RU2171873C2

RU2171873C2 - Mooring embankment

Info

Publication number: RU2171873C2
Application number: RU97103092A
Authority: RU
Inventors: В.П. Ягин; И.А. Давыдов
Original assignee: АО Красноярский проектно-изыскательский институт "Гидропроект"
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2001-08-10

Abstract

FIELD: hydraulic structures; mooring embankments in arctic regions. SUBSTANCE: embankment has anchoring device joined to retaining wall; thermal piles and reinforced concrete slabs deepened into ground base penetrate into mentioned retaining wall; reinforced concrete slabs cover distance between piles and are installed one on top of other with and abut against thermal piles from side of ground fill. Body of each thermal pile is made of external and internal metal tubes with space between them filled with concrete mix. Length of internal tube exceeds that of external one and its ends form surface and underground cantilevers. Concrete mix has metal chips on surface and underground parts of thermal pile and claydite in part where pile comes in contact with water. EFFECT: improved bearing capacity and reliability of mooring embankment. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к причальным набережным в районах Крайнего Севера. The invention relates to hydraulic engineering, and in particular to the quay embankments in the Far North.

Известна причальная набережная, включающая тонкую стенку с несущими термосваями, при этом верхняя часть корпуса каждой термосваи соприкасается непосредственно с атмосферой, его нижняя часть заглублена в замороженное грунтовое основание, а на средней части корпуса, на участке его длительного соприкосновения с водой выполнено теплоизоляционное покрытие (авторское свидетельство СССР N 1092234, Кл. E 02 B 3/06, 1984). Known quay embankment, including a thin wall with load-bearing thermowells, while the upper part of the body of each thermoway is in direct contact with the atmosphere, its lower part is buried in a frozen soil base, and a heat-insulating coating is made on the middle part of the body, in the area of its long contact with water (copyright USSR certificate N 1092234, CL E 02 B 3/06, 1984).

Известная набережная недостаточно надежна. Действительно, надежность известной набережной в существенной мере зависит от качества замораживания грунта основания термосваями, которые функционируют только зимой за счет вертикального перемещения в ее трубчатом корпусе хладагента, осуществляющего теплообмен между холодным атмосферным воздухом и более теплым грунтом основания. Для обеспечения интенсивности такого теплообмена обычно корпус термосваи выполняется в виде металлической трубы, диаметр и толщину стенки которой в целях экономии хладагента и металла ограничивают. Однако это входит в противоречие с тем, что корпус термосваи одновременно является несущей конструкцией, работающей на изгиб. К тому же в известной набережной теплоизоляционный слой не включен в работу несущей термосваи и не защищен от льда, а сама набережная обладает низкой ремонтопригодностью из-за того, что не представляется возможным осуществлять работы на корпусе термосваи с применением сварки и газорезки без удаления из полости хладагента (керосина). The famous promenade is not reliable enough. Indeed, the reliability of the famous embankment substantially depends on the quality of freezing the soil of the base with thermowells, which operate only in winter due to the vertical movement of refrigerant in its tubular casing, which transfers heat between cold atmospheric air and warmer ground of the base. To ensure the intensity of such heat transfer, the thermowell case is usually made in the form of a metal pipe, the diameter and wall thickness of which is limited in order to save refrigerant and metal. However, this contradicts the fact that the thermowell housing is simultaneously a bending supporting structure. In addition, in the well-known embankment, the heat-insulating layer is not included in the operation of the carrier thermoway and is not protected from ice, and the embankment itself has low maintainability due to the fact that it is not possible to carry out work on the thermowell body using welding and gas cutting without removing refrigerant from the cavity (kerosene).

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности набережной за счет повышения несущей способности корпуса термосваи, защиты теплоизоляционного слоя от воздействия льда и повышения ремонтопригодности набережной. The technical result from the use of the invention is to increase the reliability of the embankment by increasing the bearing capacity of the thermowell body, protecting the heat-insulating layer from ice and increasing the maintainability of the embankment.

