К числу мертвых якорей направленного действия (рис. 258) следует отнести железобетонный якорь, предложенный в 1961 г. советскими инженерами Р. Г. Мелешковым и Г. М. Ершом. Он выполнен в виде трапеции со сквозным проемом и имеет два ребра, которые оказывают сопротивление силе, вырывающей якорь из грунта. Сосредоточение основной массы якоря в его хвостовой части увеличивает устойчивость якоря против опрокидывания (рис. 259).
Обычно массу мертвых якорей выбирают в зависимости от размеров плавучего сооружения, которое они предназначены удерживать на водной поверхности. Однако у гидрографов и путейцев-водников не всегда под рукой есть твердые нормативы на типы и массу мертвых якорей. Поэтому мертвые якоря из чугуна или железобетона нередко излишне тяжелы. Например, при проектировании судоходной обстановки на Камском водохранилище для установки малых речных буев был рекомендован чугунный сегментный якорь в 250–300 кг. Опыт эксплуатации Камского водохранилища показал, что для установки указанных буев требовался якорь не более 100 кг.
255. «Пирамида»
256. «Лягушка»
257. Сегмент
259. Мертвый якорь Мелешкова и Ерша
260. Железобетонный сегмент Камского водохранилища
258. Мертвый якорь направленного действия
261. Сегмент Саханского
Речники на этом водохранилище крепили средние морские буи высотой 3,15 м не чугунными однотонными якорями, а сегментными якорями из железобетона, которые весили 300 кг. На их изготовление шел цемент марки «500». Состав цементного раствора — 1:3, инертный материал — речной песок. На рис. 260 показан тип железобетонного якоря самой облегченной конструкции, которую применили на Камском водохранилище. Для армирования бетона использовалось круглое железо диаметром 14 мм.
Рамы изготавливали из круглого железа диаметром 16 мм.
Камские сегменты выдержали проверку временем: оказалось, что по прочности они не уступают чугунным якорям, хотя более чем на треть дешевле последних.
А вот как усовершенствовал сегментный чугунный якорь еще в 1907 г. русский гидротехник Н. Саханский (рис. 261). Приварив к краям сегмента широкий обруч, он намного увеличил присасывающую поверхность якоря и повысил его держащую силу. Если в те времена в России изготовление «лягушки» в 150 пудов обходилось в 300 рублей, то стоимость якоря Саханского такой же держащей силы составляла 70 рублей. К сожалению, в наше время якорь Саханского позабыт.
262. Мертвые якоря с усиленной лапой: английский, французский ¦(середина XIX в.) и голландский (XX в.)
Наиболее распространенный мертвый якорь — обычный адмиралтейский якорь со срезанным по веретено одним рогом.
Существуют мертвые якоря с усиленным рогом или увеличенной по площади лапой. Конструкции таких якорей показаны на рис. 262, 263.
На рис. 264 изображен якорь с двумя лапами, работающими в одной плоскости.
В местах, где есть течение и меняется уровень воды, используют железобетонный якорь направленного действия, изображенный на рис. 265. Чтобы он не выламывался из грунта при повышении уровня воды во время прилива, его веретено сделано подвижным.
263. Мертвый якорь с усиленной лапой (ФРГ)
264. Мертвый якорь с двумя усиленными лапами (Нидерланды)
265. Мертвый якорь с подвижным веретеном (две модификации)
Очень часто в качестве мертвого якоря применяют грибовидные якоря, о которых рассказывалось ранее. Для их установки обычно размывают грунт на несколько метров. Уложенный таким образом якорь-гриб становится якорем кругового действия с хорошей держащей силой (рис. 266). Грибовидные якоря для плавучих маяков отличаются зубцами на краях «шляпы» (рис. 267).
Для установки понтонов бурильных снарядов и плавучих нефтяных вышек на неустойчивых илистых грунтах неплохо зарекомендовали себя мертвые якоря, показанные на рис. 268, 269, 270. Первый известен под названием «воздушный змей», по величине держащей силы ему нет равных. Второй запатентован в 1954 г. американским инженером Воренкампом, а третий — чуть позже американцем Бауманом. Эти якоря получили распространение в США при бурении нефтяных скважин на дне Мексиканского залива близ побережья штатов Техас и Луизиана. Они просты, прочны и обладают колоссальной держащей силой. Например, якорь Воренкампа массой 250 кг выдерживает тяговое усилие 70 тс. При этом он зарывается в ил на 15 м. Однако без буйрепа его вытащить невозможно. Размывание же грунта для его подъема дороже самого якоря. Поэтому, когда бурильный снаряд ставят на новую скважину, такие якоря оставляют в грунте.
