1. Исходные данные
1.1 Описание объекта
АО «Колымская судоходная компания» является единственным специализированным предприятием речного транспорта в бассейне реки Колыма. Компания создана в марте 1993 года в результате приватизации Зырянского речного порта. [10]
Основная деятельность предприятия – перевозки и погрузочно-разгрузочные работы. Общая протяженность эксплуатируемых компанией водных путей – 2196 километров. Средняя дальность перевозок 728 километров. Перевозки осуществляются в основном по реке Колыме, а так же по рекам Омолон и Анюй.
Предприятие обеспечивает практически 100 % потребности обслужи-ваемых регионов в перевозках. КСК расположена в пределах Крайнего Севера. На работников распространяются льготы, предусмотренные законодательством. Существует тенденция прироста объема перевозок на ближайшие годы.
Причальная набережная АО «Колымская судоходная компания» в по-селке Зырянка расположена на левом берегу реки Колыма, при впадении ре-ки Ясачная (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Причальная набережная АО «Колымская судоходная компания»
в поселке Зырянка
Причальная набережная выполнена в виде гравитационной стенки из ряжа вертикального профиля (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 – Причальная набережная АО «Колымская судоходная компания»
Причальная набережная пассажирских и грузовых причалов представ-ляет собой деревянные ряжи сплошной рубки, срубленные из бревен лист-венницы диаметром 16-70 см. Общая протяженность причальной набережной составляет 106,5 м. Высота причальной набережной 7,5 м. Она состоит из 3 секций:
- первая секция – 30,0 м. Проектная организация – Сибгипроре-чтранс. Строительная организация – техотдел Зырянского речного порта. Время постройки – 1976 г.;
- вторая секция – 30,0 м. Проектная организация – Сибгипроре-чтранс. Строительная организация – техотдел Зырянского речного порта. Время постройки – 1987 г.;
- третья секция – 46,5 м. Проектная организация – Сибгипроре-чтранс. Строительная организация – техотдел Зырянского речного порта. Время постройки -1989 г.
Участок №1 и №3 имеет в поперечном сечении три банки, протяженностью по 2,8 м. Участок №2 – 2 банки, протяженностью по 2,8 м. [10]
1.2 Климатическая характеристика
Климат Якутии весьма суров, на большей части резко континентален и засушлив, что определяется географическим положением и своеобразием атмосферных процессов.
Отличительная черта климата – выраженный антициклональный режим погоды зимой и частые вторжения воздушных масс со стороны Северного Ледовитого океана с очень малым содержанием водяного пара летом. Зима продолжительная, холодная и малоснежная, а лето короткое, на большей части территории засушливое с относительно высокими температурами (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 Температура воздуха для каждого из месяцев, усредненная за десяти-летний период.
На графике показана информация о температуре воздуха для каждого из месяцев, усредненная за десятилетний период.
Сплошные линии показывают - минимальную и максимальную темпе-ратуру за сутки, усредненные за месяц. Они соответствуют типичным ночной и дневной температурам. [4]
Климат рассматриваемого района муссонный. Основную роль в фор-мировании климата в регионе играет циркуляция атмосферы. Так как район отличается большим разнообразием рельефа, основные потоки воздушных течений искажаются, что вызывает различия в микроклиматических особен-ностях отдельных областей, но общий муссонный характер климата с обилием осадков в летний период, сохраняется. Он создается под влиянием влажных переносов воздуха.
С ноября по январь в полярном бассейне коротковолновая радиация отсутствует (полярная ночь). На остальной части территории доля прямой радиации в суммарной в это время невелика и составляет 14% на севере и 33% на юге. Наиболее благоприятными для поступления прямой солнечной радиации являются март и апрель, в эти месяцы ее приход составляет от 44 до 67% возможного.
Минимальный приток радиации отмечается в декабре. Южнее поляр-ного круга суммарная радиация изменяется в пределах 0-42 МДж/м2, прямая - в пределах 0-1 МДж/м2.
