Пособие по Транспортным узлам / Пособие по Транспортным узлам

наиболее интенсивное развитие Торедо происходит при температуре

18-30°С.

Деревянные гидротехнические конструкции подвергаются также гниению: различного вида грибы превращают дерево в труху. В сухом виде и под водой древесина не гниет.

1.7.5. Геологические условия

Все портовые сооружения, молы и волноломы, набережные и пирсы, склады и служебные здания, железнодорожные и подкрановые пути располагаются на грунтах, которые должны обеспечить устойчивость сооружений для нормальной их эксплуатации. Кроме того, при строительстве и эксплуатации порта приходится учитывать состояние грунтов дна портовых акваторий (при проведении дноуглубительных работ

ивыборе якорной стоянки судов). Грунты, используемые в качестве оснований для сооружений, разбиваются на следующие группы [16]:

-глинистые, так называемые связные грунты, которые в свою очередь подразделяются на супеси, суглинки и глины. Отличительной особенностью этих трех видов глинистых грунтов является степень их пластичности; с увеличением содержания песчаных частиц пластичность уменьшается. Глинистые грунты, обладающие в природном состоянии видимыми невооруженным глазом порами, называются макропористыми, или лессовидными.

-илы – это глинистые грунты в первоначальной стадии своего формирования, насыщенные водой и содержащие органические примеси. Их отличительная особенность – нельзя удержать на ладони.

-песчаные грунты, которые являются сыпучими в сухом состоянии

ине обладают свойствами пластичности, содержащие менее 50% частиц крупнее 2 мм.

-крупно-обломочные несцементированные грунты, содержащие более 50% частиц крупнее 2 мм, которые в свою очередь подразделяются на щебенистый грунт (при преобладании окатанных частиц - галечниковый) и дресвяный (при преобладании окатанных частиц - гравийный). Щебенистый (галечниковый) грунт отличается от дресвяного (гравийного) содержанием более крупных частиц. У первого частицы крупнее 10 мм содержатся более 50%, у второго - частицы крупнее 2 мм.

-скальные грунты представляют собой породы, залегающие в виде сплошного массива или трещиноватого слоя.

Кроме этих основных групп, в толще грунтов иногда встречается торф, представляющий органическую горную породу, состоящую из остатков болотных растений, сгнивших при недостаточном доступе воздуха. Торфяные грунты характеризуются большой сжимаемостью.

Во многих портах территории образованы так называемыми насыпными грунтами. Они часто неоднородны и неплотны.

43

Наиболее благоприятны в качестве оснований для сооружений песчаные и дресвяные грунты, а также скальные при достаточной толщине слоя.

Несущая способность глинистых грунтов зависит от их плотности, на которую в свою очередь влияет влажность грунтов. Некоторые глинистые грунты обладают способностью давать осадку возведенным на них сооружениям в течение длительного времени, измеряемого часто годами.

Илистые грунты наименее пригодны для возведения на них сооружений. Особенно неблагоприятны наклонно залегающие грунты. Глинистые грунты, которые могут быть подвергнуты действию низких температур, обладают способностью пучиться, что может привести к деформации сооружений.

Для якорной стоянки благоприятны глина, плотный ил и глинистый или илистый песок. Мягкая глина, чистый песок или гравий, особенно скалистые грунты, не обеспечивают надежной стоянки судов на якоре.

Существенную роль при строительстве и эксплуатации сооружений играют грунтовые воды. При составлении проекта того или иного сооружения должен быть изучен режим грунтовых вод, который характеризуется колебанием их уровня в различные времена года, а также химическим составом, определяющим степень агрессивности для материала сооружения. Должна быть изучена также скорость движения грунтовых вод для определения возможности размыва грунтов основания сооружений и их неравномерной осадки. Следует иметь в виду, что в грунтах, образующих портовую территорию, вода залегает на сравнительно малой глубине, учитывая близость морской (или речной - в устьевых портах) воды. Грунтовые воды - одна из главных причин образования оползней, которые часто имеют место на крутых берегах морей. Вместе с деятельностью морского прибоя грунтовые воды часто приводят к весьма значительным смещениям масс горных пород. Во время оползней в приурезовой зоне обыкновенно появляется вал выпирания, который затем в течение более или менее продолжительного времени размывается морским волнением.

Строительные свойства грунтов определяются в геотехнических лабораториях путем исследования и испытания образцов грунтов, извлекаемых в процессе бурения, а также путем испытания грунтов в натуре. Выбор места расположения порта, проектирование портовых сооружений и подходных каналов требуют предварительного проведения широких инженерно-геологических и геоморфологических исследований.

