- •Введение Предмет, цели, и задачи изучения курса (дисциплины)
- •Основные этапы исторического развития портов и водных путей.
- •Современное состояние и перспективы развития портов
- •Классификация, состав и основные элементы морских и речных портов. Классификация морских и речных портов.
- •Состав и основные элементы порта
- •Грузооборот, пропускная способность и судооборот порта
- •Морские и речные судоходные каналы Классификация судоходных каналов
- •А) полного профиля б) неполного профиля в) отсутствие прорези
- •Основные элементы судоходных каналов
- •Определение основных размеров каналов
- •Полная глубина в канале:
- •Акватория и территория порта Основные элементы акватории порта
- •Глубины на акватории порта
- •Расположение оградительных сооружений
- •Расположение и размеры входа в порт
- •Определение основных размеров акватории порта
- •Расположение причального фронта
- •Портовая территория
- •Естественный режим морских побережий и устьевых участков рек и его влияние на устройство и эксплуатацию портов и водных путей собщений
- •Элементы естественного режима морских побережий и устьевых участков рек.
- •Морские волны и их классификация
- •А) на бесконечной глубине б) на конечной глубине
- •Портовые гидротехнические сооружения Классификация портовых причальных сооружений.
- •Специализация причалов.
- •Р ис. 20 Основные типы причальных сооружений а) гравитационный б) на свайном основании в) тонкая стенка г,д,е) смешанная конструкция Типы гравитационных сооружений.
- •Конструкции портовых причальных сооружений в виде тонкой стенки, на сваях и колоннах
- •Конструкции причальных сооружений на свайных основаниях
- •Классификация особых типов причалов
- •Рейдовые и островные причалы
- •Причальные сооружения на опорах повышенной несущей способности.
- •Плавучие причалы
- •Кессоны
- •Причальные приспособления
- •Швартовные устройства
- •А) вращающаяся винтовая тумба б) тумба с откидной головкой в) быстроотделяющиеся гаки
- •Внешние силы и нагрузки, действующие на портовые причальные сооружения и особенности расчета Классификация внешних сил и нагрузок действующих на портовые причальные сооружения
- •Эксплуатационные нагрузки
- •Собственная масса конструкции и постоянных устройств
- •Давление грунта
- •Нагрузки, возникающие при взаимодействии между судном и причалом
- •Волновое давление
- •Состав нагрузок, их сочетание и последовательность расчетов
- •Портовые оградительные сооружения Классификация оградительных сооружений
- •Оградительные сооружения с вертикальной стенкой
- •Оградительные сооружения из обыкновенных массивов
- •Оградительные сооружения из циклопических массивов
- •Ячеистые (целюлярные) массивы
- •Оградительные сооружения из массивов-гигантов
- •Оградительные сооружения из свай
- •Широкие молы
- •Оградительные сооружения откосной формы
- •Молы из наброски сортированного камня
- •Оградительные сооружения из наброски массивов
- •Оградительные сооружения из песка
- •Новые типы оградительных сооружений
- •Молы и волноломы сквозной конструкции
- •Плавучие оградительные сооружения
- •Пневматические волноломы
- •Внешние силы и нагрузки действующие на оградительные сооружения
- •Основные виды оборудования
- •Транспортное оборудование портов
- •Энергоснабжение и освещение порта
- •Водоснабжение и канализация порта
- •Средства связи
- •Прочие виды оборудования порта
- •Подъемно-транспортные машины и механизмы
- •А) мостовой б) консольный
- •Поворотные краны
- •Вертикальные подъемники
- •Вагоноопрокидыватели
- •Скреперные установки
- •Тележки безрельсового транспорта
- •Погрузчики безрельсовые колесные и гусеничные
- •Подъемно-транспортные машины непрерывного действия
- •Устройство и назначение судовых грузовых устройств Назначение и устройство судовых грузовых устройств, их классификация
- •Основные элементы грузовых устройств со стрелами
- •Принципиальные схемы работы грузовыми стрелами и их размещение на судне
- •Легкие и тяжеловесные грузовые стрелы
- •Грузовые мачты и грузовые колонки
- •Классификация водных путей сообщений и гидротехнических узлов
- •Классификация внутренних водных путей.
- •Состав и основные элементы гидротехнических узлов
- •Основные понятия, конструктивные формы и типы шлюзов
- •Конструкция судоходного шлюза
- •Короткими обходными водопроводными галереями.
- •Временные причальные сооружения
- •Временные стационарные причалы
- •Габаритные размеры стационарных временных причалов
- •Нагрузки, действующие на временные причалы
- •Конструкция временных стационарных причалов
- •Организация работ по возведению стационарных причалов
- •Плавучие причалы
- •Причалы из судов, барж и других плавучих средств
- •Литература
Портовые оградительные сооружения Классификация оградительных сооружений
Сооружения, защищающие акваторию порта или отдельные ее части от воздействия волн, течений, наносов и льда (или от некоторых из этих факторов), называются оградительными. Они весьма разнообразны по назначению, типам и свойствам. Классификация оградительных сооружений производится по нескольким признакам. По расположению в плане они различаются на внешние и внутренние. Внешние оградительные сооружения защищают акваторию порта от целого комплекса неблагоприятных факторов естественного режима: волнения, течений, наносов, льда и т. д. Они относятся к разряду основных сооружений (выход из строя которых существенно нарушает работу порта, угрожая целостности расположенных на его акватории судов и других объектов) второго класса капитальности (СНиП II-И2-62).
Внутренние оградительные сооружения защищают лишь отдельные части акватории от волнения, проникающего через разрывы во внешних оградительных сооружениях или развивающегося самостоятельно внутри акватории.
Оградительные сооружения, соединенные с берегом, называются молами, отделенные от берега - волноломами (иногда под волноломами понимают любые оградительные сооружения). Наиболее ответственной частью оградительного сооружения является его голова, профиль которой возводится усиленным с учетом увеличенных волновых воздействий и необходимости размещения на ней навигационных и других устройств. Корень мола соединяет его с берегом. Молы часто используются в качестве причальных сооружений.
По форме поперечного сечения оградительные сооружения делятся на вертикальные, откосные и смешанного профиля (рис. 52). Профиль сооружения, точнее, его внешней грани, определяет характер и степень волнового воздействия на сооружение.
Вертикальный профиль вызывает при достаточно больших глубинах отражение волн и волновой энергии от сооружения. Возникает так называемая стоячая волна с почти удвоенной высотой и соответственно увеличенными волновым давлением и донными скоростями (скоростями движения частиц воды у дна).
Рис. 52. Типы оградительных сооружений и их элементы:
а, б, в—соответственно вертикального, откосного и смешанного профиля; 1—надстройка; 2 — парапет;
3 — подводная часть; 4 — каменная постель; 5 — берменные массивы; 6 — берма постели; 7 — гребень откосного сооружения
Сравнительно небольшая ширина сооружения понизу приводит к существенному возрастанию и резкой неравномерности напряжений в основании. Для распределения напряжений на большую площадь и предотвращения размыва основания подводная часть сооружения устанавливается на призму из каменной наброски - каменную постель. С уменьшением глубины воды над бермой постели волна под влиянием откоса каменной призмы может утратить правильный колебательный характер и разрушиться непосредственно перед сооружением, вызывая ударное воздействие на него с особенно высокой интенсивностью волнового давления. Сооружения вертикального профиля весьма чувствительны к неравномерным осадкам. Однако они требуют значительно меньшего по сравнению с откосным профилем объема строительных материалов, позволяют использовать волнолом в качестве причального сооружения, что часто и предопределяет его выбор.
Откосный профиль не нарушает правильного колебательного характера волны на подходах к сооружению, представляющему собой, как правило, наброску из камня или бетонных массивов (блоков). Такие сооружения характеризуются значительной пористостью и часто не могут служить достаточно надежной защитой от проникновения на акваторию порта волновой энергии и наносов. Они требуют для своего возведения чрезмерно больших объемов строительных материалов и их невозможно использовать в качестве причала. Однако в связи с резким снижением явления сложения волн и уменьшением горизонтальных сдвигающих усилий, а также благодаря наличию широкой подошвы напряжения в основании откосного сооружения практически не возрастают от волнового давления. Донные скорости и неравномерные осадки основания не представляют для набросного coopужения серьезной опасности. Такие сооружения чрезвычайно просты в строительстве и надежны в эксплуатации. Ни сила штормов, ни слабость оснований не являются непреодолимым препятствием для их возведения. Эти и другие преимущества привели откосные оградительные сооружения к широкому распространению в практике портового строительства.
Смешанный профиль в зависимости от соотношения между размерами волн и глубиной воды у сооружения и над бермой может вызывать как отражение волн, так и их разрушение перед сооружением (над откосом). В сооружениях смешанного профиля ослабляется основной недостаток откосного сооружения - уменьшается потребный объем строительных материалов и проявляются отдельные достоинства сооружений вертикального профиля - возможность использования оградительного сооружения в качестве причала, создание условий для пропуска по нему транспортных средств и т. д.
По способам обеспечения устойчивости оградительные сооружения делятся на гравитационные (полностью располагаемые над поверхностью основания) и частично погружаемые в глубь основания, как правило, свайные.
В гравитационных сооружениях устойчивость на сдвиг и опрокидывание обеспечивается за счет собственной массы, рационально распределенной по профилю. Они могут иметь как вертикальный, так и откосный профиль. Гравитационные вертикальные стенки возводят в виде кладки из бетонных массивов (массивовая кладка); железобетонных ящиков, заполненных песком, камнем или бетоном (массивы-гиганты); деревянных, заполненных изнутри срубов (ряжи) и т. п. Для предотвращения выпадения отдельных массивов из кладки и утечки материала заполнения из массивов-гигантов или ряжей, а также для повышения волногасящей способности сооружения над его подводной частью возводится надстройка, как правило, из монолитного бетона. В набросных сооружениях из камня или обыкновенных бетонных массивов правильной формы собственной массой обеспечивается как общая устойчивость сооружения, так и устойчивость отдельных элементов (камней или массивов), в связи с чем расход строительных материалов в них максимально велик. В откосных сооружениях из фасонных блоков различной формы устойчивость отдельных элементов в теле сооружения достигается не только за счет их массы, но и благодаря их взаимному зацеплению, что позволяет возводить их с более крутыми откосами и соответственно меньшим объемом строительных материалов.
В свайных (погружаемых) сооружениях устойчивость обеспечивается, помимо собственной массы, защемлением свай (оболочек, шпунта) в грунте. Все они представляют собой, как правило, сооружения вертикального профиля, и их возводят чаще всего в виде двухрядных перемычек или ячеистой конструкции с заполнением из камня или песка. Значительного снижения стоимости сооружения можно добиться, применяя облегченные конструкции (рис. 53).
Сквозные волноломы (рис. 53 а,б) представляют собой разновидность стационарного оградительного сооружения облегченного типа. Известно, что волновая энергия концентрируется в верхних слоях и затухает в глубине. Это обстоятельство продиктовало конструкцию сквозного волнолома, состоящую из двух частей: верхнего сплошного пролетного строения, перекрывающего собой основную часть зоны концентрации волновой энергии, и нижних опор. Основным элементом волнолома является передняя грань верхнего строения, от размеров и относительного расположения которой зависит в основном волногасящий эффект ограждения. Конструкция верхнего строения может быть выполнена в виде прямоугольного в поперечном сечении (или другой формы) ящика из железобетона, металла или другого материала (волнолом ящичного или коробчатого типа), или в форме плоского щита (экранный волнолом), или более сложной сквозной пространственной формы (решетчатый тип). Попытки создать сквозные волноломы с одними вертикальными разрывами в виде отдельных опор-бычков или свайных рядов к успеху не привели, так как не обеспечивали сплошного перекрытия зоны концентрации волновой энергии.
В сквозных волноломах строительный материал распределяется по высоте более рационально, чем в обычных оградительных сооружениях. В условиях больших глубин и крутых коротких волн они дешевле обычных гравитационных оградительных сооружений, чем и оправдывают свое применение. Однако слабая способность гашения более длинных волн, сложность устройства и некоторые другие недостатки ограничивают их использование на практике.
Рис.53 Волноломы облегченной конструкции
а,б - сквозные волноломы; в,г - полупроницаемые или проницаемые волноломы;
д,е - плавучие волноломы; ж,з - волноломы активного действия
Полупроницаемые или проницаемые волноломы имеют большое количество сравнительно мелких отверстий, пор или щелей, равномерно распределенных по подводной части волнолома (рис. 53 в,г). Этим они отличаются от сквозных волноломов, выполненных с большими проемами и зазорами, через которые свободно проникает волновая энергия, обтекая сплошные преграды. Пористый характер преграды способствует снижению явления отражения и сложения волн перед волноломом и смягчению ударного воздействия волн на сооружение.
К этой категории может быть отнесено и откосное оградительное сооружение из каменной наброски (наброска из крупноблочных массивов по этому признаку занимает промежуточное положение между сквозным и проницаемым типами). В вертикальных оградительных сооружениях проницаемость преграды создается в виде сравнительно небольших, часто расположенных отверстий в лицевых гранях сооружения (перфорированный волнолом), тонких щелей в однорядном свайном волноломе (щелевой волнолом) или каменной призмы, заключенной между свайными рядами, забитыми со щелями, и т. п. Последние примеры успешного применения проницаемых и полупроницаемых волноломов подтверждают высокую эффективность и экономичность их использования.
Плавучие волноломы отличаются от сквозных тем, что их верхняя часть, расположенная в зоне концентрации волновой энергии, не нуждается в опорах, так как вместо них применяются якорные закрепления, удерживающие волнолом в нужном месте (рис. 53 д,е). Волнолом может быть выполнен в виде сплошного понтона прямоугольного, ромбообразного, крестообразного и другого вида, предусматривающего отражение волновой энергии от ограждения, сквозного пространственного решетчатого гасителя, предусматривающего поглощение волновой энергии сооружением, и т, д. Его поперечный профиль может иметь разнообразную форму.
В плавучем волноломе строительный материал используется более рационально, чем в гравитационных, свайных и даже сквозных волноломах, так как масса его конструкций не передается грунту основания. При необходимости секции волнолома можно перебазировать в другой район. Их стоимость почти не зависит от глубины. Однако, как и сквозные, они обладают низким волногасящим эффектом в условиях длинных пологих волн и не задерживают наносов. Раскачивание понтонов сопровождается сильными рывками в якорных закреплениях и межсекционных соединениях, поэтому вопрос об уменьшении усилий в креплениях волнолома - наиболее важный на пути к освоению этого типа ограждения. Одним из усовершенствованных вариантов конструкции является волнолом из эластичной оболочки, в котором усилия в якорных закреплениях сведены к минимуму, а межсекционные закрепления вообще отсутствуют, так как сооружение сплошное по длине.
Волноломы активного действия (рис. 53 ж,з) - это сооружения, которые нарушают и доводят до разрушения правильное волновое движение жидкости горизонтальными течениями, вертикальными потоками воды или смесью воды с пузырьками воздуха, а также другими турбулизующими факторами, а не твердыми преградами. Так появились пневматические, гидравлические и некоторые другие волноломы этого типа.
В пневматическом волноломе из подводного трубопровода, расположенного вдоль линии ограждения, выпускается равномерно через небольшие отверстия сжатый воздух, нагнетаемый компрессорами. Волны, встречаясь на своем пути с образовавшимся под действием огромного количества всплывающих к поверхности пузырьков водовоздушным потоком, частично или полностью разрушаются.
Пневматический волнолом отличает невысокая строительная стоимость (его строительство практически не зависит от глубины воды и от свойств грунта дна), быстрота и простота возведения, возможность пропуска судов над собой и т. п. Однако его работа эффективна лишь при крутых коротких волнах, редко встречающихся в морских условиях.
Гидравлический волнолом представляет собой установку, искусственно создающую встречное поверхностное течение, разрушающее волны. Один из вариантов такой установки представляет собой протянутый вдоль линии ограждения у поверхности воды трубопровод (опирающийся на стационарные или плавучие опоры) с боковыми насадками, через которые выбрасываются горизонтальные струи воды. Эффективная работа гидравлического волнолома происходит только при коротких крутых волнах.