Д,е - плавучие волноломы; ж,з - волноломы активного действия

Полупроницаемые или проницаемые волноломы имеют большое коли­чество сравнительно мелких отверстий, пор или щелей, равномерно распределенных по подводной части волнолома (рис. 53 в,г). Этим они отличаются от сквозных волноломов, выполненных с большими проемами и зазорами, через которые свободно проникает волновая энергия, обтекая сплошные преграды. Пористый характер преграды способствует снижению явления отражения и сложения волн перед волноломом и смягчению ударного воздействия волн на сооружение.

К этой категории может быть отнесено и откосное оградительное сооружение из каменной наброски (наброска из крупноблочных массивов по этому признаку занимаетпромежуточное положение между сквозным и проницаемым типами). В вертикальных оградительных со­оружениях проницаемость преграды создается в виде сравнительно небольших, часто расположенных отверстий в лицевых гранях соору­жения (перфорированный волнолом), тонких щелей в однорядном свай­ном волноломе (щелевой волнолом) или каменной призмы, заключенной между свайными рядами, забитыми со щелями, и т. п. Последние при­меры успешного применения проницаемых и полупроницаемых волно­ломов подтверждают высокую эффективность и экономичность их ис­пользования.

Плавучие волноломы отличаются от сквозных тем, что их верхняя часть, расположенная в зоне концентрации волновой энергии, не нуж­дается в опорах, так как вместо них применяются якорные закрепле­ния, удерживающие волнолом в нужном месте (рис. 53 д,е). Волно­лом может быть выполнен в виде сплошного понтона прямоугольного, ромбообразного, крестообразного и другого вида, предусматриваю­щего отражение волновой энергии от ограждения, сквозного простран­ственного решетчатого гасителя, предусматривающего поглощение волновой энергии сооружением, и т, д. Его поперечный профиль может иметь разнообразную форму.

В плавучем волноломе строительный материал используется более рационально, чем в гравитационных, свайных и даже сквозных волно­ломах, так как масса его конструкций не передается грунту основа­ния. При необходимости секции волнолома можно перебазировать в другой район. Их стоимость почти не зависит от глубины. Однако, как и сквозные, они обладают низким волногасящим эффектом в усло­виях длинных пологих волн и не задерживают наносов. Раскачивание понтонов сопровождается сильными рывками в якорных закрепле­ниях и межсекционных соединениях, поэтому вопрос об уменьшении усилий в креплениях волнолома - наиболее важный на пути к освое­нию этого типа ограждения. Одним из усовершенствованных вариантов конструкции является волнолом из эластичной оболочки, в котором усилия в якорных закреплениях сведены к минимуму, а межсекцион­ные закрепления вообще отсутствуют, так как сооружение сплошное по длине.

Волноломы активного действия (рис. 53 ж,з) - это сооружения, которые нарушают и доводят до разрушения правиль­ное волновое движение жидкости горизонтальными течениями, верти­кальными потоками воды или смесью воды с пузырьками воздуха, а также другими турбулизующими факторами, а не твердыми преграда­ми. Так появились пневматические, гидравлические и некоторые другие волноломы этого типа.

В пневматическом волноломе из подводного трубопровода, располо­женного вдоль линии ограждения, выпускается равномерно через не­большие отверстия сжатый воздух, нагнетаемый компрессорами. Вол­ны, встречаясь на своем пути с образовавшимся под действием огром­ного количества всплывающих к поверхности пузырьков водовоздушным потоком, частично или полностью разрушаются.

Пневматический волнолом отличает невысокая строительная стои­мость (его строительство практически не зависит от глубины воды и от свойств грунта дна), быстрота и простота возведения, возможность пропуска судов над собой и т. п. Однако его работа эффективна лишь при крутых коротких волнах, редко встречающихся в морских условиях.

Гидравлический волнолом представляет собой установку, искусст­венно создающую встречное поверхностное течение, разрушающее волны. Один из вариантов такой установки представляет собой протя­нутый вдоль линии ограждения у поверхности воды трубопровод (опи­рающийся на стационарные или плавучие опоры) с боковыми насад­ками, через которые выбрасываются горизонтальные струи воды. Эф­фективная работа гидравлического волнолома происходит только при коротких крутых волнах.

Оградительные сооружения с вертикальной стенкой

Оградительные сооружения с вертикальной стенкой могут применяться гравитационной и свайной конструкции. Послед­ние находят применение на сравнительно малых глубинах (как правило, не более 5-6 м) и при слабом волнении - при высоте волны не более 3-3,5 м, грунты основания при возведении сооружений этого типа должны допускать погружение свай.

Наиболее широко распространены оградительные гравитаци­онные сооружения вертикального типа. Область применения этих сооружений обычно ограничивается плотными грунтами, хотя известны случаи их возведения на грунтах средней плотности и даже на слабых.

В последнем случае необходимы мероприятия по улучшению основания сооружения. Особенного внимания заслуживает метод уплотнения слабых илистых грунтов (имеющих, по терминоло­гии Н. М. Герсеванова, «очень редкую структурную сетку») пес­чаным слоем; он состоит из широкой песчаной подушки мелкого чистого и однородного песка с зернами размером от 0,2 до 0,4 мм. Толщина песчаной подушки в зависимости от веса со­оружения принимается равной 2-4 м, ширина должна превы­шать ширину подошвы сооружения на 40-60 м.

При такой подготовке основания сооружения рекомендуется следующий метод производства работ. Песок должен подаваться к месту строительства рефулером, что обеспечит медленное па­дение его на дно и не нарушит структуры илистого грунта. По­сле произведенной таким образом отсыпки песчаной подушки под ней начинается процесс консолидации илистого грунта. Успеху этого процесса способствует применение в качестве ма­териала для подушки чистого и мелкого песка. С одной стороны, это дает возможность воде, выдавливаемой из ила, свободно пройти сквозь подушку, а с другой, препятствует воде увлечь с собой частицы ила сквозь пустоты в песчаной засыпке.

В связи с отдачей грунтовой массой части своей воды верх­ние слои грунта становятся менее водопроницаемыми; пути фильтрации из нижележащих слоев отклоняются от своего вер­тикального направления, в результате чего вода начинает течь из-под сооружения не вверх сквозь контрфильтр, а в обе сто­роны к ненагруженным зонам. Поэтому во избежание выпирания илистого грунта по бокам сооружения песчаная подушка должна иметь достаточную ширину.

Процесс консолидации длится, в зависимости от местных условий, год и больше. В результате илистый грунт приобретает значительно улучшенную характеристику, что позволяет безо­пасно возводить на нем гравитационные сооружения.

Оградительные сооружения в виде вертикальной стенки име­ют следующие преимущества по сравнению с сооружениями от­косного типа:

а) будучи возведенными на благоприятных грунтах, они, как правило, дешевле;

б) они позволяют швартоваться судам с внутренней сторо­ны, т. е. на акватории, для отстоя, а иногда для производства перегрузочных операций.

Сооружение гравитационного типа состоит из трех основных элементов: основания, подводной и надводной стенок.

В зависимости от конструкции подводной стенки, являющей­ся основным элементом гравитационных сооружений, они могут быть разделены на следующие разновидности: из обыкновенных массивов, циклопических массивов, ячеистых (целлюлярных) массивов, массивов-гигантов и ряжей. Особенности каждой из этих конструкций излагаются ниже в настоящей главе.

Помимо соответствия конструкции действующим силам, гра­витационные оградительные сооружения должны удовлетворять следующим основным условиям, значительная часть которых регламентируется Строительными Нормами и Правилами (СНиП).

1. Глубина заложения стенки должна быть выбрана опти­мальная, с одной стороны, с увеличением глубины уменьшается сила удара волн, но, с другой стороны, увеличивается стоимость сооружения.

2. Необходимо наличие сравнительно хороших грунтов или, при слабых грунтах, обязательная подготовка основания.

3. Толщина постели из каменной наброски при наличии в основании сооружения нескальных грунтов должна определяться расчетом, однако во всех случаях она должна быть не менее 2 м, включая слой обратного фильтра толщиной 0,5 м. В случае залегания в основании сооружения скального грунта толщина постели должна быть не менее 0,5 м; вместо каменной постели в этом случае можно применить выравнивающий слой из бе­тона толщиной не менее 0,25 м.

4. Ширина наружной и тыловой берм постели, возвышающей­ся над дном, должна определяться из условия устойчивости их на выпирание и защиты естественного основания от размыва.

5. В случаях расположения сооружения на размываемых грунтах и при возникновении донных скоростей должна преду­сматриваться защита дна перед сооружением на ширине 0,25 - 0,4 длины расчетной волны.

6. Защитные массивы на наружной берме и откосе постели должны устанавливаться в том случае, если вес камней, обра­зующих эти элементы постели, не достаточен для противодей­ствия их волнению.

7. Должна быть обеспечена надежная связь между надвод­ной и подводной стенками, надводную стенку на участках меж­ду осадочными швами следует делать монолитной, причем рас­стояние между этими швами должно быть наибольшим, допусти­мым для данных грунтовых условий и конструкции сооружения.

8. В случае применения подводной стенки из обыкновенных массивов должна быть соблюдена достаточная перевязка швов между ними (в соответствии с требованиями раздела «Д» части II СНиП).

Оградительные сооружения из обыкновенных массивов

В практике портового строительства под обыкновенными по­нимают массивы весом до 100 т. Сооружения из таких массивов являются старейшими из сооружений гравитационного типа. В практике зарубежного портостроения, в особенности в Англии, они строились преимущественно на скалистых, грунтах.

Оградительные сооружения из правильной кладки массивов горизонтальными рядами на сжимаемых грунтах были впервые применены русскими инженерами при постройке портов в Чер­ном море в 1870 - 1890 гг., русскими же инженерами были в дальнейшем усовершенствованы приемы их постройки. Молы и волноломы этой конструкции существуют и эксплуатируются по­ныне, по большинству из них, однако, были проведены большие работы, связанные с усилением профиля.

В одном из Черноморских портов Западный мол (рис. 54) протяженностью свыше 1000 м был сложен из массивов весом 20 - 40 т, строительство мола относится к 1891-1894 гг. Дно бухты в месте расположения мола состоит из ила, перемешан­ного с леском и ракушкой, под илистым слоем залегает скала из известняковых песчаников и глинистых сланцев. Осадка мола была незначительна и равномерна по всему протяжению. Мол не подвергается значительному действию волнения и существенных повреждений не получил.

Восточный мол в этом же порту имеет такую же конструк­цию, но находится в менее благоприятных условиях с точки зрения воздействия волнения. Построенный в конце 1892 г. Во­сточный мол получил существенные повреждения от сильного шторма 25-26 декабря 1923 г., часть парапета мола на протя­жении около 100 м была сброшена, образовалась брешь. Штор­мы 6, 7 февраля 1924 г. причинили молу дальнейшие поврежде­ния.

В результате воздействия этих двух штормов был снесен на протяжении 235 м парапет и на значительном протяжении — надводная каменная стенка, в некоторых местах, кроме того, были снесены внутрь акватории порта массивы двух верхних курсов. Всего было разрушено свыше 4000 м³ кладки.

Рис. 54 Поперечные профили мола одного из черноморских портов

Все эти разрушения объясняются, видимо, следующими обстоятельства­ми: мол в течение длительного времени не подвергался ремонту, а качество кладки надводной стенки было неудовлетворитель­ным, во время разборки кладки были обнаружены три массива, поврежденных в результате взрыва мины. Высота же волны, которая действует на мол, достигает 4 - 5 м, поэтому объя­снение повреждений Восточного мола следует искать в недоста­точной прочности конструктивных его элементов.

Немаловажную роль в прочности оградительных сооружений играет вес массивов. СНиП регламентируют вес массивов в пра­вильной кладке горизонтальными рядами стенок оградительных сооружений следующим образом:

Высота расчетной волны Вес массива

2,5—3,0 м......... не менее 30 т

3,5—4,0 м.......... 40 т

4,5—5,0 м.......... 50 т

5,5—6,0 м.......... 60 т

6,5 м и более........ 100 т

В некоторых зарубежных портах (Коломбо, Мадрас) при­менялись оградительные сооружения из обыкновенных масси­вов, которые укладывались не горизонтальными, а наклон­ными рядами, при неравномерной осадке массивы могут скользить в этом случае друг по другу без расстройства кладки. Кроме того, такую кладку, возможно производить при волнении моря до 3 баллов, тогда как массивовую кладку горизонтальными рядами можно производить лишь при волнении не свыше 1-2 баллов. Угол наклона рядов в этом случае колеблется обычно от 47 до 76°.

Ряд неясностей в отношении применения таких сооружений (первую очередь вопрос о том, можно ли возводить их на слабых грунтах) наряду со сложностью производства работ по укладке массивов наклонными рядами, привел к тому, что в наших портах эта конструкция не получила распространения.

Оградительные сооружения из циклопических массивов

Циклопическими принято называть массивы весом более 100 т, причем обычно они применяются не менее 250-300 т, длина их равна ширине профиля сооружения. Таким образом, в отличие от оградительных сооружений из обыкновенных мас­сивов, где по ширине профиля в каждом курсе укладывается от двух до четырех массивов, молы и волноломы из циклопических массивов содержат в профиле по одному массиву (в каждом курсе).

Применение циклопических массивов не только увеличивает устойчивость сооружения, но и ускоряет производство работ. Особенностью сооружений из циклопических массивов является их кладка в большинстве случаев отдельными столбами, без перевязки швов в продольном направлении. Для увеличения связи между массивами они часто снабжаются гребнями и па­зами.

Молы и волноломы из циклопических массивов получили сравнительно широкое распространение в Италии и Франции.

В Алжире и Катании были построены волнолом и мол из циклопических массивов, вес которых составлял в Алжире 330 - 440 г, а в Катании - 330 т. Подошва волнолома в Алжире за­ложена на глубине 15 м, а в Катании - 12,5 м. Ширина берм волнолома в Алжире: наружной - 9 м, внутренней - 6 м, в Катании соответственно 12 и 7,5 м. Бермы прикрывались защит­ными массивами.

На рис. 55 показан профиль волнолома в Алжире. В мас­сивах устроены сквозные колодцы, которые после окончания установки заполнялись бетоном, в дальнейшем от таких колод­цев отказались.

Оба описанных оградительных сооружения потерпели ава­рию в 1933 г. в результате штормов. Стенка алжирского волно­лома опрокинулась в сторону моря в результате размыва грун­та, стенка катанского мола была разбита по частям. Впоследст­вии оба сооружения были переустроены. Разрушения эти стали классическими примерами аварий такого типа сооружений. При­чинами обеих аварий являются принятые при проектировании заниженные значения элементов волн.

Однако неудачи с этими сооружениями вовсе не компроме­тируют идею применения гравитационных оградительных соору­жений вертикального типа, а заставляют лишь обращать внима­ние на правильный учет местных грунтовых и гидрологических условий.