1.7.6. Изменение береговой линии и глубин. Движение наносов

Под действием морского волнения, течений и некоторых других факторов естественного режима происходит непрерывное изменение берегов, которое в значительной степени зависит от грунтов, составля-

44

ющих берега. Процесс изменения последних заключается в разрушениях и размывах в одних местах и намывах в других.

В прибрежной мелководной зоне, где воздействие волны на берег наиболее активно, откладываются грубозернистые обломочные осадки: непосредственно у берега - валуны, галька, гравий, далее в море - песок, вначале крупнозернистый, затем разнозернистый и мелкозернистый, и, наконец, ил.

Галечники образуются в результате разрушения скал и отдельных глыб и валунов; пески являются следующей стадией разрушения крупнообломочного материала; илы завершают стадию разрушения обломочного материала.

Крупнообломочные породы - глыбы, валуны, галька - наиболее распространены в зоне прибоя, но встречаются также на глубинах до 60 м, реже - на больших глубинах.

Пески чаще всего распространены в прибрежной зоне, залегая полосой различной ширины на глубину до 15 - 20 м, а иногда 200 м. Пески являются продуктами разрушения суши морями и реками.

Илы образуются в мелководных заливах, лиманах, лагунах, т. е. на изолированных от моря участках либо на открытых участках моря на глубинах свыше 20 - 40 м. Эта зона занимает большую часть поверхности материковой отмели (полоса с глубинами до 200 м).

Органические отложения могут образоваться в особых условиях материковой отмели, когда поступление обломочного материала незначительно.

Выносимые реками наносы откладываются в море. Эти отложения отличаются слоистостью и могут достигать большого развития, как по площади, так и по толщине (до 300 м. и более). Отложения, образующие дельты, в основном состоят из песков, песчаных глин, песчаных илов, илов и растительных остатков. Гравий и галька, как и отложения известняка, встречаются редко.

Работа моря на крутых берегах заключается в следующем:

-разрушение берега моря;

-обтачивание или шлифование разрушенного материала;

-перенесение материала;

-отложение продуктов разрушения.

Первые три процесса носят название абразии. Например, на берегу Азовского моря за 40 лет размыт берег на глубину 500 м. вглубь материка, причем смыта часть поселка.

На пологом берегу последний всплеск прибойной волны в самой верхней части склона быстро всасывается, образуется слой из песка, гравия и гальки - так называемый береговой вал, имеющий вид слегка вогнутой гряды.

Во время сильных бурь на мелководном подводном береговом склоне образуются песчаные отмели - подводные валы, располагающиеся на некотором расстоянии от берега, параллельно ему, ино-

45

гда несколькими рядами. Они отделены от берега и разделены между собой более или менее глубокими ложбинами. При бурях подводные валы в некоторых случаях могут превращаться в надводные валы и постепенно соединяться с берегом.

Изменяют конфигурацию берега и ветры, которые могут сдувать легкие высохшие частицы в море или нести их внутрь материка. В последнем случае при наличии ветров, длительно действующих в сторону берега, вдоль морского берега образуются валы, называемые дюнами. Они перемещаются по направлению господствующего ветра, сохраняя при этом свою форму. Их высота может достигать 100 м и более. По мере продвижения дюн вглубь берега на их месте возникают новые дюны, таким образом, сыпучими песками захватываются обширные участки суши. Скорость движения дюн колеблется в широких пределах, но обычно не превышает 20 - 25 м. в год.

В ряде случаев по берегам морей наблюдаются так называемые карстовые явления. Карст - это пустоты, образованные в растворимых водой горных породах, преимущественно известняках. Они имеются, в частности, на Черном море у берегов Крыма и Кавказа.

Морским сооружениям иногда могут создавать угрозу обвалы и осыпи. Обвалом называется явление, когда масса породы под воздействием силы тяжести, поверхностных и подземных вод и выветривания мгновенно обрушиваются вниз. Продукты разрушения горных пород (в результате выветривания), скатывающиеся вниз по склону и скопляющиеся у его подножья, называют осыпями. На крутых берегах морей часто наблюдаются оползни. Так называют смещения масс горных пород вниз по склону, происходящие под влиянием силы тяжести.

Взаимные воздействия между морем и сушей охватывают широкую зону, называемую побережьем.

Часть берега, где происходит накат волн, называют пляжем, иногда эту часть побережья называют волно-прибойной террасой. Большие удары волн испытывают высокие береговые обрывы. Если берег пологий, то прибойные волны меньше и разрушительная сила их слабее. На плоских и низменных берегах чаще происходят процессы не размыва, а отложения. Выступающие части берега постепенно разрушаются, в углублениях же происходят аккумуляция и увеличение площади суши. В результате этих процессов береговой контур стремится выровняться.

Приглубые берега с крутым наклоном подводного откоса обычно разрушаются, и дно перед ними становится более отлогим. Наоборот, у отмелых берегов с весьма пологими подводными откосами береговая линия выдвигается в море вследствие накопления перед ней наносов, но подводный склон у нового берега делается более крутым.

Передвигаемые вдоль берега волнением и течением наносы могут откладываться там, где уменьшается их скорость. Обычно такое явление происходит в случае изгиба берега. Отложения наносов у изгиба

46

берега образуют косы. Все морские косы начинаются, как правило, у крутого поворота берега, причем линия внешней (морской) стороны косы представляет прямое продолжение береговой линии. Все аккумулятивные формы со стороны моря имеют береговой вал.

Движение наносов. Наносы на пляже и на подводном прибрежном склоне находятся в постоянном движении вследствие воздействия на них течения и волнения. Основную роль в передвижении наносов играет волнение, когда орбитальные скорости могут достигать значений, способных перемещать даже крупную гальку. Так, например, на Кавказском побережье наблюдались случаи, когда во время шторма всплесками волн галька забрасывалась на балконы зданий, стоявших у берега и возвышающихся над морем до 10 м. Морские течения ввиду незначительной их скорости играют ведущую роль в передвижении мельчайших частичек. Перемещение наносов зависит от крупности их частиц и от скорости струй воды.

При волнении частицы воды у дна движутся с переменной скоростью и направлением, соответственно этому движутся и наносы. Скорости движения воды при прохождении, гребня волны значительно больше, чем при прохождении ее впадины, поэтому частицы наносов определенной крупности будут продвигаться только к берегу, что и ведет к намыву пляжа. В то же время очень мелкие частицы, не требующие большой скорости для своего передвижения, перемещаются, в конечном счете, в сторону моря, так как период прохождения впадины волны всегда значительно больше, чем у гребня.

Наносы в зависимости от способа передвижения могут быть:

-взвешенные, состоящие из мельчайших илистых и глинистых частиц, поднимаемых со дна волнением и переносимых во взвешенном состоянии главным образом течением. При этом благодаря большей скорости струй, расположенных ближе к поверхности, частицы грунта стремятся переходить в верхние слои воды, где они и находятся, пока не изменится скорость течения. Вследствие этого более мелкие частицы остаются во взвешенном состоянии в верхних слоях, а более крупные - ниже. Таким образом, вдоль берега создается широкий поток мутной воды (иногда в несколько километров), где находятся во взвешенном состоянии грунтовые частицы, из которых более крупные располагаются ближе к урезу воды и ко дну;

-полувзвешенные, состоящие из более крупных частиц, многократно поднимаемых волнением со дна и совершающих в период своих кратковременных подъемов скачкообразные перемещения под влиянием прибоя и прибрежного течения;

-донные катучие, состоящие из частиц, перемещение которых вследствие их крупности (гравий и галька) совершается перекатыванием или скольжением по дну при увеличении волнения и скорости придонного течения;

47

- донные оплывающие, являющиеся результатом стекания весьма жидких илистых отложений к пониженным местам дна, например в искусственно созданные прорези подходных каналов.

Так как волнение и течение имеют обычно для каждого данного участка побережья господствующее направление, то и движение наносов имеет также соответствующее господствующее направление. Поэтому на большинстве прямолинейных участков побережья наблюдается так называемый транзит наносов, когда уносимый объем наносов компенсируется приносимым, благодаря чему сохраняется устойчивость береговой черты.

Однако волнение может отличаться от господствующего, и движение наносов соответственно изменяет направление - некоторое количество наносов как бы блуждает в пределах данного участка. Это явление носит название миграции наносов. При накатывании волны на прямолинейный берег направление движений частичек наносов совпадает с направлением луча волны. Израсходовав кинетическую энергию, вода, а вместе с ней и частица, скатывается в море по линии наибольшего уклона, т.е. нормально к урезу, где она подхватывается следующей волной и т.д. Таким образом, при косом подходе волн частицы наносов совершают зигзагообразные движения, перемещаясь в результате этого процесса вдоль берега. Интенсивность перемещения наносов зависит от направления и силы волнения: чем острее угол, под которым волнение подходит к урезу, и чем больше размеры волн, тем больше переносится наносов вдоль берега.

На выпуклом берегу при фронтальном подходе волн движение наносов идет в разные стороны от оси, следовательно, здесь будет наблюдаться размыв берега. На вогнутом берегу при фронтальном подходе волн движение наносов справа и слева идет к оси бухты; здесь происходит аккумуляция наносов.

