Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

шлюза. При еще более высоконапорных плотинах строят много­ камерные шлюзы. В случаях, когда одна нитка шлюзов не обес­

печивает нужной пропускной способности, сооружают параллель­ ные шлюзы.

Современные шлюзы строят из различных материалов, в ос­ новном из бетона и железобетона, а такие конструкции, как во­ рота, затворы и т. п. — из металла. В старых конструкциях широ­ ко применялось дерево.

Рис. 99. Схема работы шлюзовых ворот и затворов при шлюзовании:

/--щитовые ворота; 2 — водопроводная галерея; 3 — сегментный затвор; 4 — подводная ниша

В комплексе сооружений шлюза наибольшие размеры имеет камера, часто корытообразной доковой конструкции, обычно до­ вольно легкая и не создающая большой нагрузки на грунты осно­ вания. Давление от камеры шлюза, даже заполненной водой, часто не превышает давления от веса грунта, вынутого при проходке строительного котлована. Головы шлюза представляют собой мас­ сивные тяжелые гравитационные сооружения, содержащие боль­ шое количество металлоконструкций, что делает их еще более тя­ желыми. Давление в основании голов значительно превышает нагрузки в основании камеры, что создает большую неравномер­ ность напряженного состояния по подошве фундамента всего шлюза и может вызывать неравномерные осадки сооружения. В связи с этим при опирании шлюзов на сильно сжимаемые грунты в сопряжении голов с камерой создаются строительные швы.

Наиболее ответственной частью шлюза являются шлюзовые ворота или другие специальные затворы, обеспечивающие про­

171

пуск судов в шлюзовую камеру и обратно. По конструкции среди них различают двухстворчатые или одностворчатые, плоские подъ­ емные или опускные, сегментные и секторные (рис. 99). Часть из них вращается вокруг вертикальной оси (двухстворчатые), а большинство — вокруг горизонтальной.

Порядок шлюзования в зависимости от характера движения (одностороннего и двухстороннего) бывает различным. Однако перед шлюзованием камера должна быть подготовлена и уровень воды в ней должен быть выровнен с уровнем того бьефа, откуда начнется движение судов. Для этого открытием водопроводных галерей производится наполнение (через верхнюю голову шлюза) или опоражнивание (через нижнюю голову) камеры шлюза и после этого открывают соответствующие ворота.

После захода судна в камеру ворота закрываются и прово­ дится основная операция шлюзования: при проходе из нижнего бьефа в верхний камера заполняется, а при проходе в обратном направлении — опоражнивается. После выравнивания уровня в камере с бьефом, куда идет судно, открывают вторые ворота, и судно покидает шлюзовую камеру. На каждое шлюзование при

при выходе из него устраиваются специально оборудованные аван­ порты с направляющими эстакадами, причальными стенками и сигнализацией (светофоры, радиофицированная передача распо­ ряжений и т. п.). В камере шлюза также создаются приспособле­ ния для швартовки судов во время шлюзования и предохранения его от повреждений. Управление работой шлюзовых механизмов и регулирование движения судов производится с централизован­ ного диспетчерского пункта.

В ряде случаев для перевода судов из нижнего бьефа в верх­ ний и обратно, а также из канала, расположенного на одном уров­ не, в канал, текущий на другой высоте, применяют особые устрой­ ства, называемые с у д о п о д ъ е м н и к а м и (рис. 100). Их строят в тех случаях, когда для шлюзования в подобных условиях в мно­ гокамерном шлюзе потребовалось бы слишком много времени. В настоящее время в СССР еще нет действующих судоподъемников, хотя они строятся на Красноярской ГЭС и запроектированы для Братской ГЭС. В обоих случаях судоподъемники будут преодоле­ вать разность в уровнях между нижним и верхним бьефами, рав­ ную примерно 100 м, и заменят многокамерные шлюзы с пример­ но 6—8 камерами.

По конструкции судоподъемники бывают вертикальными или наклонными. В свою очередь вертикальные судоподъемники бы­ вают поплавкового типа и с противовесами. Поплавковый судо­ подъемник (рис. 100, а) представляет собой камеру с двумя во­ ротами, укрепленную на пустотелых цилиндрах-поплавках, погру-

172

женных в колодцы, заполненные водой. При нагнетании воды в

колодец поплавки поднимают камеру, а выпуская воду — опуска­ ют ее. '

также представляет собой камеру с двумя воротами, но его пе­ ремещение производится с помощью механизмов. Для облегчения работы камера уравновешена противовесом.

Наклонный судоподъемник представляет собой самоходную или передвигаемую конструкцию, состоящую из камеры, укреп­ ленной на тележке, которая двигается по наклонно расположен­ ному рельсовому пути. На своем верхнем конце путь входит под воду верхнего бьефа, а на нижнем — под воду нижнего бьефа.

173

Размеры камеры судоподъемников рассчитываются исходя из транспортирования одного судна и составляют примерно 90x18 м, что позволяет принимать судно водоизмещением около 2 тыс. т.

§ 6. ПОРТЫ

П о р т — это прибрежный пункт на берегу моря, озера или реки, имеющий пристань и обладающий удобными подходами для судов. Со стороны берега порт должен быть связан с сетями же­ лезных и автомобильных дорог. Портовое хозяйство, кроме п р и-

средств на суда и обратно. Кроме того, в порту должны быть уст­ ройства для обслуживания пассажиров, склады для хранения грузов, сооружения по навигационному обслуживанию судов, а также службы снабжения топливом, водой и материалами. В це­ лом порт представляет собой сложный транспортный узел, обла­ дающий в современных условиях высокой степенью механизации погрузочно-разгрузочных работ, сложными коммуникациями, а

состоящую из водных площадей, судовых ходов и подходов к при­ чалам, имеющих достаточные глубины и ширину для беспрепят­ ственного прохода и маневрирования. Кроме того, порт должен иметь р е й д — часть акватории за пределами судового хода, где суда могут отстаиваться и где можно производить различные опе­

жения, производственные, административные и коммунальные зда­ ния, а также подъездные пути к причалам, складам и другим службам порта.

П р и ч а л ь н ы й ф р о н т порта состоит из отдельных при­ чалов, оборудованных устройствами для швартовки судна и ме­ ханизмами для погрузочно-разгрузочных работ (в том числе и для посадки и высадки пассажиров). В крупных современных портах обычно имеется строгая специализация причалов: отдельно пас­ сажирские пристани и причалы хлебные, угольные, лесные, стройматериальные (цемент, кирпич, камень и т. п.). Совершенно изо­ лированно располагают нефтяные причалы, а в ряде портов тан­ керы, стоящие на рейде, нагружаются и разгружаются через гиб­ кие плавающие трубопроводы.

В состав порта обычно входят судоремонтные мастерские или заводы. В каждом порту имеются специальные гидротехнические сооружения, защищающие акваторию порта от воздействия волн, позволяющие судну пришвартовываться к причалу и т. п. Кроме того, в порту устанавливают сооружения судоходной обстановки.

Все порты можно разделить на две основные группы: порты внутренних водных путей и морские порты.

174

П о р т ы в н у т р е н н и х в о д н ы х п у т е й в свою очередь делятся на расположенные на реках, на искусственных водных путях, на озерах и водохранилищах.

Для портов, расположенных на реках с незарегулированным режимом, характерно значительное колебание уровня воды в реке в течение навигации, в связи с чем причалы должны строиться с уметом этого колебания и обеспечивать работу порта при любом положении этого уровня.

Порты на искусственных водных путях имеют значительно более постоянный режим уровней акватории, а в остальном близки по условиям к речным портам.

Порты на озерах и водохранилищах близки по своим условиям к морским и, как правило, нуждаются в создании специальных сооружений, защищающих акваторию порта от воздействия волн.

По расположению относительно русла реки порты делятся на русловые, внерусловые и смешанные. В русловом порту причалы располагаются вдоль одного или обоих берегов (рис. 101), тогда

1 7 5

как во внерусловом они помещены в заливе, затоне или в искус­ ственно вырытом ковше вне русла реки и соединяются с ним спе­ циальным судовым ходом. В порту со смешанным расположением причалы оборудуются как в основном русле реки, так и в затоне,

заливе или искусственном бассейне.

Кроме транспортных (организация погрузочно-разгрузочных работ и т. п.) к портам предъявляются и архитектурно-эстетиче­ ские требования. Это особенно важно, потому что прибрежная часть города часто является одновременно и зоной отдыха жите­ лей города и сооружения, возведенные в этой части, должны осо­ бенно хорошо сочетаться с окружающей природной обстановкой.

путей, могут располагаться в различных условиях: в естественных защищенных или частично защищенных от волнения бухтах (рис. 102, а); на открытом морском побережье (рис. 102, б); в устьях судоходных рек; внутри территории, расположенной на искусствен­ ных каналах.

Порты, располагаемые в хорошо защищенных от волнения ес­ тественных бухтах (Владивосток, Мурманск и др.), не требуют возведения оградительных сооружений, тогда как располагаемые на открытом побережье (Сочи, Жданов и др.) должны защищать­ ся специально возведенными дамбами, молами, волноломами.

