Искусственный остров

 

Использование: в гидротехническом строительстве, в частности при создании искусственного острова для разведки и освоения морских полезных ископаемых. Сущность изобретения: для сохранения работоспособности острова в сложных природно-климатических условиях искусственный остров содержит понтон основания, верхний понтон, который посредством шарнира связан с плитами защитной оболочки. Шарниры зафиксированы на плитах на расстоянии от их нижних кромок большем расстояния от этой кромки до центра тяжести плиты. Понтон 1 охватывает понтон 2 и снабжен упорным выступом 5, сформированным на его верхней плоскости. Понтоны 1 и 2 скреплены между собой гибкими тягами 6 (цепями или тросами). Кроме того, он содержит изолирующий элемент 7 в виде кольцеобразной оболочки из гибкого материала, форма которой повторяет внутренюю поверхность защитной оболочки, или в виде удлиненной емкости, размещаемой в желобах, которыми снабжаются в этом случае контактирующие друг с другом кромки плит 4. Грунтовое ядро острова размещается внутри защитной оболочки, оборудованной плитами 4. 4 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к возведению гидротехнических сооружений для разведки и освоения морских месторождений полезных ископаемых и т.п.

Известен искусственный остров, содержащий грунтовое ядро и оградительную оболочку, выполненную в виде телескопического кессона, секции которого снабжены балластируемыми понтонами [1] Недостаток этого технического решения повышенная материалоемкость и невозможность сооружения таким образом островов значительных габаритных размеров, особенно при увеличении глубины акватории.

Известен также искусственный остров, содержащий грунтовое ядро, защитную оболочку, размещенную вокруг грунтового ядра, два замкнутых по периметру понтона, один из которых размещен в основании защитной оболочки, а другой размещен в пределах грунтового ядра и соединен с верхней частью защитной оболочки, гибкие элементы фиксации понтонов друг с другом, изолирующие элементы для защиты грунтового ядра от размыва [2] Недостаток этого технического решения слабая герметичность защитной оболочки из-за неплотного прилегания полок двутавров смежных витков, а потому ее недостаточная надежность, кроме того недостаточная несущая способность оболочки требует для ее возведения либо очень благоприятных природно-погодных условий, либо очень высокой скорости заполнения ее внутреннего пространства, что осложняет использование в сложных природно-климатических условиях и снижает ее надежность.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в повышении надежности искусственного острова в сложных природно-климатических условиях.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в повышении герметичности защитной оболочки при обеспечении ее повышенной несущей способности, позволяющей сохранить работоспособность ограждающего сооружения искусственного острова независимо от отсутствия-наличия грунтового ядра.

Поставленная задача решается тем, что искусственный остров, содержащий грунтовое ядро, защитную оболочку, размещенную вокруг грунтового ядра, два замкнутых по периметру понтона, один из которых размещен в основании защитной оболочки, а другой размещен в пределах грунтового ядра и соединен с верхней частью защитной оболочки, гибкие элементы фиксации понтонов друг с другом, изолирующие элементы для защиты грунтового ядра от размыва, отличается тем, что шарнир плиты защитной оболочки зафиксирован на плите на расстоянии от ее нижней кромки, превышающем расстояние от этой же кромки плиты до ее центра тяжести, при этом нижний понтон выполнен с вертикальным выступом по внешнему периметру, причем плиты защитной оболочки своими нижними кромками уперты во внутреннюю стенку выступа и оперты на сопряженную с ним верхнюю поверхность нижнего понтона.

Кроме того, изолирующий элемент выполнен из гибкого, непроницаемого для мелкозернистого песка, материала в виде замкнутого полотнища, конгруэнтного внутренней поверхности защитной оболочки, верхняя и нижняя кромки которого соединены соответственно с верхним и нижним понтонами.

Кроме того, изолирующие элементы выполнены из гибкого водонепроницаемого материала, в виде перекрытых снизу удлиненных емкостей, заполненных твердеющим материалом, длина которых не меньше расстояния от нижней кромки плиты защитной оболочки до оси ее шарнира, а площадь поперечного сечения не меньше двух площадей сечения желобов, выполненных, по меньшей мере, в одних из обращенных друг к другу торцевых поверхностях плит защитной оболочки, в которых размещены изолирующие элементы.

Кроме того, каждый изолирующий элемент зафиксирован в соответствующем ему желобе плиты защитной оболочки.

Кроме того, толщина плит защитной оболочки увеличена в местах продольного контакта их друг с другом.

Анализ совокупности признаков, характеризующих заявленное решение, в сопоставлении с признаками аналогов и прототипа позволяет утверждать о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают задачу обеспечения возможности самораскрываемости защитного сооружения искусственного острова.

