Комплекс технологического оборудования для возведения гидротехнического сооружения
Использование: устройства для производства работ в гидротехническом строительстве для возведения подходных эстакад, перегрузочных комплексов и причальных сооружений.
Сущность: создание технологического комплекса для возведения гидротехнического сооружения с применением выносного кондуктора специальной конструкции для установки свайных опор и последующего последовательного монтажа пролетов.
Технический результат: сокращение сроков строительства, снижение нагрузки на подъемный кран и трудоемкости работ при упрощении процесса возведения гидротехнического сооружения, повышение надежности и возможность бесперебойной работы независимо от погодных условий и волнения на акватории.
Техническое решение относится к устройствам для производства работ в гидротехническом строительстве и может быть использовано для возведения подходных эстакад, перегрузочных комплексов и причальных сооружений.
Возводимое гидротехническое сооружение традиционно включает [5-7] свайные опоры с установленным на них ростверком.
Типичными аналогами комплексов для возведения гидротехнических сооружений являются устройства [2,3], модифицирующее традиционные конструктивные выполнения [4-7]. Устройство [3] содержит рабочую площадку с оснасткой для производства бетонных работ и совокупность средств для возведения причального сооружения, включающего свайные опоры с установленным на них ростверком. При этом в устройстве [3] рабочая площадка выполнена на плавучем основании плавсредства (понтона) с последующей транспортировкой изделий (свай, колонн, плит ростверка) этим плавсредством к месту установки, которая осуществляется с помощью подъемно-транспортных механизмов на этом плавсредстве.
Недостатком устройства [3] являются сложность, трудоемкость и большие капитальные затраты, обусловленные применением плавсредств. Зависимость от погодных условий (волнового режима) не может, в ряде случаев, обеспечить планируемых сроков строительства, а применение ряда
плавсредств на мелководье весьма затруднительно. Недостатки установки [3] затрудняют достижение оптимального критерия производства «сложность -стоимость - эффективность», т.е. достижение максимально возможной эффективности (сокращение сроков работ, снижение трудоемкости и материалоемкости) при приемлемых сложности и стоимости.
Комплекс [2] для возведения причального сооружения позволяет отказаться от использования сложных, дорогостоящих и неприменимых в условиях значительного волнения плавсредств для производства работ и транспортировки строительных элементов и монтировать гидротехническое сооружение с посекционно наращиваемым ростверком путем поочередной последовательной надвижки плит.
Комплекс [2] содержит рабочую площадку с оснасткой для производства бетонных работ и совокупность средств для возведения причального сооружения (ПС), включающего свайные опоры с установленным на них ростверком. Рабочая площадка комплекса [2] выполнена в виде размещенного на суше у береговой линии продольного горизонтального стапеля, оснащенного оборудованием для производства плит ростверка ПС. Совокупность средств для возведения ПС включает подъемные устройства, установку для монтажа свайных опор основания ПС, домкратные устройства для последовательного горизонтального перемещения плит по опорным направляющим ограничителям с возможностью посекционного наращивания ростверка ПС и модуль завершающих монтажных работ. Стапель выполнен в виде железобетонной плиты с металлической верхней плоскостью и снабжен гнездами для закрепления упоров домкратов. Оборудование стапеля выполнено с возможностью производства железобетонных плит с металлическим нижним основанием и отверстиями для установки на свайные опоры. Совокупность средств для возведения ПС размещена на стапеле с возможностью перемещения на установленные плиты ростверка ПС, последовательно
надвинутые по опорным направляющим ограничителям на свайные опоры основания ПС с помощью домкратных устройств.
Однако, в ряде случаев, технология [2] последовательно надвигаемых плит по опорным направляющим ограничителям на свайные опоры, устанавливаемые в предварительно пробуренные для них скважины, не может удовлетворить комплексным требованиям по сокращению сроков монтажа при снижении его трудоемкости ввиду относительной сложности, необходимости вспомогательных операций (бурение скважин под сваи, установка домкратов, производство плит специальной конструкции) и зависимости от погодных условий и волнового режима.
Технологический комплекс [1] для возведения гидротехнического сооружения (ГТС), принятый за прототип, содержит рабочую площадку, совокупность средств для возведения ГТС, включающего свайные опоры с установленным на них ростверком из плит, причем рабочая площадка выполнена в виде продольного горизонтального стапеля, оснащенного оборудованием и сборными элементами для монтажа ГТС, а совокупность средств для возведения ГТС включает подъемное устройство и установку для монтажа свайных опор основания ГТС с посекционным наращиванием пролетов ростверка ГТС и модуль завершающих монтажных работ. Подъемное устройство выполнено в виде большегрузного подъемного крана, установка для монтажа свайных опор включает выставленную подъемным краном по горизонту на проектные оси по длине и ширине пролета кондукторную раму со смонтированным на ней выносным кондуктором, один конец которой установлен на поперечном металлическом ригеле уже смонтированного пролета ГТС, а второй выносной конец установлен на две пары снабженных гидроприводами опорных стоек, первая пара которых установлена на грунте дна вертикально, а стойки второй пары установлены наклонно под углом 15-25° к вертикальным стойкам. При этом кондуктор снабжен выполненными в виде стаканов проемами для размещения свайных опор на проектное положение посредством подъемного крана с
последующим погружением их в грунт дна забивным снарядом на требуемую глубину и фиксацией расположенными в проемах кондуктора упорами. На верхних концах свайных опор смонтирован поперечный металлический ригель, установленный подъемным краном и закрепленный сварным соединением, а на поперечных ригелях уже смонтированной и вновь монтируемой секций ГТС установлены и закреплены сварным соединением металлические ортотропные плиты. На рабочей площадке размещены подъемный кран и сборные элементы для монтажа ГТС, включая свайные опоры, выполненные в виде металлических труб большого диаметра, металлические поперечные ригели и ортотропные плиты, сваренные из металлических листов, а также другое оборудование, включая забивной снаряд для забивки свайных опор на требуемую глубину. В качестве забивного снаряда для забивки свайных опор ГТС использован гидромолот, или вибропогружатель, или другое забивное устройство, перемещаемое от одной свайной опоры к другой посредством подъемного крана.
Основным недостатком технологического комплекса [1] является то, что по мере наращивания пролетов ростверка с увеличением глубины акватории при возведении ГТС требуются более мощные (и, соответственно, более тяжелые) опорные стойки, что вызывает необходимость применения крана большей грузоподъемности, чем на начальном этапе строительства, что ограничивает возможности комплекса [1]. Кроме того, наклонные опорные трубчатые стойки для повышения устойчивости конструкции желательно размещать в плане под определенным углом к выносному концу кондукторной рамы с ее внешней стороны.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании комплекса технологического оборудования для возведения ГТС с использованием одного и того же подъемного крана (крана одной грузоподъемности) для установки выносного (выставляемого) кондуктора с опорными стойками и последующего последовательного монтажа пролетов на свайные опоры.
Основной технический результат предлагаемого комплекса - снижение нагрузки на подъемный кран при установке вертикальных и наклонных стоек, на которых монтируется кондукторная рама, и, как следствие, расширение функциональных возможностей за счет использования одного и того же подъемного крана с заданной грузоподъемностью при увеличении глубины акватории. При этом снижается трудоемкость работ при упрощении процесса возведения ГТС. Кроме того, предлагаемый комплекс обеспечивает повышение устойчивости и надежности монтажа ГТС за счет рационального взаимного расположения вертикальных и наклонных опорных стоек кондукторной рамы.
Технический результат достигается следующим образом. Комплекс технологического оборудования для возведения гидротехнического сооружения (ГТС) содержит рабочую площадку и совокупность средств для возведения ГТС, включающего заглубленные в грунт дна акватории свайные опоры с установленным на них ростверком из плит, причем рабочая площадка выполнена в виде продольного горизонтального стапеля, оснащенного сборными элементами для монтажа ГТС, а совокупность средств для возведения ГТС включает подъемное устройство в виде большегрузного подъемного крана и установку для монтажа свайных опор основания ГТС с посекционным наращиванием пролетов ростверка ГТС. При этом установка для монтажа свайных опор включает выставленную подъемным краном по горизонту на проектные оси по длине и ширине пролета кондукторную раму со смонтированным на ней выносным кондуктором, один конец которой установлен на поперечном металлическом ригеле уже смонтированного пролета ГТС, а второй выносной конец установлен, по крайней мере, на две пары снабженных гидроприводами опорных стоек, первая пара которых установлена на грунте дна вертикально и опирается на размещенные на дне опорные площадки, а стойки второй пары установлены наклонно под углом 15-25° к вертикальным стойкам с небольшим заглублением в грунт дна. Кондуктор
снабжен выполненными в виде стаканов проемами для размещения свайных опор на проектное положение посредством подъемного крана с последующим погружением их в грунт дна забивным снарядом на требуемую глубину и фиксацией расположенными в проемах кондуктора упорами. На верхних концах заглубленных в грунт дна свайных опор смонтирован поперечный металлический ригель, установленный подъемным краном и закрепленный сварным соединением, а на поперечных ригелях уже смонтированной и вновь монтируемой секций ГТС установлены и закреплены сварным соединением металлические ортотропные плиты.
Отличительной особенностью комплекса является то, что вертикальные и наклонные опорные трубчатые стойки выполнены заглушенными с нижних концов и имеют диаметр d и погонный вес Р, обеспечивающие за счет выталкивающей силы заданную компенсацию М части нагрузки на подъемный кран в соответствии с выражением
М=l[Р(nв +nн)-0,785 d2(n в+nнseca)], (1)
где М - компенсация нагрузки на подъемный кран, кгс;
l - глубина (по вертикали) погружения в воду части опорных трубчатых стоек, м;
Р - погонный вес опорных трубчатых стоек, кгс/м;
n в, nн - число вертикальных и наклонных опорных трубчатых стоек соответственно;
0,785d 2 - нормированная на l=1 м опорной стойки выталкивающая сила, кгс;
d - диаметр опорных стоек, м;
- угол наклона к вертикали наклонных опорных стоек. Комплекс также отличается тем, что наклонные опорные трубчатые стойки, размещенные под углом а к вертикальным стойкам, размещены в плане под углом 
от 0° до 60° к выносному концу кондукторной рамы с ее внешней стороны.
Кроме того комплекс отличается тем, что на рабочей площадке размещены подъемный кран и сборные элементы для монтажа ГТС, включая свайные опоры, выполненные в виде металлических труб большого диаметра, металлические поперечные ригели и ортотропные плиты, сваренные из металлических листов, а также другое оборудование, включая забивной снаряд для забивки свайных опор на требуемую глубину, в качестве которого использован гидромолот, или вибропогружатель, или другое забивное устройство, перемещаемое от одной свайной опоры к другой посредством подъемного крана.
Отличием комплекса также является то, что кондукторная рама оборудована настилом и ограждением и снабжена технологической площадкой для производства монтажных работ.
В конкретных случаях выполнения комплекса подъемный кран и установка для монтажа ГТС выполнены с возможностью последовательного посекционного наращивания пролетов ростверка посредством перемещения подъемного крана на установленные плиты очередного пролета для выставления кондукторной рамы с кондуктором на проектное положение последующего пролета прямолинейного или выполняемого с ответвлениями ГТС.
На чертеже представлена общая схема конструкции комплекса для возведения гидротехнического сооружения.
Комплекс для возведения ГТС содержит рабочую площадку 1, свайные опоры 2, ростверк 3, ортотропные плиты 4, подъемный кран 5, кондукторную раму 6, кондуктор 7, ригели 8, вертикальные опорные стойки 9 с опорными площадками 10, наклонные опорные стойки 11, проемы 12 кондуктора, настил 13, ограждение 14, технологическую площадку 15.
Работа комплекса для возведения ГТС иллюстрируется следующим примером (см. чертеж).
На рабочей площадке 1 ростверка 3 размещены используемые при возведении ГТС подъемный кран 5 и сборные элементы: свайные опоры 2,
выполненные в виде металлических труб большого диаметра, металлические поперечные ригели 8 и ортотропные (прямонаправленные) плиты 4, а также другое оборудование (на чертеже не показано), включая забивной снаряд для забивки свайных опор на требуемую глубину. Подъемный кран 5 выставляет кондукторную раму 6 со смонтированным на ней выносным кондуктором 7. Выставление кондукторной рамы 6 и кондуктора 7 осуществляется по горизонту на проектные оси по длине и ширине пролета растверка 3, при этом один конец кондукторной рамы 6 устанавливается на поперечном металлическом ригеле 8 уже смонтированного пролета ГТС, а второй выносной конец рамы 6 устанавливается на две пары снабженных гидроприводами опорных стоек 9 и 11. Пара опорных стоек 9 устанавливается на грунте дна вертикально на опорные площадки 10, а опорные стойки 11 устанавливаются наклонно под углом 15-25° к вертикальным стойкам 9 для предотвращения бокового волнового и ветрового воздействия на раму 6 и кондуктор 7. При этом для повышения устойчивости монтируемой конструкции наклонные опорные стойки 11, размещенные под углом а от 15 до 25° к вертикальным стойкам 9, размещены в плане под углом от 0° до 60° (предпочтительно 30-45°) к выносному концу кондукторной рамы с ее внешней стороны.
Поскольку вертикальные и наклонные опорные стойки 9 и 11 выполнены заглушенными с нижних концов, то при погружении стоек 9 и 11 в воду создается выталкивающая их сила в соответствии с выражением (1), компенсирующая часть нагрузки на подъемный кран 5, что позволяет использовать кран той же грузоподъемности. Так при увеличении глубины акватории до l=12 м для четырех трубчатых стоек (двух вертикальных и двух наклонных: nв=n н=2) диаметром d=630 мм и погонным весом Р=153 кгс/м общий вес опор составляет 7,3 т, а соответствующая компенсация М нагрузки на подъемный кран (в соответствии с выражением (1) при =0) составит около 7,7 т. Таким образом, заглушенные опорные стойки 9 и 11, по
сути, выполняют роль вертикальных и наклонных понтонов, создающих плавучесть для воздвигаемой конструкции.
В проемы 12 кондуктора 7 краном 5 осуществляется подача свайных опор 2, которые устанавливаются на проектное положение и затем погружаются забивным снарядом в грунт дна на требуемую глубину с последующей фиксацией упорами, размещенными в проемах 12 кондуктора 7. В качестве забивного снаряда для забивки свайных опор 2 может быть использован гидромолот, или вибропогружатель, или другое забивное устройство, перемещаемое от одной свайной опоры 2 к другой посредством крана 5.
Далее с помощью крана 5 на сваи 2 заводится ригель 8 с подгонкой по месту и обваркой ригеля 8 и свай 2. Сварочные работы осуществляются с настила 13 технологической площадки 15, имеющей защитное ограждение 14.
Затем на поперечных ригелях 8 уже смонтированной и вновь монтируемой секций ростверка 3 ГТС устанавливаются и закрепляются сварным соединением ортотропные плиты 4. После завершения монтажа очередной секции (пролета) ростверка 3 кран 5 перемещается на установленные плиты 4 для переставления рамы 6 с кондуктором 7 на новое проектное положение, осуществляя тем самым последовательное посекционное наращивание пролетов ростверка 3 прямолинейного или выполняемого с ответвлениями ГТС.
Таким образом, посредством выносного кондуктора специальной конструкции для установки свайных опор и использования заглушенных с нижних концов опорных стоек достигается снижение нагрузки на подъемный кран и, соответственно, снижение трудоемкости работ при упрощении процесса возведения ГТС, повышается надежность монтажа ГТС, реализуется возможность бесперебойной работы независимо от погодных условий и волнения на акватории.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 41032 U1, 10.10.2004 (прототип).
2. RU 18405 U1, 20.06.2001 (аналог).
3. RU 2098558 С1, 10.12.1997 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
4. SU 1629369 А1, 10.04.1991.
5. Никеров П.С., Яковлев П.И. Морские порты. - М: Транспорт, 1987, 416 с.(с.118-274).
6. Амбарян О.А., Горюнов Б.Ф., Белинская Л.Н. Устройство морских портов. - М.: Транспорт, 1987, 272 с.(с.122 - 199).
7. Причальные сооружения. - В кн. «Морской энциклопедический справочник: В 2-х томах. Том 2 / Под ред. Н.Н.Исанина. -Л.: Судостроение, 1987, 520 с.(с.134- 136).
8. SU 1388515 A1.15.04.1988.
9. SU 1799411 А1,28.02.1993.
1. Комплекс технологического оборудования для возведения гидротехнического сооружения (ГТС), содержащий рабочую площадку и совокупность средств для возведения ГТС, включающего заглубленные в грунт дна акватории свайные опоры с установленным на них ростверком из плит, причем рабочая площадка выполнена в виде продольного горизонтального стапеля, оснащенного сборными элементами для монтажа ГТС, а совокупность средств для возведения ГТС включает подъемное устройство в виде большегрузного подъемного крана и установку для монтажа свайных опор основания ГТС с посекционным наращиванием пролетов ростверка ГТС, при этом установка для монтажа свайных опор включает выставленную подъемным краном по горизонту на проектные оси по длине и ширине пролета кондукторную раму со смонтированным на ней выносным кондуктором, один конец которой установлен на поперечном металлическом ригеле уже смонтированного пролета ГТС, а второй выносной конец установлен, по крайней мере, на две пары снабженных гидроприводами опорных стоек, первая пара которых установлена на грунте дна вертикально и опирается на размещенные на дне опорные площадки, а стойки второй пары установлены наклонно под углом 15 - 25° к вертикальным стойкам с небольшим заглублением в грунт дна, кондуктор снабжен выполненными в виде стаканов проемами для размещения свайных опор на проектное положение посредством подъемного крана с последующим погружением их в грунт дна забивным снарядом на требуемую глубину и фиксацией расположенными в проемах кондуктора упорами, на верхних концах заглубленных в грунт дна свайных опор смонтирован поперечный металлический ригель, установленный подъемным краном и закрепленный сварным соединением, а на поперечных ригелях уже смонтированной и вновь монтируемой секций ГТС установлены и закреплены сварным соединением металлические ортотропные плиты, отличающийся тем, что вертикальные и наклонные опорные трубчатые стойки выполнены заглушенными с нижних концов и имеют диаметр d и погонный вес Р, обеспечивающие за счет выталкивающей силы заданную компенсацию М части нагрузки на подъемный кран в соответствии с выражением
М=l[Р(n в+nн)-0,785d2 (nв+nнsec)],
где М - компенсация нагрузки на подъемный кран, кгс;
l - глубина (по вертикали) погружения в воду части опорных трубчатых стоек, м;
Р - погонный вес опорных трубчатых стоек, кгс/м;
nв, n н - число вертикальных и наклонных опорных трубчатых стоек соответственно;
0,785d2 - нормированная на l=1 м опорной стойки выталкивающая сила, кгс;
d - диаметр опорных стоек, м;
- угол наклона к вертикали наклонных опорных стоек.
2. Комплекс для возведения ГТС по п.1, отличающийся тем, что наклонные опорные трубчатые стойки, размещенные под углом к вертикальным стойкам, размещены в плане под углом от 0° до 60° к выносному концу кондукторной рамы с ее внешней стороны.
3. Комплекс для возведения ГТС по п.1, отличающийся тем, что на рабочей площадке размещены подъемный кран и сборные элементы для монтажа ГТС, включая свайные опоры, выполненные в виде металлических труб большого диаметра, металлические поперечные ригели и ортотропные плиты, сваренные из металлических листов, а также другое оборудование, включая забивной снаряд для забивки свайных опор на требуемую глубину, в качестве которого использован гидромолот, или вибропогружатель, или другое забивное устройство, перемещаемое от одной свайной опоры к другой посредством подъемного крана.
4. Комплекс для возведения ГТС по п.1, отличающийся тем, что кондукторная рама оборудована настилом и ограждением и снабжена технологической площадкой для производства монтажных работ.
5. Комплекс для возведения ГТС по п.1, отличающийся тем, что подъемный кран и установка для монтажа ГТС выполнены с возможностью последовательного посекционного наращивания пролетов ростверка посредством перемещения подъемного крана на установленные плиты очередного пролета для выставления кондукторной рамы с кондуктором на проектное положение последующего пролета прямолинейного или выполняемого с ответвлениями ГТС.