Применение молов и волноломов из циклопических массивов может быть оправдано при тяжелом гидрологическом режиме, который характеризуется расчетной волной выше 7 м при зна­чительных глубинах дна.

Ячеистые (целюлярные) массивы

Ячеистыми называются пустотелые бетонные или железобе­тонные бездонные массивы, устанавливаемые друг на друге и заполняемые бетоном. Таким путем можно получить в сооружении блоки (массивы), которые в 2-3 раза тяжелее, чем циклопические.

Рис. 55. Волнолом из циклопических массивов в Ал­жире

Ячеистые мас­сивы, как и циклопические, целесообразно изготавливать дли­ной, равной ширине профиля сооружения, хотя в некоторых слу­чаях, при значительной ширине сооружения, их приходится при­менять длиной, равной половине ширины профиля. На рис. 56 изображен мол из ячеистых массивов в Неаполе, здесь приме­нялись массивы размером 9Х5Х2,30 м и весом (до их запол­нения бетоном) 100 т.

В Генуе целлюлярные массивы применялись длиной во всю ширину профиля, размеры массивов 12Х6Х3,6 м и вес 230 т.

Применение оградительных сооружений этой конструкции в Неаполе и Генуе не дало положительных результатов. Для об­разования монолита нужно было уложить четыре или пять кур­сов массивов и заполнить их ячейки бетоном. Установку массивов и заполнение их бетоном следовало про­извести в течение весьма короткого срока, чтобы избежать повреждения тонких стенок штормом, который мог разразиться в любое время. При такой спешности работ было невозможно со­блюсти время, необходимое для уплотнения грунта, что вызвало впоследствии неравномерную осадку. Прочность бетона, уложен­ного под водой, не была удовлетворительной. По всем этим при­чинам от применения ячеистых массивов в итальянских и фран­цузских портах отказались и перешли к циклопическим.

Следует, однако, отметить, что причиной аварии были не только производственные факторы. Так, одной из причин ава­рии волнолома в Генуе послужил размыв грунта донными течениями, которые не учитывались проектом сооружения.

Особого внимания заслуживает грандиозная авария с волноломом в Генуе, происшедшая в феврале 1955 г. и превосхо­дившая по своим масштабам известные аварии за последние несколько десятков лет.

Длина участков волнолома, построенного в виде вертикаль­ной стенки, составляла 3800 м, из которых 1400 м были соору­жены из ячеистых массивов, а на остальном протяжении — из циклопических массивов.

Рис. 56. Мол из ячеистых массивов в Неаполе

Во время шторма скорость ветра достигла 34 м/сек и на­правление его совпадало с направлением наибольшего разгона волны. Высота волн не была непосредственно определена из-за неблагоприятных метеорологических условий, исчисленная по современным эмпирическим формулам и графикам различных авторов (Лабзовского, Браславокого и др.), она составляет не менее 8-9 м. Следует заметить, что во время шторма, разру­шившего мол Мустафа Алжирского порта в 1934 г., были изме­рены элементы волны, причем высота ее оказалась равной 9 м. Так как разгон волны и глубина моря в Генуе и Алжире примерно одинаковы, то можно полагать, что и в данном случае была волна высотой около 9 м.

Через несколько часов после начала шторма на участке с цик­лопическими массивами образовалась брешь протяженностью 150 м, которая затем расширилась до 450 м, надстройка и верх­ний курс массивов оказались сброшенными внутрь порта. Такие же повреждения произошли на остальных участках волнолома. Общее протяжение разрушений составило около 900 м. Участки волнолома, состоявшие из ячеистых массивов, разрушались по­степенно за счет разрушения стенок этих массивов и затем их опрокидывания. Внутрь портового бассейна проникло волнение огромной силы, причинившее большие повреждения причалам и судам.

Основной причиной аварии явились заниженные размеры элементов волн, принятые при составлении проекта сооружения: высота волны 5 м и длина ее 75 м. Это лишний раз показы­вает, что расчетные элементы волн должны основываться на данных многолетних наблюдений и на опыте эксплуатации огра­дительных сооружений-аналогов.

Оградительные сооружения из массивов-гигантов

Массивы-гиганты состоят из ящиков значительных размеров (длиной 10-25 м), изготовляемых преимущественно из железо­бетона в условиях полигона либо в сухом или плавучем доке. Ящики спускаются затем на воду и буксируются к месту строи­тельства, устанавливаются на каменную постель и заполняются бетоном, песком или камнем. Вес каждого массива-гиганта, за­полненного бетоном, доходит до 3000-3500 т.

Массивы-гиганты, представляя собой монолиты, не испыты­вают таких внутренних перемещений своих частей, как массивовая кладка. Однако и эти оградительные сооружения имеют свои недостатки.

Так, если, несмотря на все принятые меры к увеличению прочности грунта, произойдет существенная неравномерная осадка уже заполненных бетоном массивов-гигантов, то разо­брать их оказывается весьма затруднительно. Кроме того, при слабом профиле массивы-гиганты под влиянием ударов волн ча­сто приходят в колебательное движение, в результате этого по­верхность каменной постели приобретает цилиндрическую фор­му, вследствие чего массивы начинают колебаться даже при сравнительно слабой волне.

Все же преимущества, которые имеют оградительные соору­жения из массивов-гигантов - быстрота постройки, монолит­ность, значительный вес - заставляют инженерную мысль совер­шенствовать как конструкцию массивов, так и методы производ­ства работ.

Для возможности уплотнения слабого грунта иногда прибега­ют к такому способу. Ящик массива-гиганта при первоначальной установке наполняют песком, через 8-12 месяцев песок с помо­щью эжектора высасывают. Если осадка гиганта произошла не­большая и равномерная, то после удаления песка ящик заполняют по проекту бетоном или камнем, и установка гиганта закончена. Если же произошла значительная и неравномерная осадка, то после высасывания песка всплывший ящик отводят в сторону, в каменную постель добавляют камень, поверхность выравнива­ют. Ставят ящик и опять заполняют его песком.

Описанный метод производства работ был применен в Иоко­гаме при постройке волнолома и дал хорошие результаты. При применении этого метода следует иметь в виду необходимость прикрытия песка заполнения бетонными плитами или тяжелыми камнями на контрфильтре во избежание вымывания песка из ящиков во время волнения.

В начальный период строительства оградительных сооруже­ний из массивов-гигантов материалом заполнения служил только бетон. Исходили при этом из тех соображений, что иной мате­риал, особенно песок, в случае повреждения стенок вытек бы, что привело бы к аварии сооружения. В дальнейшем, однако, в некоторых портах, главным образом японских, начали применять толстостенные ящики гигантов (толщина стенок достигала 0,6-0,7 м), которые оказывали значительное сопротивление воздей­ствию внешних сил; поэтому представилось возможным заполнять ящики песком.

Интересен в этом отношении опыт Сочинского порта. Для оградительного мола были применены массивы-гиганты, имею­щие с обеих сторон узкие секции (шириной 1 м), которые запол­нялись бетоном, основные же секции заполнялись песком. Значи­тельная толщина бетонного заполнения служила надежной за­щитой от механических повреждений, кроме того, в случае большой и неравномерной осадки массивы-гиганты могли быть вы­ведены из профиля сооружения для повторного выравнивания постели, так как при удалении песчаного заполнения они приоб­ретали достаточную плавучесть.

Толщина днища железобетонных ящиков массивов-гигантов обычно колеблется от 0,3 до 0,6 м, толщина наружных стенок - от 0,2 до 0,6 м, внутренних - от 0,15 до 0,30 м.

