Конспект лекций Портовые сооружения

112

грунта. Для исключения крена на плаву конструкция массива-гиганта с консольными выступами предусматривает более тонкие вертикальные стенки со стороны берега.

4. Сооружения из ряжей.

Еревянные ряжи для подводной части нидротехнических сооружений применились в конце XIXвека ( сравнительно давно). Ряж представляет собой конструкцию из бревен или брусьев в виде сруба с днищем и внутренними перегородками.

В речных условиях построены причалы из ЖБ ряжей, но в настоящее время они не применаются, т.к. трудоемки. По конструкцииэти ряжи мало отличаются от сквозных деревянных ряжей. Однако, собираться они могут только на месте ( под водой) водолазами. Недостаток: много элементов – трудоемкость.

5. Сооружения уголкового типа.

Значительное распространение в практике портостроения в настоящее время получили набережные уголкового типа, которые могут быть выполнены как монолитными, так и сборными. Монолитными они могут выполняться в тех случаях, когда глубина у причала незначительная в связи с чем возможно изготовление секций набережной на берегу с последующей их установкой на место кранами, либо в тех случаях, когда строительство производится на сухо (за перемычками или например до заполнения водохранилищ).

В тех случаях, когда строительство ведется при наличии воды и сравнительно больших глубинах целесообразно обходиться без перемычек и возводить уголковые стенки сборной конструкции.

Сборные уголковые набережные можно разделить на три основных типа: а) с внешней анкеровкой; б) с внутренней анкеровкой; в) контрфорсные.

1)лицевая плита;

2)фундаментная плита;

3)обратный фильтр;

4)анкерная тяга круглого сечения 75-90 мм;

5)шапочный брус;

6)анкерная плита;

113

Порядок возведения стенки

После подготовки каменной постели на нее устанавливают плавучим краном фундаментную плиту. Со стороны акватории переел фундаментными плитами устанавливают на выровненную на дне площадку бетонные массивы с широко прикрепленными подкосами. Подкосы удерживаются наклонно в вертикальной плоскости благодаря плавучести прикрепленных к их верхней части поплавков.

При установке плавкраном лицевых плит на фундаментные плиты на верхний торец лицевой плиты крепятся подкосы. После этого отсыпается первая очередь засыпки. Затем устанавливают анкерные плиты и производят монтаж и натяжение анкерных тяг, выполняют вторую очередь грунтовой засыпки и устройство оголовка.

Наличие анкерных плит предопределяет и несколько иную работу набережных этого типа – устойчивость их обеспечивается не только собственным весом, но и анкерными плитами. В результате при одинаковой ширине сооружения по низу напряжения в основаниях набережных с внешним анкером будут меньше, чем набережных с внутренним анкером. Следовательно при одинаковой ширине сооружений набережные с внешним анкером могут быть возведены на более слабых грунтах, или же напротив при прочих равных внешних условиях, ширина сооружения ( длина фундаментной плиты) может быть на 25 – 30 % меньше, чем в набережных с внутренней анкеровкой.

Общим недостатком набережных с внешними анкерами является относительная сложность их монтажа «в воду».

а) набережные уголкового типа с внутренней анкеровкой.

В этой конструкции анкера жестко крепятся непосредственно к фундаментной плите. Анкерная тяга 4 состоит из двух стальных полос сечением 250-300 х 25–35 мм. (Анкерная тяга рассчитывается на

анкерной тяги. В набережных с внешним анкером анкерная тяга рассчитывается на чистое растяжение

Характерной особенностью данной конструкции является то, то они создают значительное неравномерное давление на грунт. Анекр «приподнимает» тыловую часть фундаментной плиты, и контактное давление здесь уменьшается, а под передней частью увеличивается. Лицевые и фундаментные плиты изготавливают, как правило, из предварительно напряженного железобетона.

Блоки набережной, т.е. лицевые и фундаментные плиты, связанные анкерными тягами, собираются на берегу и с помощью плавучего крана устанавливаются «в воду» на подготовленную

114

постель. В целом монтаж ее проще, чем стенки с внешней анкеровкой: сокращается объем подводных работ, уменьшается время работы плавучих кранов и в целом снижается стоимость строительства.

в) Набережные уголкового типа с контрфорсами.

9 – контрфорс

10 – монолитный ЖБ оголовок.

Bс (0.7 0.75)Hст

Блоки набережной состоят из трех омоноличенных ( с помощью козлового крана) ненапряженных элементов: лицевой и фундаментной плит и контрфорса.