На фиг.1 схематически показан вид поперечного сечения через ограждающее сооружение острова при его транспортном положении; на фиг.2 то же, вид сверху; на фиг. 3 поперечный разрез искусственного острова (при кольцеобразном изолирующем элементе); на фиг.4 вид сверху искусственного острова; на фиг.5 фрагмент поперечного сечения защитной оболочки (при кольцеобразном изолирующем элементе); на фиг.6 то же, при изолирующем элементе в виде удлиненной емкости; на фиг.7 расчетная схема по определению параметров защитной оболочки.

Искусственный остров содержит понтон 1 основания, верхний понтон 2, котоpый посредством шарнира 3 связан с плитами 4 защитной оболочки. Понтон 1 охватывает понтоны 2 и снабжен упорным выступом 5, сформированным на его верхней плоскости. Понтоны 1 и 2 скреплены между собой гибкими тягами 6 (например, цепями или тросами). Кроме того, на чертежах показан изолирующий элемент 7, выполненный в виде замкнутого полотнища из гибкого материала, форма которого повторяет внутреннюю поверхность защитной оболочки.

Желоба 8 выполнены на контактирующих друг с другом кромках плит 4. Грунтовое ядро 9 острова размещено внутри защитной оболочки, образованной плитами 4. Кроме того, на чертежах показаны опорная поверхность 10 (дно акватории), изолирующий элемент, выполненный в виде удлиненной емкости 11.

Понтоны 1 и 2 выполнены из железобетона, имеют в плане форму многогранника и собираются из понтонов (имеющих в плане форму трапеции), стыкуемых друг с другом. Плиты 4 защитной оболочки выполнены также из железобетона. Длину плит 4 принимают такой, чтобы они были не меньше величины l_п, определяемой из выражения l_п ≥ Н/sin α, где l_п проектная длина плиты; Н проектное превышение шарнира 3 над верхней плоскостью понтона 1; α проектный угол наклона плиты 4 к горизонту.

Если длина плиты принимается равной величине, определяемой из вышеприведенного выражения, шарнир 3 размещают у верхней кромки плиты 4, в противном случае верхняя кромка плиты 4 будет нависать над понтоном 2 (при транспортном размещении элементов ограждения искусственного острова).

В зависимости от проектных размеров искусственного острова, грузоподъемности подъемных механизмов, используемые при монтаже защитной оболочки плиты 4, формирующие каждую грань искусственного острова, выполняют либо сплошными (тогда они имеют в плане вид равнобедренной трапеции), либо составными, тогда крайние плиты 12 (см. фиг.5) имеют вид неравнобедренных трапеций, зеркально повторяющих друг друга, средние плиты 13 имеют вид пластин, прямоугольных в плане.

Целесообразно, чтобы плиты 4 были снабжены продольными ребрами жесткости, например за счет их утолщения у продольных кромок (кромками плиты контактируют друг с другом).

Предпочтительно, чтобы упорный выступ 5 понтона 1 был сформирован как неразъемный элемент понтона. Толщину этого выступа принимают из условия сохранения прочности при воздействии на него веса плиты 4 защитной оболочки, не скомпенсированного подъемной силой верхнего понтона 2. Гибкие тяги 6 (в количестве не менее 3 штук) закрепляют на понтоне 1 и, пропустив через клюзы понтона 2 (на чертежах не показаны ) или специально закрепленные на нем петли, фиксируют (стопорят) на верхней плоскости понтона 2. Для этих целей целесообразно использовать лебедки, временно размещаемые на понтоне 2 и демонтируемые после установки понтона на опорной поверхности 10.

Изолирующий элемент 7 представляет сoбой цельносклеенное замкнутое полотнище из ткани, не проницаемой для мелкозернистого песка, т.е. наиболее мелких частиц материала, используемого для отсыпки грунтового ядра. Верхняя кромка такой оболочки фиксируется на верхнем понтоне 2, а нижняя, соответственно, на нижнем. При использовании такого изолирующего элемента контактирующие кромки плит 4 защитной оболочки выполняются гладкими, т.е. без желобов 8. При использовании изолирующих элементов в виде удлиненных емкостей 11 используют рукава из гибкого водонепроницаемого материала (например, прорезиненной ткани или синтетической), нижний конец которого наглухо перекрывают. Эти "рукава" 11 фиксируют в одном из желобов 8, выполненных на контактирующих друг с другом кромках плит 4 (если желоба 8 выполнены на обеих кромках плит), а если желоба выполнены только на одной из стыкуемых кромок плит, "рукава" 11 размещают в каждом желобе 8. "Рукава" 11 фиксируют так, чтобы они не выступали за пределы желоба 8, что исключает их выдергивание из желоба и (или) разрушение при "раскрытии" ограждающего сооружения искусственного острова из транспортного положения в рабочее (проектное). При небольших глубинах акватории (и небольшой длине плит 4) возможна установка "рукавов" 11 после развертывания ограждающего сооружения из транспортного положения (при этом "рукава" 11 вводят в каждый желоб, т.е. каждый стык плит 4). Монтаж острова осуществляется следующим образом.

Вначале собирают круговые замкнутые понтоны 1 и 2 из линейных понтонов так, чтобы понтон 1 охватывал понтон 2. Понтоны 1 и 2 фиксируют друг с другом гибкими тягами 6, один конец которых фиксируют на понтоне 1, а свободный конец пропускают через клюзы понтона 2 и размещают на барабане соответствующей лебедки, временно монтируемой на понтоне 2.

Плиты 4 защитной оболочки укладывают на собранное таким образом "плавучее основание" и скрепляют с понтоном 2 шарниром 3.

Операцию установки изолирующего элемента 7 осуществляют следующим образом: замкнутое полотнище 7 укладывают на верхнюю плоскость понтона 1 и скрепляют с ним его нижнюю кромку, а верхнюю кромку замкнутого полотнища 7 скрепляют с понтоном 2, после чего устанавливают плиты 4 защитной оболочки.

При использовании изолирующего элемента, выполненного в виде рукава 11, используют плиты 4, снабженные желобами 8 на продольных кромках, при этом перед скреплением плит 4 с понтоном 2 в их желобах 8 фиксируют "рукава" 11.

Собранное в транспортное положение ограждающее сооружение искусственного острова представляет сoбой концентрично-размещенные понтоны 1 и 2, на которых уложены плиты 4, при этом последние шарнирно скреплены с понтоном 2 и свободно оперты на выступ 5 понтона 1.

Далее, собранное указанным образом ограждающее сооружение искусственного острова выводят на место установки острова, где затапливают понтон 1, который, погружаясь на дно, уходит из-под опертого на него конца плиты 4, которая в результате этого, поворачиваясь в шарнире 3, постепенно принимает проектный наклон к горизонту. При этом, нижняя кромка каждой плиты 4 вначале выходит на верхнюю плоскость выступа 5 (с внешней стороны понтона), проскальзывает по ней до конца выступа и соскальзывает с него, переходя на верхнюю плоскость понтона 1. Работу монтажных лебедок координируют так, чтобы натяжение всех гибких тяг 6 было одинаковым.

Если после этой операции нижние кромки плит 4 не будут контактировать с верхней плоскостью понтона 1, понтон 2 притапливают до их опускания на эту плоскость. Затем выбирают слабину гибких тяг 6, жестко фиксируют их верхние концы на понтоне 2 и демонтируют монтажные лебедки.

После этого осуществляют отсыпку грунтового ядра (при использовании изолирующего элемента в виде замкнутого полотнища 7).

При использовании изолирующего элемента в виде "рукава" 11, перед отсыпкой грунтового ядра внутрь защитной оболочки необходимо обеспечить ее непроницаемость, для чего в "рукава" 11 вводят твердеющий состав, например пенополиуретан, полимербетон и т.д.

Формула изобретения

1. ИСКУССТВЕННЫЙ ОСТРОВ, содержащий грунтовое ядро, защитную оболочку, размещенную вокруг грунтового ядра, два замкнутых по периметру понтона, один из которых размещен в основании защитной оболочки, а другой размещен в пределах грунтового ядра и соединен с верхней частью защитной оболочки, гибкие элементы фиксации понтонов друг с другом, изолирующие элементы для защиты грунтового ядра от размыва, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена из соединенных между собой железобетонных плит, соединение понтона с верхней частью защитной оболочки выполнено с помощью шарниров, зафиксированных на плите на расстоянии от ее нижней кромки, большем расстояния от этой кромки до центра тяжести плиты, при этом нижний понтон выполнен с вертикальным выступом по внешнему периметру, причем плиты защитной оболочки своими нижними кромками уперты во внутреннюю стенку выступа и оперты на сопряженную с ним верхнюю поверхность нижнего понтона.

2. Остров по п.1, отличающийся тем, что изолирующий элемент выполнен из гибкого, непроницаемого для мелкозернистого песка материала в виде замкнутого полотнища, конгруэнтного внутренней поверхности защитной оболочки, верхняя и нижняя кромки которого соединены соответственно с верхним и нижним понтонами.

3. Остров по п.1, отличающийся тем, что изолирующие элементы выполнены из гибкого водонепроницаемого материала в виде перекрытых снизу удлиненных емкостей, заполненных твердеющим материалом, длина которых не меньше расстояния от нижней кромки плиты защитной оболочки до оси ее шарнира, а площадь поперечного сечения не меньше двух площадей поперечного сечения желобов, выполненных по меньшей мере в одних из обращенных одна к другой торцевых поверхностях плит защитной оболочки, в которых размещены изолирующие элементы.

4. Остров по пп.1 3, отличающийся тем, что толщина плит защитной оболочки увеличина в местах продольного контакта их одна с другой.

5. Остров по п.3, отличающийся тем, что каждый изолирующий элемент зафиксирован в соответствующем ему желобе плиты защитной оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7