Гидротехническое сооружение

Гидротехническое сооружение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении набережных, пирсов, подпорных стенок и т.п. сооружений, преимущественно в удаленных северных районах.

Известно гидротехническое сооружение типа гравитационной набережной, выполненной в виде подпорной стенки: монолитной, из массивной кладки, из монолитных или сборных массивов-гигантов, уголковой с внутренней или внешней анкеровкой, из объемных монолитных блоков, ряжевой. В таких стенках ячейки пустотелых массивов, массивов-гигантов и ряжей заполняются грунтом засыпки (Будин А.Я., Демина Г.А. Набережные: Справ. пособие. - М.: Стройиздат, 1979. С.20-21 и 53-64). Из этой группы сооружений наиболее близким к предлагаемому является сооружение (набережная) из пустотелых массивов, заполненных грунтом засыпки (там же, с.55, рис.1.43).

Недостатками этих и других подобных гравитационных конструкций являются их высокая стоимость, материалоемкость, продолжительность строительства, необходимость устройства тщательно выровненной искусственной постели и использование кранов большой грузоподъемности.

Известно гидротехническое сооружение типа свайной набережной, выполненной в виде подпорной стенки: тонкой (больверк), тонкой с разгрузочным или экранирующим устройством, из свай-оболочек, в виде свайного ростверка. Такие стенки могут быть как заанкерованными, так и без анкеров (там же, с.16-20 и 27-53). Из этой группы сооружений наиболее близким к предлагаемому является сооружение в виде тонкой стенки с разгрузочными элементами, армирующими грунт засыпки (там же, с.18).

Общим недостатком этих и других подобных конструкций является то, что они могут выполняться только на грунтах, позволяющих погружение шпунта или свай. При этом их стоимость, расход дефицитного материала и продолжительность строительства остаются относительно высокими.

Известно гидротехническое сооружение типа плотины, представляющей собой кладку из сетчатых ящиков (габионов), заполненных мелким камнем и образующих вертикальную лицевую (верховую) грань, покрытую деревянным настилом (Гришин М.М. Гидротехнические сооружения. - М.: Энергия, 1968, с.161, рис.10-5, а, б, в).

Недостатком этой конструкции является ее высокая стоимость, обусловленная большим расходом тонкой арматуры (проволоки) и высокими трудозатратами при изготовлении ящиков. При этом такая конструкция применима при ее малой высоте, обычно до 5 метров, и она не приспособлена для восприятия нагрузок от льда, судов, плавающего леса и т.д.

Известно гидротехническое сооружение типа причальной набережной, представляющей собой массивную кладку, выполненную с вертикальной лицевой гранью на подготовленном основании из массивов, которые образованы из заключенных в металлические контейнеры утилизированных цилиндрических емкостей, заполненных грунтом и грунтоцементом, при этом в качестве контейнеров применены каркасы ящичного типа, выполненные сваркой утилизированного металла (Пат. Российской Федерации №2026452, опубл. 10.01.95).

Недостатки этой конструкции сооружения следующие:

- высокая материалоемкость контейнеров, обусловленная тем, что нагрузка от контейнеров верхних ярусов полностью передается на каркасы контейнеров нижних ярусов, элементы которых находятся в атмосферных условиях высокопустотной кладки;

- многодельность при изготовлении контейнеров и при выполнении кладки из этих относительно малогабаритных, но утяжеленных емкостями с грунтом контейнеров;

- необходимость выполнения с тыльной стороны кладки каменной призмы и обратного фильтра вследствие высокой пустотности кладки;

- высокая пустотность кладки обуславливает снижение гравитации кладки, обеспечивающей ее устойчивость;

- многостолбчатость кладки в поперечном сечении набережной обусловливает необходимость скрепления столбов кладки между собой посредством сварки и/или надстройки.

Указанные недостатки обуславливают относительно высокие затраты при создании сооружения. Наличие же на лицевой грани и внутри высокопустотной кладки большого количества металла, омываемого водой, ухудшает экологию водоема, что увеличивает затраты при эксплуатации сооружения.

У заявителя возникли трудности при выборе из уровня техники прототипа, поэтому предпочтение отдано формуле изобретения без разделения ее первого пункта на ограничительную и отличительную части.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является снижение затрат при возведении сооружения и при его эксплуатации, а также сокращение срока создания сооружения. Технический же результат от использования изобретения заключается в снижении материалоемкости и в упрощении работ при создании сооружения, а также в уменьшении влияния сооружения при его эксплуатации на экологию водоема.