В 1899 - l905 гг. а Бизерте был построен волнолом из мас­сивов-гигантов длиной 31м, шириной 8м и высотой 9 м. Нижняя часть гиганта была образована металлическим понтоном высо­той 2 м, к которому на плаву прикреплялась болтами съемная металлическая оболочка толщиной 6 мм из 6 поясов по высоте. Внутри оболочки устраивались бетонные наружные стенки, а так­же три внутренние поперечные переборки. Благодаря наличию переборок гиганты после установки на место заполнялись бето­ном насухо, причем вес заполненного гиганта достигал 5000 т. Гиганты устанавливались на каменной постели толщиной 9-10 м. Волнение в районе волнолома может быть охарактеризовано вы­сотой штормовых волн до 6 м.

Примерно через год после окончания строительства сооруже­ние подверглось воздействию сильного шторма, в результате ко­торого массивы-гиганты получили небольшой сдвиг и наклоны в сторону порта. Внутренняя берма постели была повреждена, наружные откос и берма оказались растянутыми. Toгда же был произведен ремонт сооружения. Через год в результате шторма волно­лому были причинены ана­логичные повреждения, кро­ме того, произошли большие отколы надводного строе­ния, сопровождающиеся тре­щинами в самих гигантах. Наконец, штормом, проис­шедшим примерно еще че­рез год, был снесен парапет на участке длиной около 300 м и 6 гигантов получи­ли значительный наклон в сторону порта.

Основной причиной ава­рии явилась слабость про­филя и малая глубина заложения подошвы гигантов. В дальней­шем профиль волнолома был усилен путем устройства впереди стенки наброски из массивов весом 40 г и поднятия тыловой бермы с пригрузкой ее массивами.

В 1914 г. было установлено 45 массивов-гигантов. На 25 была возведена надводная стенка с парапетом, на 5 гиган­тах была устроена надводная стенка без парапета. Укладка защитных массивов на наружной берме и откосе полным про­филем была исполнена на участке 12 гигантов и частично на участке 20 гигантов, 13 гигантов не имели ни надводной стенки, ни защитных массивов. В последующем из 25 гигантов, имевших надводную стенку, 23 гиганта сдвинулись и получили крен в сторону порта, а их наружные бермы оказались сильно размы­тыми. Один гигант был сброшен с постели внутрь порта и опро­кинут на расстоянии 12 м от своего первоначального положения. В результате этого повреждения образовалась вторая брешь, которая получила название «малой бреши».

В период 1927-1928 гг. было произведено усиление профиля волнолома с расширением берм и укладкой на них и на откос защитных массивов большего, чем ранее, веса (берменные мас­сивы - по 40 т, откосные - по 25 т). В тот же период была произведена заделка брешей.

В последующие годы волнолом неоднократно подвергался действию весьма сильных штормов, в особенности в 1931 и 1939 гг. При этом наблюдались значительная вибрация волнолома, небольшие наклоны гигантов и местами отколы бетона в углах па­рапета на швах надводной стенки. В подводной части происхо­дило небольшое оттягивание массивов с наружных откоса и бермы.

В результате произведенного И. Н. Шафиром анализа было установлено, что под действием расчетной волны высотой 6 м была недостаточной устойчивость каменной подсыпки на выпирание из-под подошвы гиганта вследствие малой ширины внутрен­ней бермы и отсутствия на ней сгружающих массивов. Однако и усиленный профиль не обладает достаточной устойчивостью. Общий недостаток сооружения - малая глубина заложения и ма­лая ширина массивов-гигантов, результатом чего является их склонность к вибрации и небольшим деформациям.

Оградительные сооружения из свай

Сооружения этой группы, построенные из одних свай, встре­чаются весьма редко, так как они могут противодействовать лишь слабому волнению, даже на малых глубинах.

Рис. 57 Мол из массивов-гигантов прямоугольного профиля

Наибольшего распространения получили оградительные со­оружения, образованные двумя сплошными (или шпунтовыми) рядами с каменной, гравийной или песчаной засыпкой между ними.

Молы из свай широко применены в ряде портов Азовского и Балтийского морей, а также на Великих озерах США.

В наших портах в качестве материала для свай, преимущест­венно применяли лес, значительно реже - старогодние рельсы. В портах США наибольшее распространение получил стальной шпунт. Последняя конструкция позволяет применять в качестве материала для засыпки гравий и даже песок, в то время как для сооружений из деревянных или рельсовых свай в качестве мате­риала заполнения можно применять лишь камень.

Для соединения свай между собой в продольном и поперечном направлениях применяются схватки из того же материала, что и сваи, в деревянных свайных конструкциях поперечная анкеровка часто осуществляется стальными стержнями, ко­торые иногда закладываются в трубки.

В целях увеличения долговечности сооружения в надводной части устраивается бетонная или каменная стенка, причем для защиты ото льда эту надводную стенку устраивают с наклонной гранью в сторону ледохода, с тем чтобы льдины скользили по откосу вверх и разламывались. При слабом ледоходе в сооружениях из де­ревянных свай ограничиваются уст­ройством ледового пояса, который со­стоит из ряда продольных брусьев, прикрепленных к сооружению в зоне ледохода.

Характерная конструкция на дере­вянных сваях показана на рис 58, изображающем мол одного из каспий­ских портов. Наружные ряды деревян­ных свай забиты со значительными промежутками (около 20 см) и стянуты металлическими тяжа­ми, пропущенными сквозь продольные бревенчатые схватки. Внутренние одиночные сваи забиты в три ряда, они служи­ли для направления хода копра, забивавшего сваи сплош­ных рядов.

Надводное строение мола первоначально было устроено ряжевым. Через 5 лет после окончания строительства ряжевая кон­струкция была заменена каменной надстройкой на бетонной по­душке.

В связи с залеганием в основании сооружения очень мелкого песка, его начало вымывать морским волнением. Каменное ядро просело, и на всем протяжении мола под бетонной подушкой об­разовалась не заполненная камнем полость средней глубиной 30-40 см. Вымыванию грунта способствовали значительные зазоры между сваями сплошных рядов, а также отсутствие противофильтрационных устройств в основании сооружения (в виде фашинных тюфяков под камнем).

Применение стального шпунта для ограждающих стенок мола полностью исключает возможность вымывания грунта.

Широкие молы

Если мол является одновременно оградительным и причаль­ным сооружением, то обычно с обеих его сторон возводятся стенки. Стенка со стороны моря в этом случае снабжается па­рапетом и представляет собой оградительное или берегоукрепительное сооружение, а со стороны гавани - набережную для швартовки судов (рис. 59).

Рис. 59 Широкий мол

Пространство между стенками заполняется камнем, а при значительной ширине мола - еще и песчаным грунтом. В этом случае должно быть обеспечено надежное противофильтрующее устройство, так как под действием морского волнения зачастую наблюдается высасывание грунта из-за каменной призмы. В ка­честве обратного фильтра может быть применен слой щебня или гравия, прикрывающего откос каменной призмы, небольшие поры щебня или гравия заполняются грунтом, и таким образом получается непроницаемый слой. Еще большего эффек­та можно добиться засыпкой слоя глины позади щебня (или гра­вия),при этом, однако, следует иметь в виду, что такой экран может вызвать подпор воды за стенкой и увеличить величину распора грунта за ней.

Конструкция стенок, ограждающих широкие молы, зависит от местных условий, в особенности грунтовых и гидрологических. Чаще всего стенки устраиваются из правильной кладки масси­вов, реже - массивов-гигантов и ряжей. Применение шпунтовых или оплошных свайных рядов для внешней стенки может иметь место лишь при малом волнении.

