ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ОБЪЕКТОВ ПОРТОВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
advertisement
ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ ОБЪЕКТОВ ПОРТОВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ и мировой опыт современных технологий гидротехнического строительства ВВЕДЕНИЕ В связи с ростом глубины воды у современных портовых причальных сооружений (порядка 20 м) актуальным становится совершенствование их конструкторско-технологических решений, а также соответствующих методов проектирования и расчета. Не менее своевременной является также постановка задачи разработки инновационных подходов к конструированию и проектированию глубоководных шельфовых сооружений (рейдовые причалы, нефтегазодобывающие платформы и т.п.), где глубины воды составляет десятки, а иногда и сотни метров. Ввиду большого разнообразия конструкторских решений рассматриваемых глубоководных сооружений остановимся только на одном их виде, а именно на свайных конструкциях. Под последними будем понимать сооружения, в состав которых входят стальные шпунтовые сваи, а также сооружения на стальных опорах трубчатого типа. Рассмотрим некоторые инновационные конструкторско-технологические решения, разработанные в последние годы в Одесском национальном морском университете (ОНМУ) на кафедре «Морские и речные порты, водные пути и их техническая эксплуатация». ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ГЛУБОКОВОДНОГО ПРИЧАЛА ТИПА «БОЛЬВЕРК» Для повышения несущей способности причального сооружения и снижения его материалоемкости разработана конструкция больверка, включающая лицевую стенку и обратную грунтовую засыпку позади стенки, в которой анкерные опоры выполнены гребенчастыми в виде закрепленных вдоль жесткого сердечника анкерных плит. При этом расстояние между смежными анкерными плитами таково, что более близкая к лицевой стенке плита не пересекает границ призмы выпора грунта перед более отдаленной от лицевой стенки плитой (рис.1 и 2). При эксплуатации причального сооружения анкерная опора передает нагрузку от давления грунта на анкерную опору, которая выполнена в виде «гребенки». Анкерное усилие воспринимается одновременно всеми плитами «гребенки», что обеспечивает повышение несущей способности анкерного устройства и всего сооружения в целом (при тех же затратах на изготовление анкерных плит, что и в традиционных рещениях). С другой стороны, предложенное сооружение может обеспечить снижение материалоемкости конструкции при той же несущей способности сооружения, что и в известных устройствах. Ôiã.5 6 La L1 4 L2 90° II I III 5 3 1 2 45- Рис.1 7 45 = + Ôiã.4 Âóçî ë 4 5 à) á) 4 Ëií iÿ êî ðäî í y 5 3 1 3 4 2 5 â) 4 + 45 + 45 3 5 Рис.2 Для восприятия повышенных нагрузок от распорного давления грунта засыпки позади шпунтовой стенки и упрощения технологии возведения глубоководного причального сооружения за счет отказа от применения традиционных анкерных устройств разработана новая конструкция подпорной стенки. Подпорная стенка включает стальные шпунтовые сваи, погруженные в направлении вдоль сооружения (продольная стенка), грунт обратной засыпки, а также поперечные ряды шпунтовых свай (контрфорсы), соединенные с продольной стенкой. Контрфорсы выполнены в форме прямоугольной трапеции из шпунтовых свай разной длины, причем длина свай уменьшается по мере удаления от продольной стенки, а ширина поперечных рядов увеличивается книзу. шпунтовых свай стенки объединены оголовком (рис. 3). Головы Рис. 3. Шпунтовая стенка с контрфорсами а – поперечный разрез; б – план. В данной конструкции роль контрфорсов заключается не только в увеличении жесткости подпорной стенки при восприятии внешних нагрузок, но и в эффективном снижении распорного давления грунта, расположенного позади стенки. При этом преимуществом контрфорса, ширина которого увеличивается книзу, является большая эффективность при снижении интенсивности распорного давления грунта. Это обусловлено тем, что эпюра распределения интенсивности распорного давления грунта засыпки, обусловленная действием собственного веса грунтовой среды, также возрастает с глубиной. Таким образом, по мере нарастания распорного давления с глубиной, увеличивается экранирующий эффект от применения контрфорсов; при этом материал в конструкции таких ребер жесткости используется максимально эффективно. 2. ИННОВАЦИОННОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДЛИННЫХ СВАЙНЫХ ОПОР Во многих случаях возведения глубоководных сооружений на свайном основании, включающих сваи трубчатого (кольцевого) сечения, возникают существенные технологические трудности при устройстве длинных (с глубиной погружения более 40 м) свай из-за образования внутри сваиоболочки так называемой «грунтовой пробки» вследствие развития значительных сил трения между грунтом и внутренней поверхностью стенок сваи-оболочки. Результатом этого является ограничение глубины погружения сваи-оболочки либо необходимость применения очень мощного (и, соответственно, дорогостоящего) сваебойного оборудования. В новом разработанном способе погружения сваи-оболочки передачу продольного усилия на сваю осуществляют попеременно на кольцевое сечение всей сваи-оболочки и на поперечные сечения в форме части кольца каждого из составляющих ее элементов, связанных посредством замковых соединений, параллельных продольной оси сваи. После погружения сваиоболочки на проектную глубину и обеспечения проектной несущей способности сваи элементы, составляющие кольцевое поперечное сечение, жестко соединяют, обеспечивая совместное восприятие ими эксплуатационных нагрузок (рис. 4 и 5). Рис. 4. Поперечное сечение сваи-оболочки Рис. 5. Основные этапы погружения сваи-оболочки. Таким образом, в процессе погружения сваи-оболочки сопротивление грунта основания преодолевается за счет двух позитивных обстоятельств. Во-первых, за счет того, что удается избежать возникновения грунтовых пробок при погружении по отдельности составляющих полукольцевых элементов (т.е. не замкнутого сечения). Во-вторых, реализуется возможность передачи на отдельный полукольцевой элемент при его погружении всей энергии сваебойного оборудования (молота), которая в традиционных способах приходилась на всю сваю-оболочку. Достоинствами нового способа погружения сваи-оболочки являются увеличение глубины погружения сваи без повышения мощности сваебойного оборудования и, соответственно, возрастание несущей способности сваи. Кроме того, возможность независимого перемещения отдельных составляющих кольцевого сечения облегчает также процесс демонтажа сооружений и извлечения свайных опор из грунтового основания. Поперечное сечение сваи-оболочки состоит из двух элементов в форме части кольца, соединенных замковыми соединениями (например, замковыми соединениями шпунтовых свай), что позволяет отдельным элементам перемещаться один относительно другого вдоль продольной оси сваи в процессе погружения. Предложенный способ может быть применен для погружения, главным образом, стальных трубчатых свай из номенклатуры труб, используемых в строительстве (например, для труб отечественного производства это сваи диаметром от 420 мм до 1220 мм с толщиной стенки 11-15 мм). В качестве замковых соединений могут быть применены замки стальных шпунтовых свай, хорошо освоенные как отечественной (шпунты типа Ларсен), так и зарубежной (например, шпунты типа PU, AZ, HZ и др. производства ArcelorMittal) сталепрокатной промышленностью. Прокладка-переходник, размещаемая между ударной частью молота и головой сваи (иногда называемая «подушкой»), может быть выполнена в двух вариантах. В первом варианте она имеет традиционную круглую форму для погружения одновременно всего составного кольцевого сечения, при этом диаметр прокладки соответствует диаметру составного кольцевого сечения. Во втором варианте форма прокладки - фигурная (ступенчатая или уголковая) для погружения одной из составляющих кольцевого сечения; при этом размер контактирующей с молотом верхней поверхности прокладки соответствует размеру его ударной части, а размер контактирующей со сваей нижней поверхности прокладки соответствует размеру поперечного сечения составляющего элемента сваи. Разработанный способ может быть реализован следующим образом. На начальном этапе при невысокой сопротивляемости грунта основания погружению сваи возможно осуществление погружения всего кольцевого сечения сваи-оболочки (прокладка-переходник между ударной частью молота и головой сваи передает продольное усилие на составляющие элементы сваи одновременно). На следующем этапе при затрудненном погружении сваи-оболочки вследствие повышенного сопротивления грунта основания передачу энергии молота осуществляют лишь на один из составляющих элементов (для этого можно использовать фигурную прокладку-переходник между ударной частью молота и головой сваи). Затем переставляют (или поворачивают) прокладку-переходник для передачи энергии молота на другой составляющий элемент. Далее описанные этапы процесса погружения повторяют, чередуя погружение отдельных составляющих элементов сваи. Заключительный этап погружения (достижение проектной глубины забивки сваи) целесообразно выполнять для всего кольцевого сечения сваи-оболочки, после чего следует жестко зафиксировать составляющие элементы для обеспечения совместной их работы в составе кольцевого сечения сваи-оболочки при восприятии эксплуатационных вертикальных нагрузок работающего сооружения. Погружение сваи и ее элементов может быть выполнено с применением стандартного сваебойного оборудования, имеющегося в распоряжении строительных организаций соответствующего профиля (например, посредством дизельных или гидравлических молотов ударного действия). В области гидротехнического и морского строительства такие молоты используют с привлечением плавучих копров или плавучих кранов.
