ЛЕДОВЫЙ ПРИЧАЛ
ICE BERTH

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к причальным сооружениям, возводимым преимущественно в районах Крайнего Севера. Сооружение предназначено для швартовки большегрузных судов, курсирующих по трассе Северного морского пути, в побережье которого расположены грунты с вечной мерзлотой.
Известны ледяные сооружения (причалы, дороги, взлетно-посадочные полосы), возводимые на мелководном шельфе арктических морей (пат. РФ 1635621, E02B 17/00, опубл. 1991; пат. №2493324 МПК E02B 17/00, опубл. 2013). Сооружения представляют собой ледяную площадку, сформированную из послойно расположенных снежных валиков с емкостями, заполненными морской водой. Под ледяным покровом причалов установлены опирающиеся на дно ледяные опоры, внутри которых размещены термосифоны, создающие отрицательные температуры в опорах и донных отложениях.
К недостаткам сооружений относятся: недостаточная устойчивость и надежность при подвижках на них смерзшихся ледяных полей, ограниченная (не более 2 лет) эксплуатация объектов.
Известно ледяное сооружение (пат. РФ №2715034, E02B 17/00, опубл. 2020), представляющее собой искусственно намороженный массив из льда с добавкой волокон. Намораживание массива по его наружному контуру производится с использованием опалубки, которая включает слои тепло- и гидроизоляции. Опалубкой для устройства полости могут служить трубы, изготавливаемые из различных материалов - металла, композита, гибких оболочек и др. Использование высокопрочных материалов, например, металла, обеспечивает повышение жесткости и увеличение прочности конструкции плавучего причала. Полости в теле причала обеспечивают его необходимую плавучесть и термическую устойчивость намороженного массива при циркуляции по ним воздуха с отрицательными температурами. В зимний период охлаждение производят за счет циркуляции в полостях наружного воздуха. При необходимости в теплый период применяют искусственное охлаждение подаваемого в полости воздуха. Это позволяет намораживать массив причала высотою больше, чем высота естественного промороженного покрова, но при этом исключается его оттаивание снизу. Таким образом, данные причалы могут быть использованы как временные, так и постоянные сооружения.
Недостатком сооружения является невозможность приема судов с большой осадкой ввиду особенностей конструкции, также увеличение сроков возведения причала при посадке его на большие глубины и увеличения материалоёмкости для пригруза причала. При возведении данного сооружения на большие глубины, необходимо увеличивать объем намораживаемого льда. Таким образом, для равномерного распределения отрицательных температур в теле сооружения необходимо увеличить объем полостей, что приведет к уменьшению несущей способности сооружения или увеличению материалоёмкости путем вставки металлических труб. Кроме того, при необходимости посадки сооружения на дно требуется большее количество грунтового материала, чтобы ограничить всплытие сооружения. При применении данного сооружения как плавучего объекта возникают трудности разгрузки судов и переправе материалов с причала на берег.
Из известных решений наиболее близким аналогом предлагаемого сооружения по технической сущности и назначению является ледовый причал по пат. РФ №2739801, МПК E02B 3/06, опубл. 2020. Сооружение включает промороженный ледяной массив, ограниченный внешними железобетонными элементами, образующими подпорную стенку уголкового профиля, и грунтовое тело, выполненное из грунта, заполняющего внутреннее пространство, огражденное железобетонными стенами. На стадии устройства грунтовой засыпки она послойно промораживается, в том числе с помощью системы горизонтально расположенных охлаждающих труб, концы которых выведены в охлаждающие вентиляционные полости, контактирующие с боковыми стенками причала. Промороженный грунтовый массив ежегодно охлаждается в течение всего периода эксплуатации. Система работает в наиболее холодный зимний период и отключается в теплый период года и зимой во время оттепелей, для чего на ней предусмотрены задвижки. При необходимости эффективность системы может быть усилена вентиляторами. Прототип обладает достаточно высокой надежностью и эксплуатационной безопасностью.
Недостатком сооружения является невозможность приема судов с большой осадкой, что вызвано недостаточной глубиной у причальной стенки прототипа. Увеличение глубины для приема большегрузных судов потребует значительного объема как грунтовых, так и бетонных работ, выполнение которых приведет к росту сроков проводимых строительных работ и объема используемых строительных материалов, и кроме того к созданию дополнительных условий для прогрева бетона в зимнее время.
