RU2050429C1

RU2050429C1 - Hydraulic engineering construction

Info

Publication number: RU2050429C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Силин; Леонид Федорович Златоверховников; Михаил Ювинальевич Николаевский; Владимир Алексеевич Погодин
Original assignee: Анатолий Васильевич Силин; Леонид Федорович Златоверховников; Михаил Ювинальевич Николаевский; Владимир Алексеевич Погодин
Priority date: 1992-01-04
Filing date: 1992-01-04
Publication date: 1995-12-20

Abstract

FIELD: hydraulic engineering construction. SUBSTANCE: hydraulic engineering construction comprises upper structure resting on shells with perforated walls 1 filled with coarse-grained material. Perforation apertures 4 are made all over the surface of each shell, and layers of filling coarse-grained material 5 are put in several tiers over height of the shell. Horizontal flat grids 7 are inserted between the tiers. All grids 7 are made of reinforcing steel with radial work reinforcement 8 and circular distributing reinforcement 9. In so doing apertures 4 in shell walls 1 are closed with grids 6 from inside. Overall cell size of the grid does not exceed size of the smallest fraction size of filling material 5 in the shells. Coarse-grained filling material 5 is proposed to be seeded with zoospore of brown algae preferentially laminaria. EFFECT: increased reliability of the hydraulic engineering construction, decreased materials consumption and labour. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям различного назначения, возводимых из тонкостенных оболочек большого диаметра, а именно к оградительным и причальным сооружениям, в том числе к палам. The invention relates to hydraulic structures for various purposes, erected from thin-walled shells of large diameter, namely, enclosing and berthing structures, including palms.

Известно оградительное сооружение ячеистой конструкции цилиндрического типа, выполненное из плоского стального шпунта с ячейками, засыпанными грунтом, и с верхним строением, включающим уголок жесткости и железобетонное покрытие, которое уложено на поверхность грунта засыпки [1]
Отдельные ячейки в рассматриваемом оградительном сооружении соединены между собой козырьками, также выполненными из плоского стального шпунта.Known enclosing structure of the cellular structure of the cylindrical type, made of flat steel sheet pile with cells covered with soil, and with the upper structure, including a stiffness corner and reinforced concrete coating, which is laid on the surface of the soil backfill [1]
The individual cells in the enclosure under consideration are interconnected by visors, also made of flat steel sheet pile.

Недостатком данного оградительного сооружения является его недостаточная надежность, так как с увеличением диаметра ячейки и ее высоты резко возрастают усилия в замках стального шпунта и, кроме того, ячейка не обладает необходимой жесткостью при воздействии внешних нагрузок, приложенных с ее наружной стороны в диаметральной плоскости ячейки, так как она выполнена из отдельных стальных шпунтин, связанных между собой замками. Помимо этого, такое оградительное сооружение, представляющее собой сплошную стенку, не может обеспечить водообмен между открытым водоемом и защищаемой акваторией. The disadvantage of this protective structure is its lack of reliability, since with an increase in the diameter of the cell and its height, the forces in the steel tongue locks sharply increase and, in addition, the cell does not have the necessary rigidity when exposed to external loads applied from its outer side in the diametrical plane of the cell, since it is made of individual steel tongues, interconnected by locks. In addition, such an enclosing structure, which is a continuous wall, cannot provide water exchange between an open water body and a protected water area.

Известно гидротехническое сооружение из железобетонных оболочек большого диаметра, имеющих на наружной поверхности выступы, расположенные в шахматном порядке, внутри которых выполнены отверстия, проходящие по оси каждого выступа через стенку оболочки; при этом заполнение полостей оболочек состоит из крупноразмерного материала [2]
Недостатком рассматриваемого гидротехнического сооружения является малая его надежность, поскольку выступы, имеющиеся на наружной поверхности железобетонных оболочек в период эксплуатации сооружения легко могут быть повреждены и даже разрушены.A hydraulic structure of reinforced concrete shells of large diameter is known, having staggered protrusions on the outer surface, inside of which holes are made, passing along the axis of each protrusion through the wall of the shell; wherein the filling of the cavities of the shells consists of a large-sized material [2]
The disadvantage of the hydraulic structure under consideration is its low reliability, since the protrusions on the outer surface of reinforced concrete shells during the operation of the structure can easily be damaged and even destroyed.

Другой недостаток указанного гидротехнического сооружения заключается в том, что при его возведении не может быть обеспечена такая пористость материала заполнителя, которая бы отвечала нормальным условиям существования гидробионтов внутри оболочек. Another drawback of this hydraulic engineering structure is that during its construction, such a porosity of the aggregate material cannot be ensured that would meet the normal conditions for the existence of hydrobionts inside the shells.