Задача решается, а технический результат достигается тем, что гидротехническое сооружение состоит из блоков, установленных на подготовленное основание в ряд и в несколько ярусов один на другой с образованием лицевой стенки. Каждый блок содержит скрепленные между собой элемент лицевой стенки и анкерно-разгрузочное устройство, армирующее грунт засыпки и выполненное из контейнера, отслужившего на перевозке грузов и содержащего металлические каркас ящичного типа с обрешеченным днищем, две боковые стенки, торцевую стенку на одном торце контейнера и дверной проем на другом его торце. Элемент лицевой стенки скреплен с торцом контейнера, заполненного грунтом засыпки.

Кроме того, элемент лицевой стенки имеет высоту, равную высоте контейнера, а ширину - ширине контейнера. Его скрепление осуществлено с торцом контейнера, содержащим дверной проем, или с торцом, содержащим торцовую стенку. Боковые стенки контейнера выполнены из гнутого профильного листа, при этом волны в стенке расположены вертикально. В блоках нижнего яруса контейнер содержит двустворчатые двери, створки которых установлены в открытом положении, а в блоках яруса, расположенного выше нижнего яруса, на днище каркаса уложены двери, снятые с контейнера. Ширина элемента лицевой стенки может превышать ширину контейнера с образованием боковых консолей по отношению к торцу контейнера (вариант). В случае же выполнения сооружения из блоков в виде пирса, содержащего две лицевые стенки, контейнер одним торцом скреплен с элементом одной лицевой стенки, а другим торцом - с элементом другой лицевой стенки.

Сущность технического решения заключается прежде всего в том, что: 1) монтажный блок (блок кладки) гидротехнического сооружения содержит скрепленные между собой элемент лицевой стенки и устройство (анкерно-разгрузочное), которое одновременно анкерует этот элемент в грунте засыпки, разгружает его от бокового давления грунта засыпки и армирует этот грунт; 2) анкерно-разгрузочное устройство выполнено из контейнера, отслужившего на перевозке грузов и приспособленного для использования его по новому назначению - вырезана крыша, удален деревянный пол, а в ряде случаев и двери.

Сравнение предложенного решения с другими известными техническими решениями показывает, что как первый признак, так и второй не встречаются в гидротехнических сооружениях, выполняемых из блоков. При этом в случае наличия в районе достаточного количества контейнеров по цене металлолома или несколько выше стоимость предложенной конструкции будет ниже любой другой известной аналогичной конструкции из блоков. Все это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения как критерию "Новизна", так и критерию "Изобретательский уровень".

Предлагаемое гидротехническое сооружение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-9.

На фиг.1 изображено гидротехническое сооружение в виде причала из блоков, установленных в три яруса, при этом скрепление элемента лицевой стенки в каждом блоке осуществлено с торцом контейнера, содержащим дверной проем, поперечный разрез; на фиг.2 - то же, что и на фиг.1, вид со стороны водоема; на фиг.3 - схематичный чертеж блока; на фиг.4 - причал из блоков, установленных в три яруса, при этом скрепление элемента лицевой стенки в каждом блоке осуществлено с торцом контейнера, содержащим торцевую стенку, поперечный разрез; на фиг.5 - причал из блоков, установленных в четыре яруса, при этом скрепление элемента лицевой стенки в каждом блоке осуществлено с торцом контейнера, содержащим торцевую стенку, поперечный разрез; на фиг.6 - вариант причала из блоков, установленных в три яруса, вид со стороны водоема; на фиг.7 - разрез по А-А на фиг.6; на фиг.8 - гидротехническое сооружение в виде пирса из блоков, установленных в три яруса и в один ряд, поперечный разрез; на фиг.9 - пирс из блоков, установленных в три яруса и в два ряда, поперечный разрез.

Пример 1 (фиг.1-3). Гидротехническое сооружение в виде причала содержит блоки 1, установленные в три яруса один на другой с образованием лицевой стенки 2. Каждый блок содержит скрепленные между собой элемент 3 лицевой стенки 2 и анкерно-разгрузочное устройство, выполненное из контейнера 4, отслужившего на перевозке грузов и содержащего, после приспособления его для использования по новому назначению, металлический каркас 5 с обрешеченным днищем 6 и стенки: боковые 7 и торцевую 8.