По сравнению с прототипом предлагаемый ледовый причал позволит решить задачу приема судов с большей осадкой и при этом сэкономить затраты на  проведение строительных работ.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в ледовом причале, (включающем так же как и прототип, бетонную причальную кромку, связанную через ледовый массив с мерзлым берегом, и охлаждающие трубы, горизонтально расположенные в верхней части ледового массива) в отличие от прототипа ледовый массив выполнен с выступом в сторону акватории, торцевая поверхность которого ограничена указанной бетонной причальной кромкой, а опорная часть оснащена вертикальными трубами, нижними концами заглубленными в дно акватории, а верхними - выведенными  в горизонтальные охлаждающие трубы и снабженными задвижками. При этом горизонтальные охлаждающие трубы уложены на всю длину ледового массива с армированием ледового выступа. Для увеличения прочности причала ледовый массив армирован стекловолокном. При этом горизонтальная поверхность причала выполнена из теплоизолирующего и износостойкого материала. Для подачи хладагента в горизонтальные охлаждающие трубы причал оснащен станцией для формирования хладагента.
Сущность изобретения заключается в создании надежной конструкции причального сооружения для швартовки большегрузных судов, курсирующих по трассе Северного морского пути. Поставленная задача решается тем, что причальная кромка сооружения выносится в море на глубину, достаточную для приема судов с большой осадкой, для чего ледовый массив выполнен с выступом, направленным в сторону акватории. При этом для обеспечения высокой несущей способности выступающей части и поддержания в ней отрицательных температур, на всю длину горизонтальной поверхности ледового массива укладывают (вмораживают) горизонтальные трубы с хладагентом. В свою очередь, в опорную часть ледового массива внедряют (вворачивают) вертикальные трубы с заглублением в мерзлый грунт. При этом вертикальные трубы выполняют функцию охладителей, передавая в горизонтальные трубы дополнительную порцию холодного воздуха из зоны вечной мерзлоты, и конструктивного элемента: арматуры и опоры (сваи).
Сопоставление предлагаемого изобретения и прототипа показало, что поставленная задача - возможность приема большегрузных судов решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области гидротехнических сооружений не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии установки критерию «изобретательский уровень».
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - представлено схематическое изображение причала в поперечном разрезе;
на фиг. 2 - изображение причала в плане.
Заявляемый ледовый причал включает: ледовый массив 1, расположенный у береговой полосы и связанный с грунтовым мерзлым основанием вертикальными трубами-сваями 2, обеспечивающими кроме основной функции - опоры, функцию теплообмена основания 3 с горизонтальной поверхностью причала. К ледовому массиву примыкает ледовый выступ 4, направленный в сторону акватории и армированный горизонтальными трубами 5 (продольной арматурой). (Для возможности одновременной швартовки нескольких судов ледовый массив может иметь несколько выступов 4). Так как лед имеет достаточно высокую прочность на сжатие от 4 до 6 МПа при температуре минус 24°C, а арматура (металл, стекловолокно) - высокую прочность на растяжение, это позволяет выполнить прочную конструкцию из льда (ледовый массив) и металла (горизонтальные трубы). Для дополнительного увеличения прочности выступа 4 в ледяной массив добавляют стекловолокно. Полученный результат объясняется тем, что фиброледяной массив обладает высокой прочностью на сжатие. Причальная кромка 6 ледового выступа, контактирующая с бортом судна 7, облицована защитной бетонной полосой. Для швартовки судна на выступе 4 установлены швартовные тумбы 8. Анкерная арматура (горизонтальные трубы 5) соединена с кромкой 6 и вертикальной стойкой 9, расположенной в ледовом массиве 1. На причале установлена хладообразующая станция 10, которая в летний период подает хладагент в горизонтальные трубы 5. Вертикальные трубы 2 в зимний период открыты. В летний период - закрыты задвижками, что изолирует трубы от внешней среды и позволяет сохранить режим воздухообмена в системе, что обеспечивает дополнительную подачу холодного воздуха из зоны вечной мерзлоты в горизонтальные трубы.
Изобретение было создано специалистами кафедры гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в ходе научно-исследовательских работ. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования предлагаемого технического решения для швартовки большегрузных судов, курсирующих по трассе Северного морского пути, в побережье которого расположены грунты с вечной мерзлотой.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».