Стальные оболочки большого диаметра

Обновлено: 12.05.2024

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ МОРСКИХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ИЗ ОБОЛОЧЕК БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

РАЗРАБОТАН Черноморниипроектом - Одесским филиалом Государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института морского транспорта (Союзморниипроект)

Зам. директора по научной работе - канд. техн. наук В.Д.Костюков.

Руководитель разработки - канд. техн. наук Я.Н.Фельдман.

Одесским институтом инженеров морского флота (ОИИМФ)

Проректор по научной работе - канд. техн. наук П.С.Никеров.

Руководитель темы - докт. техн. наук Ф.М.Шихиев.

Исполнители: канд. техн. наук В.И.Николау и канд. техн. наук П.И.Яковлев.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС) Минтрансстроя (раздел 3).

Зам. директора по научной работе - канд. техн. наук Г.Д.Хасхачих.

Руководитель разработки - канд. техн. наук В.И.Руденко.

Исполнители: Л.Д.Брагина и Г.М.Мельдзихов.

ВНЕСЕН Черноморниипроектом - Одесским филиалом Государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института морского транспорта (Союзморниипроект).

Зав. лабораторией исследований конструкций портовых сооружений - канд. техн. наук В.С.Зеленский.

УТВЕРЖДЕН Государственным проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом морского транспорта (Союзморниипроект).

Главный инженер А.А.Ларин.

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом Государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института морского транспорта (Союзморниипроект) от 12 июля 1977 г. N 190 с 1 января 1978 г.

ВЗАМЕН

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Руководство предназначено для расчета морских причальных и оградительных сооружений гравитационного типа из оболочек большого диаметра (цилиндрических или полигональных) с отношением диаметра оболочки к высоте сооружения не менее 0,7, устанавливаемых на каменную постель (тип А) или непосредственно на грунт основания (тип Б) (рис.1 и 2).

1.2. Требования настоящего Руководства распространяются на проектирование причальных и оградительных сооружений II-IV классов капитальности в морских портах и на судоремонтных заводах из предусмотренных главой СНиП по основным положениям проектирования и классификации зданий и сооружений. По общим вопросам проектирования причальных и оградительных сооружений надлежит руководствоваться требованиями главы СНиП по основным положениям проектирования морских гидротехнических сооружений, норм технологического проектирования морских портов и других действующих нормативных документов по проектированию и строительству морских гидротехнических сооружений.

1.3. Рекомендации настоящего Руководства не распространяются на сооружения, возводимые в сейсмических районах, в зонах распространения вечномерзлых, просадочных и заторфованных грунтов, на территориях, подверженных оползням, карстам и в других специфических условиях.

1.4. Целесообразность применения оболочек большого диаметра устанавливают на основании технико-экономических сопоставлений вариантов конструкций, принимаемых для условий строительства проектируемого объекта.

1.5. Сооружения из оболочек большого диаметра рекомендуется применять на скальных, крупноблочных, песчаных и глинистых грунтах оснований при глубинах, определяемых согласно Приложению 2. Не рекомендуется применение конструкций из оболочек большого диаметра на илах без специального обоснования.

1.6. Конструкцию оболочки и верхнего строения выполняют как из монолитного железобетона, так и из сборных железобетонных элементов. Выбор способа изготовления должен осуществляться в зависимости от условий строительства и возможностей строительных организаций на основании сопоставления технико-экономических показателей вариантов.

1.7. Основные требования к конструированию сооружений из оболочек большого диаметра приведены в Приложении 3.

2. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

2.1. Расчет причальных и оградительных сооружений из оболочек большого диаметра, их конструктивных элементов и оснований следует производить по предельным состояниям на нагрузки и воздействия, указанные в настоящем разделе.

2.2. Характер и значение нагрузок, воздействий и сочетаний необходимо определять в соответствии с требованиями глав СНиП на основания зданий и сооружений, на основания гидротехнических сооружений и на нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).

2.3. По характеру действия нагрузки и воздействия разделяются на постоянные и временные; временные нагрузки подразделяются на длительные, кратковременные и особые.

2.4. К постоянным нагрузкам и воздействиям относятся:

сила тяжести грунта внутренней засыпки, засыпки пазухи и балластного слоя;

нагрузки от постоянных сооружений технологического назначения;

сила тяжести оболочки и верхнего строения;

боковое давление грунта внутри и снаружи оболочки от его массы и постоянных нагрузок, расположенных на его поверхности;

давление грунта основания (для заглубленных оболочек) от его массы.

2.5. К временным длительно действующим нагрузкам и воздействиям относятся:

нагрузки от транспортных и перегрузочных машин, расположенных на территории причала;

нагрузки от складируемых грузов;

боковое давление грунта от влияния временных нагрузок на территории причала.

2.6. К кратковременно действующим нагрузкам и воздействиям относятся:

нагрузка от натяжения швартовов при действии на судно ветра и течения;

нагрузка от навала судна при его подходе к причальному сооружению;

нагрузка от навала на причальное сооружение пришвартованного судна при действии ветра и течения;

волновая нагрузка при подходе гребня и впадины;

нагрузки, возникающие при транспортировке и монтаже отдельных элементов конструкции и всего блока в сборе в процессе строительства.

2.7. При учете совместного действия нагрузок следует составлять сочетания из постоянных, временных длительно действующих и одной из возможных кратковременно действующих нагрузок и воздействий. Сочетания нагрузок и воздействий должны быть установлены в соответствии с физической возможностью одновременного их действия на сооружение. Для расчета оболочки или отдельных элементов оболочки и верхнего строения необходимо принимать наиболее неблагоприятные сочетания и положения нагрузок, причем любая временная нагрузка не должна вводиться в сочетание, если она улучшает работу рассчитываемого элемента.

2.8. Нормальную и касательную составляющие давления грунта внутренней засыпки на оболочку следует определять так же, как для сооружений силосного типа с учетом особенностей передачи давления от балластного слоя и временных нагрузок и изменения по высоте величины объемной массы внутренней засыпки согласно Приложению 4.

2.9. Давление грунта на причальное сооружение из оболочек большого диаметра от его массы и расположенных на нем постоянных и временных нагрузок рекомендуется определять по методу Кулона на условную вертикальную плоскость, касающуюся оболочек с тыловой стороны в пределах высоты оболочки, и на условную наклонную плоскость в пределах надстройки согласно Приложению 5.

2.10. Пассивное давление грунта на заглубленную часть оболочки рекомендуется определять по методу В.В.Соколовского и С.С.Голушкевича, учитывающему криволинейный характер поверхностей скольжения в призме отпора, на условную вертикальную плоскость, касающуюся оболочек, согласно Приложению 5.

2.11. Величину и распределение эпюры волнового воздействия по вертикали в расчетах оградительных сооружений следует определять как для плоской стенки, в соответствии с рекомендациями п.2.2 с учетом перераспределения давления в плане. Перераспределенная эпюра нормального волнового давления на оболочку определяется согласно Приложению 6.

2.12. Расчет элементов верхнего строения по первой (по несущей способности) и второй (по деформациям) группам предельных состояний следует производить на действие следующих нагрузок:

давления грунта засыпки с учетом действия эксплуатационных временных крановых нагрузок и нагрузок от складируемых грузов;

нагрузок от судов (швартовных, удар и навал);

силы тяжести надстройки;

силы тяжести балластного слоя.

3. РАСЧЕТ СООРУЖЕНИЙ ИЗ ОБОЛОЧЕК БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

3.1. Расчет сооружений из оболочек большого диаметра по несущей способности следует выполнять для обеспечения прочности конструкции оболочки, элементов верхнего строения, основания сооружения и устойчивости сооружения на нескальных основаниях, а также для предотвращения сдвига оболочки по подошве и ее опрокидывания.

3.2. Расчеты прочности сечений оболочки, отдельных ее элементов, узлов и соединений следует выполнять в соответствии с действующими нормативными документами по расчету по предельным состояниям железобетонных и металлических конструкций гидротехнических сооружений. При этом принимают следующие значения коэффициентов условий работы :

для сечений вертикальных железобетонных элементов надстройки с работающей тыловой гранью 1,15;

для фундаментных плит надстройки, шарнирно-опертых на оболочку, при действии изгибающих моментов и поперечных сил 0,9;

для остальных сечений и элементов 1,0.

3.3. Усилия в элементах надстройки вычисляют как для набережных уголкового типа, в соответствии с действующими ведомственными нормативными документами.

3.4. Лицевые плиты надстройки следует рассчитывать совместно с контрфорсами на общую прочность как консольные балки таврового сечения переменной высоты, заделанные в фундаментную плиту.

3.5. Фундаментные плиты надстройки следует рассчитывать как плиты, частично опертые по контуру, или как балки на нагрузки, возникающие в строительный и эксплуатационный периоды. При этом должны учитываться условия опирания плит на оболочки: шарнирное - при свободном опирании и жесткое - при омоноличивании фундаментной плиты с оболочкой.

3.6. Оболочки следует рассчитывать на общую и местную прочность в соответствии с указаниями глав СНиП на проектирование бетонных и железобетонных конструкций и бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений. Расчет общей прочности оболочки необходимо выполнять на нагрузки, действующие на всю оболочку, а расчет местной прочности - на усилия, действующие непосредственно в элементах или в узлах соединений.

3.7. Прочность оболочки должна проверяться по наибольшим величинам усилий, возникающих в ее сечениях в результате взаимодействия с грунтовой средой, волнами, верхним строением и основанием, и включает следующие расчеты:

проверку достаточности толщины стенки оболочки и площади арматуры;

расчет прочности узлов соединений элементов сборных оболочек.

3.8. Статический расчет оболочек большого диаметра должен учитывать условия работы конструкции в эксплуатационный и строительный периоды, а также при монтаже монолитных и сборных оболочек в процессе их подъема, транспортировки и погружения.

3.9. Напряженное и деформированное состояние оболочки характеризуется тремя состояниями:

нулевым напряженным и деформированным состоянием оболочки под действием осесимметричных нагрузок, не вызывающих моментного состояния в продольном направлении (масса оболочки, действие силосного давления и осесимметричная составляющая воздействий от верхнего строения балластного слоя и временных нагрузок);

элементарным напряженным и деформированным состоянием пустотелой балки кольцевого сечения, являющейся основной системой;

дополнительным напряженным и деформированным состоянием, отражающим статическую неопределимость оболочки и характеризующим в сочетании с первыми двумя действительную работу оболочки.

3.10. Нулевое напряженное состояние под действием силосного давления характеризуется возникновением в оболочке поперечного нормального усилия, определяемого следующей формулой:

где - горизонтальное нормальное давление на контур оболочки от внутренней засыпки, определяемое согласно Приложению 4 настоящего Руководства.

3.11. Усилия в пустотелой балке и ее перемещения рекомендуется определять методами сопротивления материалов. При этом продольное нормальное усилие и сдвигающее усилие должны определяться по следующим формулам:

Причальные сооружения из оболочек большого диаметра

Причальные сооружения из оболочек большого диаметра (по принятой классификации наружным диаметром более 3 м) относятся к гравитационным конструкциям. Технология их возведения зависит от грунтов основания, необходимой глубины у причала, категории эксплуатационных нагрузок, естественных условий строительства, экономической эффективности применения и других факторов.

При плотных грунтах основания оболочки могут быть установлены в заранее отрытом котловане (траншее) с его дальнейшей отсыпкой, на подготовленную каменную постель или их можно опускать методом кессонирования, погружать при экскавации грунта через отверстия в теле оболочки.

Оболочки диаметром до 5 м заглубляют в несвязные грунты с помощью мощных вибраторов, погружают как опускные колодцы. Они вдавливаются в грунт под действием собственного веса, веса пригрузки, избыточного гидростатического давления.

Из оболочек диаметром 6,5 м построена набережная в порту Клайпеда для швартовки океанических плавучих баз. Изготовленные па полигоне в зоне действия 100-тонного плавучего крана методом «пневмобетона» оболочки (см. п. 36) поднимали и устанавливали на место при помощи специальной траверсы, закрепляемой на болтах к верхнему торцу оболочки, транспортировали на гаке крана и устанавливали в подготовленный котлован.

На расположенных на расстоянии 30 см одна от другой оболочках устанавливали распределительные платформы, на балки которых укладывали огрузочные бетонные массивы (по два массива каждый массой 5 т на оболочку), с расчетом центральной передачи нагрузки. Стабилизация осадок определялась периодом, когда на протяжении 3 сут отсчеты нивелира не давали изменений.

Стыки между оболочками с двух сторон перекрывали опалубочными деревянными щитами длиной 9,5 м и шириной 0,8 м, стянутыми болтами. Между кромкой щитов и телом оболочек прокладывали уплотняющие подушки из брезентовых мешочков, заполненных паклей. После затяжки болтов и плотного прижатия щитов к оболочкам стык заполняли подводным бетоном методом ВПТ. Затем засыпали песком котлован с заделкой низа оболочек в грунт на 2 м и одновременно заполняли тем же грунтом внутренние полости оболочек с его уплотнением глубинным виброуплотнителем типа ВУУП-4. При достижении бетоном проектной прочности засыпали песком пазухи за оболочками.

По периметру верха оболочек бетонировали железобетонные опорные кольца. При достижении опорными кольцами 70% проектной прочности на них устанавливали плавкраном сборные уголковые стенки с разгрузочной платформой из консолей, выходящих в тыл причала, и тыловые сборные разгрузочные плиты. После омоноличивания верхнего строения производили отсыпку за причал песчаного грунта второй очереди, устанавливали швартовные тумбы, укладывали железнодорожные и крановые пути. Отбойные устройства заранее навешивали на уголковые стенки.

Конструкция набережной из оболочек диаметром 7,5 м возведена в Астраханском речном порту. Каждую оболочку собирали из 12 плоских железобетонных плит длиной 6,5 м, шириной 2 м и толщиной 20 см с замковым соединением из стальных уголков непосредственно на месте их установки, производимой при помощи 15-тонного крана. Набережную можно строить в различных грунтовых условиях без устройства каменной постели, водоотлива и использования водолазов. Допускается взаимное смещение по вертикали плоских железобетонных плит в оболочке более 30 см.