Для годового хода характерно резкое увеличение притока радиации с февраля к марту. Это обусловлено как увеличением высоты солнца и про-должительности дня, так и наименьшей облачностью и высокой прозрачно-стью атмосферы. [4]
Весна характеризуется как переходный сезон, в котором подготавливается смена зимнего муссона летним. Осенью этот процесс носит обратный характер. На большей части территории района осень солнечнее и теплее весны.
В годовом и навигационном распределении ветров преобладают северо-западные ветры, повторяемость которых составляет 42% за год, 27 % за навигацию и 54% в зимний период.
Наименьшую повторяемость имеют северо-восточные и юго-западные ветры, их повторяемость составляет 3 и 5% соответственно (рису-нок 1.4).
Рисунок 1.4 – Роза ветров
1.3 Русловые процессы на участке реки
Русловые процессы представляют собой совокупность явлений, свя-занных с взаимодействием потока и грунтов, слагающих ложе реки, эрозией, транспортом и аккумуляцией наносов, определяющих размывы дна и берегов рек, развитие различных форм русел и форм руслового рельефа, режим их сезонных, многолетних и вековых изменений. Такое определение включает в себя сущность русловых процессов (взаимодействие потока и русла, движение наносов), их проявления (формы русла и руслового рельефа, русловые деформации), временную изменчивость (русловой режим) и, таким образом, отражает в полной мере предмет исследования учения о русловых процессах – русловедения.
Река Колыма (якут. Халыма) – крупнейшая река Магаданской области (рисунок 1.5). Общая протяженность реки 2513 км (от истока реки Кеньели-чи, правой составляющей реки Кулу), из них 1400 км она течет по террито-рии Магаданской области, остальное – на территории Якутии. Площадь бассейна – 643 тыс. км?. Годовой сток составляет около 120 км?.[4]
Рисунок 1.5 Бассейн реки Колыма
На реке находится комплекс гидроэлектростанций, который обеспечи-вает электроэнергией большую часть Магаданской области и Магадана.
Колымский каскад ГЭС суммарной действующей мощностью 1068 МВт, среднегодовой выработкой 3,33 млрд кВт·ч состоит из двух ступеней:
- первая ступень – Колымская ГЭС имени Ю.И. Фриштера (рису-нок 1.6), мощностью 900 МВт и выработкой 3,33 млрд кВт·ч;
- вторая ступень – строящаяся Усть-Среднеканская ГЭС (рисунок 1.6), проектной мощностью 570 МВт и выработкой 2,56 млрд кВт·ч;
Колымская ГЭС
Усть-Среднеканская ГЭС
Рисунок 1.6 – Гидроэлектростанции на реке Колыма
Колыма берет начало под 61°30' северной широты с северной стороны Станового хребта, двумя вершинами, из которых одна близко подходит к вершине реки Кохтуя, впадающего в Охотское море у Охотска.
После соединении обеих вершин река течет с юга-запада на северо-восток, до впадения в нее справа реки Шубиной, отсюда течет на запад-северо-запад – северо-восток и север, извиваясь во все стороны до левого своего притока реки Шумихи, далее Колыма течет на север, делая значительное колено к югу-востоку, затем склоняется снова к северо-северо-западу и северо-западу, до впадения в нее слева реки Зырянки.[4]
Отсюда Колыма извилинами и большими коленами протекает на севе-ро-северо-восток до урочища Вяткина, где река делает большие завороты в разные стороны, образует, наконец, дугу, заворачиваясь к востоку-северо-востоку, затем круто поворачивает к западу до города Средне-Колымска, от которого вновь поворачивает на северо-восток, протекая большими изгибами до реки Шубиной, откуда течет на северо-запад и, не доходя до главного своего притока реки Омолон, вновь отворачивает на восток-северо-восток, протекая в таком направлении до впадения в нее справа реки Анюя, откуда отворачивает на север и затем на северо-запад, сохраняя это последнее направление до своего впадения в Колымский залив Северного Ледовитого океана, в который вливается тремя главными устьями, не считая мелких проток.