266. Такие грибовидные якоря обычно используют как мертвые
267. Грибовидный якорь плавучего маяка
268. Мертвый якорь типа «воздушный змей»
269. Мертвый якорь Веренкампа
270. Мертвый якорь Баумана
Ни один из изобретенных в мире якорей не принес столь большого материального вознаграждения автору, как якорь-винт, запатентованный английским гидротехником Митчеллом в 1848 г. За несколько недель до истечения срока действия патента управление порта Ньюкасл-апон-Тайн заплатило Митчеллу 2500 фунтов стерлингов за право воспользоваться его изобретением. По тому времени эта сумма — целое состояние.
Незадолго перед этим Митчелл выступил с докладом об изобретенном им винтовом якоре на заседании Общества гражданских инженеров в Лондоне. Он заявил, что если его якорь ввинтить с помощью рычага в грунт на несколько футов и попытаться вырвать его, то придется приложить силу, которая будет способна вытащить массу грунта, составляющую обращенный конус, с диаметром основания, равным диаметру винта. Продемонстрировав принцип устройства и действия винтового якоря на моделях (рис. 271), изобретатель доказал, что его якорю-винту по величине держащей силы нет равных. Присутствовавшим на заседании Общества это стало очевидным, ибо все понимали: в условиях рейдовых стоянок кораблей на бочке сила, вырывающая мертвый якорь из грунта, никогда не действует вертикально, и угол приложения этой силы и дуга, образуемая цепью от бочки (бриделем), значительно уменьшают усилие на якорь-винт.
Митчелл предлагал использовать разработанные им на базе винтового якоря якорь-сваи и винтовые якорные фундаменты для строительства маяков на зыбучих песчаных отмелях, которыми изобилует побережье Англии.
Купив у Митчелла патент, управление порта Ньюкасл-апон-Тайн соорудило с помощью винтовых якорей диаметром четыре фута систему якорных бочек для приема приходящих на рейд судов. По расчету каждый якорь Митчелла должен был удерживать одну бочку, за которую могли швартоваться одновременно четыре судна. Винтовые якоря вполне себя оправдали. В зиму, когда постройка системы рейдовых бочек завершилась, над Ньюкаслом промчался сильный ураган. И на каждой бочке благополучно отстоялось по восемь судов. Застигнутые этим же ураганом другие корабли нашли убежище в порту Сандерленд, где якорные бочки удерживались бетонными массивами. Эти мертвые якоря не смогли противостоять силе стихии: на берег выбросило около десяти судов. Принесенный ущерб оценивался в 30 тысяч фунтов стерлингов. Управление порта Ньюкасл-апон-Тайн с удовлетворением констатировало, что оно отделалось сравнительно небольшой суммой. После этого Митчелл предложил построить на винтовых сваях маяк на песчаной банке Маплин- Сандз в устье Темзы. В песок ввинтили девять свай с диаметром винта четыре фута на глубину 22 фута. Сооруженный на них маяк простоял более тридцати лет.
271. Типы винтовых якорей
Таким же образом построили маяк на реке Вайр при входе в порт Флитвуд. В песчаную косу в двух милях от берега ввинтили семь свай с винтами диаметром три фута на глубину 18 футов.
Винтовой якорь Митчелла дал возможность английскому маячному и лоцмейстерскому обществу «Тринити Хауз» («Дом Троицы») дешево и надежно строить маяки в тех местах, где до этого обходились временными плавучими сооружениями, которые нередко срывали штормы.
Англичане утверждают: некоторые маяки на сваях Митчелла стоят до сих пор!
В 1947 г. советский академик Ю. А. Шиманский увеличил держащую силу винтового якоря, снабдив его щитками, шарнирно смонтированными на его верхней части. При ввинчивании якоря в грунт щитки занимают вертикальное положение, а при действии на якорь вырывающей силы откидываются в стороны, оказывая дополнительное сопротивление. Для более надежного откидывания их в горизонтальное положение верхние края щитков слегка отогнуты наружу (рис. 272).