Этот технический результат достигается тем, что в причальной набережной, включающей тонкую стенку с несущими термосваями, при этом верхняя часть корпуса каждой термосваи соприкасается непосредственно с атмосферой, средняя часть корпуса на участке его длительного соприкосновения с водой снабжена теплоизоляционным слоем, а его нижняя часть заглублена в замороженное грунтовое основание, согласно изобретению теплоизоляционный слой включен в тело корпуса термосваи, выполненного формованием бетонной смеси вокруг металлической трубы, образующей внутри термосваи полость, причем в состав бетонной смеси, взятой для формования корпуса в верхней и в нижней частях термосваи, включен металлосодержащий заполнитель. Кроме того, теплоизоляционный слой термосваи выполнен в виде теплоизоляционного покрытия ее металлической трубы, длина которой превышает бетонную часть корпуса термосваи и за пределами этой бетонной части металлическая труба своими концами образует консоли, длина каждой из которых определена расчетом на достаточность ее несущей способности. Целесообразно корпус термосваи снабдить наружной оболочкой из металла, а в состав бетонной смеси, взятой для формования корпуса в средней части термосваи, включить пористый заполнитель. Целесообразно также в качестве металлосодержащего заполнителя бетонной смеси применить металлическую стружку. This technical result is achieved by the fact that in the quay embankment, which includes a thin wall with load-bearing thermowells, while the upper part of the body of each thermowell is in direct contact with the atmosphere, the middle part of the body at the site of its prolonged contact with water is provided with a heat-insulating layer, and its lower part is recessed into a frozen soil base, according to the invention, a heat-insulating layer is included in the body of the thermowell casing made by molding a concrete mixture around a metal pipe, arr a cavity adjacent to the inside of the thermowell, and a metal-containing aggregate is included in the composition of the concrete mixture taken to form the body in the upper and lower parts of the thermowell. In addition, the heat-insulating layer of the thermoway is made in the form of a heat-insulating coating of its metal pipe, the length of which exceeds the concrete part of the thermowell body and outside this concrete part the metal pipe forms consoles at its ends, the length of each of which is determined based on the sufficiency of its bearing capacity. It is advisable to provide the thermowell body with an outer shell of metal, and include a porous aggregate in the concrete mix taken to form the body in the middle of the thermowell. It is also advisable to use metal shavings as a metal-containing aggregate of the concrete mixture.

Сущность технического решения заключается в том, что выполнение корпуса термосваи из бетона повышает его несущую способность, а включение в бетон металлосодержащего заполнителя повышает теплообмен между хладагентом термосваи и окружающей ее средой и прежде всего с холодным атмосферным воздухом. Одновременно с этим в средней по высоте части термосваи бетон корпуса защищает теплоизоляционный слой от льда, при этом сам бетон частично или полностью выполняет функции теплоизоляционного слоя. The essence of the technical solution lies in the fact that the implementation of the thermos pile housing made of concrete increases its bearing capacity, and the inclusion of a metal-containing aggregate in concrete increases the heat transfer between the thermos pile refrigerant and its environment, and above all with cold atmospheric air. At the same time, in the middle part of the thermowell, the concrete of the casing protects the heat-insulating layer from ice, while the concrete itself partially or fully performs the functions of the heat-insulating layer.

Изобретение поясняется чертежом, где: на фиг. 1 изображена одноанкерная причальная набережная, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - безанкерная причальная набережная, поперечный разрез; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3. The invention is illustrated in the drawing, where: in FIG. 1 shows a single-anchor mooring embankment, a transverse section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - anchorless quay embankment, transverse section; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 3.