Из левых притоков Колымы река Зырянка. Длина реки – 299 км, пло-щадь водосборного бассейна – 7310 км?, вытекает с восточной стороны хребта Томусхая, течет в общем направлении с юго-востока на север и впадает в Колыму ниже Верхне-Колымска.
Особенно больших размеров достигают наледи в верховьях реки Ко-лыма – в области сильных морозов. Льдообразование на реках начинается в конце сентября-начале октября. Вскрытие начинается на юге в середине мая и на севере в начале июня. Раньше вскрываются небольшие речки.
Ледоход на Колыме и крупных притоках продолжается недолго. Скопление льда в отдельных местах образует заторы и вызывает подъем воды. На перемерзших реках ледохода не бывает, так как основная масса льда тает на месте.
В летнее время уровень реки Колымы падает, и только в период до-ждей наблюдается подъем воды и образование кратковременных паводков.
Температура воды в реке низкая – 10-15 °С, и только на спокойных участках в конце июля-начале августа достигает 20-22 °С.
1.4 Гидрографические условия
Река образуется от слияния рек Аян-Юрях и Кулу, берущих начало на Охотско-Колымском нагорье.
Впадает в Колымский залив Восточно-Сибирского моря тремя главными протоками: Каменная Колыма – правая, судоходная, Походская Колыма и Чукочья. Длина дельты 110 км, площадь 3000 км?.
Питание реки смешанное:
- снеговое (47 %),
- дождевое (42 %),
- подземное (11 %).
Половодье с середины мая по сентябрь. Размах колебаний уровня до 14 м. Среднегодовой расход воды – у Среднеколымска (641 км от устья) 2250 м?/с, наибольший – 25 100 м?/с (июнь), наименьший – 23,5 м?/с (апрель). Годовой сток в устье 123 км? (3900 м?/с) (таблица 1.1).
Таблица 1.1 – Среднегодовой расход воды за многолетний период
Пост Расстояние от устья, км Водосбор, тыс. км Общий годовой сток, млн м?
Оротук 2059 42,6 8735
Дусканья 1963 50,1 10 700
Синегорье 1840 61,5 14 400
Усть-Среднекан 1623 99,4 23 200
Среднеколымск 641 361,0 70 400
Колымское-1 273 525,0 120 000
Средний годовой сток наносов 5,5 млн т. В летнее время уровень воды в Колыме падает, и только в период дождей наблюдается подъём воды и образование кратковременных паводков. Температура воды в реке низкая – 10-15 °C, и только на спокойных участках в конце июля – начале августа достигает 20-22 °C. Замерзает река в середине октября, реже в конце сентября. Перед ледоставом ледоход и шугоход продолжительностью от двух суток до месяца, зажоры. Зимой наледи, русловые и обширные грунтовые. Вскрывается река во второй половине мая – начале июня. Ледоход длится от двух до восемнадцати суток, сопровождается заторами.[4]
Наиболее крупные притоки: Таскан, Сеймчан, Поповка, Ясачная, Зы-рянка, Ожогина, Седедема – слева; Средникан, Бахапча, Буюнда, Балыгычан, Сугой, Коркодон, Каменка, Берёзовка, Омолон, Анюй.
Весеннее вскрытие льда на р. Колыма обычно начинается на подъем весеннего половодья, которое, как правило, не бывает высоким из-за не-большого объема снегозапасов в бассейне. Весенний ледоход начинается в среднем 24.04. крайние даты – 7.04 и 3.05.
Уровни воды начала весеннего ледохода изменяются от 1,11 до 4,09 м. Максимальный уровень весеннего ледохода изменяется от 1,11 до 5,27 м, в среднем равен 2,9 м. Продолжительность весеннего ледохода может изменяться от 4 до 23 дней, в среднем равна 15 дням (рисунок 1.7).
Начало навигации приходится на период с 26.04 по 12.05, в среднем – 3.05. Уровни начала навигации изменяются от 3,09 до 1,40, средний уровень первого дня навигации – 2,0 м.
Рисунок 1.7 Годовой ход уровня воды за средний по водности год
Величина максимального навигационного уровня за рассматриваемый период изменялась в пределах от 3,51 до 7,41 м, в среднем составила 4,1 м. Минимальные навигационные уровни также могут наблюдаться в любом месяце навигационного периода от 10.05 до 27.10, в среднем 17.07.
Период ледостава продолжается с начала октября по вторую половину мая (температура воды в Колыме в это время близка к нулю). Ледостав начинает в нижнем течении (первая половина октября), а затем на вышерасположенных участках реки (середина – вторая половина октября). Толщина льда в конце зимы достигает 105–250 см на верхнем, 90–175 см на среднем, 110–145 см на нижнем участках Колымы. [4]
Вскрытие реки начинается раньше в верхнем и среднем течении (пер-вая половина мая), позже – в нижнем течении (конец мая). Продолжитель-ность весеннего ледохода составляет 5–10, ледостава – 210–240, всех ледо-вых явлений – 230–250 суток. Во время шугохода и ледохода в русле Колымы часто образуются зажоры и заторы льда. У Среднеколымска многолетняя повторяемость ледяных заторов достигает 60–80%.
2 Оценка состояния причальной набережной
Повышение эффективности использования существующих портовых гидротехнических сооружений может быть осуществлено на основе:
- выявления резервов их несущей способности;
- определения оптимальных сроков выполнения ремонтных работ в периоды, соответствующие началу роста вероятности появления дефектов;
- продления срока службы без проведения работ по их реконструкции;
- усиления конструкций при минимальных затратах.
Все это связано с вопросами обеспечения эксплуатационной надежно-сти портовых сооружений, которые включают создание условий безотказной работы объекта, а также максимальное сокращение затрат времени и средств на его техническую эксплуатацию и ремонты в течение нормативного срока службы. [1]
Проблема поддержания причальных сооружений в рабочем состоянии является актуальной для всех портов, находящихся в районах Сибири и Крайнего Севера, так как за последние годы строительство новых набережных в этом районе почти не ведется. Прогнозируемое увеличение грузооборота на речном транспорте предъявляет повышенные требования к пропускной способности портов, увеличение которой можно осуществлять как путем строительства нового причального фронта, так и в результате более интенсивной и рациональной эксплуатации существующих причалов.
Последний подход связан с необходимостью увеличения загрузки прикордонных складских площадей и установкой на причалах более мощной перегрузочной техники, что в свою очередь приводит к существенному росту нагрузок на причальные стенки. Это обстоятельство требует изыскания дополнительных резервов несущей способности сооружений, а в некоторых случаях – их ремонта и усиления.[3]
Наряду с разработкой теоретических основ эксплуатационной надеж-ности портовых сооружений возникает необходимость в совершенствовании организации и производства ремонтных работ, контроля их качества, методов обследования сооружений и других вопросов технической эксплуатации портов.
Техническое состояние существующего сооружения должно опреде-ляться на основе [11]:
- паспорта и проекта сооружения, а также архивных материалов о его строительстве и эксплуатации;
- комплексного обследования, включающего работы по уточнению размеров конструкции и ее элементов, проверке прочностных характеристик материалов, обнаружению дефектов и выявлению возможных резервов прочности сооружения;
- дополнительных инженерно-геологических изысканий, учитывающих изменение в процессе эксплуатации физико-механических свойств грунтов;
- поверочных расчетов конструкции и ее элементов по действую-щим нормативным документам.
Целью этих работ является оценка технического состояния набережной и её пригодности к дальнейшей эксплуатации.
2.1 Изучение проектной и технической документации
Проблема эксплуатационной надежности причальных сооружений в данном регионе носит комплексный технико-экономический характер. Для обеспечения безотказной работы, а также минимальных затрат времени и средств на техническую эксплуатацию и ремонты конструкций причальных набережных, повышения их надежности и увеличения пропускной способности необходимо на основе натурных исследований существующих причалов изучить причины и виды повреждений конструкций, определить действительную несущую способность причальных стенок и при необходимости провести усиление и ремонт конструкций набережных.
Таким образом, на современном этапе экономических преобразований, когда нет средств для строительства новых дорогостоящих причальных сооружений, остро стоят следующие вопросы:
- технической эксплуатации существующих причальных набереж-ных;
- обоснования сроков службы отдельных элементов и их межре-монтных периодов;
- реконструкции причалов и усиления поврежденных конструкций;
- выявления резервов несущей способности набережных с целью увеличения пропускной способности портов;
- разработки перспективных конструкций причалов для малых рек.
Обследование причальной набережной ряжевой конструкции речного порта АО «Колымская судоходная компания» было проведено Экспертным центром безопасности и надежности сооружений ФБОУ НГАВТ в 2003г. Результатом обследований является технический отчет, в котором состояние причальной набережной оценивается как удовлетворительное. [10]
При эксплуатации причальной набережной АО «Колымская судоход-ная компания» необходимо строго руководствоваться «Правилами эксплуа-тации портовых сооружений», регламентирующими порядок проведения постоянного гидротехнического контроля над состоянием 19 стенки и ее элементов, периодичность и состав капитальных и текущих ремонтов набережной.
?
2.2 Визуальное обследование
Оценка технического состояния – установление степени повреждения и категории технического состояния причального сооружения, отдельных его элементов и конструкции в целом на основе сопоставления фактических значений количественно оцениваемых признаков со значениями этих же признаков, установленных проектом или нормативным документом.[1]
В каких целях проводится:
- техническое обследование причального сооружения перед реконструкцией;
- экспертиза несущей способности – обследование отдельных эле-ментов сооружения для определения возможности их дальнейшей эксплуатации и повышения несущей способности.
Основной целью технического обследования причального сооружения является определение текущего технического состояния его конструкции, выявление степени физического износа, дефектов, выяснение эксплуатационных качеств конструкции, прогнозирование его поведения в будущем.
Техническое обследование причального сооружения проводится в не-сколько этапов.
Первый этап – предварительное обследование.
Основной задачей предварительного обследования является определение общего состояния конструкции причального сооружения и производственной среды, определение состава намечаемых работ и сбора исходных данных, необходимых для составления технического задания на детальное инструментальное исследование для установления стоимости намечаемых работ и заключения договора с заказчиком.
В состав работ по предварительному обследованию входят:
- общий осмотр причального сооружения;
- сбор общих сведений о причальном сооружении (время строи-тельства, сроки эксплуатации);
- общая характеристика архитектурно-строительных и конструк-тивных решений и систем инженерного оборудования;
- выявление особенностей эксплуатации причального сооружения с точки зрения их воздействия на строительные конструкции;
- определение фактических параметров местных условий эксплуа-тации причального сооружения, температурно-влажностного режима, нали-чия агрессивных к строительным конструкциям факторов, сбор сведений об антикоррозионных мероприятиях;
- гидрогеологические условия участка и общие характеристики грунтов оснований;
- ознакомление с архивными материалами изысканий;
- изучение материалов ранее проводившихся на данном объекте.
На стадии предварительного визуального обследования устанавлива-ются по внешним признакам категории технического состояния конструкций в зависимости от имеющихся дефектов и повреждений.
Второй этап – детальное инструментальное обследование причального сооружения, которое включает:
- визуальное обследование конструкций (с фотофиксацией види-мых дефектов);
- обмерные работы – определяются конфигурация, размеры, положение в плане и по вертикали конструкций и их элементов;
- инструментальные обследования:
- измерение прогибов и деформаций;
- определение характеристик материала несущих конструкций;
- осадки фундаментов и деформации грунтов оснований.
Третий этап – определение физико-технических характеристик материалов обследуемых конструкций в лабораторных условиях.
Четвертый этап – обобщение результатов исследований.
По результатам обследования составляются:
- технический отчет, содержащий результат обследования (планы и разрезы причального сооружения с геологическими профилями, конструктивные особенности);
- схемы расположения реперов и марок;
- описание принятой системы измерений;
- фотографии, графики и эпюры горизонтальных и вертикальных перемещений, кренов, развития трещин, перечень факторов, способствую-щих возникновению деформаций;
- оценка прочностных и деформационных характеристик грунтов оснований и материала конструкций;
- техническое заключение о категории технического состояния причального сооружения с оценками возможности восприятия им дополни-тельных деформаций или других воздействий, обусловленных новым строительством или реконструкцией, а в случае необходимости – перечень мероприятий для усиления конструкций и укрепления грунтов оснований.
Визуальное обследование позволяет определить современное состоя-ние конструкции набережной и её элементов. Оно включает в себя следую-щий перечень работ:
- обследование технического состояния открытых надводных ча-стей конструкций и узлов сопряжения;
- обследование состояния прикордонной территории и располо-женных на ней подкрановых путей;
- щобследование тыловой части конструкции, расположенной вы-ше уровня воды акватории;
- водолазное обследование подводной части сооружения;
- промеры глубин в прикордонной полосе.
Обследование сооружений причальной набережной показало, что имеется ряд отклонений от требований нормальной технической эксплуатации:
- разрушение угла врубок ряжа верхнего открылка высотой 2 м, на участке от верха стенки 2,5м;
- гниение древесины, разрушение врубок ряжа;
- повреждение крепления ряжа в районе тумбовых ниш, повреждение лестниц в тумбовых нишах;
- механические повреждения лицевой части ряжа, повреждение отбойных устройств;
- высыпание грунта обратной засыпки, провалы территории;
- повреждение леерного ограждения;
- разрушение верхних венцов лицевой части ряжа;
- строительный мусор на территории причала.
В целом по результатам визуального обследования техническое состояние причальной набережной удовлетворительное, но для ее дальнейшей эксплуатации требуется реконструкция (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 Причальная набережная реки Колыма
?
3 Выбор и обоснование варианта реконструкции причального сооружения
3.1 Анализ и выбор варианта реконструкций
Реконструкция – процесс коренного переустройства действующего производства на базе технического и организационного совершенствования, комплексного обновления и модернизации основных фондов.
В процессе реконструкции осуществляется техническое перевооруже-ние действующих причальных сооружений, а вновь строящиеся оснащаются новейшей техникой.
Во избежание полной потери несущей способности причальной набе-режной следует серьезно задуматься об её восстановлении [12]. В выпускной квалификационной работе рассматриваются два варианта реконструкции причальной набережной АО «Колымская судоходная компания»:
I вариант – массивная кладка из бетонных блоков с монолитной и же-лезобетонной надстройкой (рисунок 3.1);
Рисунок 3.1 – массивная кладка из бетонных блоков с монолитной и железобетонной надстройкой
II вариант – шпунтовая оторочка в виде одноанкерного больверка. (рисунок 3.2)
Рисунок 3.2 – Шпунтовая оторочка в виде одноанкерного больверка
Набережные из массивной кладки давно применяют в портовом строительстве. Устойчивость таких набережных на сдвиг и опрокидывание обеспечивается за счет собственного веса, составляющего из конструктивных элементов и грунта засыпки в пределах ширины подошвы сооружения. Почти для всех гравитационных причальных набережных устраивается постель, отсыпанная из камня или щебня. Поверхность постели тщательно равняется.
В последние годы в России и за рубежом ведутся широкие исследова-тельские и проектные работы по совершенствованию конструкций, методов расчетов, способов возведения и эксплуатации подпорных стенок. На смену дорогостоящим конструкциям гравитационного типа пришли экономичные тонкостенные сооружения из сборных элементов промышленного изготовления. [3]
Преимущества тонких подпорных стенок особенно ярко проявились в условиях Крайнего Севера, где сокращение сроков строительства и объемов строительных материалов дает особенно ощутимый эффект. Из-за отдален-ности Крайнего Севера от промышленных баз центра стоимость строитель-ства возрастает примерно в три раза, а в отдельных местах даже в 5-6 раз. Вяжущие и лес по сравнению с центром удорожаются в 2-2,5 раза, камень в 3,5-5 раз, а металлы и привозные элементы конструкций – всего на 20-70%, поэтому, в большинстве случаев, на Севере экономически выгодно строить больверки из стального или привозного железобетонного шпунта, которые изготавливаются на заводах промышленно развитых районов страны.
