Конструкция тылового сопряжения причалов эстакадного типа с эффективными волногасящими свойствами 

«В настоящее время, практически все причалы и набережные эстакадных конструкций, подвергающиеся интенсивному волновому воздействию, имеют проблемы по устойчивости крепления верхней части подпричального откоса и сохранности конструкций тылового сопряжения. Использование при ремонтных работах, разработанной институтом, конструкции тылового сопряжения решит эти проблемы кардинальным образом.»

[В. А. Гавриленко,
главный специалист ООО НовоморНИИпроект]

ООО «Новоморниипроект» совместно с филиалом ОАО ЦНИИС «НИЦ «Морские берега» разработало новую конструкцию волногасящего сооружения для причалов эстакадного типа с подпричальным откосом, предлагаемой для ознакомления в данной статье. НИЦ «Морские берега» выполнил гидравлическое моделирование этой конструкции, которое подтвердило правильность теоретических предпосылок.

Данное волногасящее сооружение имеет три основных элемента, особенности совместной работы которых обеспечивают эффективность работы всей конструкции: камеру волногашения, располагающуюся в верхней части откоса сразу за причалом; перфорированную железобетонную плиту, перекрывающую камеру волногашения сверху; тыловой выпускной клапан.

Камера волногашения заполняется бетонными гексабитами, что обеспечивает хорошую проницаемость и гашение волны. В подобных конструкциях, имеющих практическое воплощение, камеры волногашения заполняются сортированным камнем небольших размеров. При таком заполнении проницаемость и, соответственно, волногашение гораздо хуже.

Особенность и новизна конструкции бетонной плиты, перекрывающей камеру сверху, заключается в том, что вся перфорация находится на нижней поверхности и внутри плиты. Верхняя поверхность, что очень важно, глухая. Площадь перфорации на нижней поверхности плиты составляет порядка 10% от всей площади. Все перфорационные отверстия объединяются сквозными внутренними каналами, которые, в свою очередь, объединены передним и тыловым выпускными клапанами.

Данное конструктивное новшество гарантирует надежную работу перфорации в отличие от конструкции тыловых плит, используемых в настоящее время на причалах. В этих плитах перфорация вертикальная сквозная и составляет всего 1% от площади плиты (в соответствии с нормами). Во-первых, как показала практика, 1% перфорации недостаточно, а увеличение процента перфорации по понятным причинам приведет к значительному ухудшению эксплуатационных свойств покрытия. Во-вторых, сквозная перфорация очень быстро забивается и практически не работает, что показал достаточно длительный опыт эксплуатации подобных конструкций. Не эффективная работа перфорации, в свою очередь, приводит к резкому возрастанию компрессионного давления в верхней части камер гашения, и, вследствие этого, к смещению и частичному разрушению плит тылового сопряжения и покрытия. Подобная картина ежегодно, в период осенне-зимних штормов, имеет место на торцевых причалах широких пирсов в Новороссийском порту, подвергающихся особенно сильному волновому воздействию. Вследствие этого, ежегодно руководство порта вынуждено выполнять ремонтно-восстановительные работы на разрушенных участках тылового сопряжения.

Наличие тылового выпускного клапана способствует стабильному выходу сжатого воздуха из камеры волногашения, и, в дополнение к эффективной работе перфорации и переднего выпускного клапана, существенно снижает компрессионное давление на нижнюю поверхность плиты тылового сопряжения.

Наблюдение в период штормов за участком построенного тылового сопряжения по вышеописанной конструкции (причал №17 в Новороссийском порту) подтвердило предположение о том, что воздух, сильно сжатый зашедшей под причал волной, постепенно выходя из выпускных клапанов, особенно через тыловой, выполняет роль демпфера, тем самым дополнительно гася энергию волны.

