ПИРС
PIER

Изобретение относится к области строительства линейных гидротехнических сооружений и транспортных сооружений, в частности к строительству пирсов на побережье северных морей, имеет отношение к энергетике с использованием природных источников энергии, ветра, атмосферного воздуха, экологии окружающей среды и может быть использовано при возведении морских и речных причалов, молов и дамб в шельфовых водах арктических морей и в низовьях северных рек, для строительства участков дорог, переправ в акватории озер, взлетно-посадочных полос, других линейных объектов на затапливаемых и заболоченных участках местности субарктических и арктических территорий России, а также при возведении пирсов в Антарктиде.
Известен пирс на побережье северных морей, включающий гидротехническое сооружение из железобетонных и стальных конструктивных элементов (…) (РД 31.55-93 и др., см. папку «Разное» про ледяные…).
Недостатками известных железобетонных и стальных пирсов на побережье северных морей являются относительно высокая сложность и стоимость их возведения в тяжелых природно-климатических условиях или сложность подхода крупно- и среднетоннажных судов с грузом для производства строительно-монтажных работ близко к берегу, к месту разгрузки из-за небольшой глубины воды, большие сроки возведения и трудоемкость строительства таких гидротехнических сооружений.
Недостатками известных ледяных временного действия пирсов являются их недолговечность, недостаточная надежность, относительно небольшие линейные размеры, что не позволяет достичь ими глубин, необходимых для подхода судов с большой осадкой, а также неразвитость ледяной конструкции сооружения, что ограничивает долговечность и функциональные возможности пирсов, снижает их инвестиционную привлекательность.
Цель изобретения состоит в создании долговременной ледяной платформы для строительства линейных инженерных сооружений на побережье северных морей России, повышении прочности, устойчивости, надежности, долговечности и функциональности, в повышении (в результате реализации изобретения) транспортной доступности малых населенных мест и мест приложения труда на Севере, ускорении освоения северных регионов России, в повышении экологической, экономической эффективности и инвестиционной привлекательности строительства ледяных сооружений для обеспечения социальных и хозяйственных нужд населения.
Поставленная цель достигается тем, что пирс выполнен в виде установленной на морское дно ледяной платформы прямоугольного сечения, размещен преимущественно в устье северных судоходных рек, снабжен расположенными на берегу ветрозахватными электростанциями башенного типа, жидкостной системой охлаждения и системой воздушного охлаждения в виде проходных каналов, гидротеплоизолирующим экраном, размещенным на поверхности платформы, и твердым настилом в виде плоских элементов прямоугольной в плане формы, расположенными под углом в 45° к продольной оси платформы. При этом платформа выполнена с откосами на боковых гранях, расположенными на уровне плавающих льдов, и снабжена арматурными сетками, размещенными на уровне диаметральной плоскости воздушных каналов. Жидкостная система охлаждения выполнена из сообщающихся между собой аккумуляторов атмосферного холода, трубопроводов охлаждения и потребителей хладоагента, причем трубопроводы охлаждения размещены вдоль откосов и под теплогидроизолирующим экраном.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - в плане, на фиг.2, 3 - в разрезах показан пирс, на фиг.4 - в плане показан фрагмент пирса и на фиг.5 и 6 - в плане и разрезе показан аккумулятор атмосферного холода.
Конструкция пирса состоит из ледяного массива 1, включает воздушные тоннели 2, аккумуляторы атмосферного холода 3 и 4 (4 - на берегу), трубопроводы охлаждения 5, 6, теплогидроизолирующий экран 7, дорожное покрытие 8 и потребитель жидкого хладагента 9.
Пирсы на побережье северных морей России размещают преимущественно в устьях судоходных рек, поскольку при отсутствии автомобильных и железных дорог реки служат практически единственной транспортной системой для большого количества грузов из южных регионов страны.
Перед строительством пирса вблизи на возвышенном участке побережья устанавливают одну или две ветрозахватные башенного типа электростанции 10, электроэнергия которых необходима как в процессе строительства, так и при эксплуатации пирса. Энергообразующие башни, при необходимости, оснащаются береговым навигационным, осветительным и другим необходимым оборудованием.
До наступления холодов производят подготовку, выравнивание полосы дна - ложа, основания будущего пирса. С наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха и образования на воде ледового покрова 11 по контуру будущего пирса выполняют сквозные прорези, устанавливают несъемную опалубку и производят послойное намораживание льда. В процессе формирования ледяного массива 1 прокладывают трубопроводы охлаждения 5, 6. По бокам ледяной массив выполняют с откосами 12 под углом 30°-40° к поверхности ледяного покрова 11. По мере намораживания льда ледяной массив 1 под собственным весом опускается на подготовленное ложе морского (речного) дна, с которым лед смерзается благодаря низкой температуре ледяного массива.
По всей длине ледяного массива выполняют не менее двух воздушных тоннелей 2. Тоннели 2, которые предназначены в первую очередь для охлаждения ледяного массива в теплый период года, располагают в 1,5-2,0 метрах от вертикальных граней-стенок пирса и соединяют с атмосферой приточно-вытяжными вентиляционными трубами 13.