Различают морские и береговые наносы. Береговыми называют наносы, которые передвигаются вдоль берега. Это наиболее тяжелые частицы (донные наносы), которые не могут быть унесены на значительное расстояние вследствие малой скорости воды, сбегающей в море. Морскими называют наносы, перемещающиеся с моря. Такие перемещения происходят, например, при береговых ветрах, вызывающих сгон верхних слоев воды. Вследствие этого возникают циркуляционные (обратные, направленные к берегу) придонные токи, которые подтягивают к берегу донные наносы.

В результате штормового волнения песчаные и галечно-песчаные пляжи иногда оказываются размытыми. Чаще всего размыв пляжей наблюдается в зимний штормовой период, а намыв - в период летних затиший. Обычно пляжи размываются катастрофически быстро, а намываются медленно, едва заметно для наблюдателя.

Наносы иногда передвигаются на весьма далекое расстояние. Режим движения наносов существенно влияет на расположение портовых

48

оградительных сооружений. Так, выдвижение мола на прямолинейном участке побережья может привести к нарушению транзита наносов, вследствие чего происходит интенсивное нарастание берега со стороны господствующего направления движения наносов и, наоборот, разрушение берега с другой стороны мола. Следовательно, необходимо стремиться к такому расположению оградительных сооружений, при котором естественный режим движения наносов был бы нарушен в наименьшей степени. Если же этого избежать нельзя, то одновременно с оградительными сооружениями проектируют комплекс сооружений, обеспечивающих защиту порта от заносимости, а побережье от размыва.

1.7.7. Особенности устройства портов в различных природных условиях

Порты на приглубых побережьях. Приглубые берега характе-

ризуются крутым уклоном прибрежной зоны в сторону моря. Лишь узкая зона у самого уреза воды образует низменную полосу, называемую террасой. В подобных условиях необходимую для грузовых операций территорию приходится отвоевывать у моря.

На приглубых побережьях значительная часть расходов по строительству порта приходится на внешние оградительные сооружения. Поэтому проектировщики стремятся обеспечить потребную длину причального фронта при минимальной протяженности внешних оградительных сооружений. Этому условию удовлетворяет обычно пирсовая схема расположения причального фронта (рисунок 1.4, а) с использованием молов и пирсов в качестве причалов. Размеры акватории и расположение оградительных сооружений устанавливают с учетом перспективного развития причального фронта (пунктир). При расположении последнего вдоль берега, т. е. фронтально (рисунок 1.4, б), протяженность оградительных сооружений резко увеличивается, что соответственно удорожает строительство [16].

49

Рисунок 1.4 – Начертание причального фронта

Существенным преимуществом приглубых побережий являются наличие значительных подходных глубин, малая заносимость подходных каналов и самой акватории. Примерами портов, расположенных на приглубых побережьях с пирсовой системой причального фронта являются Одесса, Новороссийск, Туапсе и др.

Компоновка причального фронта в виде пирсов является типичной для портов с искусственной защитой от волнения. В портах же, расположенных на побережьях с естественной защищенностью, причальный фронт можно устраивать также и фронтально. Примерами таких портов являются Ильичевск, Находка, Ванино и др.

Порты на отмелых побережьях. Отмелые побережья характе-

ризуются сравнительно малыми глубинами в прибрежной полосе. Здесь под действием волнения и течений происходит значительное передвижение наносов и вследствие этого - непрерывный намыв и размыв береговой полосы.

Отличительной особенностью портов, расположенных на песчаных побережьях, является заносимость подходных каналов и акваторий. Иногда обмеление последних настолько интенсивно, что приходится производить весьма значительные дноуглубительные работы, что обходится очень дорого. В связи с пополнением флота крупнотоннажными судами с большими осадками указанный недостаток портов на отмелых побережьях становится весьма существенным. Для выхода на достаточные глубины приходится удлинять и углублять подходы и увеличивать объем черпания в самой акватории, в связи с чем, порты вынуждены ограничивать прием судов по осадке.

На рисунке 1.5 показана схема порта на отмелом побережье [16].

Рисунок 1.5 – Порт на отмелом берегу

Причальный фронт в данном случае создан как за счет углубления в берег 5, так и путем искусственной засыпки. Этим достигается умень-

50

шение длины дорогостоящих молов. Для уменьшения заносимости ось подходного канала 1 стремятся ориентировать по возможности параллельно направлению преобладающего течения 2. В этом случае заносимость искусственной прорези (канала) будет минимальной. На побережьях с интенсивным движением наносов 4 последние, при подходе к молу, теряя скорость, откладываются, образуя отмель. Часто накапливаются огромные массы песка, постепенно передвигающиеся в сторону канала и акватории. Для предохранения последних от обмеления иногда устраивают защитные сооружения в виде бун и шпор 3, задерживающие дополнительный объем наносов (6 - размыв берега). Примерами портов, расположенных на отмелых побережьях, являются Красноводск, Махачкала, Жданов, Таганрог и др.

Устьевые порты. Существенное преимущество этих портов - естественная защищенность от волнения. Лишь в немногих случаях требуется строительство дорогостоящих оградительных сооружений. Такие порты благодаря дешевым внутренним водным путям, идущим вглубь страны, привлекают значительные массы грузов. Причальный фронт устьевых портов располагается либо вдоль берегов реки, либо в специально отрытых бассейнах. Часто встречается сочетание этих вариантов. Основным недостатком большинства устьевых портов является мелководье и изменчивость фарватеров, что особенно ощутимо в связи с резким увеличением осадки судов. Создание и поддержание судоходных глубин, отвечающих современным требованиям в пределах разумной экономии, далеко не всегда эффективны. Поэтому многие устьевые порты имеют аванпорты - выдвинутые к самому морю пункты, обеспечивающие подход крупнотоннажных судов. Примерами являются аванпорты «Экономия» (Архангельск), Пиллау (Калининград) и др.

Вустьевых портах и зависимости от конкретных условий принимают меры для поддержания глубин. В безливных морях применяют два основных метода: искусственное дноуглубление и сосредоточение вод

водном рукаве. Благодаря сжатию потока дамбами и запрудами увеличиваются скорости, размывающие дно. Выносимые наносы откладываются в прибрежной зоне перед устьем. При наличии берегового морского течения наносы уносятся в сторону, что уменьшает опасность обмеления естественных судоходных глубин. При отсутствии такого течения и при сравнительно малых глубинах моря в непосредственной близости дельты наносы, откладываясь на подходах к рукаву, могут резко уменьшить глубины. Поэтому иногда на взморье поток направляют двумя параллельными молами, выводимыми на достаточные глубины. Подобные молы возведены, например, в устье р. Миссисипи.

Вустьях рек, где ощущается заметное влияние приливо-отливных колебаний, после поднятия уровня при приливе накапливаются огромные массы воды, которые при отливе устремляются в море, унося с собой речные наносы, как из самой дельты, так и из участков, расположенных выше. Эти процессы наиболее эффективно протекают при во-

51

ронкообразной форме устья, когда скорости движения потока в море достигают значительных пределов.

Приливо-отливные явления оказывают заметное влияние на устройство морских портов.

При сравнительно небольших колебаниях уровня моря (4 - 5 м) глубины причалов выбирают с расчетом обеспечения минимального запаса под килем судна при самом низком отливе. Иначе обстоит дело, когда амплитуда колебаний горизонта моря достигает 10 - 12 м и выше. В этом случае, при осадке современных судов 10 - 15 м, пришлось бы высоту причальной стенки принять 25 - 30 м, что сильно удорожает ее стоимость и усложнит строительство.

Указанные недостатки открытых набережных значительно уменьшаются при устройстве закрытых бассейнов, отрытых обычно в целине берега. Бассейны отделяются от моря шлюзами с затворами, позволяющими поддерживать в них необходимый уровень воды. В закрытых бассейнах уменьшается высота причальных стенок, обеспечивается спокойная стоянка судов и улучшается технология перегрузочных работ. Однако в таких бассейнах есть и недостатки: потеря времени в связи со шлюзованием судов (ввод судна, закрытие ворот, вывод и др.); ограниченность времени для входа и выхода судов из-за низкого уровня воды; устройство и эксплуатация дорогостоящих шлюзных ворот и др. Указанные потери времени недопустимы для некоторых судов; (например, пассажирских срочной линии). В таких портах приходится иногда устраивать, несмотря на их дороговизну, открытые причалы или плавучие пристани.

Закрытые бассейны имеются во многих портах Западной Европы (Гавр, Шербур, Антверпен, Ливерпуль, Лондон и др.).

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое порт и его основное назначение?

2.Особенности производственной деятельности портов.

3.Что такое производственная структура порта?

4.По каким основным признакам классифицируются порты?

5.Основные направления развития портов и гидротехнических сооружений.

6.Что понимается под понятием транспортный узел?

7.Материально-техническая база морского порта.

8.Какими основными показателями характеризуется эксплуатационная деятельность морского порта?

9.Перечислите основные количественные показатели эксплуатационной деятельности порта.

52