При слабых грунтах основания или при наличии дешевого камня может оказаться целесообразным устройство внешнего ограждения мола откосного типа (из наброски камня или мас­сивов). Внутренняя стенка, являющаяся причальной, может быть конструктивно решена в соответствии с общими принципами проектирования портовых набережных.

Ширина молов в зависимости от эксплуатационных требова­ний колеблется в больших пределах - от 20 до 100 м.

Оградительные сооружения откосной формы

Действие волнения на оградительные сооружения откосной формы аналогично действию прибоя у естественного берега. Волна, вкатываясь вверх по откосу, теряет свою живую силу и скатывается обратно, причем смыванием и всасыванием разру­шает поверхность откоса.

Взаимодействие волнения с оградительным сооружением из наброски массивов (или крупных камней весом по несколько тонн) имеет своеобразный характер ввиду значительной крутизны откоса и наличия больших пустот в такой наброске. У этих соо­ружений происходит, с одной стороны, как бы «впитывание» волны, а с другой - всплеск, достигающий порой значительной величины. Так, например, у юго-восточного волнолома Туапсинского порта всплески доходят до 15 м. Всплески эти более беспо­рядочны, чем при сооружениях вертикального типа.

Обширному применению камня в откосных сооружениях спо­собствует его дешевизна, несложность конструкции и простота Производства работ.

Применяются следующие типы оградительных сооружений от­косной формы:

а) из наброски камня однородной крупности;

б) из наброски сортированного камня;

в) из наброски массивов (или других искусственных элемен­тов);

г) из песка.

Откосам со стороны моря нужно придавать такой ук­лон, чтобы наброска из отдельных камней, массивов или других элементов не расстраивалась от действия волнения. Степень по­логости откоса зависит от веса отдельных элементов (камней, массивов и др.) и интенсивности волнения. Как правило, чем меньше вес этих элементов, тем более пологим нужно делать этот откос.

Рациональным профилем сооружений этого типа является та­кой, в котором самому интенсивному действию волны противопоставлены наиболее тяжелые констрктивные элементы. Поэтому профиль сооружения подразделяется на зоны, причем в верхних зонах должны находиться самые тяжелые элементы, поскольку наиболее сильное действие волны имеет место на поверхности моря.

Молы из наброски сортированного камня

Для придания оградительным сооружениям из камня необхо­димой устойчивости при значительном волнении и больших глу­бинах для получения экономичного профиля применяют сорти­ровку камня, которая дает возможность использовать весь до­бываемый в карьерах материал.

В отдельных портах выработалась своя система сортировки камня. Так, например, во французских портах применяются для оградительных сооружений следующие сорта камней: карьерные остатки - до 5 кг, камни - от 5 до 100кг, глыбы - от 100 до 1500кг, 1500 до 4000кг, 4000 до 8000кг, свыше 8000 кг.

Рис. 60 Схема волнолома из сортированного камня в Мар­селе

Классическим примером устройства оградительных сооруже­ний из сортированного камня является волнолом Марсельского порта. Как видно из рис. 60, размеры камня соответствуют глубинам. Массивовая наброска расположена с внешней стороны сооружения и ниже низшего уровня воды идет с уклоном 1:1, а выше - с уклоном 1: 3. Волна, поднимаясь по этому откосу, теряет свою живую силу настолько, что парапет испытывает только слабые удары. Парапетная стенка устроена на наброске камня и прикрыта массивовой наброской, в результате чего уда­рам волн подвергается только верхняя часть парапета. Мол прекрасно сохранился и требует незначительных ремонтных ра­бот.

Волнолом в Филиппвиле был построен по типу марсельского, но с той разницей, что профилю массивовой наброски был при­дан уклон 1:1, а парапетная стенка находилась у гребня откоса, вследствие чего она получала сильные удары, и откос под дей­ствием волнения разрушался. Впоследствии волнолом был пере­строен.

Волнолом в Катании был также построен по типу марсель­ского. Однако массивовая наброска была устроена тонким слоем, кроме того, верхняя ее поверхность была сделана горизонталь­ной, вследствие чего волны, не теряя энергии на подъем и раз­биваясь о парапет, оказывали на него сильное давление. Из-за этих недостатков волнолом, имея значительно более мощный про­филь, чем в Марселе, испытывал постоянные повреждения, и его пришлось перестроить.

В ряде случаев оградительные сооружения из сортированного камня могут найти применение в портах России, в частности на Дальнем Востоке. Внедрение этой конструкции до сих пор встре­чало затруднения из-за сложности транспортировки тяжелых глыб от карьеров до пристани, погрузки их в суда и заброски в профиль сооружений. Вес отдельных булыг может достигать 10-20 т. Однако успехи механизации работ в карье­рах и применение мощных кранов с рациональными захватными приспособлениями должны способствовать преодолению этих трудностей и внедрению наравне с массивовой наброской огра­дительных сооружений из наброски сортированного камня рацио­нальных профилей.

Оградительные сооружения из наброски массивов

Впервые наброска из массивов была применена в Алжирском порту в 1873 г, здесь были изготовлены бетонные массивы весом 20 т. В дальнейшем сооружения из массивовой наброски были устроены в Ливорно, Александрии, Порт-Саиде, Лиепая, Бату­ми, Поти, Одессе, Туапсе и других портах. В большинстве слу­чаев в основании наброски массивов устраивалась постель из рваного камня.

Наиболее ценным качеством этих сооружений, как и вообще сооружений откосной формы, является малая их чувствительность к неравномерной осадке, которая не вызывает расстройства сооружения и нарушения его устойчивости. Хотя оградительные со­оружения описываемого типа стоят, как правило, дороже соору­жений из правильной кладки массивов на 10-30%, их приходится применять при наличии слабых грунтов основа­ния.

Волна при подходе к массивовой наброске встречает непра­вильную поверхность в виде выступающих ребер и углов масси­вов. Происходят «разрезывание» движущихся к сооружению масс воды и отражение их по всем направлениям. При достаточной ши­рине сооружения разбитая волна едва появляется с внутренней стороны мола.

Рис. 61. Мол из наброски массивов

Если сооружения устроены из наброски массивов, вес кото­рых достигает 30-40 т, то грани этих массивов образуют поверх­ности значительной величины, волна, ударяясь об эти поверх­ности, дает порою значительный всплеск, причем в ряде случаев происходит подмыв берм каменной постели.

При плохом заклинивании массивов и недостаточном их весе происходит раскатывание массивов, что вызывает потребность в регулярном пополнении профиля сооружения.

К отрицательным качествам этого типа оградительных соору­жений относятся также:

а) проницаемость наброски для волне­ния (хоть и ослабленного), особенно для длинных волн;

б) не­которая проницаемость сооружения для наносов;

в) невозмож­ность причаливания судов.

Однако производство работ по возведению сооружений из на­броски массивов значительно проще и происходит более уско­ренными темпами, чем у сооружений из правильной кладки мас­сивов, что является существенным преимуществом сооружений этого типа.

В целях снижения стоимости строительства молы и волноло­мы из массивовой наброски возводятся часто таким образом, что каменная постель устраивается переменной высоты: со стороны моря пониженной, а со стороны порта - повышенной (рис. 61). Для более плотной укладки часто применяют в сооружении массивы двух размеров (например, 40 и 25 т).