Для наглядности этого утверждения приведем три снимка, выполненные во время одного из штормов. На первом снимке снят участок тылового сопряжения в 100% готовности, а второй и третий снимки выполнены на участке, на котором из всех конструктивных элементов отсутствует только верхняя перфорированная плита. При этом на втором снимке запечатлен начальный момент захождения волны в камеру гашения, на третьем волна полностью зашла в камеру гашения. По размерам всплесков на третьем снимке видно, что заполнение камер гашения далеко не полностью гасит энергию волны. В то же время на первом снимке всплески незначительны. Спрашивается, куда делась избыточная и весьма солидная масса вспененной воды? Через тыловой клапан она не выходила. Вывод, как нам кажется, вполне очевиден: воздух, сжимаемый зашедшей под причал волной и постепенно удаляющийся через перфорацию монолитной плиты, перекрывающей камеру гашения, выполняет, как было сказано выше, роль демпфера, дополнительно гася энергию волны. На первом снимке тыловое сопряжение слева, причал справа; на втором и третьем снимках – наоборот.

Таким образом, выше были описаны конструктивные особенности предлагаемого тылового сопряжения, наличие которых обеспечивает его эффективную работу. Теперь коснемся одного элемента в существующих камерах гашения, отсутствие которого в корне меняет работу всей камеры гашения. Речь идет о перфорированных железобетонных решетках, устанавливаемых с фасадной стороны камер гашения на существующих конструкциях тылового сопряжения.

В проектных решениях упомянутого выше реконструированного участка тылового сопряжения причала №17 Новороссийского порта эти решетки отсутствуют. В качестве опорных конструкций для перфорированной железобетонной плиты, перекрывающей всю камеру гашения, в передней части использовались стенки существующих камер гашения, а в тылу – вновь устраиваемый монолитный ленточный железобетонный фундамент. Вертикальные перфорированные железобетонные решетки с фасадной стороны существующих камер гашения были удалены. Во всех конструкциях-аналогах эти решетки присутствуют, при этом суммарный коэффициент сквозности (отношение площади отверстий к общей фронтальной площади) не превышает значения 0,25. В процессе эксплуатации это приводит к возникновению гидравлического удара. В предложенной конструкции (без перфорированной ж/б решетки) коэффициент сквозности достигает значения 0,7, при этом явление гидравлического удара отсутствует, что подтверждается результатами гидравлического моделирования.

Последствия гидравлических ударов следующие:

• Вертикальные всплески воды через передний выпускной клапан высотой до 6м, что приводит к разрушению покрытия.
• Интенсивное волновое воздействие на элементы тылового сопряжения и прилегающие участки конструкций причала (ригели, плиты, сваи, крепление подпричального откоса), приводящее к преждевременному разрушению конструкций.

Кроме обозначенных выше проблем при эксплуатации существующих конструкций тылового сопряжения с камерами волногашения имеется еще одна проблема, возникшая в основном по причине некачественного выполнения работ по устройству обратного фильтра за камерами волногашения: вымывание грунта мелких фракций через каменное заполнение камер гашения, что приводит к просадке как покрытия в зоне тылового сопряжения, так и самих камер волногашения.

Для предотвращения вымывания грунта мелких фракций через заполнение камер гашения на дно и откос камеры гашения в качестве обратного фильтра был уложен геотекстильный материал типа Polifelt F. Для фиксации на дне и откосе камеры гашения геотекстиль сверху пригружается сортированным камнем весом не менее 200кг.

Наблюдение за работой описанной конструкции тылового сопряжения на причале №17 Новороссийского порта в период довольно сильных осенних штормов 2007 г. выявило надежность и эффективность этой конструкции.

В настоящее время ООО «Новоморниипроект» получило патент на полезную модель конструкции тылового сопряжения, описанной выше.

Руководство Новороссийского порта заказало нашему институту рабочий проект капитального ремонта тылового сопряжения причала №9 с аналогичным решением. Рассмотренная выше конструкция тылового сопряжения имеет очень большие перспективы. Практически все причалы и набережные эстакадных конструкций, подвергающиеся интенсивному волновому воздействию, имеют проблемы по устойчивости крепления верхней части подпричального откоса и сохранности конструкций тылового сопряжения. Использование при ремонтных работах разработанной институтом конструкции тылового сопряжения решит эти проблемы кардинальным образом.

Во вновь строящихся причалах и набережных данная конструкция может быть востребована с еще большей эффективностью.

Предоставлено компанией "ООО НовоморНИИпроект"