До начала работ по устройству причальных сооружений из тонкостенных сборных железобетонных оболочек диаметром 10,4 м с вертикальным членением элементов должна быть подготовлена, уплотнена, тщательно выровнена и принята по акту каменная постель. На полигоне изготовления оболочек погружают на понтон грузоподъемностью 400 или 800 т соответственно одну или две оболочки и транспортируют их к месту монтажа. В виде исключения возможна перевозка оболочек на гаках плавкранов в пределах закрытой акватории на расстояние не более 3 км от берега при волнении моря и силе ветра не более 2 баллов. Оболочки грузят па понтон и устанавливают на причал двумя плавкранами грузоподъемностью 100 т (рис. 79, а) при помощи специальной траверсы с 16 подвесными устройствами из тяг с захватами на винтовых домкратах (рис. 79, б). Траверсу устанавливают кранами по верху оболочки и захватами крепят к ее подъемным петлям. Подвески при помощи домкратов устанавливают в вертикальное положение. Для взаимного контроля спаренной работы плавкранов в кабинах крановщиков устанавливают приборы, показывающие величину нагрузки на стреле соседнего крана, и устанавливают парную телефонную связь.

Оболочку устанавливают с зазором 68 см от ранее установленной, и в нее отсыпают грейферным краном двухслойный контрфильтр из щебня, послойно грубо выравниваемый водолазами (рис. 80, а). Внутреннюю плоскость оболочки заполняют песком при помощи рефулерного земснаряда (рнс. 80, б).

Стыковое соединение между оболочками состоит из четырех типоразмеров сборных бетонных блоков, устанавливаемых в три курса. На берегу предварительно собирают блоки каждого курса попарно, скрепляемые между собой анкерными болтами. Спаренные блоки при помощи специальной траверсы устанавливают в стыки между оболочками (рис. 80, в). Водолазы окончательно натягивают стяжки болтов до полного выбора слабины. Сверху на блоки стыков устанавливают пригрузочные массивы. Бетонирование стыков между оболочками (рис. 80, г) производят методом ВПТ. По периметру заполненных песком оболочек со стороны моря бетонируют опорные полукольца (рис. 80, д). После распалубки опорных железобетонных полуколец на них устанавливают плавкраном уголковые блоки верхнего строения (рис. 80, е) с заранее навешенными отбойными устройствами и гусеничным крапом плиты горизонтального удлинения. Для отсыпки подводной части пазухи поверх отрефулированного грунта применяют местный скальный грунт, укладываемый послойно с уплотнением (рис. 80, ж, I, II).

Тонкостенные железобетонные оболочки наружным диаметром 10,7 м с горизонтальным членением на звенья имеют по четыре монтажных отверстия (клюза) для строповки оболочки, расположенных симметрично по окружности. Строповку звена оболочки в парке хранения выполняют со специальных подмостей четырьмя стропами равной длины. Стропы закрепляют на специальной распорной траверсе плавкрана и продевают в монтажные отверстия оболочек.

Па расстояние до 5 миль звено оболочки доставляют на грузовой палубе плавкрана. Она должна опираться не менее чем на шесть деревянных подкладок, располагаемых равномерно по периметру. На расстояние свыше 5 миль транспортировку осуществляют по проекту, согласовываемому с Регистром СССР.

Перед установкой звеньев в причальное сооружение на верхних торцах нижних оболочек наклеивают с помощью битума упругую прокладку из транспортерной ленты для плотной стыковки звеньев оболочки. К закладным частям в верхней части нижнего звена приваривают направляющие устройства, обеспечивающие центровку устанавливаемого звена по отношению к нижнему (рис. 81, а).

Место установки оболочек в причал предварительно обозначают вешками, а на постели разбивают и закрепляют фасадную линию установки. Оболочку устанавливают с помощью теодолита в створе продольной оси причала по визирным вешкам, приваренным к траверсе. После установки нижнего звена оболочки на постель немедленно заполняют внутреннюю полость грунтом и уплотняют его. Верхнее звено оболочки устанавливают на нижнее но вешкам, крепящимся к направляющим нижнего звена. Направляющие обеспечивают соосность звеньев. После установки верхнего звена его заполняют грунтом или камнем и уплотняют засыпку.

Объединять смежные оболочки, устанавливаемые с зазором 0,6 м, можно двумя способами. Осадочный вертикальный стык между секциями устраивают из железобетонных плит — нащельников, стянутых металлическими тягами, с заполнением пространства между плитами щебнем (рис. 81, б). Жесткие стыки между оболочками в секции делают из деревянных щитов — нащельников, также стянутых тягами, с подводным бетонированием стыка методом ВПТ (рис. 81, в). Существуют варианты осадочных швов— с полутрубами и с железобетонным вкладышем (рис. 81, a, I, II).

Перед засыпкой или бетонированием стыка должно быть обеспечено прилегание нащельников к оболочкам по всей их высоте; зазоры не должны превышать 4 см. Дальнейшие работы аналогичны работам, выполняемым при строительстве причала из оболочек диаметром 10,4 м. Технологическая последовательность строительства причала показана на рис. 82.

За рубежом распространены конструкции набережных и пирсов ячеистого типа — из оболочек большого диаметра, выполненных при помощи стального шпунта и заполняемых сыпучими материалами и бетоном. Для сооружения оболочек забивают сваи, по которым устанавливают в несколько ярусов деревянные круговые направляющие для погружения стального шпунта.

В качестве направляющего устройства можно применять стальные цилиндрические каркасы из вертикальных трубчатых стоек, соединенных диагональными раскосами. По внешнему периметру каркасов расположены горизонтальные кольцевые двутавровые балки — направляющие. Стальной каркас устанавливают плавучим краном на предварительно выровненное дно. Направляющие могут быть плавучего типа, смонтированными на понтонах. В США вместо понтонов, поддерживающих на плаву шаблон для забивки шпунта, применяли блоки из пенопласта, обладающего 12-кратным запасом плавучести.

После сооружения стальной оболочки ее внутреннюю полость заполняют песком, щебнем или камнем, а поверху устраивают железобетонную конструкцию верхнего строения.

Известно сооружение в Японии ячеистых оболочек диаметром 23 м из стального шпунта. Шпунтовую ячейку, состоящую из 184 отдельных шпунтин, предварительно собирали на берегу при помощи инвентарной жесткой металлической конструкции. По верхнему периметру оболочки, набранной из шпунтин, устанавливали 31 вибропогружатель (у каждого вибропогружателя крепежное приспособление охватывало головы шести шпунтин). Всю конструкцию в сборе при помощи плавучего крана переносили и устанавливали на проектное место в море.

Причальные сооружения эстакадного типа

Рассматриваемые причальные сооружения представляют собой сквозные конструкции из отдельно стоящих опор, в виде свай, погруженных в грунт на определенную глубину и соединенных между собой верхним строением.

Эстакады могут быть различных типов (рис. 95): на сваях с наголовниками (а); с уширенным шагом свай (б); на оболочках диаметром 1, 2 м (в); на сваях-оболочках с поперечными (г) и продольными (д) ригелями; сквозной пирс на призматических сваях св).