В соответствии с требованиями ГОСТ 5275 - 50 «Кладка из обыкновенных массивов» для наброски в оградительных соору­жениях должны назначаться массивы:

Высота расчетной волны Вес массива

3,0 м……………………................. 30 т

3,5—4,0 м ………....…………........ 35 т

4,5 м.............…………………..…... 40 т

5.0—5,5 м...........…………..……... 45 т

6,0 м и более........... ……….……...50 т и более

Пустоты в уплотнившейся наброске (после ее осадки) надле­жит учитывать в размере 40% от общей площади профиля, а процент пустот в неуплотнившейся наброске следует принимать на 5 - 10% выше.

При отсутствии защитных массивов на бермах постели должен быть предусмотрен нижний упор откоса наброски в виде бордюр­ных массивов, укладываемых в теле наброски.

На основании анализа службы и повреждений ряда молов и волноломов из наброски массивов И. Н. Шафир высказал следующие соображения о проектировании этих сооружений.

Уширение профиля и увеличение веса массивов не могут ком­пенсировать дефекты очертания профиля. В рационально спроек­тированном сооружении размеры профиля, вес массивов и их расположение должны находиться в определенном соответствии. Так, например, сооружение из каменной набрсоки, прикрытое наброской массивов, при высоте волны 6 - 7 м должно иметь ширину на уровне воды 22 - 24 м, вес массивов - не менее 50 т, толщину массивового прикрытия - не менее 4 - 5 м, подводный откос мо­жет быть крутым (1:1). Под массивовой наброской крупность камня в слоях должна понижаться постепенно во избежание вымывания камня из нижележащих слоев сквозь большие пустоты в верхних слоях.

Сооружение, возведенное целиком из наброски массивов, при высоте волн 5 - 6 м должно иметь: ширину на уровне воды около 18 м, уклон внешнего откоса от l: 1 до 1: 1,5, вес массивов 40 - 50 г.

С увеличением веса массивов возрастает опасность их пов­реждения при осадке и под ударами волн, кроме того, примене­ние в наброске массивов значительного веса снижает способ­ность сооружения «впитывать» волны. В связи с этим вес масси­вов не должен превышать минимально допустимый для данных условий волнения.

Если массивовая наброска устраивается только в виде за­щитного прикрытия, она должна иметь надежный упор в виде бермы каменной отсыпи, прикрытой в свою очередь защитными массивами или булыгами.

Наиболее целесообразное соотношение сторон массивов, при­меняемых для наброски, 1: 1: 1,5.

Приведем некоторые примеры устройства оградительных со­оружений из массивовой наброски.

Мол в Порт-Саиде был построен в 1864 - 1868 гг. Из-за вы­сокой стоимости камня наброска была основана прямо на грунте. В основании сооружения залегают илистые грунты, покрытые сло­ем песка, толщина которого у уреза берега 6 - 8 м, по мере выдвижения в море постепенно уменьшается.

Вес массивов был принят равным 20 т, ширина мола по верху 5 м, по урезу воды - 9 м, заложение откосов 1:1.

При удлинении мола в 1874 - 1875 гг. массивовая наброска была устроена уже не на грунте, а на каменной постели (рис. 62 a), однако работы были прекращены и профиль мола не был закончен. Начиная с 1899 г., профиль построенной части мола был усилен (рис. 62 б), и в таком виде эта часть мола благополучно эксплуатируется.

Последующее удлинение мола на 2350 м на глубинах 10 м бы­ло осуществлено в 1912 - 1922 гг. (рис. 62 в), причем поперечное сечение мола было значительно уширено, для чего использова­лись камень, булыги весом 100 - 2500 кг и массивы весом 20 т. В основании удлиненного участка мола залегают также илистые грунты.

Вскоре после окончания удлинения сооружения на двух участ­ках длиной 105 и 120 м, расположенных вблизи головы мола на расстоянии 150 м друг от друга, произошли внезапные осадки оба участка опустились вертикально на 4 м, причем с

Рис. 62. Мол из наброски массивов в Порт-Саиде

обеих сто­рон мола образовались большие выпучины дна. Это свидетельст­вует о недостаточной подготовке основания, в данном случае бы­ло бы целесообразным устройство широкой песчаной подушки.

Волнолом в одном из черноморских портов начал строиться в 1913 г., а закончен (неполностью) в 1930 г. Грунт основания - илистый песок. Расчетная высота волны 3 - 3,5 м. В целях эко­номии массивов постель со стороны гавани была устроена на 3 м толще, чем со стороны моря. Более глубокое заложение массивовой наброски со стороны моря имело целью предотвра­тить возможность подмыва постели, так как глубина вредного действия волнения на камни весом 50 - 60 кг не превышает в месте строительства 5 - 5,5 м.

Перед устройством наброски были уложены бордюрные мас­сивы, назначением которых является противодействие раскаты­ванию массивов. Для наброски были применены массивы двух размеров - 22 и 35 т. Процент пустот достиг 45.

В другом черноморском порту был построен волнолом в пе­риод 1928 - 1929 гг. Расчетная высота волны около 6 м. Грунт основания - илистый песок. Основание для сооружения было подготовлено следующим образом. На месте строитель­ства волнолома была произведена отсыпь гравелисто-булыжного вала шириной 60 м, высотой около 6 м. Этот вал пролежал одну зиму, весной он был срезан до отметки -10,0 м, на этом месте была сделана каменная наброска и затем уже произведена на­броска массивов. Массивы применялись двух размеров, весом 25 и 40 т.

За несколько лет своего существования волнолом получил осадку в среднем около 2 м, бермы оказались частично размы­тыми, ввиду недостаточности веса происходит раскатывание мно­гих массивов.

В третьем черноморском порту мол из наброски массивов (рис. 63) был построен в 1901-1905 гг., после того как убеди­лись, что ранее сооруженный в этом порту мол из правильной кладки массивов весом до 40 т подвергается тяжелым поврежде­ниям. Расчетная высота волны 6 м. Грунт основания - слабый песчаный ил. Однако подготовка основания под это сооружение не была сделана, как не была ранее сделана подготовка основания под мол из правильной кладки.

Рис. 63 Мол из наброски массивов в одном из черноморских портов

За время своего существования мол дал осадку не менее 2 - 2,5 м. Кроме того, происходит раскатывание массивов, вследствие чего приходится компенсировать эту утрату заброской новых мас­сивов, так, в период 1925 - 1929 гг. было добавлено 300 массивов.

При обследовании состояния мола массивы обнаруживались на дне моря на расстоянии до 35 м от оси сооружения, причем некоторые массивы ушли в грунт на всю свою высоту.

Ввиду слабости грунта токи воды, образующиеся во время волнения, размывают берму и ее подошву, откос, не имея упора, расстраивается, массивы теряют устойчивость и скатываются.

По мнению П. П. Сорокина, профиль мола следовало бы из­менить, образовав особый «зуб» путем углубления котлована в районе наружной бермы и прикрытия берменными массивами постели у передней грани.

Все изложенное показывает, что значительная часть построен­ных оградительных сооружений из массивовой наброски подвер­глась более или менее существенным повреждениям. Вместе с тем эти повреждения не носят катастрофического характера и могут быть ликвидированы сравнительно простыми мероприятия­ми - в основном пополнением профиля новыми массивами, одна­ко количество последних для нерационально спроектированного сооружения может достигнуть значительной величины.