В процессе переоборудования контейнера 4 в блок 1 в крыше контейнера 4 выполняется проем 9, с днища 6 удаляется деревянный настил, обнажая обрешетины 10, а из армированного бетона выполняется элемент 3, который скрепляется с торцом контейнера, содержащим дверной проем 11. Высота элемента 3 равна высоте контейнера 4, его ширина - ширине контейнера 4, а боковые стенки 7 контейнера 4 выполнены из гнутого профильного листа с вертикальным расположением волн 12 (фиг.7).

В России при осуществлении северного завоза, осуществляемого сезонно-водным транспортом, обычно скапливаются и в последующем реализуются по цене металлолома или несколько выше контейнеры, рассчитанные на перевозку каждым 20 тонн груза и имеющие размеры в метрах 6,0×2,4×2,6 (Z×В×Н). Вес блока из такого контейнера, снабженного лицевым элементом 3 из бетона толщиной 0,45 метров, около 9 тонн.

На чертеже дополнительно позициями обозначены:

13 - постель

14 - температурно-осадочный шов

15 - соединительный элемент

16 - секция (причала)

17 - грунт внутренней засыпки

18 - грунт внешней засыпки

19 - водоем

Причал возводят путем покурсовой кладки блоков 1 по выровненной постели 13 из крупнозернистого грунта. Точность установки блоков 1 первого яруса, осуществляемой обычно в воду, достигается тем, что после установки его в плане он удерживается краном в приподнятом до заданного уровня положении и в него через проем 9 на обрешетины 10 дозированно подается материал постели 13, который вибрируется. Поэтому особая тщательность выравнивания постели 13 до установки блоков 1 не требуется. Все блоки между температурно-осадочными швами 14 в рядах и в ярусах соединительными элементами 15 объединяются в единую относительно гибкую конструкцию - секцию 16. Выполнение из грунта засыпок внутренней 17 и внешней 18 осуществляется с уплотнением по мере поярусного возведения причала.

Причал работает следующим образом.

Нагрузка, обусловленная активным давлением P₁ грунта внешней засыпки 18, воспринимается гравитацией секции 16 причала, которая слагается из веса блоков 1 секции и веса грунта внутренней засыпки 17 этих блоков. Нагрузка Р_л со стороны водоема (лед, суда) воспринимается как гравитацией секции, так и пассивным давлением грунта внешней засыпки 18. Этим обеспечивается общая устойчивость секции на сдвиг.

Через обрешеченные днища 6 контейнеров 4 вес грунта внутренней засыпки 17 последовательно сверху вниз частично передается непосредственно на постель 13, чем обеспечивается разгрузка всех элементов в блоках 1 от вертикальной нагрузки. Одновременно с этим грунт внутренней засыпки 17 армируется обрешетинами 10 и зависает на них и на стенках боковых 7 и торцевых 8, что обеспечивает разгрузку лицевой стенки 2 от бокового давления Р₂ засыпки 17, а эпюра этого давления Р₂ на лицевую стенку 2 приобретает ступенчатый вид.

Пример 2 (фиг.4 и 5). Причал отличается от описанного в примере 1 только тем, что он выполнен из блоков 20, в которых элемент 3 лицевой стенки 2 скреплен с торцом контейнера, содержащим торцевую стенку 8. При этом противоположный торец контейнера остается открытым.

В таком причале при обеспечении устойчивости секции в состоянии предельного равновесия часть 21 грунта внутренней засыпки 17 (на фиг.4 она изображена пунктиром) не создает удерживающую силу. Несмотря на это в трехярусном причале при качественных грунтах засыпок 17 и 18 устойчивость причала на сдвиг обеспечивается. Воздействие же внутренней засыпки 17 на лицевую стенку 2 такое же, что и в примере 1.

Преимущество этого причала над предыдущим заключается в следующем: во-первых, упрощается выполнение каждого элемента 3 лицевой стенки 2 и повышается его надежность за счет использования торцевой стенки 8 в качестве несъемной опалубки и за счет включения стенки 8 в состав элемента 3 и в его работу; во-вторых, упрощается выполнение внутренней засыпки 17 за счет подачи этой засыпки в ячейку блока 20 через его дверной проем 11.

В случае выполнения причала из таких блоков 20 четырехярусным целесообразно в блоках 20 первого (нижнего) яруса использовать контейнеры с двустворчатыми дверями, установив их створки 22 в открытом положении, а в блоках четвертого (и/или третьего, и/или второго) яруса на обрешетины 10 уложить створки 22, снятые с этих или других контейнеров. Первое увеличивает длину L′ контейнеров в первом ярусе, второе - разгрузку лицевой стенки 2 от давления Р₂ грунта внутренней засыпки 17. Все это увеличивает устойчивость причала.