Физико-механические свойства древесины и ценность стали обусловили широкое распространение причальных сооружений эстакадного типа на железобетонных сваях или сваях-оболочках. Наиболее применимы в отечественной практике сборные железобетонные эстакады неразрезного типа на предварительно напряженных призматических сваях и сваях-оболочках с верхним строением из крупноблочных элементов с глубинами у причалов 4,5—13 м при грунтах оснований, допускающих погружение свай и свай-оболочек.

Конструкции эстакадных причальных сооружений на призматических сваях состоят из рядов железобетонных предварительно напряженных призматических свай (в типовых проектах сечением 45х45 см). В поперечном направлении в ряде содержится 4—8 вертикальных свай, погруженных с одинаковым или различным шагом. Для восприятия горизонтальных нагрузок иногда погружают наклонные сваи. Головы свай объединяют путем их омоноличивания со сборным верхним строением. При этом применение наголовников или капителей допускается только при плоских ростверках из тонких плит.

Эстакадную набережную строят в следующей последовательности: погружение свай; оформление подпричального откоса; обработка голов свай; монтаж плит верхнего строения; устройство тылового сопряжения; устройство покрытия причала с прокладкой необходимых путей и коммуникаций; установка швартовных ivm6 и амортизационных устройств.

При погружении свай с плавучих средств в работе участвуют: плавучий универсальный (или другого типа) копер, плавкран грузоподъемностью не менее массы самой длинной сваи с наголовником, понтон грузоподъемностью 250 т и буксирный катер мощностью 184 кВт. Со строительной площадки грузят на понтон сваи (7—12 шт.), не менее сменного их запаса. Понтон подводят буксиром к месту погружения свай. Если для погружения применяют сваебойный инструмент (молот), достаточно только одного универсального копра для перегрузки и забивки свай и установки направляющих или кондуктора. При наличии также плавучего крапа копер используют более производительно — только в операциях по погружению свай, все остальные работы выполняют крапом. При вибропогружении свай можно работать только одним крапом без копра.

При погружении применяют направляющие, обеспечивающие лопаточную точность забивки свай в каждом поперечном ряду, что не исключает неточного взаимного расположения рядов свай. Применение кондукторов позволяет точно забивать сваи как по поперечным рядам, так и по продольным.

Общая схема движения плавучего копра при погружении свай зависит от темпа строительства, осадки и размерений копра, шага свай, конфигурации подпричального откоса (рис. 96). Погружение свай с передвижных подмостей при строительстве причалов было показано ранее (см. рис. 5).

При погружении свай допускается их отклонение в плане до половины наибольшей стороны поперечного сечения, но не более чем на 20 см. Число свай, имеющих отклонения 10—20 см, не должно превышать 20% их общего числа в причале.

После забивки свай, до начала отсыпки с воды материала подпричальной призмы, разбивают и закрепляют на местности линии бровки подпричального откоса и его тылового сопряжения. Рваный камень массой до 100 кг отсыпают в откос с точностью ±15 см. Контрфильтр отсыпают из щебня с допусками ±10 см. Правильность отсыпки откоса проверяют промерами футштоком с шлюпки или плота через 5—6 м по длине и 2,5 м по ширине откоса. Каменный откос выравнивают под водой водолазы, которые устанавливают по длине откоса в два или три ряда направляющие из узкоколейных рельсов с таким расчетом, чтобы отметки головок рельсов соответствовали проектным отметкам откоса. При перемещении уложенной поперечно по головкам рельсов контрольной рейки снимают лишние камни и заполняют ямы на подпричаль-ном откосе. Каменную постель под тыловое сопряжение причала можно отсыпать самосвалами с смонтированного и омоноличен-ного верхнего строения.

Подпричальный откос можно также устраивать с выкладкой из сборных железобетонных плит с отверстиями, запроектированных с участием автора (рис. 97,а), и пастилкой асфальтобетонных тюфяков (рис. 97,6) в условиях речного строительства.

После отсыпки подпричального откоса головы свай срубают под проектные отметки с плавучего инвентарного мостика при помощи отбойных молотков (с допуском 3 см) или специальных механизированных устройств (см. ранее). На срубленных сваях (с обработанными должным образом выпусками арматуры) с плавучих мостиков монтируют инвентарные металлические или деревометаллические хомуты, по которым устанавливают плавкраном наголовники.

Перед омоноличиванием наголовника со сваей выпуски арматуры приваривают к швеллерным балкам, вбетонированным в наголовник. При установке плит верхнего строения по сваям без наголовников и разрезке плнт перпендикулярно кордонной линии причала плиты устанавливают в проектное положение непосредственно по монтажным хомутам с дальнейшим бетонированием монтажных ригелей.

При разрезке плит параллельно кордону причала монтаж верхнего строения начинают с установки кордонных плит, определяющих линию причала, после чего монтируют промежуточные и тыловые плиты. Для монтажа плит применяют траверсы или распорные рамы, обеспечивающие необходимую точность монтажа без перенапряжения в железобетоне монтируемых элементов.

Омоноличивание плит между собой, а также с наголовниками и сваями производят бетонной смесью марки на 100 единиц выше, чем марка сборных конструкций, с тщательным уплотнением вибрированием. В процессе омоноличивания плит также бетонируют тумбовые массивы. Швы расширения заполняют пропитаными креозотом и покрытыми битумом досками.

Передача на смонтированную часть верхнего строения необходимых монтажных нагрузок или нагрузок от транспорта разрешается только по достижении бетоном не менее 70% проектной прочности.

Тыловое сопряжение причала может быть выполнено в виде бетонного массива (монолитного или пустотного), железобетонной уголковой стенки или комбинированным (в нижнем курсе — массив, поверх его — уголковая стенка).

Перед устройством бетонного покрытия по верхнему строению причала устанавливают балки из профильного металла с анкерами для крепления рельсов, а также монтируют дождеприемники. Для покрытия применяют бетонную смесь с водоцементным отношением 0,5—0,55, с осадкой конуса 1—2 см и показателем удобоукладываемости 25—15 с при укладке с помощью поверхностных вибраторов и виброреек. Бетон подают на укладку самосвалами. Швы бетонного покрытия шириной 2 см, располагаемые над швами ростверка, заливают битумом.

При укладке железнодорожных и крановых путей под рельсы подливают цементный раствор состава 1:2,5 при марке портландцемента не ниже 500. Па 1 м 3 раствора добавляют 100 кг стального «волоса». Штрабы и прирельсовые лотки заполняют асфальтобетоном, уплотняя его горячими металлическими трамбовками. Работы выполняют в сухую погоду при температуре воздуха не ниже +5° С.

Технологическая схема строительства эстакады с уширенным шагом свай приведена на рис. 98, а—е.

Для возведения набережных и пирсов эстакадного типа широко применяют железобетонные цилиндрические сваи-оболочки внешним диаметром 0,6 1,6 м. Строительство причальных сооружений на оболочках диаметром 0,6 м в принципе ничем не отличается от строительства на призматических сваях.

Тяжелые (15—80 т) и длинные сваи-оболочки перевозят со склада хранения до места погружения морем. Для подъема оболочек в горизонтальном положении следует применять специальные захваты, предупреждающие повреждение поверхности бетона. В виде исключения может быть допущено применение для этого обычных тросовых петлевых стропов с прокладкой мягких кранцев. Сваи-оболочки перевозят на палубных баржах и плашкоутах соответствующей грузоподъемности, а при расстоянии перевозки до 5 км — на грузовой палубе плавкрана. На палубе судна каждую колонну укладывают на две деревянные прокладки с выкружками по радиусу оболочки с расстоянием между прокладками, равным 0,6 длины оболочки. Сваи-оболочки должны быть надежно закреплены во избежание их перемещения. Перевозка оболочек на стреле крана в вертикальном положении допустима только на небольшие расстояния, в закрытых акваториях с последующей их установкой в направляющие устройства для погружения.

вначале погружают только часть длинной оболочки, а затем на плаву производят вертикальное стыкование ее с верхним звеном при помощи монтажного болтового стыка. В дальнейшем выполняют проектный сварной стык;
для придания плавучести свае-оболочке ее торцы герметически задраивают на берегу пластиковыми полотнищами из перхлорвинила. Оболочку в горизонтальном положении переносят краном на мочу и буксируют к месту погружения. Затем ее голову стропят к гаку крана, а пластиковое полотнище прорывают у ножевого торца. При этом погружается ножевая часть оболочки под воду, и одновременно краном поднимается головная часть до приведения оболочки в вертикальное положение;
сваю-оболочку транспортируют в горизонтальном положении на палубе понтона крана. Головная часть оболочки крепится к гаку крана, а ножевая находится в специальной шарнирной цапфе, присоединенной к борту понтона крана. При подъеме головы оболочки одновременно, посредством шарнирной цапфы, происходят поворот и поступательное движение оболочки за борт. При доведении оболочки до вертикального положения, параллельного бортовой плоскости понтона, оболочку освобождают из цапфы и заводят в плавкондуктор;
оболочку перевозят на понтоне, затем погружают в наклонном положении в воду. При этом ее головная часть опирается на специальное ложе на борту понтона, а ножевая — в уложенную на дне акватории железобетонную плиту. При подъеме головы оболочка, опираясь в подводную плиту, поворачивается до вертикального положения. Плита предупреждает преждевременное погружение ножевой части в слабые грунты дна акватории.

Некоторой модификацией способа погружения свай-оболочек с передвижных подмостей (и монтажа верхнего строения) является применение для этого широкопролетного козлового крана. Сваи-оболочки прикордонного ряда, на которых располагается нога крана, погружают с плавучих средств. Рельсовый путь под вторую ногу крана устанавливают с таким расчетом, чтобы под портал крана можно было доставлять на автомашинах с прицепами сваи-оболочки, а также другие конструкции и материалы. Вибропогружение оболочек козловым краном производят с помощью плавкондуктора, представляющего собой две спаренные тонкостенные металлические трубы диаметром 100 см с заглушками по торцам, между которыми расположены ячейки для размещения шести оболочек продольной секции причала. Кондуктор раскрепляют на крайние, ранее забитые оболочки.

Причальные сооружения эстакадного типа на сваях-оболочках сооружают с шагом опор, позволяющим отсыпать до 70% материала подпричальной призмы при помощи шаланд с открывающимися днищами. Около 15% камня и щебня отсыпают в неудобные места подпричального откоса плавучим грейферным краном и 15% автотранспортом со смонтированного верхнего строения.

После отсыпки подпричального откоса к погруженным сваям-оболочкам подводят полукольцевые плавучие подмости, замыкаемые вокруг оболочек в кольцо. С подмостей устанавливают объемлющие оболочки инвентарные металлические бандажи, служащие направляющими для срубки голов пневматическими отбойными молотками или срезки абразивным инструментом. Срезать головы свай-оболочек под проектную отметку необходимо с точностью ± 3 см. Срубленные оголовки после разрезки оголенных продольных стержней арматуры убирают плавкраном.

Простейшим видом верхнего строения, применяемого для эстакад на сваях-оболочках диаметром 1,2 м, является верхнее строение из сборных железобетонных плоских квадратных плит со стороной 5,23 м, толщиной 0,6 м, массой 40 т. При помощи плавкрана грузоподъемностью 15 т на головы колонн устанавливают опорные площадки и приваривают закладные части площадок к фланцам голов оболочек. Затем производят омоноличивание площадок с головами свай. После достижения бетоном не менее 70% проектной прочности плавкраном грузоподъемностью 50 т по опорным площадкам устанавливают кордонные блоки, ростверковые плиты и тыловые блоки.

Первая отечественная сборная эстакадная набережная из железобетонных крупноблочных предварительно напряженных элементов, сооруженная под руководством автора, представляла собой рамную конструкцию с опорами из свай-оболочек диаметром 1,6 м, с поперечными ригелями и уложенными по ним плитами верхнего строения.

После погружения из внутренних полостей оболочек откачивали воду на глубину 3,5 м, считая от верха оболочки. В осушенную верхнюю часть оболочки опускали при помощи крана «Пионер» железобетонное диск-днище, закрепляемое тремя металлическими подвесками к выпускам арматуры на торце оболочки. Поверх диск-днища устраивали бетонную пробку высотой 20 см. Затем с объемлющих оболочки плотиков на головы колонн надевали наружные и внутренние бандажи из полосовой стали (шириной 16 см, толщиной 8 мм), состоящие (каждый) из двух крепящихся на болтах полубандажей. На головы крайних в поперечном ряду оболочек, между бандажами устанавливали на подливке из пластичного бетона три стальных кубика с размером стороны 8 см (один на одну колонну и два на другую), фиксирующих высотное положение ригеля. Кольцевое пространство между бандажами заполняли бетоном марки 500, приготовленным на мелком щебне. Бандажи, выступавшие над верхом кубиков на 5 см, свободно осаживались под действием веса устанавливаемого ригеля.

Монтаж ригеля осуществляли с помощью плавкрана грузоподъемностью 100 т посредством траверсы или длинных стропов при волнении на море, не превышавшем 2 баллов. Для точной фиксации положения ригелей в плане служили направляющие, укрепленные на плавучих мостиках-кондукторах. В каждом пролете первой монтировали бортовую балку, дающую направление линии кордона причала. Далее по ригелям укладывали слой бетонной подготовки толщиною 5 см, на который устанавливали плиты верхнего строения. При монтаже элементов допускалось искривление линии кордона в плане не более ±2 см и отклонение горизонтальных плоскостей бортовых балок не более ±3 см в плед ел ах длины секции.

Вслед за монтажом элементов верхнего строения производили работы по омоноличиванию оболочек со сборными ригелями, бетонированию монолитной части и продольных швов между плитами и балками. Перед омоноличиванием швов между плитами снизу плит подвешивали опалубку из одиночных досок на проволочных скрутках и устанавливали арматуру омоноличивания. Омоноличивание выполняли пионерным способом с подвозкой бетонной смеси в самосвалах по смонтированному строению.

Общая схема монтажа причала (рис. 99) включает следующие работы: погружение оболочек (I), срубку голов оболочек (II), отсыпку подпричальной призмы (III), монтаж ригелей и плит верхнего строения (IV), монтаж коробов тылового сопряжения (V), монтаж отбойных рам и швартовных тумб (VI). Соблюдение требований безопасности труда при монтаже конструкций приводится в специальной литературе.

Стальные оболочки большого диаметра

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ ОАО "ФСК ЕЭС"

НОРМЫ
проектирования фундаментов из стальных свай-оболочек и буронабивных свай большого диаметра

Дата введения 2010-06-18

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", объекты стандартизации и общие положения при разработке и применении стандартов организаций Российской Федерации - ГОСТ Р 1.4-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения", общие требования к построению, изложению, оформлению, содержанию и обозначению межгосударственных стандартов, правил и рекомендаций по межгосударственной стандартизации и изменений к ним - ГОСТ 1.5-2001, правила построения, изложения, оформления и обозначения национальных стандартов Российской Федерации, общие требования к их содержанию, а также правила оформления и изложения изменений к национальным стандартам Российской Федерации - ГОСТ Р 1.5-2004.

Сведения о стандарте организации

РАЗРАБОТАН: ОАО "СевЗап НТЦ"

ИСПОЛНИТЕЛИ: Л.И.Качановская, П.И.Романов, В.Н., М.С.Ермошина

ВНЕСЕН: Департаментом систем передачи и преобразования электроэнергии, Дирекцией технического регулирования и экологии ОАО "ФСК ЕЭС"

УТВЕРЖДЕН: приказом ОАО "ФСК ЕЭС" от 18.06.2010 N 429

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ: с 18.06.2010

Введение

Стандарт организации "Нормы проектирования фундаментов из стальных свай-оболочек и буронабивных свай большого диаметра" (далее - Стандарт) разработан в соответствии с требованиями Федерального закона N 184-ФЗ "О техническом регулировании".

Настоящий Стандарт разработан в развитие обязательных положений и требований СНиП 2.02.01-83*, СНиП 2.02.03-85, СП 50-102-2003, СП 52-101-2003, СНиП 52-01-2003.

Стандарт устанавливает требования к проектированию фундаментов из стальных свай-оболочек и буронабивных свай большого диаметра для объектов электросетевого строительства в различных инженерно-геологических условиях.

Стандарт должен быть пересмотрен в случаях ввода в действие новых технических регламентов и национальных стандартов, содержащих не учтенные в Стандарте требования, а также при необходимости введения новых требований и рекомендаций.

1 Область применения

Стандарт распространяется на проектирование и устройство свайных фундаментов из стальных свай-оболочек и буронабивных свай большого диаметра объектов электросетевого строительства. Стандарт не распространяется на проектирование и устройство свайных фундаментов, возводимых на вечномёрзлых грунтах.

Свайные фундаменты объектов электросетевого строительства, возводимые в районах с наличием или возможностью развития опасных геологических процессов, следует проектировать с учётом дополнительных требований соответствующих нормативных документов, утверждённых или согласованных Госстроем России.

Стальные сваи-оболочки могут применяться во всех классах грунтов, кроме скальных: в дисперсных природных и дисперсных техногенных.

Буронабивные сваи могут применяться во всех видах грунтов, кроме группы скальных: в скальных полускальных, природных дисперсных, полускальных и дисперсных техногенных.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте организации использованы нормативные ссылки на следующие нормативные документы:

СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения;

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия;

СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений;

СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии;

СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты;

СНиП 3.05.06-85 Электротехнические устройства. Производство электромонтажных работ;

СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений;

СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов;

СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры;

СП 53-102-2004 Общие правила проектирования стальных конструкций;

ГОСТ 5686-94 Грунты. Методы полевых испытаний сваями;

ГОСТ 19912-2001 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием;

ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний;

ГОСТ 27772-88* Прокат для строительных стальных конструкций.

При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте национального органа Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем Стандарте приведены термины по СП 50-102-2003 и СНиП 52-01-2003, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 стальная свая-оболочка - стальная труба, заполняемая частично или полностью бетонным раствором или грунтом, погружаемая в пробуренный котлован, забивкой, вдавливанием или вибропогружаемая с или без выемки грунта (сталежелезобетонная или стальная конструкция);

3.2 буронабивная свая - железобетонная свая сплошного или кольцевого сечения с уширениями и без них, бетонируемая непосредственно в пробуренной скважине, в том числе с закреплением стенок скважины обсадной трубой (железобетонная конструкция);

3.3 буронабивная свая большого диаметра - буронабивная свая диаметром не менее 500 мм без уширений.

Наименования грунтов оснований приняты в соответствии с ГОСТ 25100-95.

4 Общие положения

4.1 Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учётом:

- результатов инженерно-геологических изысканий для строительства;

- сведений о сейсмичности района строительства;

- данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия его эксплуатации;

- действующих на фундаменты нагрузок;

- условий существующей застройки и влияния на неё нового строительства;

- технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов.

4.2 При проектировании фундаментов следует учитывать местные условия строительства, требования к охране окружающей среды, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрологических условиях.

4.3 Инженерно-геологические изыскания должны соответствовать требованиям, изложенным в разделе 5 СП 50-102-2003.

4.4 При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах дополнительно следует учитывать требования раздела 12 СП 50-102-2003.

4.5 При проектировании свайных фундаментов в специфических грунтах (просадочных, набухающих, засоленных, органоминеральных, органических, элювиальных, насыпных, намывных, пучинистых, закреплённых) и в особых условиях дополнительно следует учитывать требования СП 50-101-2004.

4.6 Испытания несущей способности стальных свай-оболочек и буронабивных свай на сжимающие, выдёргивающие и горизонтальные нагрузки проводятся в соответствии с ГОСТ 5686-94.

Необходимость проведения статических испытаний одиночных свай определяется проектной организацией с учётом результатов инженерно-геологических изысканий. В отдельных случаях испытания статическими нагрузками позволяют уточнить и оптимизировать проектную глубину заложения свай.

Испытания свай статическими нагрузками выполняются:

- в случае сложных грунтовых условий, когда сваи погружаются в слабые грунты, представленные торфами, заторфованными грунтами, сапропелями и сапропелитами, текучими глинистыми, рыхлыми песчаными и другими сильносжимаемыми грунтами, а также насыпями;

- если возникают сомнения, что их несущая способность соответствует требованиям проекта (сваи, предназначенные для статического испытания, следует располагать на наиболее нагруженных участках при неблагоприятных грунтовых условиях);

- на участках с характерными для объекта грунтами.

Объём испытаний определяется проектной организацией на стадии разработки рабочего проекта для каждого объекта. Под объектом понимается участок ВЛ или площадка ПС. На каждый вид нагрузки на одной строительной площадке в сходных грунтовых условиях должны быть испытаны, как минимум, две сваи.

При испытании статической выдёргивающей нагрузкой должно быть испытано не менее 0.5% от общего количества свай на объекте, но не менее 2 штук (двух свай на один вид нагрузки). При испытании свай статической вдавливающей или горизонтальной нагрузкой - не менее 2 штук (двух свай на один вид нагрузки) на объект.