Готовые блоки устанавливаются «в воду» на каменную постель плавкраном. В данной конструкции роль анкерной тяги выполняет контрфорс. В остальном конструкция почти не отличается от уголковой стенки с внутренним анкером.

До настоящего времени уголковые набережные применялись до глубин 11.5 м. В последнее время было осуществлено экспериментальное строительство на глубине 13 м.

Одним из основных вопросов при проектировании сборных уголковых набережных является обеспечение грунтонепроницаемости швов (стыков) между элементами.

Перечисленные способы перекрытия швов применяют при строительстве «в воду» (для морских условий).

Навеска матов из дорнига или синтетических материалов является наиболее индустриальным и экономичным способом и рекомендуется для всех набережных при условии, что за ним нет гидростатического давления. При возникновении гидростатического давления с внутренней стороны швы можно уплотнить двухслойным щебеночным обратным фильтром, или применить тип а) Гидростатическое давление может возникать при большом колебании уровня воды в водоеме.

6. Сооружения из оболочек большого диаметра.

В отечественной практике гидротехнического строительства применялись оболочки наружным диаметром 3; 5; 6; 7; 10.5; 10.7 м (диаметр зависит от глубины) при толщине 10-20 см стен. Оболочки могут быть как сборные, так и монолитные. Их ставят на грунт, с заглублением до 2 – 2.5 м во избежание образования пластический деформаций, либо на каменную постель, это хорошо для работы оболочки, но ведет к удорожанию.

115

ВСевастополе построен причал из сборных оболочек диаметра 10.5 м. Каждая оболочка состоит из 10 плоских ЖБ плит заводского изготовления размером 6.7 * 3.27 * 0.2 м.

Оболочки собирали на полигоне в кондукторе, представляющем собой десятигранную пространственную ферму. Стыки плит сваривали с внутренней стороны стальными накладками с шагом 400 мм. по высоте, а с наружной – стальную полоску приваривали на всю высоту, после чего стыки изолировали эпоксидной мастикой ( 2 слоя толщиной 1-2 мм). Собранную оболочку массой 112 т устанавливали на постель.

Конструкция грунтонепроницаемого стыка между оболочками (полигональными, цилиндрическими

идр.) осуществляется путем бетонирования пространства между двумя щитами ( бетонными или деревянными), соединенными тяжами. Блок из двух ЖБ плит собирают на берегу и с помощью плавкрана устанавливают в стыке между оболочками.

Внеобходимых случаях с целью уменьшения концентрации волнового воздействия предусматривается установка в стыках между оболочками сборного блока с наклонной морской гранью. С увеличением глубины эта грань приближается к продольной оси оболочек.

Применяют конструкции оболочек, собираемые из криволинейных плит.

К недостаткам этой конструкции относятся недостаточная монтажная жесткость оболочек, собираемых из скорлуп, и большое число стыков.

Наряду с членением по вертикали, когда сборка оболочек выполняется из отдельных скорлуп или плоских плит, высота которых равна высоте оболочек, применяются также разрезка оболочек по высоте горизонтальными швами, благодаря чему уменьшается вес монтажных элементов и можно использовать краны меньшей грузоподъемности.

Причал из оболочек с горизонтальным членением построен при реконструкции восточного пирса в Новороссийске.

1 – нижнее звено оболочки цилиндрической оболочки;

2 – верхнее звено;

3 – монолитное опорное ЖБ кольцо;

4 – нащельник; 5 – уплотнение в виде наклонных полос из транспортерной ленты; 6 – петля.

Каждая оболочка имеет по два звена высотой 6 м, изготовленная из монолитного ЖБ. Горизонтальный стык между звеньями – приклеенная полоса транспортной ленты шириной 20 см на верхний торец нижнего звена.

Вертикальные швы между оболочками имеют зазор до 40 см и перекрываются сборными ЖБ нащельниками, благодаря чему устраняется необходимость в трудоемких работах по подводному бетонированию стыка.

В заключении отметим: полигональные оболочки изготавливать удобнее, чем цилиндрические (круглые). Но по данным ЦНИИСа оболочки полигонального очертания могут конкурировать с

116

круглыми до глубин 10 – 12 м.,т.к. полигональные оболочки работают на изгиб. Скорлупные легче изготовить, чем круглые, но большой недостаток – стыковка.

Преимущества и недостатки гравитационных конструкций.

Причальные сооружения гравитационного типа рекомендуется возводить на плотных, малосжимаемых грунтах, в первую очередь скальных. Особенно это относится к массивовой кладке. Все остальные конструкции можно строить на основаниях средней плотности.

Одним из условий применения конструкий гравитационного типа является наличие в районе строительства песчаного грунта и камня, необходимого для засыпки сооружения и отсыпки постели.

Преимущества конструкций гравитационного типа:

Из массивовой кладки – простота изготовления, возможность применения в тяжелых гидрологических условиях (ледовых воздействиях), большой срок службы;

Монолитный – большая прочность, возможность визуального контроля всех видов работ, т.е. высокое качество возведения;

Причалов из массивов-гигантов – высокая индустриализация строительства, незначительный объем водолазных работа, не требуются мощные краны, малые сроки возведения подводной части;

Причалов уголкового типа – высокая индустриализация возведения, небольшое количество элементов конструкции, малый расход железобетона и небольшая масса конструкции, меньшая стоимость по сравнению с вышеперечисленными конструкциями;

Причалов из оболочек большого диаметра – меньше трудоемкость и срок строительства по сравнению с другими конструкциями.

Недостатки конструкций гравитационного типа:

Из ряжей – высокая трудоемкость по сборке ряжа и ограниченные возможности индустриализации, сжатие древесины от внешних нагрузок, что приводит к деформации сооружения в целом;

Из массивовой кладки – большой расход бетона и, следовательно, высокая стоимость сооружения; неприменимость при слабых грунтах основания без их замены или длительной огрузки; значительное количество отдельных элементов, что увеличивает объем монтажных работ; большой расход камня для постели и призмы с обратным фильтром, что удорожает общую стоимость; предъявление повышенных требований к уплотнению и ровнению каменной постели; большой объем дорогостоящих подводнотехнических работ;

Монолитной – отсутствие индустриальности возведения, большая стоимость устройства перемычек для строительства насухо;

Причалов из массивов-гигантов – значительные затраты на организацию парка изготовления массивов-гигантов и спусковых устройств (конструкцию целесообразно использовать только при значительной протяженности причального фронта); большой расход железобетона;

Причалов уголкового типа – невозможность применения в тяжелых ледовых условиях; сложность в устройстве грунтонепроницаемости стыков и плит и сложность монтажных работ;

Причалов из оболочек большого диаметра – большой расход железобетона по сравнению с уголковой стенкой.

Особенности конструкции причалов уголкового типа:

Свнешним анкером – из-за зацепления лицевой стенки к анкерной плите создается равномерное напряжение под фундаментной плитой, поэтому эта конструкция применима на более слабых грунтах, чем другие конструкции уголкового типа. Монтаж анкерных устройств уголковой конструкции с внешним анкером отличается значительной сложностью и трудоемкостью;

Свнутренним анкером и с контрфорсом – из-за отсутствия анкерных плит напряжения под передней гранью фундаментной плиты более значительны, чем под задней. Сборка уголковых блоков конструкций производится на берегу.

117

Лекция № 4

Общие положения расчета причальных сооружений гравитационного типа.

При расчете причальных сооружений гравитационного типа необходимо выполнить следующие проверки:

1.Проверка устойчивости на сдвиг по подошве сооружения (плоский сдвиг);

2.Проверка устойчивости на сдвиг вместе с постелью;

3.Проверка прочности грунтового основания;

4.Проверка сооружения на опрокидывание;

5.Проверка общей устойчивости сооружения (глубинный сдвиг);

6.Проверка прочности и устойчивости отдельных частей и элементов конструкции.

При этом иметь в виду, что все перечисленные проверки выполняются при соответствующих расчетных схемах загружения причалов временной (эксплуатационной) нагрузкой. Все основные расчетные схемы загружения причалов временной (эксплуатационной) нагрузкой приведены в Инструкции по проектированию М.П.С. и в учебнике Порты и портовые сооружения под редакцией С.Г. Смирнова §77 стр.342.

Рассмотрим все проверки по порядку:

1.При расчете устойчивости на сдвиг по подошве сооружения должно выполняться следующее условие:

lc - коэффициент сочетания нагрузок

1.0 – при основном сочетании;

0.9 – при особом сочетании;

0.95 – для сочетания нагрузок в период строительства.р - коэффициент перегрузки

1.25 – для морских причальных сооружений

mД - дополнительный коэффициент условий работы (учитывает особенности действительной работы элемента конструкции ии некоторые условные предпосылки его расчетной схемы)

1.0 – при особом сочетании нагрузок и при IV классе капитальности

0.95– при основном сочетании и в период строительства для I, II, III, IV классов капитальности

0.9– при особом сочетании для I класса капитальности

0.95– при особом сочетании для II и III классов капитальности

n - коэффициент надежности, учитывающий степень ответственности и класс капитальности.

1.25– I класс

1.20 – II класс

1.15 – III класс

1.10– IV класс

с - коэффициент условий работы

1.15 – для портовых сооружений по СНиП – II-16-76

Е – сумма сдвигающих горизонтальных сил, действующих на сооружение. E-Ra – для уголковой набережной с внешним анкером.

Ra – величина реакции в анкере.

g – сумма вертикальных сил, действующих на подошвы сооружения;

f – коэффициент трения подошвы сооружения по каменной постели, равный 0.5;

118

Рассмотрим характерный пример.

2. При расчете устойчивости сооружения на сдвиг вместе с постелью следует определить:

А) Для случая постели заглубленной в грунт основания, скольжение по системе плоскостей МК, КЕ и ЕА.

Б) Для случая постели на поверхности грунта основания, скольжение по плоскости КЕ.

С) Для случая постели на поверхности грунта основания, скольжение по плоскости наклонной МЕ.

Для случая А должно выполняться условие:

nc , n , mД , m , kн , Е – тоже, что и в формуле написанной раньше.

g1 - часть веса сооружения передающая давление на грунт в плоскости подошвы постели на участке

FK;

fr – коэффициент трения каменной постели по грунту основания, принимается равным tg φr

Ep – удерживающая горизонтальная сила от грунта засыпки, принимается меньшей из величин:

(сопротивление грунта засыпки в контуре ABE)

119

Или по формуле (пассивного давления грунта)

постелью от собственного веса сооружения, включая вес грунта и вертикальную составляющую активного давления грунта и временных нагрузок определяемые по формуле:

кн и 3н - объемный вес каменной наброски и засыпки с учетом взвешивания; m0 – заложение откоса котлована

р - коэффициент горизонтальной составляющей пассивного давления грунта.

Для случая Б при сложении по плоскости КЕ: Расчет проводится по формуле 2 при

g3 = 0 и Ер = 0 (схема Б)

Для случая С при скольжении по плоскости МЕ Расчет проводится по формуле: (схема С)

g - сумма проекций сил, действующих выше плоскости сдвига МЕ, на нормаль к этой плоскости.

- угол между подошвой стенки и плоскостью сдвига

3.При проверке прочности грунтового основания необходимо определить нормальные краевые напряжения под подошвой сооружения и под постелью.

Для расчета нормальных напряжений используют обычные формулы сопротивления материалов для внецентренного сжатия в предположении, что само сооружение и основание являются абсолютно жесткими.

F – площадь подошвы сооружения (на 1 пог.м. F = b 1)

W – момент сопротивления подошвы сооружения относительно оси, проходящей через центр тяжести

подошвы (на 1 пог.м. W = 1 b2 ) 6

g – сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения;

М – суммарный момент от всех внешних нагрузок относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы (М = g e ; e – эксцентриситет приложения нагрузки)

Таким образом при расчете нормальных напряжений под подошвой сооружения следует воспользоваться формулой:

120

Где g – сумма вертикальных сил, действующих на подошву сооружения; b – ширина подошвы сооружения;

e – эксцентриситет приложения равнодействующей нагрузок e b2 a

a M уд Mопр

g

M уд M g MRa - для уголковой набережной с внешним анкером

а – расстояние от передней грани сооружения до точки приложения равнодействующей нагрузок M уд - суммарный момент от удерживающих сил

M опр - суммарный момент от опрокидывающих сил R – расчетное сопротивление каменной постели.

При e b6 равнодействующая R0 проходит в ядре сечения и

растягивающих напряжений нет, т.е. min > 0 . В этом случае

давление на каменную постель передается по всей ширине сооружения ОА = b. Это наиболее благоприятный случай, так как происходят относительно равномерные осадки грунтов основания.

сооружения, но в точке А оно равно нулю. Это менее благоприятный случай, но может быть допустим при прочных грунтах основания.

усилия, то есть; min < 0. В этом случае происходит так называемое «раскрытие шва» сечения, так как

давление на каменную постель передается не на всю ширину сечения ОА, а только на часть ширины ОА’ . Участок А’А подвержен растягивающим усилиям, то есть давления не испытывает. Это наиболее неблагоприятный случай, потому что могут возникнуть неравномерные осадки грунтов основания и сооружение может потерять устойчивость на опрокидывание.