Давление Р₂ грунта на лицевую стенку 2 в силу силосного эффекта и наличия обрешетин 10, а в четырехярусной стенке и разгрузочных створок 22 весьма сложно и переменно по ширине контейнера. Поэтому эпюра Р₂ на фиг.5 даже качественно не претендует на высокую точность и подлежит уточнению при разработке конструкции.

Пример 3 (фиг.6 и 7). Причал от двух предыдущих отличается тем, что он выполнен из блоков 23, у которых ширина элемента 24 лицевой стенки 2 превышает ширину контейнера 4 обычно в два раза за счет боковых консолей 25. Это отличие обеспечивает уменьшение числа контейнеров на 40-50% за счет более полного использования работоспособности элементов каркаса контейнера на растяжение и за счет двустороннего зацепления боковых стенок 7 за грунт внутренней засыпки 17.

На каждом стыке блоков 23 с тыльной стороны консолей 25 установлены нащельники 26.

Пример 4 (фиг.8). Гидротехническое сооружение в виде пирса содержит блоки 27, установленные в три яруса один на другой и в один ряд с образованием лицевой стенки 28 с одной стороны пирса (ряда) и лицевой стенки 29 с другой его стороны. Каждый блок 27 содержит контейнер 4, переоборудованный ранее описанным образом, и два элемента 24, один из которых скреплен с одним торцом контейнера и образует лицевую стенку 28, а другой - к другому торцу контейнера и образует лицевую стенку 29. Элементы 24 обычно выполняются с консолями 25 аналогично примеру 3.

На фиг.9 представлен пирс, содержащий блоки 23, аналогичные примеру 3, установленные в три яруса и в два ряда и которые в пределах одной секции соединительными элементами 15 объединены в единую конструкцию.

Возведение пирса осуществляется "пионерным" способом сразу на всю высоту - постолбчато.

Гидротехнические сооружения из блоков 1, или 20, или 23, или 27 могут возводиться покурсовой кладкой блоков как без перевязки швов между ними (примеры 1-4), так и с перевязкой швов - последняя кладка чертежом не иллюстрирована.

Гидротехнические сооружения, представленные в примерах 1-4, в своей верхней части могут содержать надстройку. При этом швартовые и отбойные устройства на чертежах не показаны. На все металлические поверхности контейнера и на соединительные элементы наносится антикоррозийное покрытие.

1. Гидротехническое сооружение, характеризующееся тем, что оно состоит из блоков, установленных на подготовленное основание в ряд и в несколько ярусов один на другой с образованием лицевой стенки, причем каждый блок содержит скрепленные между собой элемент лицевой стенки и анкерно-разгрузочное устройство, армирующее грунт засыпки, при этом это устройство выполнено из контейнера, отслужившего на перевозке грузов и содержащего металлические каркас ящичного типа с обрешеченным днищем, две боковые стенки, торцевую стенку на одном торце контейнера и дверной проем на другом его торце, при этом элемент лицевой стенки скреплен с одним из торцов контейнера, а сам контейнер заполнен грунтом засыпки.

2. Гидротехническое сооружение по п.1, отличающееся тем, что высота элемента лицевой стенки равна высоте контейнера, а его ширина - ширине контейнера или превышает ширину контейнера с образованием боковых консолей по отношению к торцу контейнера.

3. Гидротехническое сооружение по п.1, отличающееся тем, что боковые стенки контейнера выполнены из гнутого профильного листа, при этом волны в стенках расположены вертикально.

4. Гидротехническое сооружение по п.1, отличающееся тем, что в блоках нижнего яруса торец контейнера, содержащий торцевую стенку, скреплен с элементом лицевой стенки, а торец контейнера, содержащий дверной проем, снабжен двустворчатыми дверями, створки которых установлены в открытом положении.

5. Гидротехническое сооружение по п.1, отличающееся тем, что в блоках яруса, расположенного выше нижнего яруса, на днище каркаса уложены двери, снятые с контейнера.

6. Гидротехническое сооружение по п.1, отличающееся тем, что в случае выполнения из блоков сооружения, содержащего две параллельно расположенные лицевые стенки, контейнер одним торцом скреплен с элементом одной стенки, а другим - с элементом другой лицевой стенки.