4.7 Свайные фундаменты из стальных свай-оболочек и буронабивных свай, предназначенные для эксплуатации в условиях агрессивной среды, следует проектировать с учётом требований СНиП 2.03.11-85.

Антикоррозионную защиту стальных свай-оболочек (металлических труб) следует проводить в заводских условиях.

Антикоррозионное покрытие выбирается в зависимости от степени агрессивности среды в соответствии со СНиП 2.03.11-85 или по техническим условиям завода-изготовителя, если показатели стойкости покрытия не уступают требованиям СНиП 2.03.11-85 в заданных условиях.

5 Основные указания по расчёту

5.1 В соответствии с СП 50-102-2003 расчёт свайных фундаментов должен быть выполнен по предельным состояниям:

а) первой группы:

- по прочности материала свай и свайных ростверков;

- по несущей способности грунта основания свай на сжимающие и выдёргивающие нагрузки;

- по несущей способности грунта оснований свайных фундаментов (по устойчивости), если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки, в том числе сейсмические, если сооружение расположено на откосе или вблизи него или если основание сложено круто падающими слоями грунта;

б) второй группы:

- по перемещениям оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

- по перемещениям свай (горизонтальным и углам поворота головы свай) совместно с грунтом основания от действия горизонтальных нагрузок и моментов;

- по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

В пучинистых грунтах должен быть выполнен расчёт свайных фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения.

Согласно СП 50-102-2003 расчёт по несущей способности, регламентированный последним подпунктом первой группы предельных состояний (по устойчивости), допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.

Расчёт по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов следует выполнять в соответствии с СНиП 52-01-2003 и СП 52-101-2003.

Оболочка большого диаметра с опорным кольцом

Изобретение относится к области портового гидротехнического и гражданского строительства, а именно к заполненным грунтом оболочкам большого диаметра (ОБД), и может быть применено при строительстве морских и речных причальных и оградительных сооружений, в том числе возводимых при устройстве на акваториях ограждений котлованов и искусственных островов. Оболочка большого диаметра включает цилиндрическую обечайку, выполненную с возможностью размещения на грунтовом основании и снабженную опорным элементом. Опорный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одного опорного кольца, жестко скрепленного с наружной поверхностью обечайки выше ее нижней кромки. Плоскость опорного кольца перпендикулярна продольной оси обечайки. Опорное кольцо укреплено ребрами жесткости, предпочтительно косынками, перпендикулярные кромки которых жестко скреплены с поверхностью обечайки и соответствующей стороной опорного кольца. Ширину опорного кольца определяют из выражения m=F/(2π R σ_o), где m - ширина опорного кольца, м; F - вертикальная расчетная нагрузка на грунтовое основание, передаваемая оболочкой, кг; R - внешний радиус цилиндрической обечайки; σ_o - несущая способность материала основания, кг/м 2 . Расстояние от опорного кольца до нижней кромки цилиндрической обечайки зависит от характеристик грунтов основания и определяется соотношением 1/10 Н ÷ 1/40 Н, где Н - высота оболочки, принимаемая в пределах от 1 до 20 м. Цилиндрическая обечайка, опорное кольцо и ребра жесткости выполнены из металла. Ребра жесткости могут быть размещены как со стороны поверхности кольца, противоположной поверхности, воспринимающей отпор грунта, так и с обеих сторон опорного кольца. Обеспечивается устойчивость тонких заполненных грунтом оболочек большого диаметра. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наиболее распространено применение металлических или железобетонных ОБД без каких-либо дополнительных конструктивных элементов, предотвращающих потерю устойчивости оболочки на опрокидывание (см. Гуревич В.Б. Речные портовые гидротехнические сооружения. М., Транспорт, 1969 г., стр.97, рис.88). Основной причиной потери устойчивости такой конструкции является прорезание тонкой нижней кромкой оболочки поверхности грунтового основания. Опасность потери устойчивости ОБД значительно ограничивает область их применения, особенно если материалом ОБД служит металл (толщина стенки 8÷16 мм) (см. РТМ 36.44.12.1-90 Проектирование и строительство сооружений с применением стальных оболочек большого диаметра. ВНИИГС, С.-П., 1992 г., стр.7, рис.1).

К недостаткам данного технического решения относится следующее:

- ограничивается область применения, так как сооружения требуют качественного грунтового основания - наличия достаточно мощного слоя (не менее 5 м) плотных малосжимаемых грунтов с модулем деформации не менее 20 МПа, расчетным сопротивлением под подошвой элемента более 0,3 МПа, углом внутреннего трения не менее 25°;

- в практике гидротехнического строительства указанные условия крайне редки, и, как правило, требуется устройство искусственного основания в виде постели, которую необходимо дополнительно защищать от размыва волнами или действием винтов швартующихся кораблей. Это приводит к ограничению области применения и значительному удорожанию строительства сооружений с применением ОБД.

Известна конструкция приспособления для увеличения устойчивости ОБД на опрокидывание за счет шарнирного крепления горизонтальной двухконсольной анкерной плиты к укороченной тыловой плите оболочки (см. Бибмад Г.Е. Устойчивость оболочек большого диаметра с горизонтальным анкером. Автореф. дисс. на соиск. ученой степени канд. техн. наук, М., специальность 05.23.07, М., МИСИ, 1984 г., 24 с.).

Данное техническое решение обладает следующими недостатками:

- применимость решения только для ОБД из монолитного железобетона с вертикальным членением элементов;

- наличие растягивающих напряжений в части оболочки, примыкающей к месту крепления анкера;

- необходимость проведения дорогостоящих водолазных работ для установки в проектное положение анкерной плиты;

- возможность применения только в качестве сооружений типа «набережная» из-за необходимости наличия грунта засыпки хотя бы с одной стороны ОБД.

В качестве ближайшего аналога принята конструкция, предназначенная для повышения устойчивости ОБД на опрокидывание, представляющая собой горизонтальный одноконсольный анкер, соединенный тягами с железобетонным кольцом, установленным на верхнем торце оболочки (см. Алмазов В.О., Смирнов Г.Н. Железобетонные конструкции в портовом гидротехническом строительстве, М., «ТРАНСПОРТ», 1986 г., стр.80, Рис.6.4). Оболочка в своей тыловой части свободно опирается на анкерную плиту, а тяги обеспечивают совместность работы анкера, оболочки и грунта обратной засыпки.

Недостатками такого типа конструкции являются:

- применимость решения только для ОБД из монолитного железобетона;

- необходимость выполнения дополнительных монтажных работ плавкраном (железобетонное кольцо на верхнем торце ОБД);

- необходимость проведения дорогостоящих водолазных работ для монтажа одноконсольной анкерной плиты;

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение устойчивости тонких заполненных грунтом оболочек большого диаметра за счет устройства дополнительной поверхности опирания оболочки на грунт основания (опорного кольца), а также за счет вовлечения в работу оболочки дополнительного объема грунта обратной засыпки.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в распределении давления, передаваемого оболочкой на грунт основания по поверхности опорного кольца, а также за счет включения в работу некоторого объема грунта, расположенного «над» опорным кольцом и поперечными ребрами жесткости.