Практика эксплуатации оградительных сооружений из на­броски массивов показала, что в результате волнения их углы, особенно трехгранные, обламываются при ударах массивов один о другой. Существует мнение, что улучшения волногасящего дей­ствия можно достигнуть за счет уменьшения процента пустот в наброске, особенно, если есть опасение проникновения сквозь нее наносов. В связи с этим появилось стремление придать массивам такую форму, которая снизила бы процент пустот. Г. Ф. Остасевич выполнил в 1931 - 1932 гг. в лаборатории опыты с массивами со срезанными углами и снизил пустоты до 35%. Итальянский инже­нер Мариани предложил, на основании опыта постройки мола в Сан-Бенедито дель Торонто, применять для наброски массивы ку­бической формы со срезанными трехгранными углами. Лабора­торные опыты показали, что такие массивы, у которых величина среза составляет 1/5 длины, дают уменьшение процента пустот, по сравнению с обычными кубическими массивами, на 10%, т. е. весьма существенно уплотняют наброску.

По этой же идее в 1943 г. был построен в португальском порту Лейксос мол из наброски массивов взамен раз­рушенного в 1934 г. мола с вертикальной стенкой. Массивы для наброски были применены размерами 3,74Х3,24Х3,30 м, весом 90 т со скошенными на 0,9 м трехгранными углами. Ядро мола образовано каменной наброской. Об­ращают на себя внимание большая ширина профиля сооружения, значи­тельный вес массивов, пологие откосы и низкая отметка гребня (ниже уров­ня прилива), совокупность этих об­стоятельств способствовала повыше­нию устойчивости сооружения.

В целях удешевления оградитель­ных сооружений откосной формы и придания им устойчивого профиля в последнее время в отдельных иностран­ных портах начали строить сооружения из железобетонных блоков, названных тетраподами (рис. 64). Каждый тетрапод представляет собой блок, образованный четырьмя усе­ченными конусами, оси которых пересекаются в одном центре. Эти блоки благодаря своим выступающим частям плотно закли­ниваются в наброске, в результате чего образованный ими откос сооружения оказывается устойчивым даже при сильном волнении. На рис. 64 показан тетрапод, предназначенный для одного из портов Марокко на Атлантическом океане (Сафи). Вес этих блоков составляет 25 т, образованный ими откос имеет уклон 1:1. Несмотря на значительный процент пустот в профиле, сооруже­ние обладает удовлетворительными волногасящими свойствами. Прочность тетраподов обеспечивается применением предвари­тельно напряженной арматуры. К недостаткам тетраподов следует отнести сложность их из­готовления.

Рис 64. Тетрапод

Оградительные сооружения из песка

Оградительные сооружения можно возводить из песчаного грунта, получаемого при дноуглубительных работах. Однако для строительства такого сооружения требуется огромное количество грунта, так как его устойчивости можно добиться лишь в резуль­тате придания откосам, в особенности наружному, весьма поло­гого очертания. Так, в случае применения песка средней круп­ности, при волнении, характеризующемся высотой волны 3 - 4 м, можно достичь устойчивости откоса при крутизне его от 1: 30 до 1: 40.

При этом следует иметь в виду, что косо идущая волна может размыть песчаный откос, перемещая грунт вдоль сооружения ослабит профиль сооружения и вызовет заносимость аквато­рии порта. В связи с этим в большинстве случаев необходимо прикрывать песчаный откос подобного сооружения камнем на контрфильтре или предусматривать устройство покрытия откоса какого-либо другого вида.

Мол ограждаю­щего рейд в Суэце построен из глины и песка, полученных при землечерпании, применить этот способ устройства сооруже­ния позволило здесь наличие слабого волнения и течения. На­ружному откосу придан уклон от 1: 25 до 1: 30. Надводная часть мола устроена из каменной наброски. Сооружение нахо­дится в хорошем состоянии.

Особого внимания заслуживает конструкция мола, построен­ного в Харлингене (Нидерланды). Подводный откос имеет уклон 1: 5, надводный - с внешней стороны мола 1: 4, с внутренней - 1:1. Подводные откосы были прикрыты асфальтовыми тюфяками толщиной 15 см, а надводные на всем их протяжении - битумной одеждой толщиной от 25 до 40 см.

Новые типы оградительных сооружений

К новым типам оградительных сооружений, имеющих пока еще ограниченное применение, надо отнести:

а) молы и волно­ломы сквозной конструкции;

б) плавучие молы и волноломы;

в) пневматические волноломы.

В применении новых типов оградительных сооружений (во всяком случае первых двух) исходят из того, что энергия волнения сосредоточена в подавляющей своей части в верхних слоях воды, у ее поверхности, действительно, на глубине от поверхности воды, равной двойной высоте волны, сосредоточено 90% всей энергии волны.

Подобному распределению энергии волнения вовсе не соответ­ствует распределение материала в оградительных сооружениях существующих типов с вертикальной стенкой и откосного про­филя. В последних, там, где сосредото­чен максимум волновой энергии, вовсе нет максимума материала и даже на­оборот - у дна, где находится мини­мум волновой энергии, расход мате­риала достигает своего максимума. К этому следует добавить, что стоимость оградительных сооружений возрастает примерно пропорционально квадрату их глубины.

Поэтому с увеличением глубины воды становится целесообразным при­менение таких типов оградительных сооружений, которые, с одной сторо­ны, были бы экономически выгодными, а с другой, удовлетворительно гасили бы волну в верхних слоях воды.

Такими сооружениями являются молы и волноломы сквозного и плаву­чего типа. В то же время следует от­метить, что эти типы сооружений мо­гут быть применены лишь в условиях среднего волнения (при высоте вол­ны до 3 м).

Идея применения третьего типа - пневматического волноло­ма - также вышла из стадии лабораторных исследований, хотя и получила пока ограниченное применение.

Оградительные сооружения новых типов служат лишь для целей гашения волн и не могут быть использованы для предо­хранения входов в порт от заносимости.

Молы и волноломы сквозной конструкции

Оградительные сооружения сквозной конструкции состоят из отдельных опор, промежутки между которыми перекрываются пролетным строением как разрезной, так и неразрезной конструкции. Верхнее строение между опорами должно быть опущено нижней своей частью ниже уровня воды настолько, чтобы соз­дать определенный, заранее рассчитанный, необходимый эффект волногашения.

Теоретические и лабораторные исследования позволяют в общем наметить основные разли­чия их конструкций, условия применения и различные степени гашения волн.

Сквозные молы (или волноломы) различаются:

а) по конструкции опор - с массивными и тонкими опорами, т. е. из свай или других элементов;

б) по конструкции пролетного строения - с пролетным стро­ением ящичного типа (с днищем) и безднищевой конструкции (с экранами из тонких стенок).

Опоры не вносят каких-либо особенностей в достижении того или иного эффекта волногашения - последний зависит от конст­рукции верхнего (пролетного) строения.

Рис. 65 Сквозной волнолом на свайных опорах

Схема волнолома сквозной конструкции ящичного типа на свайных опорах, предложенная П. А. Кузнецовым и С. Б. Суров­цевым, изображена на рис. 65. Она разработана для следующих условий: высота волны 2,25 м, длина волны 36 м, глубина в месте постройки 14 м, грунт дна - ил (плотный грунт залегает на глубине 40 - 45 м). Сваи представляют собой полые стальные цилиндры диаметром 1 м, длиной 40 - 45 м. Пролет между двумя опорами перекрыт железобетонным массивом-ги­гантом шириной 13,5 м, заглубленным на 4,5 м под воду.

Исследования упомянутой конструкции волнолома в лабора­тории показали, что при ящичном типе с вертикальными стенка­ми и днищем шириной В = 6 Н и заглублении низа преграды на Z = 2 H обеспечивается гашение волн на 80% (по высоте вол­ны). Для длинных волн более благоприятные результаты волногашения дает уширение днища, для крутых волн (при Н / L =1/12) ширина волнолома может быть уменьшена.