Набережная состоит из анкерного устройства 1, соединенного с подпорной стенкой, в которую входят заглубленные в грунтовый массив основания 2 на расстоянии друг от друга термосваи 3 и железобетонные плиты 4, перекрывающее расстояния между термосваями 3 и установленные друг на друге с прислонением их со стороны грунтовой засыпки 5 к термосваям 3 с возможностью вертикального перемещения. Корпус 6 каждой термосваи 3 выполнен из образующих коаксиальную пару металлических труб оболочкообразующей наружной 7 (фиг. 2) и полостеобразующей внутренней 8 с заполнением бетонной смесью кольцевого зазора 9 между трубами 7 и 8. Длина внутренней трубы 8 превышает длину наружной трубы 7, а ее концы образуют консоли: надземную 10 и подземную 11, длина каждой из которых определена расчетом на достаточность ее несущей способности. The embankment consists of an anchor device 1 connected to a retaining wall, which includes thermowells 3 and reinforced concrete slabs 4 buried in the ground mass of the base 2 at a distance from each other, overlapping the distances between the thermowells 3 and mounted on top of each other with them leaning against the backfill 5 to thermal piles 3 with the possibility of vertical movement. The housing 6 of each thermowell 3 is made of a shell-forming outer tube 7 forming a coaxial pair of metal pipes (Fig. 2) and an inner cavity-forming tube 8 with an annular gap 9 filled with concrete mixture between the tubes 7 and 8. The length of the inner tube 8 exceeds the length of the outer tube 7, and its ends form a console: aboveground 10 and underground 11, the length of each of which is determined based on the adequacy of its bearing capacity.

В состав бетонной смеси, заполняющей кольцевой зазор 9, на участках термосваи 3: надземном a и подземном b включен металлосодержащий заполнитель в виде металлической стружки или других металлоотходов, а на участке c, где термосвая 3 длительное время соприкасается с водой (средняя часть длины термосваи), включен пористый заполнитель, например керамзит. The composition of the concrete mixture filling the annular gap 9 in sections of the thermowell 3: above ground a and underground b includes a metal-containing aggregate in the form of metal chips or other metal waste, and in section c, where the thermowell 3 has been in contact with water for a long time (the middle part of the length of the thermowell) A porous aggregate, such as expanded clay, is included.

При высоте набережной H до 7-8 метров, особенно в случае вечномерзлого основания (фиг. 3), набережная выполняется безанкерной, а корпус 6 термосваи выполняется из армированного бетона и не содержит наружной трубы 7, при этот его полостеобразующая внутренняя труба 8 на среднем участке c термосваи 3 покрыта теплоизоляционным слоем, например, в виде асбестоцементной трубы 12 (фиг. 4), включенной в тело корпуса 6 термосваи 3, а расстояние между термосваями 3 перекрыто стенкой 13 из деревянного бруса. When the embankment height H is up to 7-8 meters, especially in the case of a permafrost foundation (Fig. 3), the embankment is run without anchor, and the thermowell casing 6 is made of reinforced concrete and does not contain an outer pipe 7, with this cavity-forming inner pipe 8 in the middle section c the thermowell 3 is covered with a heat-insulating layer, for example, in the form of an asbestos-cement pipe 12 (Fig. 4), included in the body of the housing 6 of the thermowell 3, and the distance between the thermowells 3 is blocked by a wall 13 made of wooden timber.

На фиг. 3 обозначены дополнительными позициями: 14 - акватория; 15, 16 и 17 - уровни воды в акватории соответственно зимний, летний, максимальный; 18 и 19 - положение нулевой изотермы в эксплуатационный период на момент окончания теплого периода года в случае основания соответственно талого и вечномерзлого. In FIG. 3 are indicated by additional positions: 14 - water area; 15, 16 and 17 - water levels in the water area, respectively, winter, summer, maximum; 18 and 19 - the position of the zero isotherm in the operational period at the time of the end of the warm period of the year in the case of founding respectively thawed and permafrost.

Набережная работает следующим образом. The embankment works as follows.