Поставленная задача решается тем, что в оболочке большого диаметра, включающей цилиндрическую обечайку, выполненную с возможностью размещения на грунтовом основании, опорный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одного опорного кольца, жестко скрепленного с наружной поверхностью обечайки выше ее нижней кромки, причем плоскость опорного кольца перпендикулярна продольной оси обечайки, также опорное кольцо укреплено ребрами жесткости, предпочтительно косынками, перпендикулярные кромки которых жестко скреплены с поверхностью обечайки и соответствующей стороной опорного кольца, при этом ширину опорного кольца определяют из выражения

где m - ширина опорного кольца, м;

F - вертикальная расчетная нагрузка на грунтовое основание, передаваемая оболочкой, кг;

R - внешний радиус цилиндрической обечайки;

σ_o - несущая способность материала основания, кг/м 2 .

Расстояние от опорного кольца до нижней кромки цилиндрической обечайки зависит от характеристик грунтов основания и определяется соотношением:

где Н - высота оболочки, принимаемая в пределах от 1 до 20 м.

Цилиндрическая обечайка, опорное кольцо и ребра жесткости выполнены из металла. Кроме того, ребра жесткости могут быть размещены как со стороны поверхности кольца, противоположной поверхности, воспринимающей отпор грунта, так и с обеих сторон опорного кольца.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

На фиг.1 изображен общий вид ОБД для строительства гидротехнических сооружений в отдалении от берега.

На фиг.2 изображен вертикальный разрез ОБД с опорным кольцом для строительства гидротехнических сооружений в отдалении от берега.

На фиг.3 изображен общий вид ОБД для строительства берегоукрепительных (подпорных) сооружений.

На фиг.4 изображен вертикальный разрез ОБД с опорным кольцом для строительства берегоукрепительных (подпорных) сооружений.

На чертежах изображена ОБД 1, погруженная в воду 2 и установленная на грунте основания 3. Оболочка 1 выполнена из металла и заполнена грунтом 4, к ней при помощи сварного соединения прикреплено опорное кольцо 5, укрепленное ребрами жесткости 6, которые располагаются на плоскости кольца 5, противоположной поверхности, по которой формируется отпор грунта сверху или снизу. При строительстве берегоукрепительных (подпорных) сооружений опорное кольцо 5 не только упирается в грунт основания 3 со стороны воды 2, но и вовлекает в работу удерживаемый снаружи грунт со стороны берега 7.

Устройство работает следующим образом.

Заранее подготовленная к монтажу металлическая ОБД 1 с приваренным к ней опорным кольцом 5 и поперечными ребрами жесткости 6 устанавливается в проектное положение на грунт основания 3. Полость оболочки заполняется грунтом - наполнителем 4. Опорное кольцо 5 при этом является упором, препятствующим последующему врезанию тонкого нижнего края оболочки 1 в грунт основания 3. В случае применения ОБД для удержания наружных массивов грунта, когда засыпка оказывает внешнее давление с одной стороны оболочки по всей ее высоте (расширение береговой зоны, строительство сооружений типа «набережная»), оболочка стремится опрокинуться в сторону от берега, при этом опорное кольцо 5 не только упирается в грунт основания 3 со стороны воды 2, но и вовлекает в работу удерживаемый снаружи грунт со стороны берега 7, «приподнимая» его и создавая при этом дополнительные удерживающие силы, препятствующие опрокидыванию.

Устройство опорного кольца (полки) способствует образованию поверхности взаимодействия оболочки с грунтом, препятствующую прорезанию грунта основания тонким опорным краем оболочки и ее опрокидыванию.

Укрепление плоскости кольца дополнительными поперечными ребрами жесткости обеспечивает необходимую прочность кольца (полки) при его взаимодействии с грунтом основания и засыпки.

Различные варианты расположения ребер жесткости расширяют область применения - как для укрепления береговых линий (где часть опорного кольца передает давление на грунт основания: в области, где оболочка прижимается к основанию, а часть кольца вовлекает дополнительный объем наружного грунта в работу на устойчивость: в области, где на оболочку оказывает внешнее давление грунт береговой кромки), так и для строительства пирсов и молов в отдалении от берега, где по всей поверхности опорного кольца оболочка прижимается к основанию.

Постановкой одного или нескольких опорных колец можно добиться выравнивания давления нижней кромки ОБД на грунт основания и тем самым свести к минимуму возможность ее недопустимого отклонения или опрокидывания.

Устройство нескольких опорных колец по высоте оболочки позволяет создать под всеми кольцами, за исключением нижнего, пустоты, не заполненные грунтом обратной засыпки пазух, это снижает боковое давление грунта на стенки ОБД, повышая ее устойчивость.

К достоинствам предлагаемого технического решения в сравнении с аналогами можно отнести:

- отсутствие необходимости проведения дорогостоящих водолазных работ для монтажа дополнительных конструктивных элементов, предназначенных обеспечить устойчивость конструкции;

- отсутствие необходимости модернизации и переоснащения оборудования для производства и монтажа металлических ОБД;

- обеспечение устойчивости ОБД на опрокидывание без увеличения диаметра, что особенно важно в случае их применения в причальных сооружениях;

- возможность варьировать диаметр оболочки в зависимости от ширины опорного кольца и, наоборот, из условий устойчивости конструкции;

- возможность применения при незначительном изменении конструкции опорного кольца как для устройства пирсов и молов, со всех сторон омываемых водой, так и для строительства защитных ограждений, служащих для удержания грунта береговой кромки;

- опорное кольцо служит дополнительным приспособлением для соблюдения точности установки конструкции в проектное положение при монтаже на грунтовом основании.

1. Оболочка большого диаметра, включающая цилиндрическую обечайку, выполненную с возможностью размещения на грунтовом основании, снабженную опорным элементом, отличающаяся тем, что опорный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, одного опорного кольца, жестко скрепленного с наружной поверхностью обечайки, выше ее нижней кромки, причем плоскость опорного кольца перпендикулярна продольной оси обечайки, также опорное кольцо укреплено ребрами жесткости, предпочтительно косынками, перпендикулярные кромки которых жестко скреплены с поверхностью обечайки и соответствующей стороной опорного кольца, при этом ширину опорного кольца определяют из выражения
m=F/(2π R σ_о),
где m - ширина опорного кольца, м;
F - вертикальная расчетная нагрузка на грунтовое основание, передаваемая оболочкой, кг;
R - внешний радиус цилиндрической обечайки;
σ_о - несущая способность материала основания, кг/м 2 ,
также величина расстояния от опорного кольца до нижней кромки определяется соотношением
1/10 Н ÷ 1/40Н,
где H - высота оболочки, принимаемая в пределах от 1 до 20 м,
причем цилиндрическая обечайка, опорное кольцо и ребра жесткости выполнены из металла, кроме того, ребра жесткости размещены со стороны поверхности кольца, противоположной поверхности, воспринимающей отпор грунта.

2. Оболочка по п.1, отличающаяся тем, что ребра жесткости располагаются по обе стороны от плоскости опорного кольца, в зависимости от распределения зон отпора грунта по его поверхности.

Читайте также: