Морские гидротехнические сооружения

Санкт-Петербургский Государственный  Политехнический Университет

Инженерно-Строительный факультет

Кафедра «МВТС»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему:

«Морские гидротехнические сооружения»

 

 

 

 

 

 

 

                                                        Выполнила: Головина Е.В.

                                                                   Руководитель: Беляев Н.Д.                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2003

Оглавление

1. Выбор типа сооружения

2. Определение основных размеров сооружения

3. Определение нагрузок, действующих на сооружение в расчетном сечении

4. Расчеты устойчивости сооружения, уточнение основных размеров

5. Определение размеров головной и корневой частей сооружения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВЫБОР ТИПА СООРУЖЕНИЯ

1.1. Обоснование выбора типа сооружения

В курсовой работе основную и головную части мола-причала  следует принимать вертикального  профиля, а корневую часть — откосного. Конструкция основной вертикальной части мола-причала должна выполняться в 2 вариантах: из обыкновенных массивов; из массивов-гигантов. По исходным данным принимаем конструкцию из массивов гигантов.

Обыкновенные массивы из бетона масса от 5-100т, с формой близкой  к параллелепипеду. Массивы сопротивляются  волнению за счёт своего веса. При укладке массивов  используют плавкраны,  при волнении до 2-х баллов. Достоинства этой конструкции:

• большая масса;
• большая долговечность;
• возможность применимости в суровых  гидрометеоусловиях.

По заданию  наше сооружение возводится на Черного  море в районе города Туапсе.

1.2. Краткое описание конструкции

Мол-причал, из массивов гигантов

Гравитационные сооружения вертикального  типа  включают  три основные  конструктивные части: постель, подводную  стену и надстройку.

Подводная стена. Конструктивно  стена представляет собой  сплошную преграду, воспринимает волновое давление и  выполнена из кладки массивов. Конструкцию и размеры подводной стены определяют конструкцию всего сооружения. Ширина стены, отметки положения её подошвы и верха зависят от многочисленных факторов: силового воздействия волн колебания уровня воды, геологических условий, методов производства работ  и др.

Надстройки. Конструктивно  надстройка включает  плиту  толщиной не менее 1,5-2,0 м и парапет, возводится  обычно из монолитного бетона, а иногда  делается сборно-монолитной. Надстройка: объединяет элементы  конструкции подводной плиты; увеличивает общую устойчивость гравитационного сооружения (находясь над водой, надстройка не взвешивается, существенно увеличивает массу сооружения); воспринимает  значительную часть  волнового давления и исключает  или ограничивает  перелив волнового потока через сооружение.

Надстройка  оборудуется швартовными  и отбойными  устройствами, на ней  могут размещаться  навигационные  знаки, различное оборудование. В надстройке  делаются потерны для прокладки инженерных сетей. Отметка  верха плиты надстройки  назначается с  учётом двух условий: она должна быть близкой к отметке  базовой территории (для   удобства  транспорта); быть больше отметок гребней  волн  на защищаемой акватории (для исключения затапливания).  Парапет с вертикальной боковой  поверхностью с морской стороны, возведённый даже с расчётом  исключения  перелива волн, всё же не может  защищать проезжую часть плиты от всплесков волн. В связи с этим  иногда парапету предаётся криволинейная  форма  для отражения водного потока и всплесков в сторону моря.

Устройство  монолитных надстроек требует выполнения значительного объёма трудоёмких работ. Это обуславливается  установкой с помощью механизмов больше размерных щитов опалубки, доставки и укладки бетона с плавучих средств, значительным количеством задействуемых механизмов,  зависимость работ от состояния погоды, возможность повреждения опалубки и  размыва бетона. В связи с этим разработаны конструкции ряда  типов сборно-монолитных  надстроек. Применяются больше размерные массивы, перекрывающие всю ширину сооружения или только её часть. Для связи массивов на их сопредельных поверхностях устраиваются штрабы, выпуски арматуры и др. После установки  массивов места соединений между ними  заполняются бетоном. Предусматривается связь между массивами надстройки  и подводной стеной.

Постель. Предназначена  для выравнивания  поверхности  дна, как при скальных, так и  мягких основаниях; обеспечение уменьшения и более равномерного распределения напряжений на большую площадь дна; защита грунтов дна от размыва, а так же  от выноса частиц грунта фильтрационными токами  при обжатии основания. Уменьшение напряжений  от стены под постелью обуславливается расширением зоны напряжений между прямыми, проведёнными под углом внутреннего трения φ. Чем больше толщина  постели и угол φ, тем меньше напряжения под постелью (для камня  φ=45º, для песков φ=18-33º) Конструктивные схемы постели зависят от  свойств грунтов дна, характера волнения у сооружения, глубин.

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ СООРУЖЕНИЯ

2.1. Расчет и построение продольного профиля сооружения

Построение  геологического профиля. На ситуационной схеме, прилагаемой к заданию, показана ось проектируемого сооружения и плановое расположение геологических скважин, даны значения изобат и горизонталей. В соответствии со схемой строится профиль дна, на который наносятся разрезы по буровым скважинам, и оценивается геологическое строение участка.

Построение  выполняется в соответствии со схемой рис. 1. При этом предполагается, что толщины слоев различных грунтовых напластований между скважинами изменяются равномерно, следуя изменениям профиля дна. В случае большего, по сравнению с pиc. 1, количества изломов дна между скважинами принцип построения остается прежним.

Расчеты к продольному  профилю сооружения. Граница между основной частью сооружения в виде гравитационной вертикальной стенки и корневой откосной частью определяется из условия, что на вертикальную стенку со стороны моря воздействуют только стоячие волны.

У сооружений типа вертикальной стенки образуются стоячие волны, если выполняются неравенства (рис. 2):

db >= 1,5 h;  df >= 1,25 h; d > dcr.

(1)

Здесь d_b — глубина воды перед сооружением ;

d_f — глубина подошвы стенки;

d_cr — критическая глубина;

h — расчетная высота волны 1 %-ной обеспеченности в рассматриваемом створе.

Таким образом, минимально допустимая глубина, отсчитываемая от СНГ до дна перед сооружением вертикального профиля, и глубина  подошвы стенки должны определяться из условий (1).

 

Рис. 1. Схема  построения геологического профиля

 

Рис. 2. Схема  сооружения типа гравитационной вертикальной стенки:

1 — надстройка; 2 — стенка; 3 — постель

Высоту волны на данном этапе расчета допускается принимать равной

h = 0,9 hd ,

(2)

где  h_d — заданная высота волны 1%-ной обеспеченности в глубоководной зоне h_d = 4,0м.

h = 0,9·7,8=7,02м ;

Критическая глубина d_cr, при которой образуются прибойные волны, определяется по графику на рис. 5 обязательного приложения 1 [3], 1.9 [1] с помощью кривых 2, 3 и 4 в зависимости от параметра h_i / gT ². На графике:  i = ctgα — пологость дна в направлении распространения волн (α — угол наклона дна к горизонту); g — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с²; T — средний период волн, зависящий от заданной средней длины волн в глубоководной зоне,

T = (2 π λd / g)1/2=8,315 с.

(3)

При определении d_cr вычисляется и откладывается на правой оси ординат отношение h_i/gT²(h_i/gT²=0,0104) На одной из кривых 2, 3 или 4, соответствующей заданной пологости i дна, находится точка с ординатой h_i/gT ². Абсцисса этой точки равна d_cr/λ_d,( d_cr/λd=0,075) откуда устанавливается значение d_cr(d_cr=8,1м).

Уровень бетонирования (отметка верха подводной стенки и низа надстройки) для оградительных  сооружений из массивов и массивов-гигантов назначается на 0,6 м выше расчетного уровня в строительный период.

За расчетный  строительный уровень принимается:

Рис. 2. Схемы  определения уровня бетонирования:

В безливном  Черном море;

Конструктивные требования. Длина секций (расстояние между деформационными швами) в основной части мола-причала в зависимости от выбранного типа конструкции принимается:

в сооружениях  из массивной кладки при плотных  основаниях и толщине постели  до 2 м — до 45 м.

Толщину каменной постели в основании вертикальной подводной стенки мола-причала следует назначать не менее 1,0 м при песчаных грунтах дна и не менее 1,5 м при глинистых грунтах, включая обратный фильтр толщиной не менее 0,5 м.

Постель выполняется из несортированного по крупности камня твердых пород в виде наброски на поверхность дна, а в отдельных случаях может частично или полностью заглубляться в котлован, чтобы обеспечить необходимую глубину у причала или исключить образование перед стенкой разбитых волн.

Высота всех курсов массивов мола-причала из массивовой кладки принимается одинаковой и равной 2,0 м. В дальнейшем размеры массивов уточняются.

Построение продольного профиля  мола-причала. На чертеже, на котором предварительно нанесены продольный профиль дна по оси сооружения и характерные уровни, отыскивается ближайшее к берегу сечение, где удовлетворяются условия (1). Толщина постели здесь принимается минимально допустимой.  Для молов из массивовой кладки дополнительно необходимо соблюдать условие: отметка постели в начальном сечении вертикальной стенки должна приниматься такой, чтобы между постелью и уровнем бетонирования по высоте укладывалось целое число курсов массивов.

Длина мола-причала  задается на ситуационной схеме и  может уточняться в зависимости  от требуемой протяженности причального фронта с заданной глубиной у причала. По длине сооружение разбивается на участки с различными отметками уровня верха постели. Разбивка выполняется так, чтобы на каждом участке максимальная толщина постели не превышала 3…5 м, а длина участка была кратной длине секций. Перепад уровней верха постели на смежных участках  для сооружений из массивовой кладки равен высоте курса массивов.

При построении продольного профиля последние 40…50 м по длине сооружения отводятся на головную часть. В дальнейших расчетах размеры головной части уточняются.

Выбор расчетного сечения. В реальном проектировании оградительного сооружения расчеты производятся для ряда поперечные сечений, характеризующихся разными глуби-нами, элементами воздействующих волн, высотами постелей и др.

В настоящей  работе расчеты следует выполнять  только для одного наиболее опасного сечения, назначаемого преподавателем. Для расчетного сечения определяются основные размеры сооружения, которые затем принимаются одинаковыми в пределах всей основной части мола-причала.

2.2. Определение элементов волн в расчетном сечении

[1, § 1.4]; [3, приложение 1]

В задании на разработку проекта мола-причала  указаны элементы волн в глубоководной  зоне: высота h_d и длина λ_d. При движении к берегу глубины уменьшаются, и происходит трансформация волн, в ходе которой изменяются высоты и длины волн, а период остается неизменным.

Высота h 1%-ной обеспеченности трансформированных волн в расчетном сечении при СВГ находится, по формуле

h = kt hd=0,925·7,8=7,215м

(4)

где k_t — коэффициент трансформации высоты волны, определяемый по графику на рис. 5 обязательного приложения 1 [3], 1.9 [1]. Для этого на кривой 1 берется точка с абсциссой, равной d/λ_d, где d — глубина воды в расчетном сечении, отсчитываемая от СВГ (.d=12,8м) Ордината этой точки на левой шкале дает значение k_t=0,925.

Средняя длина λ_d трансформированных волн в расчетном сечении вычисляется по соотношению λ/λ_d, определяемому по графику на рис. 4 обязательного приложения 1 [3], 1.20 [1] в зависимости от значений отношений d / λ_d и h_1% /gT ². Здесь T — средний период трансформированных волн, найденный по формуле (3).

Высота h_dif(h_dif=7,8м) трансформированных дифрагированных волн 1%-ной обеспеченности, со стороны гавани приведена в задании. Средняя длина λ_dif дифрагированных волн принимается равной средней длине трансформированных волн со стороны моря (λ_dif = λ_d=108), λ’=85,32.

2.3. Предварительное построение поперечного профиля в расчетном сечении

[1, § 4.1, 6.1]

Предварительное назначение ширины стенки. Ширина подводной части гравитационной стенки окончательно устанавливается расчетами. Расчеты ведутся для некоторой предварительной ширины b_c стенки, назначаемой по рекомендации:

bc = 0,8 df ,

(5)