На поверхности ледяного массива и на побережье устанавливают аккумуляторы атмосферного холода (Ах) 3, 4 в теплоизоляционной оболочке 14. Ах 3 соединяют через трубопроводы охлаждения 5, 6 с циркуляционным насосом 15, аккумулятором холода 4, выполняющего роль расходного резервуара, и потребителем хладагента (топлива) 9. В качестве хладагента в жидкостной системе охлаждения используют дизельное арктическое топливо, потребителем которого являются автомобильный, гусеничный транспорт и находящиеся у пирса суда. Все аккумуляторы холода оборудуют встроенными в оболочку резервуаров термосифонами сезонного действия 16. Каждый аккумулятор холода, в котором размещают холодопровод 17 и в виде змеевика воздухопровод 18, соединяют соответственно с холодильной машиной 19 и компрессором 20. По поверхности ледяного массива 1 укладывают теплогидроизолирующий экран 7, а по верху - твердое покрытие 8 из железобетонных плит. Плоские элементы твердого покрытия располагают в плане относительно продольной оси пирса под углом 45° и сваривают между собой через закладные детали. Зазоры между плитами бетоном не заполняют.
Строительство линейных сооружений, в том числе пирсов в ледяном исполнении, на побережье северных морей в таких странах как Россия, США (Аляска) и Дания (Гренландия) становится возможным, поскольку среднегодовая температура воздуха - отрицательная, а сохранение ледяного массива 1 в летний период года в твердомерзлом состоянии обеспечивается воздушной и жидкостной системами охлаждения, работающими на автономных источниках природной энергии.
В холодный период года тоннели 2 используют в качестве охлаждающего пространства. Морозный с низкой температурой воздух поступает и удаляется в атмосферу через вентиляционные трубы 13. Увеличение эффекта охлаждения и прочности льда в периферийных слоях ледяного массива достигается благодаря близкому к вертикальным стенкам одно- двух- или многоярусному расположению тоннелей 2. Во время эксплуатации пирса тоннели 2 используют также в качестве холодильников для длительного (резервного) хранения продуктов. В летнее время года (июль - август - сентябрь) для охлаждения воздуха в тоннелях используют компрессор 20, электроэнергию к которому подают от ветрозахватных электростанций 10.
Система охлаждения с жидким хладагентом работает следующим образом. В холодный период года хладагент в Ах охлаждается с помощью термосифонов сезонного действия 16, где незамерзающее топливо циркулирует за счет разности температур атмосферного воздуха и хладагента (топлива). Постоянное охлаждение хладагента до низких температур приводит к накаливанию холода в Ах. В конце зимнего периода температура хладагента в резервуаре может достигать минус (35°-40°С). При повышении температуры воздуха, например, до минус 34°С термосифоны сезонного действия 16 автоматически «запираются», т.е. в них циркуляция топлива прекращается. В жидкостной системе охлаждения происходит постоянный отбор хладагента (топлива) из расходного резервуара (Ах-4) автотранспортными средствами или судном. Это вызывает естественно-искусственную циркуляцию топлива по трубопроводам охлаждения 5, 6, понижение температуры и, следовательно, повышение прочностных характеристик льда.
Количество топлива, отбираемого из системы потребителями, возмещают топливом, которое поступает в Ах-4 по трубопроводу 21 из питающего резервуара.
В летний период года включают насос 15, с помощью которого в системе охлаждения осуществляют циркуляцию жидкого хладагента с низкой температурой. При повышении температуры хладагента до минус 10°С в автоматическом режиме включается холодильная машина 19 и работает до восстановления расчетной отрицательной температуры хладагента в аккумуляторах холода 3, 4.
В летний период года при наличии течений в зоне расположения пирса, льды приходят в движение. Льдины, встречая на своем пути пирс, начинают подниматься по наклонной поверхности откоса 12 и под действием собственного веса ломаются. Наличие откосов позволяет уменьшить горизонтальное давление льдов на пирс, обеспечить устойчивость ледяного сооружения и, в результате, уменьшить поперечный размер пирса.
Длина уходящего в море пирса при небольших глубинах шельфовых вод северных морей может достигать нескольких сотен и даже тысяч метров, ширина - не менее 15 метров. При этом пирс выполняет свои основные функции причального и погрузо-разгрузочного сооружения. При определенных условиях и обстоятельствах пирс может выполнить и роль взлетно-посадочной полосы.
Железобетонные плиты, составляющие жесткое покрытие 8, укладывают на теплогидроизолирующий экран 7 под углом 45°С к его основанию. Такое расположение плит выбрано для того, чтобы снизить ударные нагрузки на транспорт при переезде колес через стыки плит и, наоборот, нагрузки от колес транспорта - на стыковые соединения плит. Угол в 45°С назначен из условия традиционного изготовления плит прямоугольной формы, как наиболее рациональный с точки зрения их изготовления транспортировки и складирования. Теоретически и экспериментально установлено, что ударная нагрузка на транспорт и транспорта на плиты снижается в геометрической прогрессии с уменьшением угла наклона линии стыка к траектории движения колес.