также на глубину ниже уровня воды, затем вовнутрь его на уложенный нижний слой каменной наброски 6 укладывают непроницаемую для бетонной смеси гибкую прокладку 8, размещая ее выступающие части 9 за наружные пределы первого удерживающего металлического каркаса 5, затем на гибкую прокладку 8 на нижний слой каменной наброски 6 вовнутрь этого удерживающего металлического каркаса 5 засыпают верхний слой каменной наброски 6 до отметки высоты гребня 3. После чего на выступающие части 9 гибкой прокладки 8 с наружной стороны первого удерживающего металлического каркаса 5 устанавливают устройство 10 ограничения зоны омоноличивания каменной наброски 6. Затем осуществляют нагнетание бетонной смеси в верхний слой каменной наброски 6 вовнутрь первого удерживающего металлического каркаса 5 через верхний открытый его торец 11.
При использовании устройства 10 ограничения зоны омоноличивания каменной наброски в виде вертикальной несъемной гибкой завесы до отверждения бетона в верхнем слое каменной наброски 6 снаружи и вокруг внутрикаркасного фрагмента 7 первого удерживающего металлического каркаса 5 засыпают верхний слой каменной наброски 6 до отметки высоты гребня 3.
При использования устройства 10 ограничения зоны омоноличивания каменной наброски, в виде вертикальных съемных жестких боковых щитов, после отверждения бетона в верхнем слое каменной наброски 6, сначала снимают съемные жесткие вертикальные щиты с первого удерживающего металлического каркаса 5, после чего снаружи и вокруг внутрикаркасного фрагмента 7, омоноличенного бетоном в верхней части удерживающего металлического каркаса 5 вместе с верхним слоем каменной наброски 6, засыпают верхний слой каменной наброски 6 снаружи и вокруг этого внутрикаркасного фрагмента 7 до отметки высоты гребня 3.
По завершении омоноличивания первого внутрикаркасного фрагмента 7 каменно-набросной призмы 1 в такой же последовательности осуществляют формование каждого последующего внутрикаркасного фрагмента 7, т.е. засыпают каменной наброской 6 и омоноличивают бетоном верхнюю часть каждого следующего удерживающего металлического каркаса 5 вместе с его верхним слоем каменной наброски 6, заканчивая последним удерживающим металлическим каркасом 5.
В результате того, что между нижним и верхним слоем каменной наброски 6 расположена непроницаемая для бетонной смеси гибкая прокладка 8, бетонная смесь, заполняя верхнюю часть внутрикаркасного фрагмента 7 каменно-набросной призмы 1 не вытекает из устройства 10 ограничения зоны омоноливания каменной наброски, благодаря этому через определенный промежуток времени внутри этого устройства, не зависимо от варианта его использования (несъемной вертикальной завесы или съемных жестких вертикальных щитов) происходит отверждение бетона, в результате чего верхняя часть внутрикаркасного фрагмента 7 каменно-набросной призмы 1 омоноличивается вместе с верхним слоем каменной наброски, засыпанной в удерживающий металлический каркас 5, за счет чего повышается прочность и устойчивость единой многофрагментарной каменно-набросной призмы, омоноличенной в своей верхней части.
Далее, после образования единой многофрагментарной каменно-набросной призмы 1, по верху гребня 3 устанавливают арматуру 15 на всю длину сооружения, жестко соединяют ее с верхними концами 14 вертикальных металлических стержней 12 каждого удерживающего металлического каркаса 5 и сверху арматуру 15 заливают бетонной смесью по всей ее длине с образованием после отверждения (омоноличивания) бетона заанкеренной удерживающими металлическими каркасами 5 горизонтальной монолитной железобетонной плиты по всей длине сооружения, толщиной слоя 0,3-1,0 м (например, 0,6 м) и шириной, не превышающей ширины гребня 3 многофрагментарной каменно-набросной призмы 1, что позволяет ее использовать в качестве гидротехнического сооружения в различных целях, в том числе для проезда по нему автомобильного транспорта.
Предлагаемое к патентованию каменно-набросное гидротехническое сооружение и способ его возведения, по сравнению с аналогами, известными в науке и технике гидротехнических сооружений, имеет ряд преимуществ.
Благодаря наличию в предлагаемом каменно-набросном гидротехническом сооружении новых, по сравнению с ближайшим аналогом-прототипом, конструктивных признаков в совокупности с новым процессом: двухслойной и послойной засыпкой (укладкой) каменной наброски последовательно вовнутрь, а также снаружи и вокруг каждого удерживающего металлического каркаса, в совокупности с новым процессом омоноличивания верхней части внутрикаркасных фрагментов 7 вместе с верхним слоем каменной наброски в удерживающих металлических каркасах 5, обеспечивается ускоренный процесс возведения многофрагментарной каменно-набросной призмы, а также обеспечивается прочность и устойчивость всего сооружения в целом. Таким образом, каменно-набросное гидротехническое сооружение может быть применено для размещения развлекательных объектов и объектов пищеблока, а также для проезда по нему автомобильного транспорта.
За счет использования разных вариантов устройства ограничения зоны омоноличивания каменной наброски обеспечивается контроль качества омоноличивания каменной наброски в верхней части внутрикаркасных фрагментов, а в зависимости от условий возведения предлагаемого каменно-набросного гидротехнического сооружения имеется возможность менять порядок выполнения заявляемого способа.
За счет прочности удерживающих металлических каркасов, надежной защиты их от коррозионного разрушения при воздействии на них агрессивной морской воды обеспечивается долговечность горизонтальной монолитной железобетонной плиты и всего каменно-набросного гидротехнического сооружения.
Кроме того, предлагаемое каменно-набросное гидротехническое сооружение, из-за отсутствия железобетонных свай (как в ближайшем аналоге), значительно экономичнее, так как не требует больших материальных затрат.
Планируется строительство заявляемого каменно-набросного гидротехнического сооружения в качестве набережной или буны на побережье Черного моря Краснодарского края города-курорта Сочи.
В связи с изложенным, по мнению заявителя, предлагаемое каменно-набросное гидротехническое сооружение и способ его возведения являются патентоспособными, так как обладают мировой новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью.