ФУНДАМЕНТ-ОБОЛОЧКА ПЛАВУЧЕГО МАССИВА, УСТАНАВЛИВАЕМОГО НА ДНО АКВАТОРИИ НАПЛАВНЫМ СПОСОБОМ
FOUNDATION ENVELOPE OF FLOATING BLOCK INSTALLED AT WATER AREA BOTTOM USING FLOAT-ON METHOD

Изобретение относится к строительству и гидротехническому строительству, а именно к наплавному способу строительства, и может быть использовано для сопряжения плавучих массивов 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" в настоящем документе: фундамент плавучего массива - это часть плавучего массива, передающая усилия от этого массива на основание. При этом не является существенным, как именно реализована связь фундамента с остальной частью сооружения: полностью жесткое сопряжение или соединение, имеющее сферические, цилиндрические, поступательные шарниры.
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 способом остается задача о сопряжении плавучих массивов 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, имеющих уширяющиеся к низу фундаменты-оболочки, внутренняя полость которых заполняется грунтовыми материалами, выполняющими впоследствии функции искусственного грунтового основания.
Известен выбранный в качестве прототипа фундамент-оболочка плавучего массива, использованного 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].
Фундамент-оболочка плавучего массива представляет собой сквозную (открытую с обеих сторон) осесимметричную шахту уширяющегося к низу замкнутого поперечного сечения кольцевой формы.
Недостаток решения состоит в том, что не удается рационально с точки зрения технологичности изготовления и механической работы (прочности) законструировать прямоугольный в плане массив в совокупности с осесимметричным круглым в плане фундаментом-оболочкой.
Задачей настоящего изобретения является повышение пространственной жесткости и технологичности изготовления фундамента-оболочки плавучего массива, а также оптимизация геометрических параметров фундамента-оболочки с целью применения его в современных крупногабаритных плавучих массивах, имеющих прямоугольную форму в плане и требующих наличия нескольких расположенных вплотную друг к другу шахт уширяющегося к низу замкнутого поперечного сечения.
Объектом изобретения является фундамент-оболочка плавучего массива, устанавливаемого на дно акватории наплавным способом, являющийся частью этого плавучего массива, включающий сквозную (открытую с обеих сторон) шахту уширяющегося к низу замкнутого поперечного сечения, отличающийся согласно изобретению тем, что что он состоит из четырех пластин, ориентации которых совпадают с ориентациями соответствующих боковых граней шестигранника с разновеликими четырехугольными основаниями, а площади всех или части из этих пластин равны площадям соответствующих боковых граней шестигранника или превышают их.
Использование предлагаемого решения позволяет реализовать оптимальную компоновку плавучего массива четырехугольной формы в плане в совокупности с фундаментом-оболочкой.
Фундамент-оболочка плавучего массива имеет развитие, заключающееся в том, что две или более оболочек, конструкция которых соответствует вышеописанной, объединены в жесткую пространственную систему. Это позволяет реализовать рациональную компоновку гигантских современных плавучих массивов с использованием множества сравнительно небольших оболочек, а также позволяет существенно повысить жесткость и технологичность изготовления такого фундамента, в т.ч. за счет удобства армирования его напрягаемой прямолинейной арматурой.
Другое развитие устройства состоит в том, что сверху шахта, образующая фундамент-оболочку, имеет свое продолжение (в т.ч. съемное) до отметки, на которой производится загрузка материала для отсыпки основания. Это позволяет производить загрузку грунтового материала с верхнего горизонта плавучего массива (с верхней палубы) без использования дополнительных устройств в том случае, когда такая шахта не образована за счет ячеистой структуры массива (каркасная схема), повысить несущую способность фундамента-оболочки за счет веса грунтового столба в продолжении шахты и сил трения по поверхности контакта грунт-стенка шахты, а также позволяет организовать водонепроницаемый контур, препятствующий проникновению забортной воды из фундамента-оболочки в балластные отсеки массива.
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.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами:
на фиг.1-3 представлены частные варианты реализации фундамента-оболочки, состоящего из четырех пластин, ориентированных по боковым граням шестигранника с разновеликими прямоугольными основаниями;
на фиг.4 и 5 (вид с верхней и с нижней стороны соответственно) представлен частный вариант пространственной системы складчатого типа, образованной несколькими соединенными (в данном частном случае непосредственно друг с другом) одиночными фундаментами-оболочками;
на фиг.6 - то же, что и на фиг.4-5, но с шахтами, имеющими свое продолжение до отметки, на которой производится загрузка материала для устройства основания;
на фиг.7 представлен частный вариант компоновки плавучего массива, имеющего фундамент-оболочку (система складчатого типа), соответствующий изобретению;
на фиг.8-9 приведены иллюстрации технологии установки массива, имеющего фундамент-оболочку, соответствующий изобретению, на неподготовленное дно акватории.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1-3) состоит из четырех пластин, ориентации которых совпадают с ориентациями соответствующих боковых граней шестигранника с разновеликими четырехугольными основаниями, а площади всех или части из этих пластин равны площадям соответствующих боковых граней шестигранника или превышают их. Фундамент-оболочка (1) предназначен для сопряжения плавучего массива с неподготовленным дном акватории (2) и может быть использован следующим образом (см. фиг.8-9): плавучий массив фиксируют в проектном положении с помощью монтажных (временных) связей (3), в продолжения шахт (4) фундамента-оболочки (1), образованные ячеистой структурой массива (см. фиг.7), производят загрузку грунтового материала (5), который, заполнив пространство между внутренней поверхностью фундамента-оболочки (1) и поверхностью дна акватории (2), выполняет функции искусственного отсыпанного основания.
Работоспособность устройства можно проверить опытным путем с помощью обычной бытовой воронки и сыпучего материала.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующим примером.
Пример. Наплавной блок глухой плотины ПЭС и его установка на неподготовленное дно акватории наплавным способом
Наплавной блок глухой плотины ПЭС (приливной электростанции) имеет конструкцию, показанную на фиг.7, и представляет собой плавучий массив, изготавливаемый в сухом доке, буксируемый к месту установки в створе плотины по воде и устанавливаемый на неподготовленное дно акватории. Для отказа от работ (и соответствующих затрат) по подготовке подводного основания блока, включающих, как правило, отсыпку грунта под воду и ровнение постели, блок имеет фундамент-оболочку, соответствующий настоящему изобретению. В частности, конструкция фундамента, наглядно проиллюстрированная фигурами 4-6, имеет в своей основе оболочку складчатого типа, составленную из перекрестных наклонных плоских элементов, длины которых соответствуют длине и ширине блока. Такое конструктивное решение фундамента-оболочки позволяет достичь сравнительно высоких показателей с точки зрения его изготовления и существенно улучшить механическую работу конструкций. Армирование железобетонных пластин производится унифицированными плоскими арматурными каркасами, а также стальными канатами, пропущенными в каналообразователях, с последующим их натяжением на затвердевший бетон, а опалубка состоит из унифицированных плоских элементов. Вообще говоря, достигаемая за счет изобретения унификация открывает привлекательные перспективы для применения сборного предварительно напряженного железобетона, что дает возможность координально сократить расход арматурной стали и бетона без снижения эксплуатационных характеристик. Причем в условиях строительного дока изготовление отдельных унифицированных конструктивных элементов фундамента-оболочки может осуществляться с использованием специальной инвентарной опалубки, позволяющей производить электротермическое или механическое преднапряжение аналогично тому, как это обычно делается на заводах ЖБИ.
Для снижения осадки блока при выводе его из дока вода, заполняющая внутреннюю полость фундамента-оболочки, вытесняется сжатым воздухом (кессонный принцип), а для обеспечения остойчивости два (или более) блока располагают в непосредственной близости на строительной площадке (с расчетным зазором или вплотную) и объединяют связями, образуя "многокорпусное судно" (катамаран).
Работы по установке наплавного блока ПЭС производят следующим образом (см. фиг.8-9). Наплавной блок позиционируют над местом установки на дно, включают регулируемые манжеты, фиксирующие поступательные перемещения монтажных опор по вертикали, и, управляя плавучестью блока и силами реакций монтажных опор, производят установку блока в проектное положение (в качестве монтажной опоры так же может быть использован соседний уже установленный на дно акватории блок). После этого внутренние полости фундаментов-оболочек через их верхние отверстия заполняют несвязным грунтом, который, вступив в контакт с поверхностью дна акватории (естественным основанием) и с внутренней поверхностью фундамента-оболочки, выполняет функции искусственного отсыпанного грунтового основания. В завершение производят расчетную балластировку наплавного блока плотины.
Таким же образом может быть реализовано сопряжение с неподготовленным дном акватории других плавучих массивов аналогичной конструкции: зданий ПЭС (наплавных блоков плотины, содержащих гидросиловое оборудование и т.д.), опор ЛЭП, монументов, мостовых конструкций, опорных блоков морских платформ и др.
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
Объекта изобретения
1
2
3
4
Повышение технологичности изготовления фундамента-оболочки
Элементы опалубки и арматурные изделия имеют сравнительно сложную форму
Опалубка из плоских элементов; прямолинейная и непрерывная (в т.ч. напрягаемая) арматура на полную длину и ширину массива
Фундамент-оболочка состоит из непрерывных по всей длине и ширине массива плоских элементов
Повышение жесткости фундамента-оболочки и улучшение условий контакта сооружения с основанием
Не удается достичь рациональной компоновки четырехугольного в плане массива с осесимметричными фундаментами-оболочками, т.к. соседние фундаменты не имеют общих прямолинейных границ, а только касаются друг друга в одной точке
Несколько фундаментов-оболочек могут быть объединены в пространственную систему складчатого типа, имеющую сравнительно высокую жесткость; отдельные фундаменты-оболочки имеют общие прямолинейные границы
Фундамент-оболочка состоит из пластин, ориентированных по боковым граням шестигранника с двумя разновеликими четырехугольными основаниями
Примечание:
Следует иметь в виду, что прямоугольные в плане конструкции, вообще говоря, обладают повышенными по сравнению с другими формами показателями технологичности, что обеспечило их широкое распространение в современной практике гидротехнического строительства наплавным способом, но о применении уширяющихся к низу и непогружаемых в грунт естественного основания фундаментов-оболочек неосесимметричной формы с целью сопряжения плавучих массивов с неподготовленным дном акватории до сих пор не известно.