14.1.4 Отбойные и швартовные устройства

Назначение отбойных и швартовных устройств.

Для нормальной эксплуатации причалы должны быть оснащены целым комплексом вспомогательных устройств. Важнейшими являются отбойные устройства, предназначенные для защиты причалов и судов от повреждений при подходе и стоянке судов у причала, и швартовные устройства, которые позволяют закрепить суда у причалов и ограничить их перемещения при воздействии ветра, волнения и течений.

Отбойные устройства могут быть двух типов: в виде жестких конструкций или амортизаторов. Жесткие отбойные устройства только защищают от повреждений те элементы причала, которые непосредственно соприкасаются с судном. В этом случае нагрузки от судов полностью воспринимаются конструкцией причальных сооружений.

Отбойные устройства типа амортизаторов кроме непосредственной защиты конструкций поглощают часть энергии швартующегося судна, в результате чего удается уменьшить усилия, которые передаются на сооружения судов, облегчить конструкцию и уменьшить стоимость самого сооружения. Таким образом, при использовании даже относительно дорогого отбойного устройства, в конечном счете, достигается экономия средств.

На причалах для крупнотоннажных судов применяют отбойные устройства только второго тапа. Кроме того, в последние годы скорость подхода крупнотоннажных судов для ограничения энергии контролируется специальной радиолокационной аппаратурой. Если скорость подхода превышает допустимую, автоматически, подается соответствующий сигнал и, могут быть своевременно приняты меры к ее снижению. Для судов водоизмещением порядка 10 тыс. т допускаемая скорость подхода не более 0,13 м/с, для судов 100 тыс. т – не более 0,08 м/с (нормальная составляющая).

Применение рациональных по конструкции отбойных устройств и соблюдение правил швартовки позволяют предотвратить повреждения судов и сооружений. Однако отбойные устройства в неисправном состоянии не только не улучшают условий эксплуатации, но и могут вызвать значительные повреждения, как самих сооружений, так и судов. Не менее частой причиной повреждения судов и сооружений является неправильная эксплуатация причалов, в частности превышение допустимой скорости подхода судна к сооружению. Иногда повреждения носят весьма серьезный характер, что приводит к необходимости вывода сооружений из эксплуатации.

Во всех странах ведутся активные поиски конструктивных решений отбойных приспособлений, в наибольшей степени отвечающих современным требованиям. В частности, они должны обладать достаточной энергоемкостью при относительно небольшой деформации и минимальной отдачей, иметь относительно небольшие размеры по нормали к причальной линии, быть простыми и надежными в работе и легко заменяемыми. Наконец, они должны иметь невысокую стоимость.

14.1.4.1 Швартовные устройства

Надежная и безопасная эксплуатация судов, устанавливаемых у причалов, наряду с применением отбойных устройств, обеспечивается наличием достаточного числа правильно размещенных швартовых тросов и швартовых устройств, к которым относятся тумбы, рымы, гаки (крюки).

Швартовые тросы или канаты могут быть изготовлены из стальных проволок, органических и искусственных волокон. Стальные тросы отличаются между собой числом прядей, числом проволок в прядях, характером свивки и т.д. Тросы или канаты из органических волокон в зависимости от вида применяемого материала могут быть пеньковыми, манильскими и сизальскими, которые изготавливают из волокон соответственно конопли, бананового дерева и агавы. Трос пеньковый может быть несмоленый (бельный) и смоленый; последний, так же, как и манильский, не боится сырости. Для изготовления швартовых тросов в последнее время все чаще применяют синтетические материалы: нейлон, капрон, перлон. По своим эксплуатационным свойствам (прочности, водостойкости, гибкости и др.) эти тросы значительно превосходят лучшие тросы из растительных волокон. Важнейшими характеристиками швартовых тросов являются их разрывные усилия и деформативные свойства. При стоянке судна у причала оно закрепляется с помощью швартовых тросов, заводимых за швартовные устройства.

Все швартовые тросы (швартовы) делятся на следующие группы: продольные (носовые и кормовые), прижимные и шпринги.

Носовые и кормовые швартовы служат для подтягивания судна при подходе к причалу, а также для восприятия усилий, действующих вдоль судна от ветра, волн и течений. Устанавливают их под углом 20…40⁰ к линии кордона.

Прижимные швартовы служат в основном для восприятия усилий от ветра и течений, направленных перпендикулярно борту судна и близких к этому направлений. Учитывая возможные изменения направления ветра и необходимость восприятия динамических воздействий при шквалистом ветре, их обычно устанавливают под углом 60…90⁰ к линии кордона.

Шпринги служат для восприятия продольных усилий, поэтому их направление близко к линии кордона и составляет угол 5…10⁰. Они также препятствуют возникновению бортовой и килевой качки судна.

В зависимости от размеров конкретных судов и их расстановки у причала необходимо также определять углы швартовов в вертикальной плоскости. Длины носовых и кормовых швартовов 60…120 м, прижимных – 40…80 м, шпрингов – 30–70 м.

Наиболее распространенным видом швартовного устройства являются тумбы, выполняемые пустотелыми из чугуна или, стали (рис. а), в которые заливают бетонную смесь. Тумбы могут быть одноголовые и двухголовые. За рубежом применяются также тумбы с круглым симметричным козырьком, которые иногда называются битенгами (рис. б). Опорную плиту тумбы устанавливают непосредственно на поверхность бетона верхнего строения, подливая цементный раствор, и прикрепляют к сооружению анкерными болтами.

Для ускорения швартовных операций, что является весьма желательным, предложены специальные конструкции тумб со срабатывающим устройством (рис. в). Головка тумбы со сбрасывающим устройством, на которую надевается петля швартового троса, может вращаться и наклоняться относительно горизонтальной плоскости. Когда петля швартова наброшена на головку, под влиянием его натяжения головка стопорится под определенным углом к горизонтали и поворачивается в направлении действия швартового усилия. При этом сбрасывающее устройство также стопорится. Если необходимо снять швартовый трос с тумбы, стопор сбрасывающего устройства освобождается, головка тумбы поворачивается относительно горизонтальной оси, и швартов сбрасывается.

Тумба с приводом (рис. г) имеет головку винтообразной формы. Петля швартова набрасывается на верхнюю часть головки, которая поворачивается относительно вертикальной оси и закрепляет швартов в нижнем положении. При вращении в обратном направлении швартов сбрасывается. В тех случаях, когда необходимо быстро освобождать швартовые тросы, применяют также быстроотдаваемые гаки. Имеются специальные быстродействующие гаки с дистанционным управлением. Предназначенные для быстрой их отдачи при аварийной ситуации, при аварийной ситуации и добиться их автоматизации.

Швартовые усилия, передаваемые на причалы, достигают очень больших величин. Для уменьшения швартовых усилий могут быть применены специальные ветрозащитные экраны, амортизаторы (для уменьшения динамических усилий и швартовых), различного рода ограничители и пр.

Кроме основных швартовных устройств на причалах устанавливают рымы для судов меньших размеров.

Причальные тумбы стандартизованы. Размеры тумб подбираются, исходя из швартового усилия для расчетного судна.

Проектировщики–гидротехники должны произвести расчет швартовных устройств на сооружении, для чего предусматриваются специальные закладные части.

Для определения усилий, действующих на эти закладные части, используются простейшие приемы строительной механики – разложение сил на соответствующие составляющие. Эти составляющие сил воспринимаются закладными частями, которые должны иметь необходимую прочность, и при передаче усилия на бетон не должны превышать критических значений. У сооружений в виде шпунтовых стенок, а иногда и других типов для восприятия швартовых усилий устанавливают специальные анкерные устройства.

На причалах, обслуживающих суда различных размеров, швартовные тумбы устанавливают на расстоянии 1 м и более (ось тумбы) от линии кордона, с шагом 20…30 м вдоль причала. В районах с сильными ветрами при швартовке крупнотоннажных судов, кроме основных рядовых прикордонных тумб предусматривают более мощные тумбы у концов причалов. Для восприятия усилий при штормах дополнительно устанавливают штормовые тумбы в тыловой зоне, то есть обычно за прикордонными и железнодорожными путями. После получения штормового предупреждения и прекращения перегрузочных работ на причале дополнительные швартовы заводят за эти тумбы.

На специализированных причалах, например для танкеров, швартовные тумбы располагают несколько иначе, обеспечивая наиболее надежное раскрепление судна при действии ветра и волнения. Основные швартовные устройства – тумбы - устанавливают на швартовных палах. Дополнительные тумбы меньшей мощности могут быть установлены на технологической площадке и других конструкциях сооружения. При расстановке тумб на речных причалах необходимо учитывать колебания уровня воды, поэтому тумбы устанавливают в два–три яруса по высоте.

Следует отметить, что крупнотоннажные суда нередко швартуются на недостаточно незащищенных от волнения акваториях, вследствие чего в швартовах возникают значительные усилия, которые до последнего времени не поддаются точному учету. Для восприятия этих усилий нередко устанавливают швартовные бочки, на которые заводят дополнительные швартовы.

Горизонтальные нагрузки, возникающие при швартовке судна, часто воспринимаются отдельно стоящими сооружениями, так называемыми палами. По назначению палы могут быть отбойные, воспринимающие навал судов, или швартовные, воспринимающие швартовные усилия. Иногда в портах применяют палы другого назначения: направляющие, разворотные, комбинированные отбойно–швартовные или причальные. В зависимости от характера передаваемых на палы нагрузок они оснащаются отбойными и швартовными устройствами.

Как отбойные, так и швартовные палы могут быть жесткими и гибкими. Учитывая, что усилия от навала подходящего судна в значительной мере уменьшаются при увеличении податливости сооружения, наиболее эффективно применять гибкие отбойные палы, которые дополнительно снабжаются амортизирующими отбойными приспособлениями. Если имеются швартовные и отбойные палы, например у нефтепирсов, то швартовные палы оборудуют только охранными отбойными устройствами. Швартовные устройства располагают на швартовных и причальных палах. Нагрузки на эти палы могут достигать 10 мн, поэтому выбору их конструкции должно быть уделено особое внимание.

Жесткие палы могут быть гравитационного типа из железобетонных оболочек большого диаметра (рис. а), из массивов–гигантов различной формы, а также в виде свайных конструкций с высоким и низким ростверком, ячеистых конструкций из плоского металлического шпунта и железобетонных оболочек, погруженных в грунт.

В конструктивном отношении массивы–гиганты, оболочки большого диаметра, ячеистые конструкции мало чем отличаются от применяемых при строительстве причальных и оградительных сооружений.

Жесткие палы свайной конструкции с низким свайным ростверком могут иметь верхнее строение монолитное или в виде сквозной конструкции, например в виде металлической фермы, опирающейся на каменную постель (рис. г), металлические сваи из стальных труб, которые в последнее время получили особенно широкое распространение (рис. е).

В жестких палах свайной конструкции, как правило, имеются наклонные сваи, которые работают в основном на осевые нагрузки, поэтому они могут иметь сравнительно небольшое поперечное сечение и, следовательно, являются довольно гибкими. Для устранения этой гибкости швартовые палы обычно связывают между собой в пространственную ферму (рис. е). Для удобства и ускорения монтажа эту ферму готовят на берегу, целиком устанавливают на дно с помощью плавучего крана и закрепляют в грунте анкерными сваями, забитыми через вертикальные и наклонные стойки фермы с кольцевым зазором между ними.

Гибкие палы (рис.) обычно изготовляют на отдельных мощных металлических сваях (рис. а) или группе свай (рис. в). Верхнее строение выполняют в виде стальных специальных диафрагм, распределяющих усилие между сваями, или в виде железобетонной плиты (рис. в). Металлические сваи гибких отбойных палов в составе причалов для крупнотоннажных судов имеют диаметр до 2 м, а в отдельных случаях и больше. Для одноточечных причалов, которые, по существу, также являются палами, применяются сваи из металлических труб еще большего диаметра.

Верхнее строение из стали или железобетона изготовляют и оснащают оборудованием на берегу и в готовом виде устанавливают на забитые в грунт сваи. В некоторых случаях утраивают монолитное верхнее строение, иногда применяют деревянные отбойные сваи, а иногда и кусты таких свай, забиваемых у лицевой грани причала. Такие отбойные приспособления предохраняют от повреждения не только надводную, но и подводную часть причала. Однако при значительных глубинах устройство деревянных отбойных свай требует использования длинномерного леса. Кроме того, во многих случаях они оказываются недостаточно надежными и часто повреждаются, поэтому, в последние годы деревянные отбойные сваи иногда заменяют предварительно напряженными железобетонными или металлическими.

Расчет палов производится на нагрузки от швартовых усилий и от навала судна. В простейшем случае гравитационные палы рассчитывают на сдвиг и опрокидывание.

В некоторых случаях вместо отдельных палов применяют отбойные балки и стенки, которые защищают отдельные опоры, технологические площадки и другие части специализированных причалов. Эти отбойные стенки выполняют в виде ряда наклоненных в сторону моря металлических свай, головы которых связывают тяжелыми сплошными железобетонными балками. По концам стенки сваи расположены чаще, чем по середине, так как интенсивность ударов по концевым частям балок больше и, кроме того, при ударе о среднюю часть стенки усилия распределяются на большее число свай.

При передаче усилия на стенку энергия подходящего судна гасится в результате подъема тяжелой балки и работы, затрачиваемой на прогиб свай. Иногда отказываются от использования тяжелых балок. В этом случае энергия подходящего судна гасится в основном вследствие прогиба свай.

При малых глубинах у причалов и сравнительно небольших нагрузках применяют деревянные отбойные сваи, а иногда и кусты таких свай, забиваемых у лицевой грани причала. Такие отбойные приспособления предохраняют от повреждения не только надводную, но и подводную часть причала. Однако при значительных глубинах устройство деревянных отбойных свай требует использования длинномерного леса. Кроме того, во многих случаях они оказываются недостаточно надежными и часто повреждаются, поэтому в последние годы деревянные отбойные сваи иногда заменяют предварительно напряженными железобетонными или металлическими.

Расчет палов производится на нагрузки от швартовых усилий и от навала судна. В простейшем случае гравитационные палы рассчитывают на сдвиг и опрокидывание.