Кроме того, со временем, материал заполнителя оболочек будет уплотняться и слеживаться, особенно в нижней их части, вследствие чего пористость этого материала будет постоянно уменьшаться. In addition, over time, the material of the shell aggregate will be compacted and caked, especially in their lower part, as a result of which the porosity of this material will constantly decrease.

К тому же, в связи с трудоемкостью изготовления железобетонных оболочек с выступами, имеющими сквозные отверстия, проходящие через их стенки, исключается возможность выполнения такого количества отверстий, которое оказалось бы достаточным для достижения требуемой водопроницаемости оболочек, от чего также зависит создание нормальных условий существования гидробионтов внутри оболочек. In addition, due to the complexity of manufacturing reinforced concrete shells with protrusions having through holes passing through their walls, the possibility of making such a number of holes that would be sufficient to achieve the required permeability of the shells is excluded, which also creates the normal conditions for the existence of hydrobionts inside shells.

Задачей изобретения является повышение надежности гидротехнического сооружения при одновременном снижении материалоемкости его конструкции и трудоемкости возведения, а также расширение функциональных возможностей сооружения путем придания ему санитарно-экологических функций. The objective of the invention is to increase the reliability of the hydraulic structure while reducing the material consumption of its structure and the complexity of the construction, as well as expanding the functionality of the structure by giving it sanitary and environmental functions.

Для решения указанной задачи в известном гидротехническом сооружении, включающем верхнее строение, опирающееся на оболочки с перфорированными стенками, заполненные крупноразмерным материалом, согласно изобретению отверстия перфорации выполнены по всей поверхности стенки каждой оболочки, а крупноразмерный материал заполнения уложен слоями по высоте оболочки в несколько ярусов, между которыми горизонтально уложены плоские сетки. To solve this problem in a known hydraulic structure, including the upper structure, supported by shells with perforated walls, filled with large-sized material, according to the invention, perforation holes are made over the entire wall surface of each shell, and large-sized filling material is laid in layers along the height of the shell in several tiers, between with which flat grids are horizontally stacked.

При этом каждая сетка выполнена из арматурной стали с радиально расположенной рабочей арматурой и кольцевой распределительной арматурой. Moreover, each mesh is made of reinforcing steel with a radially located working reinforcement and annular distribution reinforcement.

Кроме того, отверстия в стенках оболочек изнутри закрыты решетками, размер ячеек которых в свету не превышает размера наименьшей фракции материала заполнения оболочек. In addition, the openings in the walls of the shells are closed from the inside with gratings, the cell size of which in the light does not exceed the size of the smallest fraction of the filling material of the shells.

Предусматривается также, что крупноразмерный материал заполнения оболочек засеян зооспорами бурых водорослей, преимущественно, ламинарии. It is also envisaged that large-sized material for filling the shells is seeded with zoospores of brown algae, mainly kelp.

На фиг.1 показаны вид сбоку и поперечный разрез пала гравитационной конструкции, выполненного из оболочки большого диаметра; на фиг.2 сетка из арматурной стали в плане, используемая для армирования заполнения оболочки. In Fig.1 shows a side view and a cross section of the fall of a gravitational structure made of a shell of large diameter; figure 2 a grid of reinforcing steel in plan, used to reinforce the filling of the shell.

Пал гравитационной конструкции включает верхнее строение, опирающееся на вертикально установленную цилиндрическую оболочку большого диаметра, стенка 1 которого образована из заранее перфорированного стального полотнища заводской рулонной заготовки. The gravitational structure includes a top structure resting on a vertically mounted cylindrical shell of large diameter, wall 1 of which is formed from a pre-perforated steel sheet of a factory rolled billet.

Оболочка нижней кромкой своей стенки через каменную постель 2 опирается на поверхность 3 грунта основания. The shell with the lower edge of its wall through the stone bed 2 rests on the surface 3 of the base soil.

Перфорация стенки 1 оболочки выполнена таким образом, чтобы она после установки оболочки на каменную постель 2 оказалась ниже зоны переменного горизонта воды, причем отверстия 4 в стенке имеют круглую форму и расположены в шахматном порядке. The perforation of the wall 1 of the shell is made in such a way that after installing the shell on the stone bed 2 it is below the zone of a variable water horizon, and the holes 4 in the wall are round and staggered.

Заполнение 5 полости оболочки состоит из крупноразмерного материала, например из камня. The filling 5 of the cavity of the shell consists of a large-sized material, for example, stone.

