На недостаточно защищенных участках морских портов или на открытых побережьях, как правило, проектируются причалы мостового типа или причалы эстакадного типа. Нижние отметки верхнего строения причалов мостового типа должны быть выше уровня гребней расчетных волн. Это позволяет исключить разрушение волнами верхнего строения, но и приводит к значительному удорожанию сооружений. Кроме того, для обеспечения безопасности посадки и высадки пассажиров требуется устройство площадок на более низких уровнях.

Причалы эстакадного типа чаще всего проектируются с подпричальными волногасителями, которые позволяют понизить отметки верхнего строения, а также уменьшить волновые нагрузки и отражение волн.

Основным конструктивным элементом подпричальных волногасителей является подпричальный откос. В зависимости от высоты расчетных волн уклоны подпричальных откосов рекомендуется принимать в диапазоне i = 1:1,5–1:2,5 [1]. Для обеспечения устойчивости откосов используется крепление из камня или бетонных блоков. Одним из основных недостатков волногасителей с подпричальным откосом является ударное компрессионное воздействие в зоне тылового сопряжения. Это воздействие, обусловленное обрушающимися волнами, нередко является основной причиной аварийных повреждений причалов эстакадного типа. В частности, повреждения тылового сопряжения ежегодно в период осенне-зимних штормов происходят в Новороссийском порту на торцевых причалах широких пирсов [2].

Основными методами «сглаживания» ударных волновых нагрузок в зоне тылового сопряжения являются:

 

• использование в верхней зоне откоса с волногасящей наброской из крупного камня или бетонных блоков;
• применение камеры волногашения [1, 3];
• комбинированный метод, т. е. использование и волногасящей наброски, и камеры волногашения;
• устройство каналов в верхнем строении для выхода сжатого воздуха с целью демпфирования импульсных волновых нагрузок [2].

 

Тем не менее интенсивное волновое воздействие на элементы тылового сопряжения даже при наличии волногасящей наброски или камеры волногашения нередко приводит к деформациям основания в верхней части подпричального откоса, разрушению элементов сооружений, просадкам покрытия причала и, как следствие, приостановке эксплуатации причала.

Таким образом, волногасители на основе подпричального откоса имеют существенные минусы и требуют проведения специальных мероприятий по обеспечению необходимой эффективности и долговечности. Можно отметить также их значительную материалоемкость и высокую стоимость.

В качестве альтернативной конструкции рассмотрим объемный подпричальный волногаситель [4], представляющий собой пакет горизонтальных пластин или труб, жестко закрепленный в верхней части подпричальной зоны. Передний фронт подпричального волногасителя располагается в непосредственной близости от причального фронта, а задний фронт удален от вертикальной подпорной стенки на некоторое расстояние Δl. Подходящие волны после взаимодействия с волногасителем частично гасятся и уже ослабленные воздействуют на защищаемые объекты: причальную плиту и вертикальную подпорную стенку.

Для оценки волногасящей эффективности подпричального волногасителя были выполнены опыты в волновом лотке. Моделировалось взаимодействие волн с причальной эстакадой.

Основные параметры были приняты следующими:

 

• глубина воды у сооружения d = 12,6 м;
• ширина причальной плиты В = 12,6 м;
• отметка верха причальной плиты относительно среднего уровня воды Δzв = +3 м;
• отметка низа причальной плиты относительно среднего уровня воды Δzн = +1,5 м;
• высота подходящих волн Н = 3 м;
• период волн Т = 10,5 с;
• ширина тылового выпускного клапана bk = 0,4 м.

 

Геометрический масштаб модели был принят равным α = 1:40.

Соответствующие параметры в опытах были следующими: dм = 31,5 см,

Вм = 31,5 см; Δzвм = 7,5 см; Δzнм = 3,75 см;

Нм = 7,5 см: Тм = 1,66 с; bкм = 1 см, где индекс «м» означает величины на физической модели.

Результаты опытов представлены на рис. 3, 4. На рис. 3 иллюстрируется момент взаимодействия гребня волны с сооружением при отсутствии подпричального волногасителя. Получено, что высота всплеска воды у причального фронта равна 10–15 см (4–6 м), а через тыловой выпускной клапан — около

50 см (20 м). В скобках здесь и ниже приведены величины в пересчете на натурные условия. Высокие всплески воды свидетельствуют об импульсном волновом воздействии на причальную плиту. При высоте всплеска 50 см (20 м) пиковое значение волнового давления на плиту составит не менее 5*103 Па (2*105 Па).

Характер взаимодействия волн с причальными сооружениями существенно изменяется при наличии объемного подпричального волногасителя в виде пакета горизонтальных пластин (рис. 4). Ширина волногасителя составляла Вв = 30 см (12 м), высота hв = 12,8 см (5,12 м), расстояние между пластинами Δh = 1,5 см (0,6 м). Расстояние от заднего фронта волногасителя до вертикальной подпорной стенки принято равным Δl = 2,5 см (1 м). Можно видеть, что эффективность волногасителя весьма высокая. Волны не заливали причал, а высота всплеска через тыловой выпускной клапан составляла всего 1–1,5 см (0,4–0,6 м), т. е. ударное волновое воздействие на причальную плиту отсутствовало. Примерно такой же результат по волногашению можно получить с помощью волногасителя на основе подпричального откоса (рис. 5) при следующих параметрах:

 

• ширина Вв = 60 см (24 м);
• уклон подпричального откоса i = 1:2,5;
• ширина волновой камеры Вк = 12,5 см (5 м);
• сквозность передней стенки волновой камеры ε = 0,25.

 

Если сравнить рассмотренные типы подпричальных волногасителей, то можно отметить относительно небольшую материалоемкость объемного волногасителя. В частности, такой волногаситель при соответствующей функциональной эффективности имеет вдвое меньшую ширину верхней причальной плиты, а значит, потребуется вдвое меньше опорных свай, при этом исключается необходимость сооружения волновой камеры и подпричального откоса.

Выводы

Проведенные исследования показали, что объемный подпричальный волногаситель, представляющий собой пакет горизонтальных пластин или труб, жестко закрепленный в верхней части подпричальной зоны, обладает высокой волногасящей эффективностью, имеет относительно малую материалоемкость и может найти широкое применение для защиты причалов эстакадного и мостового типов.

 Литература

 

1. СП 287.1325800.2016 Сооружения морские причальные. Правила проектирования и строительства. М.: Минстрой России, 2016.
2. Гавриленко В. А. Конструкция тылового сопряжения причалов эстакадного типа с эффективными волногасящими свойствами // Гидротехника. 2009. № 2. С. 28–29.
3. Гавриленко В. А.  Строительство причалов на слабом основании // Гидротехника. 2013. № 1(30). С. 73–75.
4. Патент № 175001, МПК Е 02В 3/06 Подпричальный волногаситель. Опубликован 15.11.2017.

 

ООО «Гидротехника»
Адрес: 354002 г. Сочи,
ул. Я. Фабрициуса, д. 2/9, офис 7
E-mail: gidrotehnika23@yandex.ru
Тел./факс, моб. (862) 296-72-86

На сайте размещена сокращенная версия статьи. Полную версию читайте в журнале.