Плавучі маяки, знаки навігаційного огородження, понтони, плавучі трубопроводи, рейдові якірні бочки і багато інших плавучі споруди теж не можуть обійтися без якорів. Для них, які потребують надійної якірній стоянці протягом тривалого періоду, розроблені так звані мертві якоря. Їх поділяють на два типи: направленої дії, коли якір може тримати в межах заданого в плані кута, і кругового дії, коли якір тримає під будь-яким кутом в плані. Зазвичай такі якоря укладають або вриваються в грунт за допомогою кіллекторних судів або плавучих кранів.
З давніх-давен в якості мертвих якорів використовували кам'яні брили, дерев'яні, а іноді і залізні клітки, наповнені кам'яним або чавунним баластом. Найбільш поширений мертвий якір - звичайний адміралтейський якір зі зрізаним по веретено одним рогом. Щоб такого "Адміралтейському інваліду" надати побільше сили, його єдиний ріг подовжують або збільшують площу лапи.
Однорогий якір застосовується не тільки як мертвий: ним користуються при виробництві днопоглиблювальних робіт на рейдах і на річках. Коли несамохідний земснаряд прориває траншею, він пересувається за допомогою своїх лебідок і двох завезених в різні боки однорогих якорів, які носять назву папильонажного. Ця назва походить від французького слова papillon - метелик. Коли земснаряд, прориваючи траншеї, пересувається вліво і вправо, то кажуть, що він працює папильонажного способом, тобто його рух схоже на політ метелика. У міру пересування земснаряда вперед якоря весь час доводиться перекладати на нове місце. Це роблять за допомогою самохідних суден - завезених. Іноді доводиться папильонажного якоря переносити вручну: мотозавозня через мілководдя не може їх доставити на потрібне місце або якоря необхідно закласти на сухих пісках. Тому до папильонажного якорів пред'являють два важливих вимоги: легкість і висока питома тримає сила на сипучих грунтах. Особливо це важливо, коли земснаряду доводиться працювати на важких грунтах або при великому шарі зрізання. У таких випадках тримає силу однорідного "інваліда" намагаються збільшити за рахунок збільшення площі його лапи (рис. 131). Але ті, хто переробляє якір, іноді забувають, що величина площі лапи пов'язана суворої залежністю з кутом атаки, кутом згину роги і його довжиною. Нерідко траплялося: наварять велику пластину, і якір взагалі перестає тримати - при збільшенні зусилля папильонажного троса виривається з грунту.
Мал. 131. Мертві якоря з посиленими рогами
Мал. 132. Якір Гошева - ГІІВТа
Лабораторні порівняльні випробування, проведені в 1958-1962 роках Горьковским інститутом інженерів водного транспорту, дозволили відібрати чотири різних однорогих якоря, що дали найкращі результати за величиною тримає сили. Кращим з них виявився якір конструкції командира-наставника Північного басейнового управління шляху МРФ В. Гошева. Горьковський інститут вніс у конструкцію цього якоря деякі зміни. В результаті народився якір, названий якорем Гошева - ГІІВТа, що тримає сила якого в два рази більше відповідного адміралтейського якоря з одним рогом (рис. 132).
Якщо у звичайних якорів, які застосовувались на земснарядах, кут відгину роги становив 35-45 °, а кут атаки - 55 ° і вище, то у якоря Гошева - ГІІВТа ці величини склали 11 ° і 37 °. До того ж у нього площа лапи на 20-25% більше відповідної площі звичайного якоря з однією лапою. Максимальне питоме зусилля протягування нового якоря на піщаному грунті дорівнювало на випробуваннях 12,3 кг на кожен кілограм ваги якоря і на глинистому ґрунті - 10 кг.
У той час, коли в Горькому проводилися ці дослідження, в Англії також йшли роботи по визначенню найвигіднішої форми однорогого адміралтейського якоря. В результаті експериментів, проведених Британським Адміралтейством, з'явився якір "АМ-12" (рис. 133). Під час випробувань дослідний зразок вагою 2,13 т показав максимальне питоме зусилля, рівне 25 т. Цей якір заснований в Англії як державний стандарт.