От действия бокового давления грунта на подпорную стенку в корпусе 6 термосваи 3 возникает изгибающий момент, величина которого изменяется по высоте термосваи и достигает своего наибольшего значения в пролете и месте крепления анкера 1 у анкерной набережной (фиг. 1) и в нижней (заглубленной) части термосваи у безанкерной набережной (фиг. 3). Такое силовое воздействие воспринимается несущей термосваей 3, корпус 6 которой в поперечном сечении существенно увеличен за счет бетона и наружной металлической трубы 7 у анкерной набережной (фиг. 1) и за счет армированного бетона и асбестовой трубы 12 у безанкерной набережной (фиг. 3). From the action of lateral soil pressure on the retaining wall in the housing 6 of the thermowell 3, a bending moment arises, the magnitude of which changes along the height of the thermowell and reaches its greatest value in the span and in the place of anchor 1 attachment at the anchor embankment (Fig. 1) and in the lower (recessed) part thermowells near the cankerless embankment (Fig. 3). Such a force is perceived by the carrier thermoway 3, the body 6 of which in cross section is significantly increased due to concrete and the outer metal pipe 7 at the anchor embankment (Fig. 1) and due to reinforced concrete and asbestos pipe 12 at the bezankerny embankment (Fig. 3).

Надземный металлонасыщенный участок a корпуса 6 термосваи 3 соприкасается кратковременно с весенней водой, имеющей околонулевую температуру, а на участке c хладагент термосваи теплоизолирован от летней воды, поэтому растепление основания 2 в летнее время не происходит. В зимнее же время консольные части 10 и 11 внутренней трубы 8 и металлонасыщенный бетонный корпус 6 на участках a и b термосваи 3 обеспечивают эффективную работу термосваи 3 по замораживанию грунтового основания 2. В результате последнего высокопрочный корпус 6 термосваи 3 качественно заделывается в мерзлый грунт основания 2, что увеличивает несущую способность термосваи 3, а следовательно, и повышает надежность набережной. Дополнительно хладагент термосваи 3 отделен от среды слоем бетона, что позволяет при ремонте набережной осуществлять работы на корпусе термосваи с применением сварки и газорезки без удаления из полости хладагента. The aboveground metal-saturated section a of housing 6 of thermos pile 3 is in short-term contact with spring water, which has a near-zero temperature, and in section c, the refrigerant of thermos pile is insulated from summer water, therefore, the thawing of base 2 in summertime does not occur. In winter, the cantilever parts 10 and 11 of the inner pipe 8 and the metal-saturated concrete casing 6 in sections a and b of the thermowell 3 ensure the effective operation of the thermowell 3 to freeze the soil base 2. As a result, the high-strength casing 6 of the thermowell 3 is qualitatively embedded in the frozen ground of the base 2 , which increases the bearing capacity of thermowells 3, and therefore, increases the reliability of the embankment. Additionally, the refrigerant of thermoway 3 is separated from the medium by a layer of concrete, which allows repairing the embankment to carry out work on the thermowell body using welding and gas cutting without removing refrigerant from the cavity.

Claims

1. The quay embankment, including a thin wall with bearing thermowells, with the upper part of the body of each thermoway in direct contact with the atmosphere, the middle part of the body at the site of its long contact with water is provided with a heat-insulating layer, and its lower part is buried in a frozen soil base, characterized in that the heat-insulating layer is included in the body of the thermowell case made by molding concrete mixture around a metal pipe forming a longitudinal cavity inside the thermowell, than concrete mixture, taken to form the casing in the upper and lower portions of the thermopiles, included metal containing filler.

2. The quay embankment according to claim 1, characterized in that the heat-insulating layer is made in the form of a heat-insulating coating of the cavity-forming metal pipe of the thermowell.

3. The quay embankment according to claim 1, characterized in that the length of the cavity-forming metal pipe of the thermowell exceeds the length of the concrete part of the thermowell body and forms consoles at the ends of this concrete part, the length of each of which is determined based on the adequacy of its bearing capacity.

4. The quay embankment according to claim 1, characterized in that the thermowell body is provided with an outer shell of metal, and the porous aggregate is included in the concrete mixture taken to form the body in the middle part of the thermowell.

5. The quay embankment according to claim 1, characterized in that metal shavings are used as the metal-containing aggregate of the concrete mixture.