CC BY
41
model to take account of several following factors, including the bypass filtration and the
presence of reinforced concrete pipes in the dam.
Key words: earth-fill dam, thermal and filtration behaviour, air temperature, finite
element method, static mode.
References
1. Aniskin N.A. Temperaturno-fil'tratsionnyy rezhim osnovaniya i plotiny Kureyskoy GES vo vtorom pravoberezhnom ponizhenii [Thermal and Filtration Behaviour of Dam Base and Structure of Kureyskaya Hydro-electric Power Plant at the Second Reduced Level of the Right Bank]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2006, no. 2, pp. 43—52.
2. Gorokhov E.N. Temperaturnyy rezhim gruntov levoberezhnogo primykaniya Vilyuyskoy GES-3 [Thermal Mode of Soils of the Left-bank Abutment of Vilyuyskaya-3 Hydro-electric Power Plant]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering Construction]. 2003, no. 2, pp. 12—15.
3. Kleyn I.S. Metod rascheta temperaturnogo rezhima kamenno-zemlyanykh plotin [Method of Analysis of the Thermal Mode of Rock-and-earthfill Dams]. Trudy VODGEO [Works of VODGEO Institute]. Moscow, 1981, pp. 162—176.
4. Shugaeva R.T. Prognoz termicheskogo rezhima gruntovoy plotiny Vilyuyskoy GES-III [Projected Thermal Mode of Earth Dam of Vilyuyskaya Hydro-electric Power Plant-III]. Izvestiya VNIIG. Sb. nauch. tr. [News of the All-Union Scientific and Research Institute of Hydraulic Engineering. Collection of Research Works]. 1984, vol. 158, pp. 64—69.
5. Sobol' S.V. Vodokhranilishcha v oblasti vechnoy merzloty [Artificial Water Storage Basins in the Permafrost Conditions]. N. Novgorod, NNGASU Publ., 2007, 432 p.
6. Gorokhov E.N. Teoriya i metod rascheta temperaturno-kriogennogo rezhima plotin iz kamennoy nabroski v kriolitozone [Theory and Method of Analysis of Thermal and Cryogenic Mode of Rock-mound Dams in the Permafrost Zone]. Izvestiya vuzov. Stroitel'stvo [News of Institutions of Higher Education. Construction]. 2005, no. 9, pp. 32—39.
7. Mukhetdinov N.A., Kuz'mina S.A., Kozhevnikova E.A. Konstruktsiya grebnya ka-menno-zemlyanykh plotin v rayonakh Kraynego Severa [Crest Structure of Rock-and-earthfill Dams in the Far Northern Areas]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering Construction]. 2005, no. 2, pp. 13—23.
8. Pekhtin V.A. O bezopasnosti plotin v severnoy stroitel'no-klimaticheskoy zone [Safety of Dams in the North Zone of Construction]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering Construction]. 2004, no. 10, pp. 6—9.
9. Pekhtin V.A., Serov A.A., Susloparov V.A. O konstruktsii grebnei kamenno-zemly-anykh plotin v severnoy stroitel'no-klimaticheskoy zone [Structure of Crests of Rock-and-earthfill Dams in the North Zone of Construction]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering Construction]. 2002, no. 4, pp. 18—20.
10. Serov A.A., Pekhtin V.A. Kolymskaya GES. Opyt stroitel'stva i ekspluatat-sii. [Kolymskaya Hydro-electric Power Plant. Construction and Operation Experience]. St.Petersburg, VNIIG Publ., 1999, 655 p.
11. Rasskazov L.N., Orekhov V.G., Aniskin N.A. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya [Hydraulic Engineering Structures]. Moscow, ASV Publ., 2011, vol. 2, 535 p.
About the author: Aniskin Nikolay Alekseevich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Hydraulic Engineering Structures, Institute of Hydraulic Engineering and Power Plant Construction, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; nikolai_aniskin@ mail.ru.
For citation: Aniskin N.A. Temperaturno-fil'tratsionnyy rezhim prigrebnevoy zony gruntovoy plotiny v surovykh klimaticheskikh usloviyakh [Thermal and Filtration Behaviour of the Earth Dam Crest Area in Severe Climatic Conditions]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 4, pp. 129—137.
ВЕСТНИК
4/2013
УДК 627.41
В.Г. Бааджи, С.И. Рогачко, Н.В. Шунько*
ОГАСА, *ФГБОУВПО «МГСУ»
БЕРЕГОЗАЩИТНОЕ СООРУЖЕНИЕ ОТКОСНОГО ПРОФИЛЯ
С КАМЕРОЙ ГАШЕНИЯ
Обсуждаются причины и обоснована необходимость реконструкции берегозащитных сооружений пассивного типа, защищающих промышленные и гражданские здания, построенные в непосредственной близости от уреза воды.
Дано описание конструкции берегозащитного сооружения с камерой гашения. Такой тип сооружения может успешно противостоять не только воздействию морских волн, но и ровным ледяным полям в суровые зимы редкой повторяемости. Таким образом, это конструктивное решение может надежно защищать примыкающие непосредственно к урезу воды территории, на которых находятся промышленные и гражданские объекты.
При обустройстве морских месторождений углеводородов в мелководной зоне шельфа в настоящее время в различных странах возводятся искусственные острова. Приведенный вид конструкции берегозащитного сооружения целесообразно использовать для защиты откосов таких островов от воздействия штормовых волн и ровных ледяных полей.
Ключевые слова: камера гашения, дрейфующее ледовое образование, силовое воздействие, диссипация, ровное ледяное поле, торос.
Береговые зоны морей обладают богатейшими природными ресурсами и поэтому являются объектом интенсивной хозяйственной деятельности. В прибрежной полосе проживает значительная часть населения стран, морские границы которых включают часть черноморского шельфа. На территориях, примыкающих непосредственно к береговой линии, построены и эксплуатируются крупные промышленные и гражданские объекты. Нередко к морю выходят урбанизированные территории и сельхозугодья. В морских лиманах и заливах построены крупнейшие порты, а также важные объекты рекреации. Процессы абразии и связанные с ними обвально-оползневые явления создают угрозу разрушения промышленных и гражданских объектов, жилых и общественных зданий, сооружений курортного комплекса и коммуникаций, построенных в непосредственной близости от уреза воды [1].
В соответствии с рекомендациями нормативного документа СНиП 2.06.04—82*, большинство из существующих берегозащитных сооружений в процессе проектирования были отнесены к IV классу капитальности. По этой причине они рассчитывались на шторм повторяемостью 1 раз в 25 лет. Поскольку срок их эксплуатации превысил эту цифру, то в настоящее время большинство из них находится в аварийном и предаварийном состояниях. Поэтому многие берегозащитные сооружения требуют частичного ремонта, а некоторые из них нуждаются и в полной реконструкции.
Некоторые берегозащитные сооружения откосного профиля, построенные на морях, были запроектированы для защиты берегов водохранилищ. Как по-
казал опыт эксплуатации, эти сооружения не способны успешно противостоять силовому воздействию ветровых волн, распространяющихся на акваториях морей, в первую очередь, потому что длина разгона штормов на акваториях водохранилищ в несколько раз меньше длины разгона на морских акваториях.
Основной конструктивный недостаток почти всех берегозащитных сооружений состоит в том, что они являются недолговечными, поскольку силовое воздействие ветровых волн способствует переуплотнению грунтового основания. В период наката ветровых волн на берегозащитное сооружение откосного профиля, защищенного бетонным покрытием, происходит только частичное гашение волновой энергии. Откат волн сопровождается проявлением противодавления на тыловую часть покрытия, что способствует выносу мелких частиц из грунтового основания через швы. Благодаря этому под сооружением образуются пустоты, приводящие к локальным, а затем и окончательным разрушениям.
Исходя из вышеизложенного, особый практический интерес представляют новые типы берегозащитных сооружений откосного профиля. Причем эти сооружения должны противостоять воздействию не только ветровых волн, но и ровных ледяных полей, а в некоторых случаях и торосов.
В настоящей работе представлено усовершенствованное берегозащитное сооружение с камерой гашения, защищенное патентом Украины [2], в основу которого было положено известное ранее техническое решение [3]. При этом была поставлена задача создать эффективную и долговечную конструкцию для защиты берегов, откосов земляных плотин и искусственных островных сооружений различного назначения. Конструкция берегозащитного сооружения с камерой гашения приведена на рисунке.
Поперечный разрез сооружения
Берегозащитное сооружение включает короб 1, который состоит из верхней части 2 с элементами внешней шероховатости в виде разных по высоте выступов 3, образующими полуконическую поверхность, каждый выступ перфорирован отверстиями в виде усеченного конуса 4, прямоугольными отверстия-
ВЕСТНИК
4/2013
ми 5 и перепускными окнами 6, расположенными в боковых стенках 7 верхней части короба, нижней части 8, оборудованной прямоугольными выступами 9, попеременно примыкающими к боковым стенкам 10 и щелями 11 переменного по высоте сечения. Берегозащитное сооружение снабжено упорным массивом 12, контрфильтром 13, волноотбойной стенкой 14.
Данное берегозащитное сооружение будет эффективно противостоять силовому воздействию ветровых волн. Так, в штормовые периоды, во время наката волн, будет происходить диссипация волновой энергии за счет взаимодействия волн с разными по высоте выступами, снабженными отверстиями. Некоторая масса воды переносимая гребнем через прямоугольные отверстия, с дальнейшей потерей энергии на выступах, будет заполнять внутреннюю полость короба. В случаях переполнения короба водой будет происходить заполнение соседних коробов через перепускные окна с дальнейшей диссипацией волновой энергии и уменьшением величины наката. В результате существенно уменьшится давление на грунтовое основание под коробом, что благотворно повлияет на долговечность сооружения в целом.
Подход впадины волны будет сопровождаться оттоком массы воды из короба. Через прямоугольные отверстия в нижней части произойдет направленное истечение воды из полости короба, которое ослабит силовое воздействие вновь подходящей волны. Попеременное примыкание прямоугольных выступов к боковым стенкам обеспечивает отток воды из надводной части короба в период и после окончания шторма. Щели переменного сечения по высоте днища снизят величину противодавления на короб при откате волн, увеличив его устойчивость на откосе.
В зимние периоды года на сооружение будут воздействовать дрейфующие ледовые образования в виде только ровных ледяных полей или их обломков, поскольку даже незначительные по высоте торосы не смогут подойти непосредственно к сооружению из-за недостаточной глубины воды. Под воздействием сил дрейфа ровные ледяные поля и их обломки будут наползать на откос, соприкасаясь с верхней частью элементов полуконуса. При этом они будут разрушаться на мелкие обломки за счет изгиба в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Величина обломков будет зависеть от прочностных и метрических характеристик ровных ледяных полей, а также от угла наклона сооружения к горизонту, размеров разрушающих элементов и расстояний между ними. Часть обломков льда будет выжиматься силами дрейфа на откос, а часть из них образует буферную зону перед сооружением, которая будет существенно уменьшать силовое воздействие льда.
Берегозащитное сооружение, описанное в данной работе, может быть успешно применено для защиты берегов, на которых расположены промышленные и гражданские объекты, от силового воздействия ветровых волн и ровных ледяных полей. Причем, особенность данной конструкции с камерой гашения заключается в том, что ее можно использовать и в качестве сооружения активной защиты, например с морской стороны подводных волноломов, применяющихся в комплексе с бунами. Как показывает опыт эксплуатации подводных волноломов на Черноморском побережье, они не эффективно гасят штормовые волны.
Библиографический список
1. Mangor Karsten. 2004. Shoreline Management Guidelines. DHI Water and Environment, 294 p.
2. Рогачко С.И., Бааджи В.Г. Патент на изобретение UA №98645 UA МПК (2012) Е02В 3/04 «Берегозащитное сооружение».
3. Рогачко С.И. Берегозащитное сооружение. Авторское свидетельство № 776109 от 07.07.1980. Бюллетень № 40. Открытия, изобретения и товарные знаки. М., 1980.
Поступила в редакцию в марте 2013 г.
Об авторах: Бааджи Владимир Георгиевич — аспирант кафедры энергетического и водохозяйственного строительства, Одесская государственная академия строительства и архитектуры (ОГАСА), Украина, 65029, г. Одесса, ул. Дидрихсона, д. 4, [email protected];
Рогачко Станислав Иванович — доктор технических наук, профессор кафедры энергетического и водохозяйственного строительства, Одесская государственная академия строительства и архитектуры (ОГАСА), Украина, 65029, г. Одесса, ул. Дидрихсона, д. 4, [email protected];
Шунько Наталья Владимировна — заведующий Отраслевой научно-исследовательской лабораторией морских нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, mtshunko@ rambler.ru.
Для цитирования: Бааджи В.Г., Рогачко С.И., Шунько Н.В. Берегозащитное сооружение откосного профиля с камерой гашения // Вестник МГСУ. 2013. № 4. С. 138—142.
V.G. Baadzhi, S.I. Rogachko, N.V. Shun'ko
COAST PROTECTION STRUCTURES WITH A WAVE DISSIPATION CHAMBERS
Presently, many coast protection structures built in the 20th century along the coastline of the Black and Azov seas are in the emergency state. The pre-set term of their service life has expired, as they were designed to withhold substantial storm loads occurring every 25 years. These structures were repeatedly exposed to design storm loads. Besides, during severe winters, they were exposed to ice loads. Passive coast protection structures designated for protection of areas accommodating industrial and civil buildings close to the shoreline need urgent restructuring.
New design of a passive coast protection structure is presented in this paper in detail. The proposed structure can efficiently resist both the load of sea waves and ice in rare severe winters. Thus, this structural solution can reliably protect areas accommodating industrial and civil buildings close to the shoreline.
Currently, artificial islands are used to extract hydrocarbons from sea deposits in the shallow waters of the continental shelf. New passive coast protection structures can be used to protect slopes of artificial islands and earth dams from waves and ice.
Key words: dissipation chamber, drifting ice, load intensity, dissipation, hummock, coast protection structures, shore management.
References
1. Mangor Karsten. Shoreline Management Guidelines. DHI Water and Environment, 2004, 294 p.
ВЕСТНИК AI-iMt.
4/2013
2. Rogachko S.I., Baadzhi V.G. Patent na izobretenie UA № 98645 UA MPK (2012) E02V 3/04 «Beregozashchitnoe sooruzhenie» [Patent for an Invention UA №98645 UA MPK (2012) E02V 3/04 Coast Protection Structure].
3. Rogachko S.I. Beregozashchitnoe sooruzhenie. Avtorskoe svidetel'stvo № 776109 ot 07.07.1980. Byulleten' № 40. Otkrytiya, izobreteniya i tovarnye znaki. [Coast Protection Structure. Authorship Certificate no. 776109 of 07.07.1980. Bulletin no. 40. Discoveries, Inventions and Trademarks]. Moscow, 1980.
About the author: Baadzhi Vladimir Georgievich — postgraduate student, Department of Construction of Energy Engineering and Water Engineering Structures, Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture (OGASA), 4 Didrikhsona st., Odessa, 65029, Ukraine; [email protected];
Rogachko Stanislav Ivanovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Construction of Energy Engineering and Water Engineering Structures, Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture (OGASA), 4 Didrikhsona st., Odessa, 65029, Ukraine; [email protected];
Shun'ko Natal'ya Vladimirovna — Director, Laboratory of Research Laboratory of Marine Oilfield Structures, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; nа[email protected].
For citation: Baadzhi V.G., Rogachko S.I., Shun'ko N.V. Beregozashchitnoe sooruzhenie otkosnogo profilya s kameroy gasheniya [Coast Protection Structures with Wave Dissipation Chambers]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 4, pp. 138—142.