"Піраміди", "ЛЯГУШКИ", "СЕГМЕНТИ" І "ГРИБИ"
Крім "адміралтейських інвалідів", на м'яких мулистих або дрібнопіщаних грунтах добре працюють залізобетонні масиви у вигляді чотиригранної або багатогранної піраміди (рис. 134), сегмента (рис. 135) або так звані "жаби" (рис. 136). Сегменти і "жаби" тримають не тільки за рахунок свого великого ваги, але і за рахунок присмоктування, яке виникає завдяки напівкруглої виїмці в їх нижній частині.
Зазвичай вага мертвих якорів вибирають в залежності від розмірів плавучої споруди, яке вони призначені утримувати на водній поверхні. Однак у гідрографів і у шляховиків-водників не завжди під рукою є тверді нормативи на типи і ваги мертвих якорів. Тому мертві якоря з чавуну пли залізобетону нерідко надмірно важкі. Наприклад, при проектуванні судноплавної обстановки на Камському водосховище для установки малих річкових буїв був рекомендований чавунний сегментний якір вагою 250-300 кг. Досвід експлуатації Камського водосховища показав, що для установки зазначених буїв був потрібний якір вагою не більше 100 кг.
Річковики на цьому водосховищі кріпили середні морські буї висотою 3,15 му не чавунними якорями вагою в тонну, а сегментними якорями із залізобетону, які важили 300 кг. На їх виготовлення йшов цемент марки "500". Склад цементного розчину - 1: 3, інертний матеріал - річковий пісок. На рис. 137 показаний тип залізобетонного якоря самої полегшеної конструкції, яку застосували на Камському водосховище. Для армування бетону використовувалося кругле залізо діаметром 14 мм. Рами виготовляли з круглого заліза діаметром 16 мм. Камські "сегменти" витримали перевірку часом: виявилося, що по міцності вони не поступаються чавунним якорів, хоча більш ніж на третину дешевше останніх.
Мал. 137. "Сегмент" Камського водосховища
Рис, 138. Якір Саханське
А ось як удосконалив сегментний чавунний якір ще в 1907 році російський гідротехнік Н. Саханське (рис. 138). Приваривши до країв сегмента широкий обруч, він набагато збільшив присосуючу поверхню якоря і підвищив його тримає силу [31]. Якщо в ті часи в Росії виготовлення "жаби" вагою в 150 пудів обходилося в 300 рублів, то вартість якоря Саханське, такий же тримає сили, становила 70 рублів. На жаль, в наш час якір Саханське забутий.
У місцях, де є течія і змінюється рівень води, використовують залізобетонний якір направленої дії, зображений на рис. 139. Щоб він не виламувався з грунту при підвищенні рівня води під час припливу, його веретено зроблено рухомим.
Мал. 139. Мертвий якір направленої дії
Дуже часто в якості мертвого якоря застосовують грибоподібні якоря, про які розповідалося в шостому розділі. Для їх установки зазвичай розмивають грунт на кілька метрів (рис. 140). Укладений таким чином якір-гриб стає якорем кругового дії з хорошою тримає силою.
Мал. 140. Якір-гриб
плавучого маяка
Мал. 141. Якір Воренкампа (а) і якір Баумана (б)
Для установки понтонів бурильних снарядів і плавучих нафтових вишок на нестійких мулистих грунтах непогано зарекомендували себе мертві якоря, показані на рис. 141. Перший з них запатентований в 1954 році американським інженером Воренкампом (а), а другий трохи пізніше американцем Бауманом (б). Обидва якоря набули поширення в США при бурінні нафтових свердловин на дні Мексиканської затоки біля узбережжя штатів Техас і Луїзіана. Вони прості, міцні і мають колосальну тримає силою. Наприклад, якір Воренкампа вагою 250 кг витримує тягове зусилля 70 т. При цьому він заривається в мул на п'ятнадцять метрів. Однак без буйреп його витягнути неможливо. Розмивання ж грунту для його підйому дорожче самого якоря. Тому, коли бурильний снаряд ставлять на нову свердловину, такі якоря залишають в грунті.
Незадовго перед цим Мітчелл виступив з доповіддю про винайдений ним гвинтовому якорі на засіданні Товариства цивільних інженерів в Лондоні. Він заявив, що якщо його якір вкрутити за допомогою важеля в грунт на кілька футів і спробувати вирвати його, то доведеться докласти силу, яка буде здатна витягнути масу грунту, складову звернений конус, діаметр основи якого дорівнює діаметру гвинта. Продемонструвавши принцип пристрою і дії гвинтового якоря на моделях (рис. 142), винахідник з цифрами в руках довів, що його якоря-гвинта за величиною тримає сили немає рівних. Присутнім на засіданні Товариства це стало очевидним, бо всі розуміли: в умовах рейдових стоянок кораблів на бочці сила, вириває мертвий якір з грунту, ніколи не діє вертикально, і кут додатку цієї сили і дуга, утворена ланцюгом від бочки (Брідель), значно зменшують зусилля на якір-гвинт.
Мітчелл пропонував використовувати розроблені ним на базі гвинтового якоря якір-палі і гвинтові якірні фундаменти для будівництва маяків на хитких піщаних мілинах, якими рясніє узбережжі Англії.
Мал. 142. Моделі гвинтових якорів
Купивши у Мітчелла патент, управління порту Ньюкасл-на-Тайні спорудило за допомогою гвинтових якорів діаметром чотири фути систему якірних бочок для прийому приходять на рейд судів. За розрахунком кожен якір Мітчелла повинен був утримувати одну бочку, за яку могли швартуватися одночасно чотири судна. Гвинтові якоря цілком себе виправдали. В зиму, коли споруда системи рейдових бочок завершилася, над Ньюкаслом промчав сильний ураган. І на кожній бочці благополучно відстоялося по вісім судів. Захоплені цим же ураганом інші кораблі знайшли притулок в порту Сандерленд, де якірні бочки утримувалися бетонними масивами. Ці мертві якоря не змогли протистояти силі стихії: на берег викинуло близько десяти суден. Принесений збиток оцінювався в тридцять тисяч фунтів стерлінгів. Управління порту Ньюкасл-на-Тайні із задоволенням констатував, що воно відбувся порівняно невеликою сумою.
Після цього Мітчелл запропонував побудувати на гвинтових палях маяк на піщаній банці Маплін-Сандзо в гирлі Темзи. В пісок вгвинтили дев'ять гвинтових паль з діаметром гвинта чотири фути на глибину 22 фути. Споруджений на них маяк простояв понад тридцять років. Таким же чином побудували маяк на річці Вайр при вході в порт Флртвуд. У піщану косу в двох милях від берега вгвинтили сім паль з гвинтами діаметром три фути на глибину 18 футів.
Гвинтовий якір Мітчелла дав можливість англійської маяковому і лоцмейстерскому суспільству "Трініті Хауз" дешево і надійно будувати маяки в тих місцях, де до цього обходилися тимчасовими плавучими спорудами, які нерідко зривали Шторми. Англійці стверджують: деякі маяки на палях Мітчелла стоять до сих пор!
Якір Мітчелла знаходить застосування і в наші дні, на морі і на суші. Його використовують в будівництві для тимчасового закріплення і монтажу підйомних щогл, колон, опор та ін. На принципі гвинтового якоря розроблені тимчасові безбетонние фундаменти і переносні фундаменти, на яких монтується шарнірно-поворотний пристрій. Це пристрій, обертаючись по горизонталі і вертикалі, дозволяє прикладати навантаження в будь-яких напрямках від 0 до 360 ° по горизонталі і від 0 до 90 ° по вертикалі.
Зараз для збільшення тримає сили гвинтового якоря і його стійкості застосовують шарнірно-опорний пристрій. Воно кріпиться до скоби стрижня якоря і складається з плечового важеля і опорної подушки, які з'єднані шарнірно. Горизонтальна складова зусилля, прикладеного до якоря, сприймається подушкою шарнірно-опорного пристрою, а вертикальна складова спрямована по осі стрижня вгору.
Всі конструкції якірних фундаментів можуть використовуватися п'ятдесят і більше разів. Вартість їх при багаторазовій оборотності в двісті разів дешевше, ніж звичайних мертвих якорів і бетонних фундаментів.
Держава, що тримає сила гвинтових якорів величезна. Зазвичай під півметровим шаром грунт не порушений, і чим глибше, тим він щільніше. У щільних глинистих ґрунтах і суглинках зчеплення між частинками ненарушенного грунту досягає 3-6 кгс / см 2. або 30-60 тс / м 2.