Многие порты располагают и в частично защищенных есте­ ственных бухтах (Новороссийск, Одесса, и др.) или лагунах,: отда­ ленных: от моря песчаной косой (Ильичевск около Одессы; Бал­ тийск ц др.) в этом случае объем защитных мероприятий оказы­

176

вается значительно меньшим, чем для портов на открытом побережье.

Часто порты располагаются в устьях рек или на небольшом расстоянии вверх по реке (Ленинград, Архангельск, Лондон, Гам­ бург и др.), а в отдельных случаях на значительном расстоянии (Дудинка и Игарка на Енисее, Монреаль на р. Св. Лаврентия — последний на расстоянии свыше 1300 км от устья).

§ 7. ПОРТОВЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ И НАБЕРЕЖНЫЕ

Среди разнообразных сооружений, входящих в состав совре­ менного, порта, одними из основных являются гидротехнические

рега от разрушения волнами или течением; с у д о р е м о н т н ы е

ские сооружения могут быть гравитационного типа, свайными или сооружениями на сложном основании. Гравитационные — это тя­ желые сооружения, устойчивость которых обусловливается их большим весом; они могут быть сплошными или в виде отдельных

свайные ростверки с эстакадами и т. п. При сложных основаниях применяют сваи-оболочки большого диаметра, опускные колодцы или кессоны, заглубляемые ниже дна водоема.

Материалом для строительства портовых гидротехнических со­ оружений могут быть: бетон и железобетон, камень и металлокон­ струкции, дерево и грунт (гравий, песок и т. п.). В ряде случаев разные части сооружения возводят из различных материалов.

Портовые сооружения различают по сроку службы (постоян­ ные и временные), по значению (основные, без которых невозмож­ на нормальная работа порта, и второстепенные), по капитальности и т. п.

Строительные работы по возведению прибрежных портовых сооружений осуществляются в котлованах, ограждаемых перемыч­ ками, или с помощью других способов возведения фундаментов (см. главу III «Фундаментостроение»). Однако большинство гид­ ротехнических сооружений морских и озерных портов, а также портов на водохранилищах возводится без использования вре­ менного ограждения перемычками и водоотлива. Больше того, внешние оградительные сооружения, причалы на открытом побе­

177

режье, сооружения морских нефтяных промыслов и многие бере­ гоукрепительные сооружения возводят на незащищенных аква­ ториях, где действуют течения и волновые процессы. Для этих со­ оружений подводную часть строят путем опускания на заранее подготовленное основание отдельных элементов несущей кон­ струкции или путем погружения в грунт свай, колонн, шпунта и т. п. Часто такие работы приходится вести с тех или иных плаву­ чих средств при большой глубине воды в акватории.

Устойчивость портовых гидротехнических сооружений рассчи­ тывается исходя из действия собственного веса сооружения и сле­ дующих нагрузок, специфических для морских и им подобных сооружений: волнового воздействия, гидростатического взвешива­ ния и давления грунтовых вод, при неблагоприятном соотношении уровней воды давления грунта, нагрузки от транспортных средств и перегрузочных механизмов (краны и т. и.), нагрузки от навала судов, от ветра и льда. Кроме того, при расчетах должны учиты­ ваться особые случаи действия возможных динамических нагру­ зок: удары судна, волновое воздействие при катастрофических штормах, при подвижках и торошении льда и др.

Все проектирование портовых гидротехнических сооружений должно вестись на материалах инженерно-геологических изыска­ ний, специально проводимых для этого. Особенно большое внима­ ние при этом должно быть обращено на изучение прочностных и деформационных свойств грунтов основания сооружения, потому что во многих случаях расположения портов в береговой полосе эти грунты представлены молодыми, часто неоднородными, слабо­ уплотненными отложениями. Для таких грунтов характерна высо­ кая сжимаемость и низкое сопротивление сдвигу, что обуслов­ ливает их слабую устойчивость и способность вызывать большие деформации сооружения. Поэтому при изысканиях для портового строительства проводят большие объемы разведочных и опытных работ, включая статическое и динамическое зондирование, опре­ деление сопротивления сдвигу методом поворотной крыльчатки, гамма-каротаж и другие методы, позволяющие определить измене­ ние плотности и прочности грунтов по глубине и простиранию тол­ щи пород основания.

В связи с тем что всякое портовое строительство вызывает изменение в ходе естественных береговых процессов (изменение формы берега и подводного склона, перенос песчаных и галечных отложений и т. п.), проектирование должно учитывать и эти изме­ нения. Для лучшего изучения развития данных процессов ведутся стационарные натурные наблюдения, а также модельные исследо­

портах, являются наиболее тяжелыми гидротехническими соору­ жениями. Среди них различают внешние и внутренние: первые — это сооружения, защищающие акваторию порта от воздействия волн, течения, льда, занесения наносами; вторые только делят

178