СПОСОБ СОПРЯЖЕНИЯ ПЛАВУЧЕГО МАССИВА-ГИГАНТА, ИМЕЮЩЕГО ВОРОНКООБРАЗНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ-ОБОЛОЧКИ, С ОСНОВАНИЕМ
METHOD FOR COUPLING OF FLOATING CAISSON, HAVING FUNNEL-SHAPED FOUNDATION-SHELLS, WITH BASE

Изобретение относится к строительству и гидротехническому строительству, а именно к наплавному методу строительства, и может быть использовано для сопряжения плавучих массивов-гигантов с неподготовленным дном акватории.
В строительстве и гидротехническом строительстве общепринято называть фундаментом часть сооружения, передающую усилия от этого сооружения на основание. Точно этим же смыслом обладает термин "фундамент" ("фундамент-оболочка", "воронкообразный фундамент-оболочка") в настоящем документе: фундамент плавучего массива-гиганта - это часть плавучего массива-гиганта, передающая усилия от этого массива-гиганта на основание. При этом не является существенным, как именно реализована связь фундамента с остальной частью сооружения: полностью жесткое сопряжение или соединение, имеющее шарниры. Термин "массив-гигант" употребляется наравне с "плавучий массив-гигант", а "неподготовленное дно акватории" или "дно акватории" является частным случаем "основания". Термин "искусственное основание" использован для обозначения материала, уложенного в процессе сопряжения массива-гиганта с дном акватории и расположенного в пространстве между поверхностью дна акватории и контактной поверхностью (подошвой) фундамента-оболочки. Сопряжение массива-гиганта с подготовленным в той или иной степени (выровненная постель, постель без ровнения поверхности, локальные отсыпки, отсыпки по периметру и т.п.) дном акватории следует считать эквивалентным сопряжению массива-гиганта с неподготовленным дном акватории, т.к. это обстоятельство не препятствует достижению новых технических результатов и не изменяет суть предлагаемого способа. После сопряжения с основанием плавучий массив-гигант является стационарным сооружением.
Наплавной способ строительства по сравнению с традиционным (за перемычками) обеспечивает существенное уменьшение расхода бетона, облегчение конструкций, перенесение основных, наиболее сложных работ в индустриальные условия стройбазы и ускорение темпов строительства. Одной из важнейших проблем при возведении сооружений наплавным методом остается задача о сопряжении плавучих массивов-гигантов с дном акватории. Особенно привлекательным по сравнению с другими вариантами такими, как, например, способ опускного колодца, подводное бетонирование, устройство свайного основания, использование подставок, разработка и выемка грунта дна акватории и др., представляется решение этой задачи с использованием плавучих массивов-гигантов, оснащенных воронкообразными фундаментами-оболочками, внутреннюю полость которых заполняют грунтовыми материалами, выполняющими впоследствии функции искусственного основания. Воронкообразный фундамент-оболочка представляет собой, как правило, вертикально ориентированную шахту уширяющегося к низу замкнутого поперечного сечения преимущественно прямоугольной или квадратной формы с двумя отверстиями, одно из которых расположено в верхней части и служит для загрузки грунтового материала, а другое, находящееся снизу, предназначено для обеспечения контакта искусственного грунтового основания с дном акватории (естественным основанием). Такие фундаменты появились сравнительно недавно и технологии производства работ по устройству их оснований еще не получили своего должного развития.
Известен способ сопряжения плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразный фундамент-оболочку, с неподготовленным дном акватории, реализованный в проекте отсекающей плотины французской ПЭС Аргенон и Лансье [Приливные электростанции / Л.Б.Бернштейн, В.Н.Силаков, С.Л.Гельфер и др.; под ред. д-ра техн. наук Л.Б.Бернштейна. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 296 с.; рис.13.3, г]. Способ сопряжения плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразный фундамент-оболочку, с дном акватории включает фиксацию плавучего массива-гиганта в проектном положении путем внедрения его в грунт дна акватории и заполнение внутренней полости воронкообразного фундамента-оболочки каменной наброской.
Недостаток решения состоит в необходимости внедрения массива в грунт (кессонным способом) для фиксации его проектного положения, что приводит к повышению трудоемкости и стоимости работ.
Известен выбранный в качестве прототипа способ сопряжения плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки, с неподготовленным дном акватории, предложенный для проекта Северной ПЭС в губе Долгой Баренцева моря [журнал "Гидротехника" №4 (25 октября), 2011 год / статья "Два варинта технологии сопряжения плавучих массивов-гигантов с неподготовленным дном акватории и комплекс мер по оптимизации проектных решений отсекающей плотины Северной ПЭС", рис.2, а /Баранов А.В./ pdf см. на сайте hydroteh.ru]. Способ сопряжения плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки, с основанием включает фиксацию проектного положения массива-гиганта путем его установки на монтажные опоры или сваи и заполнение материалом искуственного основания внутренних полостей воронкообразных фундаментов-оболочек.
Недостаток решения состоит в отсутствии мероприятий для защиты основания (в т.ч. искуственного) от размыва потоками омывающей его воды.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и долговечности основания плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки, а также повышение технологичности сопряжения его с основанием за счет реализации мероприятий зашиты основания от размыва потоками омывающей его воды (течения, ветровое волнение, увеличенные скорости потоков при перекрытии прорана и т.п.).
Объектом изобретения является способ сопряжения плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки, с основанием (в т.ч. с неподготовленным дном акватории), включающий фиксацию проектного положения массива-гиганта путем его установки на монтажные опоры или сваи и заполнение материалом искуственного основания внутренних полостей воронкообразных фундаментов-оболочек, отличающийся тем, что реализуют мероприятия защиты основания (в т.ч. искуственного) от размыва потоками омывающей его воды.
Использование предлагаемого решения позволяет повысить надежность основания за счет защиты его от размыва.
Изобретение имеет развитие (уточнение), состоящее в том, что внутренние полости воронкообразных фундаментов-оболочек заполняют материалом искусственного основания, неразмываемым потоками омывающей его воды. Это позволяет значительно повысить технологичность защиты основания от размыва.
Изобретение имеет второе развитие (уточнение), состоящее в том, что внутренние полости воронкообразных фундаментов-оболочек заполняют материалом искусственного основания, размываемым потоками омывающей его воды, но образующим самоотмостку. Это позволяет значительно повысить технологичность защиты основания от размыва, а также использовать материал искуственного основания относительно мелкой фракции (например, песчано-гравийную смесь).
Изобретение имеет третье развитие (уточнение), состоящее в том, что крепление основания от размыва производят до заполнения внутренних полостей воронкообразных фундаментов-оболочек материалом искусственного основания. Это позволяет защитить от размыва основание в окрестности массива-гиганта.
Изобретение имеет четвертое развитие (уточнение), состоящее в том, что крепление основания от размыва производят до отметки не ниже наинизшей отметки фундаментов-оболочек массива-гиганта. Это позволяет защитить от размыва основание в окрестности массива-гиганта, а также использовать материал искусственного основания, неустойчивый против его размыва. Это может быть особенно полезно при необходимости выбора материала искусственного основания, исходя прежде всего из его деформационных и прочностных свойств в том случае, когда требуется его раздавливание весом массива-гиганта для повышения степени заполнения внутренних полостей фундаментов-оболочек, а также при отсутствии в районе строительства достаточного количества и емкости месторождений материалов более крупной фракции.
Изобретение имеет пятое развитие (уточнение), состоящее в том, что для крепления основания от размыва отсыпают защитный слой (или несколько слоев, в т.ч. различных фракций) из каменной наброски. Это позволяет использовать хорошо опробированный и отработанный (классический) вариант защиты основания от размыва.
Изобретение имеет шестое развитие (уточнение), состоящее в том, что для крепления основания от размыва укладывают и фиксируют гибкие маты (в т.ч. железобетонные, матрацы Рено и т.п.). Это позволяет повысить технологичность и скорость производства работ по защите основания от размыва.
Использование предложенного технического решения позволяет обеспечить достижение новых технических результатов по сравнению с прототипом. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемыми техническими результатами приведена в таблице 1 (см. ниже). Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами:
- на фиг.1 изображен поперечный разрез плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки, фиксация которого в проектном положении обеспечена установкой его на сваи (или монтажные опоры), а защита искусственного основания от размыва обеспечена отсыпкой материала искусственного основания, неразмываемого потоками омывающей его воды или размываемого, но образующего самоотмостку;
- на фиг.2 изображен поперечный разрез плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки, фиксация проектного положения которого обеспечена установкой его на сваи (или монтажные опоры), а защита основания и искусственного основания от размыва обеспечена отсыпкой защитного слоя из каменной наброски;
- на фиг.3-6 представлены этапы производства работ по сопряжению плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки, с неподготовленным дном акватории.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом (см. фиг.2). Плавучий массив-гигант, имеющий воронкообразный фундамент-оболочку (1), фиксируют в проектном положении с помощью монтажных опор (2), для защиты основания от размыва отсыпают защитный слой из неразмываемой каменной наброски (3), заполняют внутреннюю полость воронкообразного фундамента-оболочки (1) грунтовым материалом искусственного основания (4). При необходимости предусматривают раздавливание материала грунтового основания весом массива-гиганта, в т.ч. с применением вибровоздействия (с этой целью дополнительно используют вибраторы и т.п.).
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующим примером.
Пример №1. Сопряжение с неподготовленным дном акватории плавучего массива-гиганта, имеющего воронкообразные фундаменты-оболочки.
Работы производят следующим образом (см. фиг.3-6). Плавучий массив-гигант, имеющий воронкообразные фундаменты-оболочки, позиционируют над местом его установки на дно, как правило, с помощью буксирного флота. Затем опускают монтажные опоры массива-гиганта до реализации их надежного контакта с дном и балластируют массив-гигант до достижения им проектного положения. После производят крепление основания массива-гиганта от размыва путем отсыпки неразмываемой каменной наброски и заполняют внутренние полости воронкообразных фундаментов-оболочек материалом искусственного основания (несвязный грунт). В завершение производят балластировку массива-гиганта для обеспечения его расчетной устойчивости.
Таким же образом может быть реализовано сопряжение с неподготовленным дном акватории других плавучих массивов-гигантов аналогичной конструкции: опор ЛЭП, монументов, мостовых опор, блоков плотин ПЭС (ПВЭС и ВолЭС), опорных блоков морских стационарных платформ и др.
Примечание:
1. В статье "Два варианта технологии сопряжения плавучих массивов-гигантов с неподготовленным дном акватории и комплекс мер по оптимизации проектных решений отсекающей плотины Северной ПЭС" (журн. "Гидротехника" №4, 2011) описан плавучий массив-гигант с управляемым фундаментом-оболочкой (см. рис.2, б), для которого защиту основания от размыва выполняют аналогично решению, приведенному в настоящей заявке. Так, в частности, на рис.4, а изображен вариант с использованием материала искуственного основания, неразмываемого потоками омывающей его воды или размываемого, но образующего самоотмостку, а на рис.8 изображено крепление основания отсыпкой защитного слоя из каменной наброски (со стороны моря).
Таблица 1.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемыми техническими результатами
Новый технический результат по сравнению с прототипом
Показатели
Отличительный признак (причина улучшения показателей)
Прототипа
Объектаизобретения
1
2
3
4
Повышение надежности и долговечности основания (в т.ч. искусственного).
Отсутствуют мероприятия защиты основания от размыва потоками омывающей его воды. Требуется периодический ремонт и восстановление основания.
Реализуют мероприятия защиты основания от размыва потоками омывающей его воды. Не требуется ремонт и восстановление основания.
Реализуют мероприятия защиты основания от размыва потоками омывающей его воды: отсыпают защитный слой из каменной наброски; укладывают и фиксируют гибкие маты; используют неразмываемый материал искусственного основания или размываемый, но образующий самоотмостку и др.
Повышение технологичности сопряжения массива гиганта с основанием.
Отсутствуют мероприятия защиты основания от размыва потоками омывающей его воды. Производство работ возможно при благоприятных погодных условиях и остановках течений.
Реализуют мероприятия защиты основания от размыва потоками омывающей его воды. Производство работ практически не зависит от погодных условий и скоростей течений.
Крепление основания от размыва производят до заполнения внутренних полостей воронкообразных фундаментов-оболочек материалом искусственного основания.