С внутренней стороны стенки 1 оболочки на отверстиях 4 установлены решетки 6, имеющие ячейки, размеры которых в свету меньше размеров наименьшей фракции материала заполнения 5 оболочки. On the inner side of the wall 1 of the shell on the holes 4 are installed lattices 6 having cells whose dimensions in the light are smaller than the smallest fraction of the filling material 5 of the shell.

Заполнение 5 армировано сетками 7 из арматурной стали, уложенными горизонтально между слоями крупноразмерного материала в несколько ярусов по высоте оболочки. Filling 5 is reinforced with nets 7 made of reinforcing steel, laid horizontally between layers of large-sized material in several tiers along the height of the shell.

Сетки 7 имеют радиальную рабочую арматуру 8 и кольцевую распределительную арматуру 9, которая расположена концентрично относительно центра сетки. The grids 7 have a radial working armature 8 and an annular distribution armature 9, which is concentric with respect to the center of the grid.

Рабочая арматура приварена к плоскому стальному диску анкеру 10, размещенному в центральной части сетки 7. Working fittings are welded to a flat steel disk anchor 10, located in the Central part of the grid 7.

Толщина стенки оболочки определяется расчетом стенки на прочность, с учетом ослабления ее сечения отверстиями 4, а также воздействия на оболочку внешних нагрузок, в том числе нагрузок от судов, ледовых и волновых нагрузок. The wall thickness of the shell is determined by calculating the wall for strength, taking into account the weakening of its section by holes 4, as well as the impact on the shell of external loads, including loads from ships, ice and wave loads.

Количество сеток 7, укладываемых горизонтально ярусами между слоями крупноразмерного материала внутри заполнения 5 оболочки, их взаимное расположение по высоте оболочки и диаметр рабочей арматуры 8 сеток также устанавливаются расчетом с учетом физико-механических характеристик материала заполнения 5 оболочек. The number of grids 7, laid horizontally in tiers between the layers of large-sized material inside the shell 5 fill, their relative position along the shell height and the diameter of the working reinforcement 8 grids are also set by calculation taking into account the physicomechanical characteristics of the 5 shell shell fill material.

При этом должно быть удовлетворено требование, заключающееся в сохранении постоянной минимальной толщины стенки оболочки при минимальном суммарном расходе стального листа, используемого для создания стенки оболочки, и стальной арматуры, служащей для изготовления необходимого числа сеток 7. At the same time, the requirement of maintaining a constant minimum shell wall thickness with a minimum total consumption of the steel sheet used to create the shell wall and steel reinforcement serving to produce the required number of nets 7 must be satisfied.

Верхнее строение пала состоит из кольцевого оголовка 11, расположенного с наружной стороны стенки оболочки, кольцевого пояса жесткости 12, размещенного с внутренней стороны стенки, и круглой плиты покрытия 13, опирающейся на верхнюю кромку стенки. The upper structure of the pallet consists of an annular head 11 located on the outer side of the wall of the shell, an annular stiffening belt 12 located on the inner side of the wall, and a round plate of the coating 13, based on the upper edge of the wall.

Пал снабжен швартовной тумбой 14 и отбойным приспособлением 15, расположенными с той его стороны, к которой причаливают суда, а также ограждением 16. Pal is equipped with a mooring bollard 14 and fenders 15 located on the side to which the ships approach, as well as a guard 16.

Для предохранения материала стенки 1 оболочки от коррозии используется ее катодная защита (на чертеже не показана). Кроме того, предусмотрено, что материал заполнения 5 полости оболочки засеян зооспорами бурых водорослей, например ламинарии. To protect the material of the wall 1 of the shell from corrosion, its cathodic protection is used (not shown in the drawing). In addition, it is envisaged that the filling material 5 of the cavity of the shell is seeded with zoospores of brown algae, for example kelp.

В случае, когда предлагаемое гидротехническое сооружение используется в качестве оградительного сооружения, ряд оболочек, установленных в одну линию, образует сплошную конструкцию. В этом случае наличие отверстий 4 в стенке 1 каждой из оболочек способствует гашению энергии волнения и одновременно позволяет сооружению эффективно выполнять санитарно-экологические функции, что связано с улучшением условий водообмена между открытым водоемом и защищаемой акваторией. In the case when the proposed hydraulic structure is used as a protective structure, a number of shells installed in one line forms a continuous structure. In this case, the presence of holes 4 in the wall 1 of each of the shells contributes to the suppression of wave energy and, at the same time, allows the construction to efficiently perform sanitary and environmental functions, which is associated with improved conditions for the exchange of water between an open reservoir and a protected area.

Работает предлагаемое гидротехническое сооружение следующим образом. The proposed hydraulic construction works as follows.

При воздействии на пал гравитационной конструкции внешних нагрузок, в том числе нагрузок от судов, а также ледовых и волновых нагрузок, возникают усилия, которые передаются через кольцевой оголовок 11, кольцевой пояс жесткости 12 и круглую плиту покрытия 13 на стенку 1 оболочки и на заполнение 5, а затем через каменную постель 2, на поверхность 3 грунта основания и далее в толщу грунта основания. When the gravitational structure is exposed to external loads, including ship loads, as well as ice and wave loads, forces arise that are transmitted through an annular tip 11, an annular stiffness belt 12 and a round cover plate 13 to the wall 1 of the shell and to fill 5 and then through a stone bed 2, to the surface 3 of the base soil and further into the thickness of the base soil.

Боковое давление материала заполнения 5, действующее изнутри оболочки, вызывает растягивающие усилия в ее стенке 1, возникающие в плоскостях диаметральных сечений оболочки. Величина этих усилий определяет требуемую толщину стенки оболочки. The lateral pressure of the filling material 5, acting from the inside of the shell, causes tensile forces in its wall 1, arising in the planes of the diametrical sections of the shell. The magnitude of these efforts determines the required wall thickness of the shell.

В предлагаемом гидротехническом сооружении для снижения величины бокового давления материала заполнения 5 оболочки и более равномерного его распределения по высоте стенки 1 оболочки служат сетки 7 из арматурной стали, уложенные горизонтально внутри заполнения 5. In the proposed hydraulic structure, to reduce the lateral pressure of the filling material 5 of the shell and more uniformly distributing it along the height of the wall 1 of the shell, mesh 7 of reinforcing steel 7 is laid horizontally inside the filling 5.

Снижение величины бокового давления грунта происходит благодаря появлению сил трения, действующих по контрактам сеток 7 из арматурной стали с материалом заполнения 5 оболочки при радиальных смещениях стенки 1 оболочки в стороны от ее вертикальной оси. При этом полная реализация указанных сил трения обусловлена тем, что в пределах каждой сетки 7 происходит зацепление отдельных составляющих материала заполнения 5 между собой и с элементами каркаса сетки 7, а именно с рабочей арматурой 8 и с распределительной арматурой 9. The decrease in the lateral pressure of the soil occurs due to the appearance of friction forces acting under the contracts of meshes 7 made of reinforcing steel with filling material 5 of the shell with radial displacements of the wall 1 of the shell to the sides of its vertical axis. In this case, the full implementation of the indicated friction forces is due to the fact that within each mesh 7, individual components of the filling material 5 mesh with each other and with the frame elements of the mesh 7, namely with the working reinforcement 8 and with the distribution reinforcement 9.

Одновременно с возникновением сил трения по контактам каждой сетки 7 с материалом заполнения 5 оболочки в стержнях радиальной рабочей арматуры 8 сетки 7 появляются растягивающие напряжения, которые передаются диску-анкеру 10, загруженному вышележащим материалом заполнения 5, что гарантирует неизменность положения сетки 7. Simultaneously with the occurrence of friction forces at the contacts of each grid 7 with the filling material 5 of the shell, tensile stresses appear in the rods of the radial working reinforcement 8 of the grid 7, which are transmitted to the anchor disk 10 loaded with the overlying filling material 5, which guarantees the invariance of the position of the grid 7.

Армирование заполнения 5 оболочки сетками 7 способствует созданию благоприятных условий работы оболочки. The reinforcement of the filling 5 of the shell with grids 7 contributes to the creation of favorable working conditions for the shell.

В частности, в связи с тем, что сетки 7 представляют собой распределительные элементы, удается получить более равномерную эпюру вертикальных нормальных напряжений от веса материала заполнения 5 оболочки в плоскости ее подошвы. In particular, due to the fact that the grids 7 are distribution elements, it is possible to obtain a more uniform plot of vertical normal stresses from the weight of the filling material 5 of the shell in the plane of its sole.

Кроме того, наличие сеток 7 в заполнении 5 позволяет снизить величины горизонтальных растягивающих нормальных напряжений в стенке 1 оболочки, которые вызываются распором материала заполнения 5 при радиальном смещении стенки оболочки в стороны от ее вертикальной оси и передаются от материала заполнения 5 на внутреннюю сторону стенки оболочки, поскольку в этих условиях полностью реализуются силы трения по контактам сеток 7 с материалом заполнения 5. In addition, the presence of grids 7 in the filling 5 can reduce the horizontal tensile normal stresses in the wall 1 of the shell, which are caused by the spread of the filling material 5 with a radial displacement of the shell wall to the sides from its vertical axis and transferred from the filling material 5 to the inner side of the shell wall, since under these conditions the friction forces at the contacts of the grids 7 with the filling material 5 are fully realized.

Размещение нескольких сеток 7 внутри заполнения 5 на нескольких установленных расчетом уровнях по высоте оболочки позволяет не только добиться уменьшения требуемой толщины стенки 1 оболочки, но и получить равнопрочную стенку постоянной толщины по высоте оболочки. Placing several grids 7 inside the filling 5 at several levels established by calculation along the height of the shell allows not only to reduce the required thickness of the wall 1 of the shell, but also to obtain an equal strength wall of constant thickness along the height of the shell.

При этом облегчается процесс установки оболочки, выполняемой из одного заранее перфорированного стального полотнища заводской рулонной заготовки. This facilitates the installation process of the shell, made from one pre-perforated steel sheet of the factory roll billet.

Процесс работ по созданию отверстий 4 в стенке оболочки облегчается и соответственно снижается стоимость указанных работ в связи с тем, что оболочка изготовлена не из железобетона, а из стали или другого листового конструкционного материала, т.е. является тонкостенной. The process of creating holes 4 in the wall of the shell is facilitated and, accordingly, the cost of these works is reduced due to the fact that the shell is not made of reinforced concrete, but of steel or other sheet structural material, i.e. is thin-walled.

Для предотвращения коррозии стальной тонкостенной оболочки возникающей, в первую очередь, в зоне переменного уровня воды, предусматривается ее катодная защита. To prevent corrosion of the steel thin-walled shell that occurs primarily in the zone of variable water level, its cathodic protection is provided.

Армирование заполнения 5 оболочки, выполненного из несортированного камня, которое произведено с помощью сеток 7 из арматурой стали, уложенных в горизонтальных плоскостях по высоте оболочки, позволяет искусственно повысить пустотность материала заполнения 5. The reinforcement of the filling 5 of the shell made of unsorted stone, which is made using grids 7 of steel reinforcement laid in horizontal planes along the height of the shell, allows you to artificially increase the voidness of the filling material 5.

Таким образом, при наличии большого количества отверстий 4 в стенке 1 оболочки и значительной пустотности материала заполнения 5 обеспечивается требуемая водопроницаемость стенки оболочки и тем самым достигается необходимый водообмен в ее полости. Thus, in the presence of a large number of holes 4 in the wall 1 of the shell and a significant voidness of the filling material 5, the required permeability of the wall of the shell is ensured, and thereby the necessary water exchange in its cavity is achieved.

Тем самым создаются благоприятные условия для осуществления гидробионтов в полости оболочки внутри ее заполнения 5. This creates favorable conditions for the implementation of hydrobionts in the cavity of the shell inside its filling 5.

Для интенсификации процесса расселения гидробионтов предусмотрен также засев материала заполнения оболочек зооспорами бурых водорослей, например ламинарии. To intensify the process of settling hydrobionts, it is also envisaged to sow material for filling the shells with zoospores of brown algae, for example, kelp.

В том случае, когда гидротехническое сооружение предполагается использовать в качестве оградительного сооружения, оно должно возводиться из оболочек предлагаемой конструкции, образующих сплошной ряд, что достигается, например, с помощью козырьков, которыми оболочки соединяются друг с другом. При этом значительная водопроницаемость оболочек способствует гашению энергии волнения, а также создает условия для водообмена между открытым водоемом и защищаемой акваторией, благодаря чему предотвращается образование застойных зон в пределах защищаемой акватории. In the case when the hydraulic structure is supposed to be used as a protective structure, it should be erected from the shells of the proposed design, forming a continuous row, which is achieved, for example, using peaks that connect the shells to each other. At the same time, the significant permeability of the shells contributes to the suppression of wave energy, and also creates conditions for the exchange of water between an open reservoir and protected water area, which prevents the formation of stagnant zones within the protected water area.

Claims

1. HYDROTECHNICAL STRUCTURE, including the upper structure, supported by shells with perforated walls, filled with large-sized material, characterized in that the perforation holes are made over the entire wall surface of each shell, and the large-sized filling material is laid in layers along the height of the shell in several tiers, between which horizontally flat mesh laid.

2. The construction according to claim 1, characterized in that each mesh is made of reinforcing steel with a radially located working reinforcement and annular distribution reinforcement.

3. The construction according to claims 1 and 2, characterized in that the openings in the walls of the shells inside are closed by gratings, the cell size of which in the light does not exceed the size of the smallest fraction of the material filling the shells.

4. The construction according to claims 1 to 3, characterized in that the large-sized material for filling the shells is seeded with zoospores of brown algae, mainly kelp.