Нельзя считать окончательно решенным вопрос об определе­нии волновой нагрузки на стенку верхнего строения. Величина бокового давления должна применяться с некоторым запасом.

Модели сквозных оградительных сооружений с тонкими стенками (экранами) были исследованы П. К. Божичем. В числе их были конструкции с различным количеством вертикальных и нак­лонных стенок и их сочетаний. Опыты выявили лучший эффект волногашения при применении наклонной стенки экрана.

Ряд исследователей стремились определить влияние заглубле­ния экрана на эффект волногашения и нагрузку, приходящуюсч на экран, однако окончательное решение того и другого вопросов пока еще не найдено. Применение наклонной стенки вместо вертикальной увеличи­вает эффект волногашения в 1,5 раза, двух вертикальных стенок вместо одной - в 2 раза, а трех вместо одной - в 4 раза.

Особый тип сквозного оградительного сооружения представля­ет собой проект П. П. Сорокина и Е. Е. Руднева. По этому про­екту предложен волнолом рамной конструкции, которая состоит из двух железобетонных ферм, стянутых диагональными раско­сами и опирающихся на массивные бетонные опоры, втопленные в основание из каменной наброски. С внешней стороны каждой фермы располагаются тонкие стенки-экраны, и отстоящие друг от друга на рас­стояние 15 - 19 м. Глубина заложения ос­нования составляет 20 м.

Рис. 66 Сквозной волнолом рамной конструкции

Плавучие оградительные сооружения

Плавучие оградительные сооружения, как и сквозные, в морской практике распространения не получили. Основным пре­пятствием применения плавучих волноломов до сего времени были:

а) ненадежность закрепления самих плавучих устройств на якорях;

б) сложность предохранения секций плавучих устройств от разрушения при ударе их одна о другую на волнении.

Основные идеи конструирования плавучих волногасителей развивались в следующих направлениях:

а) применение сплошного широкого гасителя типа плота;

б) применение заглубленных гасителей типа плавающих ряжей;

в) сочетание различного типа понтонов, с наклонными и про­чими образованиями рабочих поверхностей;

г) поплавковые устройства.

В Ялте в 1850 г. был построен плавучий волнолом типа плота. Однако из-за слабости конструк­ции он был разбит штормами.

В Финском заливе применялся волнолом из решетчатых сек­ций, обшитых досками, он был разрушен по той же причине.

Одной из старейших является конструкция плавучего волно­лома Н. А. Саханского (1882 г.) в виде металлических понтонов.

В связи с поиском типов оградительных сооружений для во­дохранилищ, где высота волн меньше, чем на море, был предложен ряд новых типов: П. Л. Золотарева и Б. Н. Гренгамера - понтон с наклонной плоскостью; И. В. Генералова - типа металлического поплавка; П. А. Лабзовского - типа пересекающихся плоскостей с двусторонним горизонтальным стаби­лизатором (шириной до 28 м при заглублении низа вертикальной плоскости до 10 м) и др.

На конкурсе ВНИТОВТа в 1940 г. был предложен проект Е. Е. Руднева и И. Г. Рудашевского - два ряда железобетонных понтонов размерами 60Х15Х7,5 м, так как оказалось, что такой двухрядный узкий волнолом гасит волнение так же хорошо, как и широкий однорядный (при В =50 м).

Плавучий волнолом Ф. Н. Сергеева представляет шесть про­дольных секций железобетонных понтонов размерами 50Х10 м с увеличивающейся осадкой. Под каждым понтоном расположен киль в виде зигзага с заглублением от 1,2 до 9 м. Размер понто­нов 50Х10 м, они связаны цепями, причем по углам установлены полукруглые стальные цилиндры для воспринятия ударов пон­тонов один о другой. Лабораторные исследования этой конструкции показали, что волны гасятся на 80%.

В лабораторных условиях (под руководством Н. Н. Джун­ковского) были испытаны волноломы типов «Рыбка» Н. В. Могилко и «Плавучий ряж» Н. М. Будтолаева. Первый представ­лял собой многорядный плот (440Х100 м, осадка 4 м) с закреп­лением на одном якоре, второй - ряж русской рубки (220х23Х8 м, осадка 6 м), в котором с наружной стороны остав­лены просветы через два бревна для усиления гашения. Коэффи­циент затухания волны оказался равным: в первом случае 0,34-0,35, а во втором 0,2 (т. е. гашение волн было соответ­ственно на 60 и 80%).

Плавучие волноломы в первую очередь оказываются пригод­ными для озерных условий. В морских условиях они могут при­меняться пока лишь при несильном волнении - при вы­соте волн максимум до 2 - 3 м.

Пневматические волноломы

Пневматический волнолом представляет собой расположен­ную на некоторой глубине вблизи от дна трубу, перфорирован­ную по всей своей длине небольшими отверстиями, через эти от­верстия выпускается в виде отдельных пузырьков воздух, нагне­таемый с помощью компрессоров или воздуходувок с берега. Волны, встречаясь на своем пути с преградой, создаваемой эти­ми пузырьками, частично или полностью разрушаются. Перфо­рированный трубопровод может располагаться на отдельных опорах в виде свай либо массивов или же, в случае значительной глубины, подвешиваться на поплавках, закрепляемых на месте с помощью якорей.

Основными достоинствами пневматических волноломов явля­ются: малая строительная стоимость сооружения, почти не зависящая от глубины и качества грунта дна; быстрота возведе­ния; возможность пропуска судов над ограждением во время его эксплуатации и др. К основным недостаткам этого сооружения следует отнести: значительные эксплуатационные расходы, свя­занные с работой мощных воздухонагнетающих установок; за­висимость успешного действия ограждения от работы машин, недостаточная эффективность волногашения при длинных поло­гих волнах и др.

В пневматическом волноломе можно выделить три следую­щих основных фактора, воздействующих на волны:

а) пу­зырьки воздуха, всплывающие к свободной поверхности;

б) вос­ходящий поток воды, увлекаемой воздушными пузырьками;

в) расходящееся в обе стороны от ограждения поверхностное течение жидкости.

Последние исследования, проведенные в гидротехнической лаборатории Одесского института инженеров морского флота в 1953 -1955 гг., показали, что в пневматическом волноломе главным волногасящим фактором является поверхностное течение, направленное навстречу набе­гающему на ограждение волнению. Роль пузырьков воздуха здесь заключается в основном в создании над трубой волнолома восходящего потока воды, последний же необходим для образо­вания поверхностного течения.

Возможность гашения волн сжатым воздухом неоднократно проверялась в лабораторных и натурных условиях. По опытам П. К. Божича, пневматическим волноломом удавалось в лабора­тории гасить исходную волну (по высоте) примерно на 90%. Еще в 1932 г. вблизи одного из черноморских портов было про­ведено испытание пневматического волнолома, давшее удовле­творительные результаты. В Дувре (Англия) в течение послед­них нескольких лет успешно эксплуатируется пневматический волнолом, служащий для ограждения от волн железнодорож­ного парома.

Пневматический волнолом может с успехом применяться для ограждения от волн входов в морские порты, участков портостроительных работ в открытом море, морских нефтепромысло­вых и рыбопромысловых участков и т. п. В больших, глубоких водохранилищах на внутренних водных путях, где имеют место крутые короткие волны, пневматические волноломы могут найти себе применение в качестве основных оградительных соору­жений.

Внешние силы и нагрузки действующие на оградительные сооружения

Поиск по сайту: