РД 31.31.55-93. (Только для проектирования на территории России) Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений

10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОТБОЙНОГО ПАЛА 10.1. Настоящие указания распространяются на расчет гибких односвайных и многосвайных отбойных палов. В случае многосвайного пала все сваи следует принимать одинаковой жесткости, а распределение усилий при навале судна - равномерным между сваями.

ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ 10.2. Количество и расположение отбойных палов определяется диапазоном размерений обслуживаемых у причала судов, принятой технологией их обработки и устанавливается при компоновке причального сооружения в целом.

10.3. Отметка верха палов выбирается с учетом положения вершины расчетной волны, а также с учетом требований размещения на них отбойных и швартовных устройств, обеспечивающих безопасную эксплуатацию судов и сооружений.

10.4. При конструировании следует отдавать предпочтение односвайному отбойному палу, работающему одинаково во всех направлениях и не требующему сложных раскреплений верхнего строения.

10.5. В случае многосвайного гибкого отбойного пала число свай выбирается в соответствии с энергией навала расчетного судна и расчетной энергопоглощающей способностью одной сваи. При этом рекомендуется принимать их в количестве не более шести.

В плане сваи размещаются либо в пределах прямоугольника, либо трапеции. Сваи могут быть забиты с небольшим наклоном в сторону акватории, что создает возможность повысить энергопоглощающую способность пала.

10.6. Отбойные палы рекомендуется выполнять из стальных труб. В целях экономии металла необходимо использовать трубы с повышенными прочностными характеристиками.

10.7. При конструировании отбойных палов для достижения большей их гибкости и экономии металла рекомендуется применять трубы со стенками переменной толщины в соответствии с эпюрой изгибающих моментов по высоте пала. При этом следует изменять внутренний диаметр труб, а наружный оставлять постоянным.

10.8. Отбойные палы должны быть оборудованы отбойными устройствами, позволяющими распределять реактивное усилие от пала на корпус судна.

10.9. Крепление отбойного устройства к палу рекомендуется выполнять при помощи шарнира, что позволяет поворачиваться ему на угол, под которым судно наваливается на отбойный пал. Для ограничения поворота отбойного устройства необходимо устанавливать ограничители. Возврат отбойного щита в исходное положение производится резиновыми амортизаторами.

10.10. При сопряжении отдельных свай многосвайного пала в один куст следует обеспечивать их свободное смещение как консолей.

10.11. В верхней части многосвайного пала рекомендуется предусматривать устройства, позволяющие равномерно передавать моменты кручения на каждую сваю в случае внецентренного удара при навале судна.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА 10.12. Расчетной схемой отбойного пала при действии горизонтальной силы (черт. 10.1) является гибкий вертикальный стержень, погруженный в грунт основания, свойства которого моделируются коэффициентом постели.

Черт. 10.1.

10.13. Реакция грунта основания j-ом слое при перемещении пала под действием горизонтальной силы представляется зависимостью

, (10.1)

где C_z - коэффициент постели на границе j-го слоя грунта, кН/м³, определяемый по п. 10.14;

К_j - коэффициент пропорциональности изменений коэффициента постели по глубине j-го слоя грунта, кН/м⁴, принимаемый в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-75;

z - координата сечения пала, м;

h - высота от точки приложения усилия навала (начало координат) до дна, м;

п - количество вышележащих слоев грунта;

t_j - толщина j-го слоя грунта, м;

x_z - перемещение сечения пала с координатой, м;

d_н - наружный диаметр пала, м.

10.14. При многослойном основании коэффициент постели С_z на границе j-го слоя определяется по формуле

c_z=L_j+1K(z-h). (10.2)

10.15. Глубина погружения пала в грунт определяется в процессе его расчета как балки на упругом основании. За расчетную принимается глубина, на которой находится вторая нулевая точка упругой линии (см. черт. 10.1).

10.16. Энергопоглощающая способность собственного пала E_i определяется по формуле

E_i=0,5F_qa, (10.3)

где F_q - расчетная горизонтальная сила, кН, приложенная в точке навала судна;

а - перемещение пала, м, под действием силы в точке ее приложения.

10.17. При оборудовании пала отбойными устройствами энергопоглощающая способность которых определяется по паспортным данным. При этом должно выполняться условие

F_отб£F_q, (10.4)

где F_отб - усилие, кН, при котором реализуется паспортная энергоемкость отбойных устройств;

F_q - расчетная горизонтальная сила, кН, действующая на пал.

10.18. В случае использования отбойных устройств общая энергопоглощающая способность пала определяется в соответствия с требованиями СНиП 2.06.04-82*.

10.19. При применении отбойного щита для распределения реактивного усилия от пала на корпус судна его площадь А, м², определяется по формуле

, (10.5)

где q_пр - расчетная удельная нагрузка на борт судна, принимаемая по паспортным данным, кН/м².

10.20. Расчет собственно пала полностью ориентирован на ЭВМ и выполняется по программе ALTEST.

11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК И УЗКИХ ЗАСЫПНЫХ ПИРСОВ 11.1. Настоящие указания распространяются на проектирование конструкций из цилиндрических ячеек из плоского стального шпунта и узких засыпных пирсов в виде взаимозаанкеренного больверка (черт. 11.1).

РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК 11.2. Основные размеры цилиндрических ячеек определяются из условия их устойчивости и прочности несущих элементов при воздействии горизонтальных нагрузок и собственного веса конструкции с учетом эксплуатационных нагрузок на его территории.

11.3. Глубина погружения шпунта в грунт основания определяется расчетом устойчивости на плоский сдвиг или по круглоцилиндрической поверхности в соответствии с требованиями раздела 6.

Черт. 11.1

11.4. Диаметр цилиндрической ячейки определяется из условия устойчивости на сдвиг по вертикальной плоскости при воздействии горизонтальных нагрузок без учета временно распределенных нагрузок на территории

, (11.1)

где g_lс g_c, g_п - тo же, что в п.4.3;

M_t - суммарный момент от внешних горизонтальных нагрузок относительно центра тяжести подошвы сооружения, кНм;

М_r - суммарный момент удерживающих сил, относительно центра тяжести подошвы сооружения, кНм.

11.5. Суммарный момент удерживающих сил определяется по формуле

, (11.2)

где d - диаметр конструкции, м;

Е_ая - горизонтальная составляющая активного давления грунта засыпки, кН/м (п. 11.6);

j_red - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта в сооружении, град;

f - коэффициент трения в замках шпунтовой конструкции, принимаемый равным 0,4;

N - равнодействующая дополнительных сил сопротивления смещению грунта в сооружении по вертикальной плоскости за счет сопротивления дополнительных элементов жесткости (противоледовый пояс, бетонное кольцо и т.п.), кН, (п. 11.7);

d - угол трения грунта о шпунтовую конструкцию, принимаемый равным 0,667j_red, но не более 30°, град;

М₀ - момент реактивного давления действующего на внешнюю поверхность конструкции, относительно подошвы сооружения, кН×м, (п. 11.8).

11.6. Горизонтальную составляющую активного давления грунта следует определять по формуле

Е_ая=h_iЕ_a (11.3)

где h_iЕ_a - коэффициент уменьшения давления грунта, определяемый по графику на черт. 11.2;

Е_a - горизонтальная составляющая активного давления от веса грунта засыпки, определяемая в соответствии с требованиями раздела 5.

Черт. 11.2. График изменения коэффициента h

11.7. Равнодействующая дополнительных сил сопротивления определяется по формуле

N=AR, (11.4)

где А - площадь поперечного сечения элемента жесткости, м²;

R - расчетное сопротивление на срез (растяжение) материала элемента жесткости, кПа.

11.8. Момент реактивного давления грунта М₀ следует определять по формуле

M₀=a_EdЕ_aq (11.5)

где a_E - расстояние от горизонтальной составляющей активного давления грунта Е_aq подошвы сооружения, м;

Е_aq - горизонтальная составляющая активного давления грунта с внешней стороны ниже уровня дна, кН.

11.9. Расчет прочности замковых соединений шпунтовых конструкций следует выполнять, исходя из условия

, (11.6)

где g_lс g_c, g'_п - тo же, что в п. 4.3;

Р₃ - разрывающее усилие в замках шпунтовой конструкции, кН/м, (п. 11.10);

R₃ - предельное сопротивление в замках разрывающим усилием, кН/м.

11.10. Разрывающее усилие Р₃ следует определять по формуле

р₃=р_3,гр+Р_3,F, (11.7)

где р_3,гр - разрывающее усилие от активного давления грунта в сооружении, кН/м;

Р_3,F - разрывающее усилие от активного давления грунта, кН/м, вызванного внешней горизонтальной нагрузкой.

Разрывающие усилия р_3,гр, Р_3,F следует определять по формулам:

р_3,гр=0,5dP_a,max; (11.8)

, (11.9)

где P_a,max - максимальная ордината эпюры активного давления грунта, кПа;

F - горизонтальная нагрузка на сооружение, кН;

G_K - собственный вес сооружения от верха до отметки максимальной ординаты эпюры активного давления грунта, кН.

11.11. Максимальная ордината эпюры активного давления грунта P_a,max определяется по формуле

P_a,max=Р_аh_i (11.10)

где Р_а - максимальная ордината давления грунта на плоскую стенку, кПа, определяемая в соответствии с требованиями раздела 5;

h_i - коэффициент уменьшения давления грунта, определяемый по черт. 11.2.

РАСЧЕТ УЗКИХ ЗАСЫПНЫХ ПИРСОВ 11.12. При расчете устойчивости узких засыпных пирсов на сдвиг по вертикальной плоскости должно быть выполнено условие (11.1) и требования пп. 11.13, 11.14.

11.13. Суммарный момент удерживающих сил М_r отнесенный к 1 м длины пирса, определяется по формулам:

на нескальном основании

; (11.11)

на основании, подстилаемом скальным грунтом

, (11.12)

где b_п - ширина пирса, м;

Е_а,1 - горизонтальная составляющая активного давления грунта на лицевую стенку пирса, кН/м;

Е_а,2 - горизонтальная составляющая активного давления грунта с внешней стороны ниже уровня дна на лицевую стенку пирса, кН/м;

d₁ - угол трения грунта о лицевую стенку пирса, принимаемый 0,667j_red, но не более 30°град;

d₁ - угол трения грунта о лицевую стенку пирса с внешней стороны, принимаемый 0,667j_red,2, но не более 30° (j_red,2 - средневзвешенное значение угла внутреннего трения грунта ниже уровня дна с внешней стороны лицевой стенки пирса), град;

a_п - расстояние между поперечными стенками, м;

M₀ - момент реактивного давления грунта на внешнюю поверхность лицевой стенки пирса относительно подошвы сооружения кН/м (п. 11.14).

Примечание. При отсутствии поперечных стенок третий член в формулах (11.11, 11.12) равен нулю.

11.14. Момент реактивного давления М₀ следует определять по формуле

М₀=а_Е,2Е_а,2 (11.13)

где а_Е,2 - расстояние от горизонтальной составляющей активного давления грунта Е_а,2 до подошвы сооружения, м.

11.15. Расчет общей устойчивости узкого засыпного пирса выполняется в соответствии с требованиями раздела 6.

Расчет конструктивных элементов пирса следует выполнять в соответствии с требованиями раздела 8.

12. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ УСЛОВИЙ АРКТИКИ ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ 12.1. Лицевые стенки засыпных причальных сооружений для условий Арктики следует выполнять из стальных шпунтовых свай или труб, экранирующие элементы - из железобетонных свай и свай-оболочек. Допускается применение для лицевых стенок элементов из предварительно напряженного железобетона и бетона высокой прочности.

12.2. Для тонкостенных конструкций в зоне действия ледовой нагрузки в необходимых случаях следует предусматривать создание противоледового пояса из стального проката или сталебетона. Высоту противоледового пояса рекомендуется принимать на 1 м больше расчетной толщины льда.

Отметку низа надстройки следует принимать ниже расчетного уровня воды не менее чем на 0,2 м.

12.3. При проектировании сооружений с созданием мерзлого ядра необходимо предусматривать уплотнение обратной засыпки.

12.4. Покрытие откосных сооружений не должно иметь выступающих частей. Для уменьшения воздействия льда на откосы следует предусматривать устройство берм на откосе.

12.5. Для стационарного перегрузочного оборудования и механизмов, располагаемых на ледяном сооружении, следует предусматривать свайное основание, выполняемое погружением свай в грунт через ледяной массив.

12.6. При проектировании ледяных причальных сооружений, эксплуатируемых более двух навигаций, следует предусматривать, как правило, тепло- и гидроизоляцию ледяного массива, а при соответствующем технико-экономическом обосновании - использование термосвай или системы искусственного охлаждения.

12.7. Для ледяных сооружений, эксплуатируемых одну-две навигации, допускается вместо тепло- и гидроизоляции предусматривать большее сечение конструкции, чем это требуется по расчету или технологическим требованиям, учитывая таяние незащищенной ледяной конструкции в летний период. При эксплуатации таких сооружений в течение нескольких навигаций следует предусматривать возможность ежегодного домораживания в зимний период стаявшего летом льда конструкции.

12.8. Для повышения надежности ледяных причальных сооружений рекомендуется предусматривать армирование всего массива льда или на ширине не менее 1,5 м от боковых поверхностей массива опилками, древесным, бумажным или искусственным волокном и т п.

12.9. При армировании ледяного массива стальными канатами рекомендуется располагать их в несколько рядов по ширине и высоте, вдоль и поперек сооружения отдельными секциями с перекрытием друг друга по длине. При необходимости анкеровки массива выпуски каната крепятся за береговые опоры.

12.10. Для исключения повреждения конструкции ледяного сооружения при швартовке судна следует предусматривать защиту лицевой стенки отдельными деревянными сваями, сваями с навеской на них отбойных устройств, ряжевыми конструкциями.

12.11. В качестве швартовных устройств рекомендуется использовать деревянные сваи, вмороженные в ледяной массив или забитые в грунт через ледяной массив, вмороженные в ледяной массив рамы, за которые закреплены швартовные гаки.

12.12. Закладные детали ледяных сооружений следует предусматривать из дерева. Применение стальных элементов и конструкций в ледяном массиве без специальных мероприятий по предотвращению таяния льда в летний период (покраска белой краской, термозащита и т.п.) не рекомендуется.

12.13. Следует предусматривать перехват и отвод от ледяного сооружения береговых поверхностных вод, например, созданием водоотводящих канав.