Естественный режим в районе порта характеризуется:

• топографическими условиями;

• гидрографическими условиями;

• метеорологическими условиями;

• гидрологическими условиями.

К топографическим условиям относятся: характер контура и особенности рельефа берега.

При решении вопроса о строительстве порта топографические условия оценивают, исходя из следующих основных соображений:

• выгнутый берег следует предпочитать выпуклому;

• устраивать порты в залах и хорошо защитных бухтах;

• наиболее удобными для размещения всех портовых и береговых устройств и прокладки подъездных путей являются низменные берега.

В результате топографических изысканий составляют план расположения порта в масштабе.

Горизонтали проводят с сечениями от 0,5 м д 2-3.

Такой план будет предложен для курсовой работы.

Дадим краткую характеристику отдельных терминов, характеризующих очертание береговой полосы. Думаю, что многие из них известны, и вы с ними встречались.

Главный из них по размерам – залив – значительная часть моря, уходящая вглубь материка (Финский, Рижский, Куршский, Мексиканский).

Бухта – небольшой залив, заметно обособленный от открытого моря, защищенный от ветра и волнения (может находиться в заливе), например Новороссийская бухта, бухта Владивосток, Находка, Врангеля.

Фиорд – узкий извилистый залив, глубоко врезающийся в глубь материка.

Губа – поморское название, глубоко врезающееся в сушу, в которую обычно впадает река. (Онежская, Обская и т.д.).

Лиман – затопленная морем учитываемая часть долины реки. Если сообщаются с морем – открытые лиманы.

Лагуна – небольшой залив или озеро морского происхождения, отделенное от моря косой и сообщающиеся с морем узким протоком – гирлом.

Банка – местное возвышение морского дна.

Мыс – выступающая в море часть возвышенного берега.

Дельта – устьевая часть реки в виде ряда рукавов (протоков), отделенных друг от друга отмелями и островами.

Гавань – это понятие, близкое порту. Раньше так называли естественное надежное место – укрытие для судов в непогоду, на время грузовых операций, посадки – высадки пассажиров. В принципе это бухта, например Советская гавань. Гаванью называют часть морского порта, состоящую из нескольких причалов, окаймляющих бассейны правильной геометрической формы.

Под гидрографическими условиями понимается рельеф дна в районе проектируемого порта. По рельефу дна различают два вида берегов: приглубый (берега Крыма, Кавказа), отмельный (берега Финского залива, Азовского и красного морей) При этом рельеф дна может не соответствовать рельефу берега: у крутого берега могут быть малые глубины и наоборот (крутой берег между Анапой и Новороссийском и малый уклон для моря).

Чаще всего встречаются профили дна террасообразной формы: крутой склон у берега сменяется террасой значительной ширины и т.д.

Рассмотрим профиль береговой зоны бесприливного моря.

Берег – полоса суши, на которой имеются формы рельефа и (shore) накопления наносов, созданных морем при многолетнем уровне.

Граница берега и побережья, проходит по кромке клифа (cliff) – т.е. отодвигаемый морем береговой уступ.

Пляж – остающаяся перед клифом частично надводная (bench), частично подводная полоса берегового склона, т.е. пляж – это накопление нанос в зоне полосы прибрежного потока.

Для решения задачи портостроения создают карту глубины с изобатами.

С точки зрения устройств порта особенности рельефа дна могут быть представлены тремя типами:

- изобата (12-15 м.), соответственной проектной глубине входа в порт, расположена от уреза на расстоянии 0,8 – 1,2 км в этом случае оградительные сооружения возводят на глубине 12-13м и подходного канала не требуется.

- берега отмелые, где проектная глубина отстает от среза на несколько км. (иногда десятки км.) необходимо устройство подходного канала

- берега приглубые, когда глубина 10-12 м. отстоит от среза на расстоянии 100-200 м. Требуется создавать оградительные сооружения на больших

глубинах или врезать акваторию в берег.

К метеорологическим условиям относят явления, происходящие в атмосфере. Для портостроения, эксплуатации портов особый интерес представляют ветры, туманы, осадки и t⁰ воздуха.

От ветра зависит направление и интенсивность волнения, что наиболее существенно влияет на компоновку размеры оградительных сооружений, направление и расположение входа в порт. При сильном ветре запрещается работа портальных кранов. С учетом направления господствующих ветров порта.

При плохой видимости в туманах прекращается работа портальных кранов. Наличие туманов и их интенсивность влияет на оборудование навигационной обстановки на подходах к портам.

Осадки влияют на эксплуатационный режим портов. В части при дожде запрещается производить грузовые операции с грузами, боящимися атмосферных воздействий (цемент, зерно, сахар, мука).

Темп воздуха влияет на ход и организацию работ.

При сырой погоде и отрицательной - t⁰ воздуха определены перерывы в работе портовых рабочих в различных бассейнах.

В гидрометеорологических очерках (в лекциях) даются статистические данные по естественному режиму побережья.

Под гидрологическими условиями понимают весь комплекс явлений, связанных с изменениями и движениями, происходящими в водной среде. Из них важнейшими факторами. Которые, приходится учитывать при строительстве и эксплуатации портов, являются:

• колебания уровня воды;

• приливы и отливы;

• волнение;

• морские течения;

• физико – химические свойства воды;

• ледовый режим.

Рассмотрим эти факторы.

Колебание уровня воды.

Этот фактор является решающим при назначении судоходных глубин акваторий и подходных каналов, размеров портовых сооружений. Основные причины колебания уровня воды: действие ветра, астрономические влияния (приливы и отливы), изменения режима питания водоемов и их испаряемости (весенние половодья, таяние льда, нагон воды ветрами, паводки) – т.е интенсивное выпадение осадков. Это в основном сказывается на реках, а в прибрежной части мало заметно. Тем не менее совместно с испаряемостью эти причины оказывают влияние на ход годового уровня воды во внутренних морях. Например, в Черном море он достигает 0,5 м. с максимумом в июне – июле, а минимум в октябре – декабре, а Балтийском максимальный уровень – август – сентябрь, минимальный апрель – май. Колебания уровня воды при нагоне (ветер дует с моря в сторону берега) и сгоне (наоборот) завися и от силы ветра, и от его продолжительности, и от очертания берега. Наибольшие колебания бывают в узких проливах или бухтах и заливах (Таганрогском заливе, устье Невы, Волги) (К-д).

В устье Невы, вследствие воронкообразного Финского залива нагонный подъем достигает 4 м., а спад при сгоне – 1,35 м. при N0 ветре сгон воды в Таганрогском заливе настолько сильный, что некоторые суда не могут подойти к Таганрогу.

В небольших морях и заливах могут иметь место сейши, т.е. одновременное понижение воды в одном районе и повышение в другом. Причина – резкое изменение атмосферного давления в разных частях рассматриваемого водного бассейна.

А после прекращения действия внешних сил, вся масса воды приходит в колебательное движение. Амплитуды сейш для разных водоемов от нескольких см. до двух метров, период от десятков минут до целых суток. (Женевское озеро – 2 м. период 70 мин., Азовское море 80 см., период около суток, Балтика 78 см., период около 20 мин.).

В практике эксплуатации портов используют характерные для данного пункта уровень воды:

• самый высокий горизонт (СВГ)

• самый низкий горизонт (СНГ)

• ординарный, т.е. средний уровень за длительный срок наблюдений

• нуль глубин, т.е. условный горизонт (в приливах морях на 0,2 ниже самого низкого отлива, в морях безливных это ординарное).

• иногда встречается отсчетный горизонт (уровень) черпания, т.е. минимально гарантируемая глубина прохода в порт, от которой отсчитывают глубины при дноуглубительных работах.

Мы видели, что режим колебаний уровня в разных пунктах побережья различен, т.е. нулевые повторности не лежат на одной поверхности уровня данного водоема связь между ними, осуществляется привязкой к реперам общей нивелировочной сети страны, где за нуль принят многолетний средний уровень Балтийского моря в Кронштадте, которому соответствует нуль Кронштадского футилтока. Наблюдения ведутся 120 лет.

Приливы и отливы.

Известно из школьной программы астрологические явления колебаний частиц (приливно отливных) воды под действием сил притяжения луны и солнца. Разница между отметками малой и полной воды называется приливно-отливной амплитудой.

Бывают полусуточные приливы. (6ч., 1 ч. и 30 сек.), т.е. в течение суток 2 прилива и 2 отлива приблизительно. Бывают суточные приливы, смешенные (неправильные суточные и полусуточное). Амплитуда зависит от взаимного расположения Луны, Земли и Солнца при полном новолунии равнодействующие приливообразные силы Луны и Солнца исследуются, сто дает наибольшую приливно – отливную амплитуду – это сигизии или сигизийные приливы. В первой и последней четверти луны, когда угол между направлением Земли на Луну и Солнце 90⁰, высота приливно-отливной волны наименьшая. Это квадратуры или квадратурные приливы.

В открытом океане, у неизрезанных берегов материка приливно-отливная амплитуда ≤ 1,5-2 м.

Наибольшие амплитуды наблюдаются в местах значительного рельефа дна и очертания берега. Предельные значения наблюдаются в заливе Фанди (Северная Америка) 18 м.

На французском побережье 2-12 м., у берегов Англии 11 м. во внутренних морях они незаметны.

Волнение различают по причине возникновения ветровые волны, возникающие от воздействия ветра, сейсмические волны (цунами), обусловленные подводными землятресениями, судовые волны, возникающие при движении судов и т.д. по действующим силам:: гравитационные волны, приливные волны.

Внутренние волны – находящиеся при непрерывном воздействии ветра.

Свободные волны (первая зыбь или зыбь) – волны, распространяющиеся после прекращения ветра или вышедшие из зоны воздействия (2-х мерный характер и симметричное очертание профиля). Смешенные волны – результат сложения вынужденных и свободных волн.

Волновые колебания.

Период волны Т – время между появлением двух смешанных вершин скорости распространения волн с=λ/Т, крутизна волны n/Т.

При увеличении скорости ветра гребни волн разрываются на отдельные бугры (холмы) и впадины и 2-х мерные волны становятся 3-х мерными, наблюдаются при ветрах средней силы. Крутой передний склон волны отрывается образуя «барашки» – смесь воздуха и воды.

Геологические и геоморфологические условия.

Выбор места расположения порта, проектирование портовых сооружений и подходных каналов требует предварительного проведения широких инженерно-геологических и геоморфологических исследований. Могут встретиться различные виды геологических образований: галечные (разрушение скал, глыб, валунов), крутообломанные породы (глыбы, валуны), пески, ил, органические отложения. Иногда наблюдаются карстовые пустоты (образующиеся водой в горных породах).

Наносы на пляже и на подводном прибрежном склоне находятся в постоянном движении вследствие воздействия на них течения и волнения. Наносы в зависимости от сгибания передвижения могут быть: взвешенными, состоять из мелких илистых и глинистых частиц, поднимаемых со дна волнением и переносимые течением, полувзвешанные, состоящие из более крупных частиц, данные катучие, данные оплывающие (жидкие илистые отложения).

На большинстве прямолинейных участков побережья наблюдается транзит наносов, т.е. объем уносимых наносов компенсируется приносимым объемом, благодаря чему сохраняется устойчивость береговой черты.

При изменении направления наносов в результате воздействия течений и волнения возникает миграция наносов.

Различают морские и береговые наносы. Береговые наносы – передвигаются вдоль берега. Морские наносы – перемещаются с моря.

На выпуклом берегу при фронтальном подходе волн происходит размыв берега. На вогнутом берегу происходит аккумуляция наносов.

Влияние морской воды на строительные материалы.

Мы рассматриваем этот вопрос потому, что воздействием гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических факторов происходит разрушение гидротехнических сооружений. К гидрофизическим факторам, определяющим долговечность бетонных сооружений в морской воде, относится – попеременное обмерзание и оттаивание поверхности бетонных и железобетонных сооружений.

Замерзание воды в порах бетона приводит к появлению трещин, которые увеличиваются в размерах при периодическом (сезонном) замораживании и размораживании проникающая сквозь трещины внутрь бетона вода способствует коррозии арматуры и разрушению бетона.

Для увеличения срока службы используют специальные плотные водонепроницаемые высокопрочные марки бетона, а также специальную защиту в пределах переменного уровня заливания водой.

К гидрохимическим факторам относится химическое разрушение бетона, а также коррозия металла. Химическое разрушение вызывается т.н. цементной бациллой – солью, образующейся в результате химической реакции воды и бетона. Это ведет к растрескиванию и, вследствие облегчения доступа воды, нарастанию процесса разрушения. Повышение долговечности бетона достигается путем специальных добавок, обработки углекислым газом (карбонизация), пропарировки бетона большим расходом цемента, вибрированием, чтобы устранить пустоты, т.е. сделать бетон более плотным. Коррозия металла происходит достаточно интенсивно выше уровня воды в условиях избыточности кислорода и периодического смачивания и несколько менее интенсивно ниже уровня воды, т.е. первая опасная зона – в зоне переменного уровня воды, а вторая опасная зона находится на границе «грунт-вода». Интенсивность коррозии (уменьшение трещин) составляет от до мм. За 100 лет. Однако отрицательное влияние имеет не только уменьшение сечения, но и расслаивание металла. Защита от коррозии: различные покрытия (лакокрасочные и др.), а также электрохимическая (протекторная, катодная)

К гидробиологическим факторам относится влияние древоточцев, гниения и органических отрастаний сооружений. Древоточцы оправдывают свое название – они проделывают в деревянных элементах сооружений ходы вдоль волокон в подводной части этих элементов. В южных портах (Батуми, Поти, Сухуми, Туапсе, Новороссийск) срок службы деревянных свай менее года. В зоне переменного горизонта воды дерево гниет и разрушается под воздействием грибов. При малой влажности (над водой) действие грибов прекращается, в насыщенной водой древесине (под водой) также из-за недостаточного количества воздуха. Для защиты используют антисептики.

Технические характеристики порта.

Ранее мы рассматривали транспортно-экономические характеристики

порта и основные элементы порта. Сегодня, приступая к изучению проектирования (компоновки) и его элементов, рассмотрим важнейшие технические характеристики, а именно: глубины в порту, отметку портовой территории, размеры акватории, длину причальной линии (причального фронта), размеры территории. Некоторые из этих характеристик мы более подробно будем изучать на практических занятиях.

Все отметки в порту отсчитывают от наинизших уровней моря определенной обеспеченности – т. названных отсчетных уровней. (о.у.)

Следует иметь ввиду, что неверное назначение о.у. ведет либо а) к простоям судов из-за невозможности их подхода к причалам в связи с недостаточностью глубины на акватории порта в не предусмотренные проектом периоды времени, либо б) к неоправданному увеличению стоимости строительства тех или иных сооружений порта из-за завышенных глубин перед ними.

Отсчетный уровень назначают относительно принятого на гидрографической карте данного бассейна нуля глубин (см. схему, которую мы рассматривали ранее) по многолетнему графику обеспеченности уровней воды за навигационный период, включая время навигации с ледоколом. Обеспеченность о.у. – это процентная величина фактического уровня воды за время наблюдений. Для приливной нормы ежедневной, а для морей с приливами – ежечасных, соответственно не менее 10^и и 3^х летних периодов наблюдений. При этом за минимальный уровень воды принимается минимальный годовой уровень повторяемостью 1 раз в 25 лет.

Обеспеченность о.у. устанавливают в зависимости от судооборота порта, грузоподъемности расчетных судов (т.е. судов для обслуживания которых проектируется данный порт), стоимости их простоя, стоимости одноглубительных работ. (Естественно, если значения указанных факторов низкие, то можно и % обеспеченности принимать невысокие, т.е. недостаточно точные). В современных условиях, когда стоимость простоя крупнотоннажных морских судов весьма высока, экономически оправдано использование достаточно высокой обеспеченности о.у. на акватории порта на морях ее принимают 98-99,5%, для подходных каналов 99,9%. Для портов на реках – 95-99% (почему меньше – паводки, наплывы), для портов на водохранилищах 97-99%. Для портов с подходными каналами о.у. ≤ о.у. для канала.

В тех случаях, когда не представляется целесообразным принимать отчетный уровень высокой обеспеченности (сравнительно большие приливные колебания уровня воды, небольшое число заходов крупнотоннажных судов, большой объем дноуглубительных работ, значительная заносимость и т.д.), тогда в период времени, когда уровень воды в водоеме опускается ниже его расчетного положения, предусматривают либо уменьшение расчетной осадки судов путем их недогруза, предварительной частичной разгрузки, либо отстой судов на рейде в ожидании повышения уровня, либо создание прорези у причалов без создания подходного канала.

Глубины в порту.

Для обеспечения безопасного передвижения судна и его стоянки на акватории порта и на подходах необходимо иметь между днищем судна и дном водоема некоторый слой воды. Поэтому к расчетной осадке судна добавляют «запасы». Как мы видели на п.з. значения запасов определяют в зависимости от типа судна, его размерений, скорости перемещения по акватории и на подходах и др. факторов.

В общем случае, как видно из схемы, глубина расчетная определяется суммированием к осадке значений «запасов» - Zi. Различают навигационную глубину – Н_н:

Н_н= d+Z₀+Z₁+Z₂+Z_3, (м)

и проектную глубину:

Н_н=Н_н+Z_4, (м)

где: d – осадка расчетного судна,

Z₀ – запас на крен судна вследствие его неправильной загрузки, смещения груза, крена при циркуляции;

Z₁ – минимальный навигационный запас;

Z₂ – запас на волну;

Z₃ - скоростной запас при движении судна,

Z₄ – запас на заносимость

Навигационный запас Z₁ необходим для обеспечения возможности перемещения судна с небольшой скоростью. Он исключает опасность потери судном управляемости и ударов днища об отдельные неровности дна. Его назначают в зависимости от вида грунта на дне водоема и размерений судна.

Z₂ - запас на волну необходим в связи с тем, что при волнении судно совершает вертикальные колебания, сопровождаемые его качкой (продольной, поперечной, вертикальной). При этом судно получает деферент и крен, а также вертикальное перемещение, что приводит к увеличению заглубления оконечностей судна и опасности ударов днища о дно водоема

Z₂ - определяет в зависимости от длины судна (расчетного) и высоты

волны повторяемостью 1 раз в 25 лет по распределению волн 3% обеспеченности. При этом вводится учет угла между направлением волнения и курсовым углом движущегося судна и стоящего на якоре.

Скоростной запас Z₃ – вводится потому, что при движении судно получает деферент на корму, обуславливающий увеличение его осадки по сравнению с расчетной для покоящегося судна. Дифферент, а следовательно и значение этого запаса зависит от скорости движения судна и его длины.

Запас на заносимость Z₄ - (технический запас) учитывают для акваторий портов и подходов к ним, подтвержденных заносимости и устанавливают его значение, исходя из ожидаемой (по статистике) интенсивности наносов в период между ремонтными дноуглубительными (черпаниями) работами, но не менее величины, при которой возможна производительная работа земснарядов (0,4-0,5 м.), а при интенсивном отложении наносов может достигать величины 1-2 м.

Отметка портовой территории или возвышение причала (кордона) над отсчетным уровнем воды в водоеме. Выбор (величины) этой характеристики порта обусловлен необходимостью обеспечения незатопляемости территории порта во время стояния самых высоких уровней воды, удобства производства перегрузочных операций и нормальной работы транспортных средств.

Назначая отметку территории, следует иметь ввиду, что недопустимо затопление подземных коммуникаций (трубопроводов, силовых и осветительных кабелей).

В северных районах возвышение портовой территории должно обеспечивать прокладку водопроводных и канализационных сетей ниже глубины промерзания грунта. Для всей прикордонной зоны отметка портовой территории обычно одинакова, что обеспечивает более простую прокладку ж/д колеи на причалах.

В морских портах отметку портовой территории - возвышение кордона грузовых и пассажирских причалов назначают по т.н. основной и поверочным нормам.

По основной норме устанавливается возвышение кордона, обеспечивающее удобство стоянки судов, нормальные условия производства погрузочно – разгрузочных работ у причала относительно среднего положения уровня воды акватории порта. Проверочная норма возвышения кордона проверяется на незатопляемости территории причалов. Приведем эти нормы в табличной форме.

Возвышение кордона причалов.

Характер бассейна	Основная норма		Поверочная норма (по высокому уровню)
	Исходный уровень	Возвышение кордона не менее метра	Исходный уровень	Возвышение кордона не менее метра
Безливные моря	Средний многолетний за навигационный период	2,0	Наивысший годовой с обеспеченностью 2% (1 раз в 50 лет)	1,0
Ливные моря	Уровень обеспеченностью 50% (по ежечастным уровням за навигационный период)	2,0	Уровень обеспечиваемости 1% в году по ежегодным наблюдениям	1,0
Устьевые участки рек	То же	2,0	Многолетней наводкой уровень в переделах 1-1,5%	0

К приливным морям относятся моря с величиной прилива более 0,5 м. возвышение кордона (отметка территории) принимается по наибольшему значению основной и поверочной норм.

Полученные отметки территории являются минимально допустимыми. Для безливных морей обычной отметки в переделах 2-3 м. над средним уровнем моря.

Полученные отметки территории являются минимально допустимыми. Для безливных морей обычно отметки в пределах 2-3 м. над средним уровнем моря. В ливных морях с большей амплитудой колебания уровня воды (больше 6 метров) с целью уменьшения высоты причальных сооружений (т.е.. уменьшения стоимости)устраивают закрытые бассейны, соединяемые с морем шлюзами (воротами) и в этих бассейнах поддерживают уровень, близкий к приливному и отливному портовой территории отсчитывают от уровня и принимают 1-1,5 м.

При строительстве причалов, предназначенных дли приема крупнотоннажных танкеров, возвышение кордона 5-7 м. для придания трубопроводам уклона в сторону берега.

Размеры акватории порта и ее элементов определяют из условий безопасного входа, маневрирования и подхода судов к причалам, удобной и безопасной стоянки транспортных судов и работы портофлота и технических средств при выполнении грузовых и пассажирских операций, при снабжении, обслуживании и отстое судов.

Движение судов в порту может происходить своим ходом или с применением одного или нескольких буксиров. Последние используются при стесненной акватории и при постановке к причалу очень крупных судов..

Внутренняя акватория состоит из следующих основных элементов %

а) маневренного рейда, предназначенного для маневрирования судов на акватории при входе или выходе;

б) судовых ходов, предназначенных для движения судов на акватории при следовании в заданный район;

в) оперативной акватории у причалов, предназначенной для маневрирования судов при подходе к причалам или отхода от них;

г) рейдовых стоянок, предназначенных для стоянки судов в ожидании постановки к причалам и производства перегрузочных операций.

Размеры и формы основных элементов внутренней акватории (маневренный рейд, судовые ходы, оперативные акватории и рейдовые стоянки) определяются в соответствии с конкретными условиями естественного режима с учетом эксплуатационных и навигационных требований.

Для обеспечения безопасности плавания судов на внутренней акватории границы маневренного рейда, судовых ходов, оперативных акваторий и рейдовых стоянок следует располагать на расстоянии В_безоп. от линии кордона (зона безопасности плавания). В_безоп. зависит от длины и ширины расчетного судна. Например, отношение В_безоп. до сооружений, которое используется для швартовки и стоянки судов (причала) лагом В = З · В_р.с.; до сооружений, которые используются для швартовки и стоянки судов. В_без. = 1,5 В_р.с., а для до сооружений, которое используется для швартовки судов кормой (Р_о – Р_о):

В _безоп.= L_с + 1,5 В_р.с..

При входе в порт судно, как правило, должно двигаться прямолинейно и иметь пред собой достаточное водное пространство для снижения скорости, причем для быстрейшей остановки судно реверсирует, т.е. переводят на «задний ход» пробег судна от момента перехода на «полный задний» до остановки зависит от начальной скорости маневрирования и может составлять 5-7 L_c при “среднем ходе” и 1-1.5 L_c при “самом малом”. При развороте судно движется по кривой циркуляции, близкой к окружности, составляющей от 3 до 5 L_с.

Входы в порт.

Над «входом» в порт понимается совокупность технических элементов, обеспечивающих единовременный вход (или выход) одного судна: входных ворот, примыкающим к ним участка проходного канала и входного рейда, т.е. элементов, влияющих на безопасность в продолжении ввода и вывода судов.

Входные ворота – расстояние в «свету» между головами оградительных сооружений.

За навигационную ширину входа принимается ширина по нормам к оси входа на навигационной глубине.

При одностороннем движении навигационная ширина:

B_x = B_c (B_o · K_vw · K_a · K_vd + 1), м.

В_р.с. = ширина расчетного судна,

В_о – относительная ширина маневровой полосы, определяется в зависимости от скорости течения, его курсового угла.

K_vw - управляемости коэффициент критерия, в зависимости от скорости прохождения ворот порта,

K_a, К_vd – безразмерный коэффициент в зависимости от отношения площадей парусности надстройки, надводных и подводных бортов судна, водоизмещения. Ширина входа В_х ≥ L_c. При наличии подходного канала может быть уменьшена до 0,8 L_c.

Угол между осью входа в порт и огибанием направления береговой линии на подходе к порту ≥ 30⁰. Направление оси входа должно составлять с направлением господствующих ветров углом ≤ 45⁰.

Пропускная способность входа в порт, т.е. количество судов № вх, которое может быть пропущено через ворота порта за определенный отрезок навигационного времени Т (например, сутки, месяцы и т.д.)

где К_н – коэффициент использования входа по времени (К_н≈0,5)

К_м- коэффициент, учитывающий замедление перехода прохода судна через ворота порта метео причалам (К_м≈0,7-0,8)

t₁ – продолжительность входа (ввода) судна в ворота.

t₂ – продолжительность входа (вывода) судна в ворота.

t₁≈ t₂≈(20-50 мин).

Пропускная способность портовых ворот должна быть не менее запланированного судооборота порта. В противном случае предусматривают двое или несколько ворот. Наличие двух или нескольких ворот, особенно ориентированных в разных направлениях, облегчает маневрирование судов, улучшает условия пожарной безопасности, ускоряет процесс освобождения акватории ото льда.

При наличии проходного канала В_вх может быть ≥ 0,8 L_pc.

Ширина входа В_вх, экспедитор. В период ледового режима должна быть увеличена на 10-15%.

Ширину участка подхода канала, примыкающему к входным воротам

В _подх.к. ≈ В _вх., длина L _подх.к. ≥ 2 L _р.с.

Входной рейд.

Должен иметь такие размеры и плановые очертания, которые позволяют при сильном ветре осуществлять любые маневры, гашение инерции судна, разворот судна собственными средствами на требуемый угол, отдачу якоря, а также проводить временную стоянку.

Если судно входит в порт без буксиров, то длина прямолинейного участка, где производится гашение скорости, l = 3,5-4,0 L_с.

Маневровой акватории входного рейда при неестественной акватории порта придают в плане очертание полного круга диаметром D = 3,5 L_c или полукруг (также для стесненной акватории) R=2,5 L_с, причем круг или полукруг должны располагаться так, чтобы ось входа пересекалась или касалась их.

Маневровая акватория не должна накладываться на участки акватории, которые отведены для судовых ходов, оперативных акваторий и рейдовых стоянок.

Для крупных судов L_c > 150 м. в стесненных условиях допускается круг D ≥ 2 L_c на маневровой акватории, но при этом все маневровые операции на входе, а также при постановке судов к причалу и отходу от них выполняется с помощью буксиров и портовых лоцманов. Также их используют, когда для крупных судов маневровый рейд невозможно разместить на внутренней акватории.

Судовые ходы (фарватеры)- подходные, внутренние, транзитные для одностороннего движения судов принимают шириной в _{с. х} ≥ 2В _р.с., а для двухстороннего движения в_{с. х} ≥ 3В _р.с., причем судовые ходы не должны накладываться на участки акватории, которые отведены для оперативных акваторий, у причалов и рейдовых стоянок. Обычно ширина составляет рот 30 до 150 м.

Операционная акватория (зона).

Размеры операционной акватории определяются условиями обеспечения безопасности и удобства подхода и отхода при швартовых операциях и обслуживании расчетных судов с учетом возможного ее развития для приема судов перспективных типов. На результаты операционной акватории оказывает влияние начертание причального фронта, которое может быть: а) фронтальным, б) ковшовым, в) пирсовым.

Ширина оперативной акватории при фронтальной линии при самостоятельной постановке судна лагом к причалу д.б. в_о.а≥3 В_р.с., а при постановке кормой в _о.а.≥ L_С + 1,5 В _р.с.

С помощью буксиров:

В_о.а.=4В_р.с.+L_б, где:

L_б – суммарная длина буксира - кантовщики и проекции длины буксирного торса на горизонтальную площадь.

Ширина операционной акватории – в_о.а. - измеряется по нормам от линии кордона до границы дноуглубления, либо до границы судового хода (транзитного), либо до гидротехнического сооружения. О рекомендуемой конфигурации причального фронта мы поговорим позже, рассматривая вопросы компоновки порта и выбор варианта причального фронта для грузовых и пассажирских районов.

При ковшовом начертании причальной линии:

В зависимости от возможности разворота судов на акватории, непосредственно, прилегающей к причалу ковши-бассейны разделяются на узкие, в которых разворот судна не предусматривается, и широкие, в которых обеспечена возможность разворота судна с помощью буксира.

Для обеспечения разворотов судна внутри широкого бассейна при двусторонней расположении причального фронта его ширина

В_т._б.≥2,0 (L_c+В_р.с.),

а при одностороннем расположении причалов В_т._б=2,0 L_c + В _р.с.

С целью более защищенной акватории и береговой линии в современных портах устраивают узкие бассейны. В этом случае их ширина зависит от числа причалов по длине бассейна.

Для узких бассейнов с двухсторонним расположением причального фронта

3 В _р.с. + L _б = 5 В _р.с. (один причал)

5 В _р.с. + L _б = 6 В р.с. (2-3 причала)

L _б – длина буксира

Для узких бассейнов с односторонним причальным фронтом соответственно В _у.б = 4 В _р.с., 5 В _р.с., 6,5 В _р.с. – самостоятельные

2 В _р.с + L _б, 4 В _р.с + L _б, - с буксиром.

Акватория, непосредственно примыкающая к узкому бассейну должна иметь форму и размеры, позволяющую осуществлять маневрирование судов при входе в бассейны и выходе из него с помощью буксира.

Для этого на этой маневренной акватории должен выписываться полукруг с радиусом R=1,5 L_c, либо вблизи от этого бассейна устанавливается специальный разворотный бассейн диаметром D≥1,5 L_c.

Ширина акватории, прилегающей к причалам одного пирса, принимается как для узких бассейнов с односторонним расположением причалов.

Общее число рейдовых стоянок принимают не менее 30% от общего

числа грузовых, вспомогательных топливо-бункеровачных причалов порта.

Размер зоны безопасности между отдельными рейдами для отстоя судов

В_без.≥0,2 L_c.

Глубина и площадь акватории внешнего рейда должна обеспечивать безопасную стоянку расчетного числа судов и их маневрирование. Естественная глубина внешнего рейда должна быть не более 50 м, рекомендуемая 20-25 м. Размеры внешнего рейда определяют в зависимости от числа рейдовых стоянок, принятого способа постановки судов на рейде. Грунт – хорошо держать якоря. Желательны естественные укрытия от господствующих штормовых ветров и крупной зыби. Течения <1,5 м/с.

Рейдовые стоянки (ее требуемые размеры) определяются от способа постановки судна, при этом при наличии достаточно большой площади внутренней акватории принимается:

Стоянка на якоре; стоянка на двух швартовых бачках или палах применяется на внутренней акватории порта при стесненных условиях. Размеры акватории внутренних рейдовых стоянок.

Формальной границей между акваторией и территорией порта является причальная линия - причальный фронт, образованный из совокупности всех причалов порта.

Отстой судов на бочке у стенки надо:

Причалы, количество и основные размеры.

Причал - гидротехническое сооружение, оборудованное устройствами для швартовки судов и их обработки (производства погрузочно-разгрузочных работ, снабжения, ремонта, и т. п.)

К основным размерам причалов относятся: глубина у причала, его длина, возвышение кордона.

Порядок определения глубины у причала был разобран на н/з. Напомню: устанавливается расчетное значение проектной глубины причала, как сумма осадки расчетного судна и запасов глубины, и на основании расчетного значения из сетки унифицированных значений глубин в зависимости от типа судов и направления сообщения выбирается проектная глубина причала с округлением в большую сторону.

Длина причальной линии порта, измеряемая вдоль кордона, равна сумме всех длин причалов грузовых, пассажирских, вспомогательных, причалов портофлота, технического флота.

Количество основных грузовых причалов, необходимое для переработки в порту груза с расчетным грузооборотом определяется по формуле:

где:

Q мес – расчетный грузооборот грузового фронта (причалов) в месяц наибольшей работы;

Р сут –суточная пропускная способность одного причала Т/сут;

К мет- коэффициент использования бюджета рабочего времени причала по метеорологическим причинам в месяц наибольшей работы;

К зан. - коэффициент занятости причалов обработкой судов в течение месяца.

Полученное значение  пр. округляют до ближайшего большего числа.

Суточная пропускная способность одного причала Р сут. определяется, исходя из продолжительности грузовых работ и производственных стоянок при обработке расчетных судов как средневзвешенную величину.

Р сут.=

где: m - количество типов расчетных судов;

Di расчетная загрузка i – го типа судна,

Аi- доля грузооборота перевозок расчетных судов i- го типа, в общем

объеме расчетного грузооборота;

t гр. - время занятости причала грузовыми работами с одним судном i –го типа час

t п.с.i - среднее время занятости причала под производственными стоянками час.

Время t гр. i устанавливается, исходя из принятой технологии погрузочно-разгрузочных работ, производительности технологических линий и их числа.

В величину времени t п. с. включается продолжительность только тех операций и в таком размере, которые не могут быть совмещены со временем t гр. или с другими операциями и которые нельзя или нецелесообразно выполнить у вспомогательных причалов или на рейде, а именно:

• швартовка / отшвартовка с маневрами, перестановка судна от причала к другому причалу;

• открытие, закрытие, перекрытие трюмов;

• оформление прихода, грузовых документов, осмотр судна, замеры и отбор проб перед сливом, анализ нефтегрузов, осмотр танков, замеры, отбор проб, подсчет грузов, оформление документов после налива и загрузки, оформление отхода;

• зачистка и подготовка трюмов, укрепление поверхности зерна, шланговка/отшланговка, крепление и раскрепление грузов на палубах.

Числовые значения коэффициент К. мет. Учитывают продолжительность: ветра со скоростью более 15 м/с, осадков (дождь, снегопад, плотность тумана (видимость менее 100 метров), температуры наружного воздуха(от –11 до –31 градуса для разных морей), при которых прекращаются работы или устанавливаются перерывы для обогревания рабочих. К.мет. колеблется от 0, 5 для северных портов до 0, 95 для южных портов и Южной Балтики.

Коэффициент К.зак. рекомендуется принимать для перегрузочного комплекса универсальных 0, 6-0,7 специализированных (лесной навал 0,5- 0,6) контейнерных 0,4- 0,5; нефтепродукты- 0,4 –0,5.

Годовая навигационная пропускная способность причала:

Р год =

где п_м - число месячной навигации,

К _мес. - коэффициент мес. неравномерности.

Длина причала. Проектной длиной причала называется расстояние между границами причала, измеряемое по линии кордона. В общем случае значение длины причала определяется суммой длины унифицированного расчетного судна и запаса свободной длины причала, необходимого для безопасной швартовки, стоянки и отшвартовки судна. При этом предусматривается, что причальный грузовой фронт располагается в пределах определенной длины причала и не требует для обработки судна его перестановки вдоль причала.

Длина унифицированного судна определяется по осадке унифицированного судна, которая рассчитывается как разности между проектным значением глубины у причала – Н_пр. и запасом глубины под унифицированным расчетным судном – Σ _{z i.} Если судно становится носом или кормой к причалу под обработку, то в расчет длины причала принимается наибольшая ширина судов, заход в данный порт, при которых предусматривается (т. н. суда - представители).

Размеры причала определяются также размерами необходимой технологической площади, которая устанавливается исходя из технологических требований размещения и работы на ней перегрузочных и других причальных машин при соблюдении упоминавшегося условия: обработка судна без его перестановки вдоль причала.

Запас свободной длины причала устанавливается с учетом размещения швартовых устройств. Запас свободной длины причала зависит от конфигурации участка причальной линии, его расположении на этом участке, длины расчетного судна для данного причала. На прямолинейном участке причальной линии величина запаса в интервале от 10 м. при длине расчета судна менее 100 м., и до 30 м. при длине Ĺ _р.с. более 300 м.

Если на прямолинейном участке располагаются причалы для различных расчетных судов (т.е. с различными длинами), то запас свободной длины определяется как среднеарифметическая величина расстояний между узлами различных причалов:

Также регламентируется расстояние между расчетным судном и концом прямолинейного участка причальной линии в зависимости от расположения причалов, например: _____________

Возвышение кордона причала было рассмотрено ранее - отметка территории.

Форма причальной линии - расположение причального фронта в плане должно отвечать оптимальности учета многих факторов. Основным критерием оптимальности является минимум суммарных затрат на создание и функционирование системы «порт- флот». Требования, предъявляемые к расположению в плане причального фронта, диктуются необходимостью создания благоприятных условий для обработки судов и эффективной работы сухопутных видов транспорта.

Начертание в плане линии причального фронта должно обеспечивать:

• размещение расчетного числа причалов при соблюдении необходимых разрывов между отдельными причалами и районами;

• необходимые размеры территории Прикордонной операционной зоны; (ж/д пути, склады)

• рациональное размещение перегрузочного оборудования, складских площадок, и береговых сооружений, подъездных путей сухопутного транспорта;

• создание рациональных по форме и размерам бассейнов, врезанных в берег или образованных пирсами;

• удобство подходов судов к причалам. их швартовке и отхода от причалов;

• благоприятные условия отстоя судов у причалов с точки зрения допустимых высотой волн, а также направления действия сильных ветров;

• минимальный объем черпания при создании необходимых глубин у причалов и малую заносимость в районе причалов;

• расположение причальных сооружений в зоне с наиболее благоприятными топографическими и геологическими условиями.

Конфигурация причальной линии.

Причальный фронт может иметь в плане вид прямой или ломанной линии, а причалы могут располагаться вдоль берега

а) фронтальное расположение

б) по внутреннему контуру оградительного сооружения.

Фронтальное расположение причалов наиболее просто в исполнении и обычно достаточно удобно для подхода судов. Разновидностью фронтального расположения является ступенчатая (пилообразная) конфигурация причального фронта, удобная при загрузке судов через кормовые и носовые лацпорты.

Фронтальное расположение причалов удобно принимать в хорошо защищенных естественных бухтах и заливах большого размера, в портах на открытом побережье при небольшом числе причалов. Довольно часто встречается расположение причалов вдоль оградительных сооружений, при этом причалы находятся в корне молов, хотя встречается глубоководное расположение причалов, для них не требуется дноуглубление.

Однако при фронтальном расположении причалов акватория и территория порта оказываются растянутыми вдоль береговой линии, что приводит к удлинению сухопутных и водных подходов, портовых коммуникаций и инженерных сетей.

При пирсовом расположении причалов порт оказывается более компактным, уменьшается длина оградительных сооружений и подходов к порту. Узкие пирсы (60 м шириной) устраивают для погрузки- разгрузки наливных и навалочных грузов, а также для пассажирских причалов. На узких пирсах устраивают 1-2 причала. На широких пирсах (250-350 м шириной) для рационального использования их территории располагают не менее 3-4 причалов с каждой стороны и один причал в торце.

Главной особенностью является концентрация большого числа причалов на непротяженном участке берега, что позволяет существенно уменьшить длину оградительных сооружений, необходимых для защиты причального фронта. Вместе с тем при пирсовой системе невозможно иметь большие операционные площадки непосредственно у причального фронта, удаленными от линии кордона оказываются тыловые склады. Однако недостатки менее существенны, чем преимущества пирсовой системы. Оси пирсов располагаются под углом 90-120 градусов к береговой линии.

В большинстве современных портов используется комбинация широких пирсов и фронтально расположенных причалов.

Причалы в бассейнах, вырытых на берегу (ковшах), имеются во многих портах, в частности, в районах с большими приливно- отливными колебаниями воды. В этом случае бассейны делают закрытыми, со шлюзами и поддерживают в них уровень, близкий к приливному. Такие причалы имеют те же преимущества, что и пирсов; но и недостатки: большие объемы дноуглубленных работ, сокращение территории.

Рациональная конфигурация причальной линии выбирается на основе данных о тенденциях развития транспортного флота, естественных условий акватории и территории, транспортных коммуникаций и требований к районированию порта (об этом будем говорить на следующих лекциях).

При разработке конфигурации причальной линии учитывается общая компоновка порта, или района, или перегрузочного комплекса.

Приведем примеры рекомендуемых конфигураций грузовых и пассажирских ПК (районов).

Конфигурации причальной линии	Рекомендуемое технологическое назначение ПК	Оптимальные условия осуществления	Неблагоприятные условия осуществления
Фронт	ПК с крановыми схемами механизации для генер. и навал. грузов крытого и открытого хранения и лесных грузов. ПК для контейнеров, трейлеров, колесной техники и т.п. грузов. ПК для лесных грузов (при специализированных схемах механизации с использованием местных перегружателей) Пассажирские комплексы	Расположение ПК (района) в естественной защищенной бухте или заливе достаточно больших размеров либо на берегу судоходной реки Пологий рельеф в районе сравнительно широких долин Наличие скальных или др. твердых грунтов в зоне строительства причала при их выходе не выше глубины заложения причалов Наличие течений и каналов вдоль берега Достаточная ширина территории	1) Необходимость создания искусственных ограждений и сооружений Гористый или холмистый рельеф местности с крутым надводным береговым уступом
Пирсовая	ПК генеральных навал. грузов крытого и открытого хранения (при универсальных крановых схемах механизации) Специальные ПК навалочных грузов, с использованием контейнерных установок, пневно – и гидротранспорта ПК для грузов опасных в пожарном и санитарном отношении ПК для слива и налива сырой нефти, нефтеперегрузочные жидкости хим. грузов, сжиженных газов Ж/д и авто. Морские паромные ПК Пассажирские комплексы	Расположение ПК (района) на открытом морском побережье с искусственной огражденной акваторией в ----- защищенной бухте или заливе 2)Наличие в зоне строительства пирсов грунтов достаточной несущей способностью Ограниченная площадь территории ПК Ограниченная длинна береговой полосы	Недостаточные для маневрирования судов размеры акватории 2)Круто падающий в сторону акватории рельеф дна, когда естественные глубины в зоне строительства превышают расчетную глубину причала 3) Наличие направ- ленных вдоль берега течений и движений наносов 4) Льдообразование в северных условиях
Ковшевая	ПК с крановой схемой механизации для генер. и навал. грузов крытого и открытого хранения и лесных грузов ПК для грузов опасных в санитарном и пожарном отношении Ж/д и авто. морские паромные ПК ПК для приема и обработки судов лихтеровозов Пассажирские комплексы	Круто падающий в сторону акватории рельеф дна Наличие в зоне ковша мощных илистых донных отложений

Оградительные сооружения.

Эти сооружения являются одним из наиболее дорогостоящих сооружений морского порта, причем стоимость их резко возрастает с увеличением глубины акватории, размещения их на открытых побережьях с неблагоприятными гидрометео условиями, необходимостью эффективной защиты от волнения и других факторов. Это связано с появлением новых технологий перевозок грузов, созданием промышленно – портовых комплексов, приближением портов к пунктам производства потенциальных грузов, нуждающихся в перевозках морским транспортом, и к пунктам потребления грузов. Несмотря на эти реальные факторы, оградительные сооружения стараются строить с наименьшими затратами материальных и финансовых ресурсов.

При определении трассы оградительных сооружений необходимо учитывать: естественные условия (режим волнения, ветра, приливов, топографию, грунтовые условия дна акватории и др.), заданный уровень волнения на огражденной территории; маневренность расчетных судов, степень обмена воды в акватории в условиях ее ограждения, стоимость строительства и эксплуатационные расходы, планы перспективного развития порта. При возможности стремятся расположить порты прежде всего в местах, максимально защищенных от волнения (бухта, залив, лиман и т.д.), дающих возможность или вообще исключить возведение оградительных сооружений или свести к минимуму их длину и стоимость. Поэтому, оградительные сооружения стараются возводить с использованием рифов, банок, отмелей и т.д. В то же время, головы оградительных сооружений рекомендуется выносить на естественные глубины, соответствующей объявленной глубине порта, чтобы не делать подходной канал.

Основные требования, которые необходимо учитывать при возведении оградительных сооружений:

• достаточность плановых размеров портовой акватории для размещения необходимого количества причалов с достаточно удобными подходами;

• надежная защищенность акватории порта и ее входов от волнения, течений, заносимости и плавающего льда;

• плавание криволинейное или слабо искривленное ломаное начертание в плане, не допускающее появления местных вихорных зон с усиленными донными течениями, угрожающими разливом грунта основания;

• минимальность вредных последствий для смешанных с портом берегов, связанных с нарушением естественного режима наносов, при котором на одних участках побережья происходит их отложение, на других – разлив берега;

• (об этом говорилось ранее) оптимальность трассировки с учетом глубин и условий в районе грунтовых строительства следует учитывать, что значительное по длине сооружение, возведенное на платных грунтах может иметь меньшую стоимость, чем короткое сооружение на слабых грунтах.

Сооружение на меньших глубинах может испытывать большее силовое

воздействие прибрежных волн, чем на больших глубинах, что потребует усиления его профиля и удорожания; как мы уже говорили – наличие естественных препятствий, защищающих акваторию порта (островов, отмелей, излучин берега, мысов и т.п.) позволяет сократить длину оградительных сооружений.

Мы говорили ранее, что внешние оградительные сооружения, ограждающие акваторию подразделяют на:

Молы – сооружения, одним концом соединены с берегом, и

Волноломы – сооружения, не имеющие соединения с берегом.

Оградительные сооружения могут иметь различную форму в плане: прямолинейную, криволинейную или ломаную. При этом вогнутые или изогнутости или изломы оградительных сооружений, направленные в сторону открытой воды не допускаются, т.к. в местах, входящих углов возникает неблагоприятный волновой режим со значительным увеличением нагрузки по сравнению с нормальным воздействием волн на прямолинейных участках.

В зависимости от местных естественных условий, технико – экономических и технологических требований состав и расположение в плане оградительных сооружений могут быть разных вариантов. Отсутствуют, какие – либо четкие рекомендации по их компоновке. Обычно решение принимают на основе лабораторных исследований крупномасштабных моделей портов. Наиболее часто встречаются следующие решения планового расположения оградительных сооружений:

одиночные молы, парные молы (параллельные или сходящиеся); волноломы, расположенные параллельно берегу или некоторым углом к нему;

различные комбинации ломов и волноломов.

Одиночные молы наиболее часто сооружаются в портах на открытом побережье при резко выраженном волнении одного направления или полузащищенных бухтах. Размер защищаемой акватории в этом случае невелик, поэтому, применение одиночных молов характерно для небольших портов.

Парные параллельные молы направленные перпендикулярно или под острым углом к берегу размещаются обычно в портах, расположенных у входа в узкую бухту, лиман или устье реки. Головы парных молов выносят на глубины, где не происходит обрушения (затурунивания) волн. Молы защищают от заносимого акваторного порта.

Парные сходящиеся молы наиболее целесообразны при расположении порта на открытых побережьях, в части на отмелых песчаных берегах.

Такая конфигурация молов обеспечивает повышенный эффект волногашения, т.к. постепенное расширение акватории от входа к берегу способствует затуханию волн. Сходящиеся молы могут быть расположены симметрично или асимметрично с изменением одного из них, что позволяет прикрыть вход в порт от волнения господствующего направления и предупредить проникновение наносов на акваторию или отложение их у входа в порт и на подходном канале.

Волноломы, параллельные берегу сооружают при сравнительно крупных уклонах дна (приглубое побережье).

При этом порт расширяют вдоль побережья. Входы в такие порты располагаются по небольшим углом к берегу, что сопряжено с опасностью выброса судна на берег при траверзных (перпендикулярных берегу) направлениях ветра и волнения. В этом случае порт имеет обычно два входа.

Комбинацию молов и волноломов применяют для защиты акватории в тех случаях, когда преобладающие ветры расположены значительному сектору, что не позволяет обойтись одним молом или одним волноломом. Обычно такие сооружения возводятся в крупных портах. Они имеют один или два входа, другие разрывы не используют для судоходства. Помимо основных внешних оградительных сооружений в портах с развитой акваторией возводят молы и акватории внутри огражденной территории – внутренние оградительные сооружения. Их строят в тех случаях, когда размеры основной огражденной территории очень велики и расстояние от внешних оградительных сооружений настолько больше, что волны внутри от собственного разгона становятся очень значительной величины у причалов.

Оградительное сооружение (перекрытие) входа в порт.

Если вычисленная по навигационным условиям ширина входа в порт не обеспечивает необходимой защищенности портовой акватории от волнения, предусматривают перекрытие входа в порт. Это достигается либо продлением одного из молов.

Перекрытие целесообразно и тогда, когда под действием сильных ветров затруднен вход в порт, либо сооружением волнолома.

Компоновка порта.

Морские порты для удобства эксплуатации разделяют на зоны, т.е. проводят зонирование порта и районы, т.е. проводят районирование порта, причем рациональное взаимное расположение районов различного технологического назначения позволяет лучше использовать перегрузочное оборудование, дифференцировать глубины по площади акватории, принимать конструкции причалов, наилучшим образом отвечающие итогам судов и способом переработки грузов.

Территориальные зоны.

Ранее уже упоминалось о существовании 5 территориальных зон, а именно:

1. операционная зона перегрузочных комплексов;

2. производственные зоны технологических районов порта;

3. зоны общепортовых объектов;

4. зоны пассажирских операций;

5. предпортовая зона.

режимная (огражденная) территория порта

Зона № 1 предназначена для размещения основных технических средств порта, непосредственно реализующих перегрузочный процесс: причальных сооружений, складов, перегрузочного оборудования, грузовых фронтов ж/д и автомобильного транспорта. Размеры зоны № 1 принимаются в соответствии с рекомендуемыми технологическими схемами перегрузочных работ.

Территория пирсов, по обе стороны которых расположены грузовые причалы, независимо от ширины пирсов полностью относятся к операционной зоне № 1.

Зона № 2 располагается, как правило, сменно с операционными зонами ПК, но находятся за их пределами и предназначены для размещения объектов общерайонного назначения. На территории зоны № 2 размещаются

• крытые и открытые склады, которые в (реконструируемых) портах не могут размещаться в операционных зонах ПК из – за недостатка территории;

• ж/д районы парка (как исключение) и автодороги;

• все производственные и вспомогательные объекты соответствующего района или ПК (ремонтно – механические мастерские, гаражи погрузчиков, материальные и инвентарные склады, столовые и др. административно конторские и бытовые помещения).

В зоне № 3 общепортовых объектов размещают объекты и службы, деятельность которых связана с портом в целом и комплексным обслуживанием судов транспортного флота (базы портового флота, центральные мастерские, центральный материальный склад, объекты комплексного обслуживания транспортного флота, буксировочная нефтебаза). Зона № 3 может состоять из отдельных территориально удаленных объектов.

Зона № 4 пассажирских операций включает пассажирские причалы с примыкающей территорией, пассажирский вокзал и привокзальную площадь, вспомогательные здания и объекты, предназначенные для обслуживания пассажиров. Могут иметь место участки дальних, местных и пригородных сообщений.

Предпортовая зона № 5 предназначена для размещения тех объектов общепортового назначения и комплексного обслуживания судов транспортного флота, которые нецелесообразно размещать в зоне общепортовых объектов на режимной территории, однако, нахождение которых вблизи порта необходимо (администрация порта, узел связи порта, таможня, КПП, инспекция Регистра, стоянки автомобилей и т.д.). Если возможно, припортовые зоны располагают на участках, смежных с зонами общепортовых объектов, расположенных на режимной территории порта.

Территориально – технологическое районирование порта.

Специализация ПК.

Под технологическим районом порта понимают совокупность объектов расположенных в непосредственной близости ПК одного (либо близко) технологического профиля с единой производственной зоной.

При проектировании нового, развитии, либо реконструкции действующего порта, районирование и взаимное расположение районов различного технологического назначения производится с учетом следующих основных факторов: структуры грузооборота и вида плавания; наиболее рационального использования территории и акватории порта; конфигурации причальной линии, наличия водных и сухопутных подходов; естественных условий (волнения, течения, ледовых условий, ветров, заносимости, геологических условий и т.д.)

Районы порта подразделяются на:

• технологические грузовые районы (в зависимости от структуры грузооборота): генеральных, лесных, тяжеловесных и крупногабаритных, массовых навалочных, зерновых, наливных грузов.

• пассажирский район;

• район комплексного обслуживания транспортного флата, предназначенный для оказания судну и его экипажу всех услуг с момента подхода судна к внешнему рейду и до момента ухода из порта;

• район судоремонта.

Могут быть выделены районы, образованные по признаку видов плавания:

- районы внешнеторговых грузов;

- районы каботажных грузов.

Порт может иметь специализированные ПК в зависимости грузооборота, структуризации: контейнерные; генеральных грузов; ж/ж и авто паромов; лихтеровозов; скоропортящихся грузов; тяжелых и крупногабаритных грузов; лесных грузов (пиломатериалы, крупный лес, щепа); массовых навалочных грузов (уголь, руда, хим. грузы, сахар – сырец, песок, щебень и т.д.); зерновых грузов; нефти и нефтепродуктов; химических наливных грузов; сжиженных газов; пищевых наливных грузов (спирт, вино, растительное масло, патока).

Для сжиженных грузов; наливных опасных грузов, рефрижераторных грузов (при наличии портового холодильника), зерновых грузов (при наличии портового элеватора), разрядных грузов (взрывчатых и отравляющих) и др., требующих специальных условий перевозки, перегрузки и хранения, создаются специальные ПК, независимо от объема грузооборота. При наличии устойчивого грузооборота для снижения непроизводственных простоев судов и ж/д вагонов ПК универсального назначения с крановой схемой механизации целесообразно специализировать по роду груза для массовых грузового планов (уголь, руда, зерно) и по направлениям перевозок для генеральных грузов.

Обычно размещаются районы различного назначения в порту таким образом, чтобы:

а) ПК с примерно одинаковой шириной территории располагались смежно;

б) районы, принимающие крупнотоннажные суда, располагаются на участках с большими естественными глубинами и меньшими маневрами по отношению к фарватеру;

в) районы, посещаемые транспортными судами среднего и малого тоннажа, располагаются в более защищенных частях акватории, на участках с меньшими естественными глубинами;

г) для портфлота выделяют участок отдельный с небольшими глубинами в защищенной от волнения части акватории, по возможности ближе к входному фарватеру;

д) стоянки технического флота в стороне от транспортной части порта;

е) судоремонтный район в хорошо защищенной от волнения части акватории;

ж) районы для формирования/расформирования судов с отделяющимися грузовыми емкостями (составные суда, лихтеровозы и т.п.), а также для отстоя и обслуживания этих емкостей располагают на внутренней акватории с использованием береговых причалов или созданием котлованов (ковшей) наружной глубины, либо на внешнем рейде с использованием рейдовых причалов с большими естественными глубинами (15 и более метров) и средствами волнозащиты.

В необходимых случаях, с целью устранения неблагоприятного воздействия одних грузов на другие, а также на портовый персонал и пассажиров, предусматриваются разрывы между отдельными ПК (районами) различного назначения. Например, удаление угольного района от районов химических и лесных грузов должно быть не менее 100 м., от участка генеральных грузов не менее 200 м., от зернового ПК не менее 300 м. и т.п.

Для некоторых ПК и районов рекомендуется смешанное расположение, например, район генеральных грузов с лесными, зерновыми, пассажирскими. Не допускается смешанное расположение районов генеральных грузов и наволочных (за исключением специализированных ПК с крытыми складами сахара – сырца и т.п.).

Учитывают также взаимозаменяемость и целесообразность компактного размещения ПК близкого назначения.

Например, рекомендуется смешанное расположение: контейнерных ПК и ПК для перегрузки генеральных грузов открытого хранения и ПК для обработки накатных судов; ПК (р-ны) для сырой нефти и нефтепродуктов и др. наливных грузов, сходных по свойствам с нефтепродуктами располагают вдали от пассажирских и сухогрузных ПК.

При расположении ПК учитывают также влияние преобладающих направлений ветров.

Направление преобладающих ветров.

Пассажирские районы

Контейнеры

Оборудование, металлогрузы

Штучные грузы

Скоропорт (холодильник)

Пиломатериалы

Зерновые

Сахар –сырец

Соль (открытое хранение)

Химические грузы в таре

Руды и концентраты

Цемент в таре

Круглый лес

Щепа

Песок, щебень

Уголь

Портовые склады.

Различие режима работы водного и сухопутного транспорта и, в особенности различие в грузовместимости судов и сухопутных транспортных единиц вынуждает к тому, что, несмотря на все видимые преимущества «прямого варианта», значительная часть грузов проходит через склад. Кроме того, вследствие разнообразных причин – сезонности сельскохозяйственных грузов, перерывов в навигации в зимний период и т.п. – поступление грузов в порт и их отправка из порта происходят неравномерно. Интенсивность грузовых работ при современных крупнотоннажных судах очень велика и, как правило, требует, предварительного накопления грузов. В ряде случаев грузы, поступая в порт, рассортировывают и комплектуют, иногда переупаковывают и отбирают из них пробы. Экспортно-импортные грузы могут быть подвержены таможенному досмотру. Большую часть этих операций следует выполнять в складских условиях. Поэтому в порту устраивают а) закрытые и б) открытые склады.

Склады должны удовлетворять следующим требованиям:

а) иметь вместимость, достаточную для хранения грузов заданных видов в количестве, обеспечивающем бесперебойную работу обслуживаемых причалов;

б) иметь устройства и оборудование для обеспечения сохранности грузов;

в) обеспечивать высокоэффективную работу складских перегрузочных устройств, транспорта и др. оборудования;

г) располагаться так на территории порта, чтобы обеспечивать кратчайшие пути перемещения грузов между причалами, подъезду к путям;

д) покрытия полов и межэтажных перекрытий должны иметь прочность, достаточную для восприятия заданных и перспективных нагрузок от складируемых грузов, транспортирующих и перегрузочных устройств;

е) иметь весовое хозяйство и спец. инвентарь (поддоны, распорки) и т.д.

По характеру работы склады порта можно подразделить на транзитные (будгерные) – склады временного хранения (СВХ) и базисные.

Транзитные склады служат для краткосрочного хранения грузов с целью компенсации неравномерности работы водного и сухопутного транспорта. Располагаются такие склады в непосредственной близости от кордона.

Для накопления и длительного хранения грузов служат базисные или тыловые склады и резервные складские площадки. Тыловые склады, как правило, используют для накопления грузов к началу навигации или для подбора крупных партий односортных грузов.

Склады бывают открытыми, устроенные в виде специальных площадок для грузов допускающих хранение под открытым небом (песок, гравий, руда, уголь, круглый лес и др.) и закрытые – для некоторых видов штучных грузов, хранение которых под открытым небом недопустимо. При этом крытые склады делают общего назначения или специализированные, предназначенные для хранения какого-либо одного груза (зернохранилища, холодильники, склады для пылевых грузов) и т.п.

Наилучшим типом склада, допускающего широкое применение комплексной механизации, является одноэтажный склад.

Однако, учитывая стесненность территорий во многих портах, как существующих, так и вновь строящихся, нередко приходится строить 2-х и многоэтажные склады.

Чем короче путь прохождения груза на территории порта, тем меньше себестоимость его обработки. Поэтому для большинства видов грузов, исключая требующих специально оборудованных хранилищ, склады стремятся разместить вдоль всей причальной линии.

Длина 1-этажных складов, как правило, соответствует длине обрабатываемых судов или кратной ей величине. (То же, к стати можно наблюдать и для ж/д складов, располагающихся вдоль путей). По соображениям безопасности длинные склады разбивают на отсеки несгораемыми (бетонными или кирпичными) поперечными стенами (брандмауэрами). Часто пол склада располагают выше поверхности территории. (для улучшения загрузки (разгрузки вагонов и автомобилей, а снаружи у стен склада устанавливают высокие платформы – рампы, а для въезда в склад наклонные пандусы. В 2-х и многоэтажных складах (прикордонных) устраивают открытые балконы – площадки, на которые груз подается с помощью кранов, а в крышах устраивают люки.

Оборудование складов должно выполнять две основные операции а) транспортирование и б) штабелирование. Для этого применяют автопогрузчики, конвейеры, элеваторы, лифты в многоэтажных складах и т.д.

Определение потребной площади складов.

Потребную площадь крытых и открытых складов определяют по формуле:

м²,

где: Е – расчетная вместимость складов (т.),

q – технологическая нагрузка от складируемого груза (кПа) или т/м²,

K_n – коэффициент использования складов.

Расчетная вместимость склада Е производится по чистой грузоподъемности расчетного судна с учетом возможного несоответствия груза и судна по портам назначения и создания запаса вместимости на несовпадение режимов обработки судов и подвижного состава.

,

где: К_сл – коэффициент сложности исходящего грузопотока, учитывающий необходимое превышение наличного количества груза в связи с требованиями рациональной загрузки судна и возможным несоответствием груза и судна по портам назначения (К_сл= 1-1,3 для однородных грузов; К_сл= 1,3-1,6 для смешанных грузов);

D_p – чистая грузоподъемность расчетного судна (т.);

е_зап - запас вместимости (т.);

,

где: Р_сут – пропускная способность причала по наибольшему расчетному судну, т/сут.;

n_сут - нормативный запас времени (1-5 суток).

При равномерной работе ж/д транспорта, не зависящей от режима подхода судов, n_сут=2 сут. (при равномерном подходе судов) и n_сут=4 сут. (при неравномерном судоходстве).

Во всех случаях вместимость прикордонного склада на одном причале должна быть в пределах

1,3 D_ч< Е_скл < 2,5 D_ч.

Технологическая нагрузка q определяется как отношение массы груза в штабеле к площади склада, занимаемой этим штабелем. При этом значение q учитывает неплотную укладку генеральных грузов в штабеле, а также форму штабелей всех грузов. Технологическая нагрузка q при хранении в крытых складах смешенных генеральных грузов принимается следующей:

Этажность склада	Нормативная эксплуатационная нагрузка на пол кПа (тс/м2)	Технологическая нагрузка по видам плавания, кПа (тс/м2)
		Экспорт/импорт	Малый каботаж
одноэтажный	60 (6)	25 (2,5)	17,5 (1,75)
Многоэтажный 1-ый этаж остальные этажи	40 (4) 20 (2)	21 (2,1) 13,5 (1,35)	17,5 (1,75) 17,5 (1,75)

Несколько по иному принимается технологическая нагрузка q для однородных генеральных грузов в крытых складах (или при наличии в составе грузооборота преобладающего груза).

Например, несколько значений:

• при складировании на поддонах в мешках

сахар – песок q=25,5 кПа (2,25 тс/м²)

мука q=17,0 кПа (1,70 тс/м²)

Коэффициент использования площади складов К_н определяется как отношение площади, занятой штабелями грузов, к площади склада.

Под площадью склада подразумевается площадь ограниченная:

• для крытых складов – внутренними гранями стен помещений, предназначенных для складирования груза, за вычетом площадей, занятых стационарным оборудованием и колоннами;

• для открытых складов – кромками автодорог и осями рельсов ж/д и подкрановых путей, примыкающих к складу, за вычетом площадей, занятых строительными конструкциями подсобно – производственного и обслуживающего назначения.

Коэффициент использования площади открытых складов для хранения и оборудования следует принимать:

• в зоне действия портальных кранов и перегружателей – 0,80;

• вне зоны действия портальных кранов и перегружателей – 0,70.

Общие требования к крытым складам.

Как правило, крытые склады следует проектировать 1-о этажными. Многоэтажные склады при невозможности размещения на территории.

Крытые склады должны располагаться:

• в прикордонной зоне в случае преобладания в общем, грузопотоке грузов крытого хранения, проходящих через перегрузочный комплекс;

• в тыловой зоне в случае преобладания в общем, грузопотоке грузов открытого хранения, а также при невозможности размещения складов в прикордонной зоне.

При определении длины прикордонных крытых складов и мест их размещения, следует учитывать необходимость обеспечения с торцов складов проездов в тыловые зоны ПК, пандусов для въезда напольных средств механизации на рампы и внутрь склада через торцовые ворота, а также возможность обработки у торговых рамп складов автотранспорта, контейнеров и ролл - трейлеров.

Полезная высота складов (от пола до низа несущих конструкций или междуэтажного перекрытия):

• в одноэтажных складах – 7,8 м.,

• в многоэтажных складах:

• 1 этаж – 6 м.,

• остальные ≥4,8 м.

• проемы ворот складов (одноэтажных и 1 этажа многоэтажных) h=5,4 м.;

b = 4,8 м.

Крытые одноэтажные склады и 1-е этажи многоэтажных складов должны иметь погрузочно – разгрузочные рампы, являющиеся конструктивной частью склада. В зависимости от назначения, количества и размещения рампы склады могут быть:

• однорамповые (рампа в тыловой или фронтальной, по отношению к причалу, стороны склада в зависимости от принятой технологии перегрузочных работ;

• двухрамповые, с устройством рамп с двух длинных сторон склада;

• трехрамповые, с устройством рамп с тыловой или фронтальной стороны склада (в зависимости от принятой технологии перегрузочных работ) и с торцевых его сторон;

• четырехрамповые – с устройством рамп по периметру склада.

Ширина погрузочно – разгрузочных рамп:

• прирельсовых (для обработки вагонов), расположенных вне зоны действия портальных кранов и предназначенных для обработки автотранспорта, ролл - трейлеров и контейнеров, контейнеров, установленных на средства транспортировки – 7 м;

• прирельсовых, расположенных в зоне действия портальных кранов ≥ 7 м.

Высота рамп применяется в соответствии с нормами для обработки крытых и рефрижераторных вагонов, а для обработки автотранспорта и контейнеров на полуприцепах и прицепах (трейлерах) – 1,2 м от верха покрытия территории; для обработки ролл – трейлеров – 0,7 м от верха покрытия территории.

Рампы, не обслуживаемые кранами, имеют навесы, высота от верха рампы до конструкции навеса 4,5 м. навес должен перекрывать рампу и ≥ 0,6 ширины вагона (при обработке вилочными погрузчиками); рампу и вагон по всей ширине (при обработке вагона другими погрузочными устройствами).

Верхние этажи многоэтажных (в зоне действия портовых кранов) складов оборудуются, в зависимости от этажности и конструкции складов, грузовые балконы или террасы, шириной 3,5 м.

К складам для химических грузов в таре, для скоропортящихся грузов предъявляются особые требования.

Общие требования к открытым складам.

Рассмотрение от торца штабеля со стороны путей и автодорог либо подпорной стенки:

• до оси ближайшего ж/д пути при высоте груза (стенки) h<1,2 м., l=2,75 м., h>1,2 м., l=3,25 м.;

• до оси рельсов подкранного пути – 2 м.;

• до кромки проезжей части автодороги – 1,5 м.

В составе ПК универсального назначения для генеральных грузов должны предусматриваться равномерные погрузочно – разгрузочные фронты в виде рамп, являющиеся продолжением открытых складских площадей.

Особые требования предъявляемые к открытым складам лесных грузов и пиломатериалов, угля и руды, опасных грузов.

В частности, для открытых складов лесных грузов и пиломатериалов учитывают строительные и противопожарные нормы при определении размеров складов, разрывов между складами, способов складирования и схем механизации складских работ. В зависимости от структуры расчетного грузооборота леса должны быть предусмотрены: крытые склады для наиболее ценных сортов пиломатериалов, в том числе отгруженных на экспорт, открытые склады для хранения крупного леса, других пиломатериалов шпая, балансом и т.п. Хранение лесных грузов в складах должно осуществляться в штабелях, отдельно для каждого вида и сорта груза.

Высота штабелей регламентируется. Например, высота штабеля пиломатериалов (включая пакеты) при нахождении людей на штабеле – 6 м, без нахождения людей – 10 м, крупный длинномерный лес – 6 м, непакетированный круглый лес диаметром до 3-х м. – 2 м., то же в пакетах – 6 м. Ширина штабеля принимается по длине досок или бревен, длина штабеля (пакеты пиломатериалов – по длине досок; круглый длинномерный лес до 200 м, а короткий до 30 м. также регламентируется расстояние от штабелей леса до оси ж/д пути и оси рельса подкранного пути (от 2 до 5 м в зависимости от вида груза).

Особые требования к открытым складам угля и руды заключаются в том, что: а) для каждой марки и класса навалочных грузов должны устраиваться отдельные штабели, причем их устройство должно обеспечивать отвод атмосферных осадков и не допускать стока воды на соседние штабели;

б) устраиваться подпорные (ограждающие) стенки со стороны подкрановых и ж/д/ путей;

в) размеры штабелей в плане определяются техническими возможностями перегрузочных машин, способом производства погрузочно – разгрузочных операций на складе и условиями планировки участка;

г) высота штабелей определяется эксплуатационной нагрузкой на основание склада и на причал, и в зависимости от группы углей (склонности к окислению) от 5 до 10 м.;

д) проходы между смежными штабелями угля и руды в пределах одного ПК (причала) ≥ 3 м.;

е) для складов углей с незначительной устойчивостью к окислению должны быть резервные площадки не менее 5% полезной площади для охлаждения разогревшегося угля ворошением и освещения угля и освежения угля длительного хранения.

Перегрузочное оборудование порта.

Основным назначением портового перегрузочного оборудования является перемещение груза в пространстве, из одного положения в другое (из судна в вагон, в склад, на автотранспорт, из склада в склад, внутритрюмное, внутривагонное и внутрискладское перемещение и т.п.).

По принципу действия перегрузочное оборудование подразделяется на машины периодического и непрерывного действия.

К машинам периодического действия относят краны, автоэлектропогрузчики, бульдозеры, вагоноопракидыватели, работа которых характеризуется циклом, состоящим из последовательных операций:

а) захват груза;

б) ход с грузом;

в) освобождение груза;

г) холостой ход к месту нового захвата.

Машины непрерывного действия перемещают груз непрерывным потоком по определенной трассе: конвейеры, элеваторы, пневматические и гидравлические перегружатели.

Сочетание машин, осуществляющих различные технологические операции по перегрузке груза, называют перегрузочным комплексом (ПК).

Перегрузочные машины, способные пегружать разнородные грузы по различным видам работ, называют универсальными: краны разнообразных конструкций. Машины, предназначенные для выполнения определенных операций, называют трюмовыми, вагонными, складскими.

Машины, предназначенные для однородных грузов, по какому – либо одному варианту работ называются специализированными. К ним относят: пневмо и гидроперегружатели, вагоноопракидыватели, конвейеры.

При значительных грузооборотах отдельных грузов, постоянном их направлении высокопроизводительные специализированные машины значительно эффективнее универсальных.

Количество видов и типоразмеров перегрузочных машин, перемещающихся в портах, чрезвычайно велико, что затрудняет их техническую эксплуатацию и рациональное использование. Обычно стремятся к тому, чтобы однотипные операции выполнялись одинаковыми машинами. При значительных грузооборотах оказывается целесообразной узкая специализация машин.

Рассмотрим подробнее виды перегрузочного оборудования:

Рассмотрим на примере транспортного узла – морского порта.

Для перегрузочных работ в портах наиболее часто применяют подъемные краны. Краном называют оборудованную реверсивными механизмами грузоподъемную машину циклического действия, служащую для подъема и перемещения груза в пределах обслуживаемой ею зоной. Краны имеют опорную (ходовую) часть, на которую опирается поворотная часть со стрелой и грузоподъемными устройствами. Краны имеют различную конструкцию, отделочные типы кранов могут иметь дополнительные части и устройства, кроме указанных выше или не иметь некоторых из них (например, стационарные краны не имеют ходовой части, мостовые не имеют стрелы и т.п.)

Краны могут быть передвижными, в т.ч. и плавучие, а также стационарными, область применения которых сравнительно невысока из – за малой и ограниченной зоны обслуживания.

По конструктивной форме различают краны: портальные, (рис. а), полупортальные (рис. б), башенные (рис. в), мостовые (рис. г), козловые (рис. д).

По способу операния – катковые, пневмоколесные и гусеничные.

Мостовые и козловые краны в основном применяют на складах и на открытых складских площадках. Башенные краны в портах используют относительно редко (в основном в строительстве)

Основные параметры крана:

- грузоподъемность – масса, на подъем которой рассчитан кран. Большинство портальных кранов имеют грузоподъемность от 5 до 40 тонн, козловые 5 - 65 т., мостовые 5 – 32 т.

• вылет стрелы (R max и R min) рассчитывается по горизонтали от оси вращения крана до ворот оси крюковой подвески (до 45 м).

• высота подъема крюка крана над оперной поверхностью или головкой подкранового рельса (до 30 м.).

• скорости рабочих движений – подъема/опускания груза 40-60 (м/мин.), изменения вылета стрелы, передвижения крана, поворота (частота вращения) об./мин 1-1,5.

• производительность – масса груза, перегруженность за единицу времени (час).

• давление на опоры – на колесо, тележку или ногу.

Важными характеристиками являются также его габаритные размеры (ширина колеи, база портала (10,5 м.)).

Портальные краны разделяют: а) по типу портала (с полным порталом или порталом; с одно, двух или трехпутным порталом; б) по типу грузозахватного устройства: крюковые, грейферные, магнитные, контейнерные; в) по типу стрелы: с уравновешенной и неуравновешенной стреловой системой, т.е. с противовесом или без него; г) по грузоподъемности: легкие (< 10 т), средние (10-50 т.), тяжелые > 50 т, а также по другим признакам (тип опорно-поворотных устройств, тип грузовых лебедок, тип привоза).

Для обработки тяжеловесов применяют уникальные портальные краны повышенной грузоподъемности. Например, кран английской фирмы «Беттерс» имеет грузоподъемность 102 т, вылет стрелы 49 м, высота подъема 67 м, кран японской фирмы «Харима» – грузоподъемность 300 т, вылет стрелы 8 м, высота подъема 117 м.

Полупортальный кран отличается от портального тем, что его тыловая ходовая тележка перемещается по повышенному подкрановому пути, опирающимся по повышенному подкрановому пути, опирающимся на стеновую конструкцию склада или специальные балки, уложенные по стойкам – колоннам.

Козловыми кранами обычно называют краны со сравнительно малым пролетом, при котором обе ноги могут быть выполнены жесткими (пространственными). Прикордонные козловые краны выполняют двух - консольными, тыловые – бесконсольными, одно, двух консольными. Длина и рабочий вылет прикордонной консоли определяется требованиями обслуживания судов, а тыловых складскими площадями.

Мостовые краны предназначаются для загрузки и разгрузки судов, вагонов, автомобилей, обслуживания судов. Выпускают эти краны в креновой и грейферном исполнении, также снабжаются электромагнитом. Имеют грузоподъемность до 50 т., пролеты до 34,5 м.

Ж/д краны имеют ходовую часть, выполненную из узлов подвижного состава ж/д, что позволяет перемещать их по ж/д путям. Опорная часть выполнена в виде катков. Используют главным образом на складских площадях. Использование в портах затруднено из – за необходимости прокладки ж/д путей.

Автомобильные краны – ходовая часть – шасси автомобилей, оперная часть – пневмоколеса.

Гусеничные краны на базе одноковшовых экскаваторов. Покрытия территории д.б. прочным от повреждения гусеницами.

Для перегрузки тяжеловесов в портах нередко используют плавучие краны. Они монтируются на потоках и бывают как самоходные, так и несамоходные. Основная масса плавкранов имеет грузоподъемность 100-300 т., но встречаются плавкраны 1200-1600 т. наибольшую грузоподъемность имеет японский плавкран фирмы «Мусаси» 3000 т.

К стационарным кранам относятся настенные, на неподвижной колонне, на круговом рельсе.

Настенные краны обычно закрепляются на стенах обслуживаемых краном складов или цехов. Могут иметь различные характерные движения: поворот, изменяемый вылет стрелы и т.п.

Кран на неподвижной колонне состоит из колонны, заделанный в основание и подвешенной к ней форме (стреле крана). Краны этого типа не требуют заделки верхней опоры, поэтому могут быть установлены на любой площадке.

У кранов на круговом рельсе механизмы располагают на повторной платформе, которая снабжена катками или колесами, опирающимися на круговой рельс.

Машины непрерывного действия.

К этому типу машин относят машины с тяговым органом или без него, обеспечивающие движения груза непрерывным потоком или равномерно распределенными порциями, конвейеры всех типов, элеваторы пневматические и гидравлические перегружатели.

Машины с тяговым органом можно разделить на три группы:

• конвейеры, перемещающие груз по горизонтали;

• конвейеры, перемещающие груз, как по горизонтали, так и по вертикали;

• элеваторы или нории (черпаковый подъемник), перемещающие груз по вертикали (черпаковый подъемник).

Конвейеры: ленточные и цепные.

На ленточных конвейерах груз перемещается с помощью непрерывной ленты, приводного и натяжного барабанов и поддерживается по длине рабочей и холостой ветвей роликовыми опорами.

Ленточные конвейеры: стационарные и передвижные. Ширина ленты – 700 мм., скорость перемещения 0,5 –0,8 м/с. передвижные короткие, их можно включить в любой ПК.

Стационарные служат для перегрузки между складами и причалами, в пределах склада и т.п. длина: сотни метров, ширина до 2 м., скорость перегрузки > 6 м/с.

Цепные конвейеры представляют собой непрерывные цепи, располагаемые попарно и на которых закрепляются скрепки, пластины и другие захваты (для штучных грузов).

Элеваторы: ковшовые для перемещения сыпучих грузов и с захватами разные формы для штучных грузов. Скорость до 2 м/с.

Пневматические перегрузочные устройства широко используют в портах для перегрузки и транспортирования массовых навальных грузов (зерно, глинозем, апатиты, удобрения, технологическая щепа).

В пневматической установке частицы груза перемещаются во взвешенном состоянии под действием струи воздуха, движущиеся по трубопроводам с большой скоростью. Движение смеси воздуха и частиц груза происходит под влиянием разности давлений по концам трубопровода, создаваемые разряжением или нагнетанием воздуха.

Гидравлические перегрузочные устройства для перегрузки песка и других грузов, не боящихся влаги. В трюм судна вводят различные трубопровода и заборное сопло пульпопровода, который выводят на берег. Пульпа подается в специальный резервуар или открытую площадку, а вода удаляется через колодцы и дренажные устройства.

Специальное и вспомогательное перегрузочное оборудование.

Наряду с перегрузочными устройствами общего назначения: кранами, погрузчиками, транспортерами, конвейерами, которые могут быть использованы для широкого круга задач в перегрузочном комплексе, в портах используют специальное перегрузочное и вспомогательное оборудование.

В комплекте механизированной разгрузки навалочных грузов используются вагоноопракидыватели. Вагону закатываются на платформу и закрепляются на петли. Затем, в зависимости от конструкции платформа поворачивается либо относительно продольной, либо поперечной оси, либо роторной.

При загрузке навалочных грузов в трюм судна, особенно если это не специализированное судно, возникают затруднения с подачей груза в подпалубное пространство.

Используются для этого метательные машины.

Часто они бывают лопастного типа (лопасти закреплены на вращающемся барабане). Груз через разгрузочный мок попадает на лопасти, увлекается ими и обрабатывается в трюм (в нужном месте). Производительность 250-350 т/час., дальности полета до 15 м. но такие машины не приспособлены для грузов, не допускающих дробления. Для распределения такого груза в трюмах судов используют специальные трюмные машины в виде передвижных (ленточных) конвейеров. Вылет конвейера 6-8 м., производительность 150-300 т/час.

Для механизации трюмных работ применяют шнековые машины (как в мясорубке) и одноковшовые трюмные погрузчики, малогабаритные бульдозеры.

Как привило, навалочные грузы перевозят большими партиями на балкерах, рудовозах и перегружают на специальных комплексах, оборудованных специализированными машинами и установками. К основным элементам таких комплексов относятся устройства для приема, транспортирования, хранения и погрузки.

При перевозке навалочных грузов (руды, угля) на складские площадки, кроме машин общего назначения, таких, как портальные грейферные краны, экскаваторы, бульдозеры, используют специализированное оборудование: штабелирующие устройства – стакеры и устройства для выгрузки груза из штабеля – реклаймеры.

Стаккер состоит из тележки с механизмом передвижения и двумя частями – загрузочным конвейером и поворотной направляющей. Производительность – т/час. Угол наклона 20 ⁰, высота до 15 м.

Реклаймер имеет обратную схему: роторное загрузочное устройство загрузочное устройство подает груз из штабеля на приемный конвейер.

В некоторых случаях конструкция, совмещая обе схемы и тогда это стаккер – реклаймер.

Для погрузки навалочных грузов на суда применяют конвейерные береговые перегружатели. Их консоли имеют выдвижную конструкцию.

Для перегрузки зерна – перегружатели пневматические.

Для перегрузки наливных грузов стенцеры – направляющие трубчатые шланговые устройства.

Особенности компоновки специализированных ПК и выбор схемы механизации.

Ранее были рассмотрены основные принципы размещения разных ПК на территории порта по отношению друг к другу.

Рассмотрим основные положения и особенности компоновки ПК различного назначения.

Компоновка портового ПК должна предусматривать размещение сооружений, зданий, оборудования и других технических средств, обеспечивающих: проектную пропускную способность перегрузочных фронтов ПК, хранение и выдачу грузов клиентов (получателей и отправителей), обслуживание судов транспортного и служебно – вспомогательного флота и др.

Основными технологическими элементами, обеспечивающих выполнение вышеперечисленных функций ПК, являются:

а)- защищенные от волнения портовые акватории или рейды для якорной стоянки морских судов до их постановки под обработку;

б)- причалы с прилегающей акваторией для стоянки транспортных судов под обработкой (погрузкой – выгрузкой);

в)- причальный грузовой фронт;

г)- тыловой (ж/д, авто, речной) грузовой фронт.

При компоновке ПК необходимо использовать следующие исходные данные:

а)- план существующего порта или ситуационный план местности, где планируется размещение ПК;

б)- характеристики естественных условий (топография, гидрография, геология, гидрология, климатические условия);

в)- состав грузооборота и транспортные характеристики груза;

г)- расчетные типы и характеристики судов, ж/д вагонов и автотранспорта;

д)- типы, количество и размеры объектов комплекса;

е)- вместимость складов.

Компоновку ПК представляют на генеральном плане порта (района). Также необходимо иметь технологическую схему ПК (план и разрезы).

ПК необходимо компоновать так, чтобы обеспечить:

а)- сохранность груза;

б)- комплексную обработку транспортных средств;

в)-рациональное использование места размещения ПК;

г)- минимальный ущерб окружающей природной среде;

д)- технологическую взаимоувязку элементов ПК, его объектов и других районов порта как единого комплекса;

е)- условия для взаимоувязки работы ТУ (ПК - ж/д - авто и морского транспорта).

Выбор схемы механизации грузовых работ, состава и схемы компоновки технологических элементов ПК зависят от объема грузооборота, рода груза и транспортных характеристик грузов, длительности хранения в порту, параметров территории и др.

Что имеется в виду, когда рассматривается выбор схемы механизации. Это схема, обеспечивающая наиболее совершенные и эффективные способы перегрузочных работ, обеспечивающих работу ПК и всего порта в оптимальном режиме. Материально – техническая база, соответствующая принятой технологии перегрузочных работ в значительной мере определяется принимаемой схемой механизации.

В понятие материально – технической базы включается не только комплекс перегрузочных устройств, но и типы и взаимное расположение сооружений, соответствуют принятым схемам механизации.

При выборе схемы механизации, как правило, предусматривают выполнение всех операций с помощью взаимосвязанных машин, т.е. использование комплексной механизации.

Выбираемая схема механизации должна обеспечить требуемый уровень интенсивности обработки судов, определяемый величиной судо-часовых норм и устанавливаемый с учетом расчетных параметров морских транспортных судов.

Под судо – часовой нормой понимают среднее значение массы груза определенного вида, который может быть погружен за 1 час на судно данного типа (или выгружен), при оптимальном числе грузовых механизированных линий.

Проектная судо – часовая норма Р_с.и. определяет продолжительность грузовых операций tгр., по которой определяется суточная пропускная способность причала Р сут. Об этом мы говорили ранее:

-

время занятости причала производственными стоянками,

т.е.

где:

m_c – число смен в сутки (24часа);

Кнв_б – комплексная норма выработки береговых механизированных линий, с учетом производительности основной машины линии;

Кнв_с – то же для судовых перегрузочных средств;

N_мл.б., n_мл.с – соответственно количество береговых и судовых грузовых механизированных линий;

λ₁ – коэффициент использования машин, учитывающий перерывы в работе с связи со сменой ж/д составов, швартовкой и подходом/отходом судов,

λ₁=0,85 – 0,90, λ₂ – понижающий коэффициент, зависящий от числа механизированных линий (0,8 –0,95).

Пределы изменения Р_с.ч. весьма значительны: от 20 –30 Т/ час, для небольших судов и генеральных грузов до 4000 – 5000 Т / судо час для крупнотоннажных балкеров, для танкеров Р_с.ч. еще выше.

Естественно, что величина Р_с.ч. величина переменная и увеличивается при совершенствовании организации перегрузочных операций, ритмичности поступления грузов в порты и захода в них судов.

Для определения Р_с.ч. требуется определить производительность основной машины в составе грузовой механизированной линии.

1) Часовая производительность машин циклического (периодического) действия Р_ц^ч, [т/час], определяется по формуле:

, где

М – масса поднимаемого груза (т);

t_ц – продолжительности цикла;

[с], λ_г, λ_в – коэффициент использования машины по грузоподъемности и по времени.

Ранее мы говорили, что под циклом понимается комплекс операций, необходимых для подъема груза, перемещений его от места подъема к месту укладки и возвращения машины в исходное положение. Продолжительность цикла t_ц обычно указывается в паспорте машины или может быть вычислена на основании паспортных данных о скоростях отдельных движений. Для действующих машин может быть проведен хронометраж.

Коэффициент использования по грузоподъемности λ_г в сильной степени зависит от вида груза и типа перегрузочных устройств. Так, для навалочных грузов, перегружаемых грейферами λ_г ≈ 0,7-0,8, т.к. масса самого грейфера составляет 15 – 50% полной грузоподъемности машины. Если грейфер заполняется не полностью также происходит снижение λ_г.

Для штучных грузов может приближаться к 1, но λ_г < 1, если из-за малой плотности груза, при которой возможность его подъема определяется габаритами отдельного места. Подъем малых грузов тоже не производителен, поэтому стремятся использовать УГМ, чтобы приблизить λ_г к 1.

Коэффициент использования машины по времени λ_в учитывает планируемые перерывы в работе (профилактический осмотр, операции эпизодического характера, например перемещение вдоль причала, не входящие в расчетный цикл. λ_в = 0,85-0,95.

2) Часовая производительность машин непрерывного действия Р_ц^ч, [т/час], определяется по формуле:

, где

q – нормативная масса груза на погонный метр длины конвейера, [т/м],

υ – скорость движения конвейера (потока груза), [м/с],

λ_г, λ_в - те же коэффициенты, причем λ_г для ковшовых подъемников – это степень заполнения ковшей;

для ленточных конвейеров, перемещающих навалочный груз – отношение площади действительного поперечного сечения потока груза к ее нормативной величине.

Соответствующие сменные производительности определяются:

, где:

t_с^ц –число часов в смену.

Если перегрузочные работы выполняются цепочкой последовательно установленных перегрузочных машин, следует говорить о производительности грузовой линии, соответствующей производительности машины, определяющей эффективность работы всей линии. Схему механизации выбирают, исходя из минимальных затрат по флоту и порту по специальным методикам.

На основе этих расчетов даются конкретные рекомендации для универсального и специализированного ПК по выбору схем механизации грузовых работ, составу, расчету параметров и схемам компоновки технологических элементов на территории этих ПК.

Также регламентируется размещение на территории ПК подкрановых и ж/д путей, прикордонной полосы для движения безрельсового транспорта. О размещении этих элементов ПК речь будет идти позже.

Определение параметров и размещение крытых складов и открытых складских площадок. ПК зависит от их потребной общей вместимости. Эти вопросы уже были разобраны и будут закреплены на практических занятиях.

ПК универсального назначения с крановыми схемами механизации предназначены для перегрузки широкой номенклатуры грузов (как генеральных, так и навалочных) при различных направлениях грузопотока. При этом могут быть применены ПК универсального назначения для смешанных генеральных грузов крытого хранения при краткосрочном хранении грузов. Трудоемкость перегрузки таких грузов (как и лесных) значительно выше, чем других грузов, а производительность труда и интенсивность обработки транспортных средств намного ниже. Это связано с характеристиками тарно-штучных грузов: часто малые размеры и масса, большое разнообразие тары, относительно плохая приспособленность к высокопроизводительной перегрузке. Часто для захвата груза применяется ручной труд.

Пропускная способность ПК для генеральных смешанных грузов в 10-20 раз меньше, чем ПК для навалочных грузов. В связи с этим даже, если доля штучных грузов не превышает 20% общего грузооборота порта, обычно протяженность причалов для таких ПК составляет до 2/3 общей длины причального фронта в порту. Существует два основных способа перегрузки генеральных грузов: а) с использованием судовых перегрузочных устройств (кранов и грузовых стрел) и б) с применением береговой механизации. Обычно стремятся обеспечить обслуживание каждого трюма двумя 5- тонными грузовыми стрелами. Многое суда оборудуются судовыми кранами до 10 т. грузоподъемности при вылете стрелы и краны существенно большей грузоподъемности и вылетом стрелы. Оптимальным является комплексное использование судовых и береговых устройств, а такие средств трюмной и складской механизации.

Мы уже отмечали, что основными технологическими элементами ПК универсального назначения являются: морской грузовой фронт; грузовые фронты загрузки/выгрузки подвижного состава смешанных видов транспорта; склады. При этом, за расчетную единицу морского (речного) грузового фронта принимается причал для приема под обработку одного судна. За расчетную единицу ж/д фронта принимают ж/д грузовую оперативную площадку, предназначенную для приема подработку одной подачи ж/д вагонов (в первых лекциях мы рассматривали, как определяется количество вагонов в одной подаче h=отношение длины грузовых путей к длине вагона).

Ж/д грузовая оперативная площадка включает: грузовые пути для размещения ж/д вагонов; проходной (маневровый путь); подъемно – транспортное оборудование; проезды; подкрановые пути; инженерные коммуникации и другие устройства, и оборудование, необходимое для приема и обработки вагонов.

Длину грузовых путей определяют: длиной крытого склада (для грузов, хранимых в крытых складах) или длиной причала, за вычетом противопожарных проездов (для грузов, хранимых на открытых площадках).

В состав автомобильного грузового фронта входят грузовые оперативные площадки для стоянки и маневрирования автомобилей под погрузкой/разгрузкой, место стоянки автомобилей в ожидании погрузочно – разгрузочных работ, КПП с весовыми устройствами (при необходимости).

Для примера рассмотрим оборудование, используемое в схеме механизации смешанных грузов при краткосрочном хранении. Основное перегрузочное оборудование ПК:

• кран портальный Q=5-6,3 т., наиб. До 32 м.;

- кран портальный Q=10-20 т., R наиб. До 32 м.;

• погрузчик трюмный Q=2-3 т.;

• погрузчик складской Q=3-5 т.;

• погрузчик вагонный Q=1-2 т.;

• погрузочный стол (рампа) 45 х 4 м.

Количество перегрузочного оборудования зависит от числа технологических линий, т.е. совокупности взаимоувязанных по технологии работ машин, обслуживающих одно направление. Например, трюм – вагон или трюм – склад и выполняющий законченный цикл по перемещению груза в пределах ПК.

Количество используемых механизированных технологических линий зависит от размеров судна, числа люков, трюмов и др. грузовых помещений.

Таких линий может быть от 1 до 6 и более. Их число определяется размерами ПК и размерами наибольшего судна.

В процессе обработки одного судна число технологических линий может изменяться в зависимости от размещения груза на судне, наличия ж/д вагонов, складских емкостей и т.п.

Рекомендуется определить число механико-технологических линий:

• для генеральных грузов, металлопродукции, лесных грузов: n_м.л.=n_л-1

• для навалочных (уголь, руда, зерно): n_м.л.=n_л-2

• для контейнеров: n_м.л.≈2

• для нефтепродуктов: n_м.л.=3

Для примера на рассматриваемом ПК генеральных грузов с крановой схемой механизации:

при n_м.л.=3 (портовых кранов – 3, в т.ч. Q=10-20т:1-2; погрузчиков трюмных – 3; складских – 6; вагонных – 12; столов – 6)

при n_м.л.=6, соответственно: 6 (1-2); 6; 12; 24; 12.

В схемах механизации, предназначенных для грузов длительного хранения, т.е. где, имеются многоэтажные склады к оборудованию технологической линии, добавляется грузовой лифт.

ПК для навалочных грузов с крановой схемой механизации, применяемые для массовых грузов, не изменяющих свойств под влиянием влаги (руда, уголь, магнезит, инертные строй материалы). Эти грузы обычно хранят на открытых площадках.

Основными технологическими элементами ПК для навалочных грузов являются: морской грузовой фронт – причал с судоразгрузочными или судопогрузочными машинами (в зависимости от специализации ПК), ж/д грузовой фронт со станцией погрузочно/разгрузочных вагонов; ж/д пути; узел загрузки/разгрузки автотранспорта; склад для накопления и краткосрочного хранения груза и др. управленческие и служебные помещения.

Для разгрузки вагонов могут быть использованы вагоноопракидыватели, а перегрузочное оборудование, применяемое на ПК весьма разнообразны. Это могут быть крановые (грейферные) схемы, при которых (схема №8) используется:

• кран портальный грейферный (прикордонный) Q10-32 т.;

• кран портальный грейферный (тыловой);

• передвижной перегрузочный бульдозер для заполнения вагонов;

• бульдозер для формирования штабеля;

либо (схема №9)

• грейферно – конвейерный кран перегружатель и остальное тоже оборудование;

либо (схема №11) по которой ПК оснащается:

• перегружателями ковшово – ленточным Q (1-5 тыс. т/час);

• стакером/реклаймером Q (1-5 тыс. т/час);

• устройством для загрузки ж/д вагонов;

• конвейерами ленточными.

Кроме того, могут применяться перегружатели мостового типа в виде перемещающейся по мосту тележки с грейфером (Q=2500 т/час), шнеково - конвейерные и роторно - конвейерные перегружатели (2,3 тыс.т./час).

Новым направлением в перемещении и перегрузке навалочных грузов, является их транспортирование во взвешенном состоянии – в виде пульпы по пульпопроводам (в специальном бункере соединяются частицы груза и вида и насосами, передаются на разгрузку/погрузку).

ПК для перегрузки зерна и других мелкозернистых (пылевидных) грузов часто используют механические и пневматические перегружатели.

К механическим перегружателям относятся грейферные краны и ковшовые элеваторы в сочетании с различного рада конвейерами; вертикальные черпаковые конвейеры – нории Q до 1000 т/час.

Пневматические перегрузочные устройства надежны и в большей степени удовлетворяют требованиям охраны окружающей среды. Они состоят из всасывающих устройств, приемного бункера, фильтров для улавливания пыли, вентиляторов и пр. Под влиянием вакуума, создавшегося в системе через сопло, засасывается воздух с частицами груза. Эта смесь перемещается по всасывающейся трубе до разгрузочной камеры, где скорость смеси резко снижается и при этом тяжелые частицы груза оседают на днище камеры. Затем груз поступает на конвейер – питатель.

ПК специализированные для контейнеров.

Мы говорили ранее о том, что объем контейнерных, перевозок растет стремительными темпами. Поэтому, практически во всех крупных портах возводятся специализированные контейнерные терминалы.

Для перегрузки контейнеров используют различное оборудование:

Это может быть и судовое оборудование специализированных судов, оснащенных контейнерными перегружателями или судовыми кранами и стрелами большей грузоподъемности. Однако это перегрузочные схемы сейчас используются все реже, поскольку судовое оборудование во время плавания бездействует, выгрузка контейнеров только на узкую прикордонную полосу, что снижает, во-первых, погрузочное место на судне, а, во-вторых, снижает пропускную способность причалов. Поэтому, в последнее время во всех странах мара для перегрузки контейнеров используют в основном береговое оборудование. Контейнерные перегружатели, устанавливаемые в прикордонной зоне, имеют грузоподъемность 50 - 60 т., что позволяет поднимать 2 груженых контейнера с помощью захватов и при продолжительности цикла (~1,5 мин. для палубного контейнера и ~2 мин. для трюмного) можно обеспечивать производительность до 1500 т/час. Иногда для перегрузки контейнеров используют плавкраны, которые ставят между судном и причалом.

При подъеме контейнеров перегружатели используют специальный захват – сиредер, имеющий раздвижную раму, пригодную для контейнеров длиной 6,1 м (1С/20) и 12,2 м. (АО/1А). Сиредер управляется крановщиком и надежно контактирует с фитингами контейнеров.

Для транспортировки контейнеров от причала на площадку для складирования и обратно применяют автопогрузчики специальных типов и т.п., например трейлерные тележки (ролл – трейлеры).

Портальные автотранспортеры, контейнеровозы, которые представляют собой высокие порталы соединяемые попарно на пневмоходу. Кабина управления над порталом размещается. Поднимать контейнер могут на 2-3- кр. высоту контейнера, что позволяет производить укладку в штабели и снимать контейнеры из штабеля. Могут использоваться также автопогрузчики с вилочным или боковым захватом (выдвижным).

Для укладки контейнеров в штабели, для погрузки на платформы и автомобили используют такие складские портальные и козловые перегружатели. Также могут использоваться для перемещения контейнеров между морским и ж/д грузовым фронтами ленточные конвейеры.

На контейнерных терминалах используются системы вертикальной и горизонтальной перегрузки контейнеров с берега на судно и обратно. Наиболее распространенная – вертикальная: три схемы, в которых используют различные типы перегрузочного и транспортного оборудования:

1. причальный перегружатель – портальный погрузчик на складской площадке;

2. причальный перегружатель – погрузчики и козловые краны на складской площадке;

3. причальный перегружатель – трейлеры с толкачами на складской площадке.

В системе горизонтальной погрузки предусматривается использование специальных судов – накопительных. Также три схемы:

1. судно – трейлер с тягачом;

2. судно – вилочный погрузчик;

3. судно – портальный погрузчик.

Количество причалов для обработки судов – контейнеров определяется в зависимости от волны грузооборота и типа судна – контейнеровоза. Например, Q=20-40 тыс. ТЭU/год для судна СК-400 ТЭU-1 причал, а при Q=190-300 тыс. ТЭU для судна СК-2500ТЭU – 3-4 причала.

Время обработки расчетного судна в часах:

где:

D_к – контейнеровместимость судна, ед.;

К_исп. – коэффициент использования вместимости судна (принимают К_исп=0,85);

М_м – интенсивность грузовых работ (конт/час);

где:

Р_м._л – производительность механизированной технологической линии (конт/час);

n_м._л. – среднее расчетное число механических линий.

Ранее ориентировочно мы определяем n_м._л.=2, но если рассматривать их среднее число, то оно зависит, естественно, от типа судна контейнеровоза. Например, СК400, n_м._л.=1,4; СК-2500, n_м._л.=2,7.

Производительность технологической линии «причальный фронт» – складская (сортировочная) площадка, обычно определяется по паспортным данным перегрузочных машин. Например, ориентировочно, причальный контейнерный перегружатель для СК-400 Р_м._л.≈25-30 конт/час., для СК-2500, Р_м.л.≈30-50 конт/час.

Также можно оценить производительность труда портально – контейнерного погрузчика (для СК-400-15 конт/час, для СК-2500-11 конт/час), и портового тягача с полуприцепом (СК-400-13 конт/час, СК 2500-10 конт/час.).

Сооружения и устройства на территории порта.

Крановые и железнодорожные пути – расположение.

Подавляющее число грузовых причалов обычно оборудовано крановой механизацией, в основном портальными или полупортальными кранами. Если порт имеет сравнительно небольшой объем грузооборота, (например Калининградский порт) и при обслуживании или незначительном количестве тыловых складов, крановая механизация концентрируется в прикордонной полосе причала. В другом случае, краны располагают и в тыловой зоне.

Крановые рельсовые пути на ПК устанавливаются на грузовых фронтах, а также на открытых складских площадках различных перегрузочных машин на рельсовом ходу: портальных и козловых кранов, перегружателей и т.п.

Расположение колеи крановых путей на грузовых фронтах и открытых складских площадках принимают для ПК различного назначения в зависимости от используемого на них перегрузочного оборудования, а также технологии и организации перегрузки складирования грузов.

Прикордонные крановые пути располагают в непосредственной близости от кордона. При этом расстояние линии кордона до оси ближайшего рельса портального крана составляет по «Нормам проектирования…» 2,75 или 3,20 м, а для перегружателей 2,75 или 4,0 м. в зависимости от расположения швартовых путей.

На путях для портальных кранов минимальный радиус криволинейных участков 250 м. на путях для причальных перегружателей, козловых кранов криволинейные участки не допускаются.

Тыловые крановые пути располагают за прикордонными складами. Колея крановых путей контейнерных перегружателей: 15,3; 16,8; 20; 25 м., а козловых кранов: 32,0; 43; 52,8; 63 м.

Выбор размеров зависит от характеристик используемого оборудования.

Рельсы крановых путей укладывают в зависимости от плотности грунта: на шпалах, ж/б балках или плитах, на податливом или жестком свайном обосновании, либо непосредственно на конструкции причала.

Железнодорожные пути на ПК подразделяются на:

• прикордонные, предназначенные для обработки судов и вагонов по прямым вариантам работ и располагаемые в зоне действия судовых и прикордонных перегрузочных машин;

• тыловые, располагаемые вне зон действия прикордонных перегрузочных машин.

В состав ж/д грузовых фронтов входят: грузовые ж/д пути, на которых обрабатываются вагоны; маневровые ж/д пути, служащие для подачи (уборки) вагонов на грузовые пути.

Количество ж/д путей в прикордонной зоне составляет от 2-х до 4-х в зависимости от специальности причала, грузоподъемности вагонов, количества механизирования технологических линий, длины и количества причалов и судов, обрабатываемых одновременно.

Количество железнодорожных путей, предназначенных для обработки вагонов у крытых рамповых складов, зависит от взаимного расположения складов:

• при размещении складов в одну линию со стороны рампы укладываются два пути;

• при двух линиях складов, обращенных прирельсовыми рампами друг к другу, укладываются три пути.

Минимальное расстояние от оси ближайшего ж/д пути расположено вне порта до подкранового рельса 3,5 м или для ПК смешанных генеральных грузов 5,3 м.

Схема портового ж/д узла.

а) фронт расположен.

б) пирсовые и ковшовые.

в) ступенчатые.

Безрельсовый транспорт в порту.

Автотранспорт так же, как и ж/д транспорт в основном выполняет перевозки, связанные с ввозом грузов на территорию порта или с вывозом в обратном направлении. Для внутри портовых перевозок по подаче грузов на склад или между складами применяют специализированные машины, хотя иногда и обычные автомобили. При широком внедрении автомобильных перевозок в процессе работы портов изменяется компоновка некоторых элементов: расширяется прикордонная полоса для пропуска автомобильного транспорта впереди складов; склады штучных грузов со стороны кордона делают безрамповыми; вблизи грузовых фронтов ПК предусматривает специальные площадки для стоянки автомобилей.

В портах стремятся обеспечить возможность движения автотранспорта по всей территории порта.

Автодороги порта разделяют на подъездные и внутрипортовые. Подъездные дороги могут проходить по пересеченной местности, они характеризуются значительной интенсивностью и большими скоростями движения.

Внутрипортовые дороги, расположенные непосредственно на территории порта, как правило, прокладываются на одном уровне с территорией порта. На них предусматриваются малые скорости движения (~15-20 км/час). Внутрипортовые дороги обычно двух полосные.

Внутрипортовые дороги →

3 категории в зависимости от расчетной

Подъездные дороги → грузонапряженности в обоих направлениях

1 кат. > 1,2 млн.т. брутто в год (80 авто в одном направлении в час)

2 кат. – 0,3-1,2 млн. т/год (15-80)

3 кат. < 0,3 млн.т/год (< 15).

Все дороги для хозяйственных перевозок и пожарные проезды → 3 категорий. Эти дороги могут быть однополосные.

Ширина проезжей части от 6 до 10 м. в зависимости от ширины автомобиля.

Как правило, на территории порта прокладывается кольцевая магистральная автодорога, соединяющая все причалы, производственные и административно – хозяйственные здания и она должна иметь не менее 2-х въездов. Перед въездом в порт предусматриваются площадки для автостоянки автотранспорта, размеры которые зависят от интенсивности движения. Площадь для стоянки 1-го автомобиля ≈ 25 м². Минимальное расстояние от края проезжей части автодороги до оси параллельного ж/д пути = 3,75 м., а при прокладке дороги у зданий, расстояние от наружных стен > 1,5÷м.

Установка автомобилей у рамп складов:

Схема автомобильных проездов в прикордонной зоне:

Служебные и вспомогательные здания и сооружения.

К ним относятся такие здания и сооружения, предназначенные для берегового комплексного обслуживания судов.

Комплексное обслуживание судна включает в себя услуги:

• портово – эксплуатационные: лоцманская проводка, предоставление судну причала, оформление грузовых документов;

• снабжение: материально – техническое, продовольственное, топливом, маслами, водой, береговой электроэнергией;

• ремонтно – технические работы: межрейсовый ремонт судна, ремонт электронавигационных приборов и средств автоматизации;

• санитарно – технические работы;

• медицинское и культурно – бытовое и т.п.

В выполнении этих работ принимают участие разные предприятия и организации, а для обеспечения этой деятельности в портах возводят соответствующие здания и сооружения. Это производственные: (склады, морские вокзалы, пассажирские павильоны); подсобные производственные (ремонтные мастерские, гаражи погрузчиков, зарядные станции, центральный материальный склад, инвентарные склады грузовых районов); обслуживающего назначения (административно – конторские, помещения для обслуживания рабочих, учебные помещения, поликлиники); вспомогательного назначения (энергохозяйства, транспорта, связи, водоснабжения, канализации, теплофикации и т.п.) и т.д. По организационному признаку эти здания и сооружения объединяются в блоки; портоуправление (управление, таможня и т.д.), оперативный корпус (диспетчеры, лоцмана, инфлот); службы района, мастерские, морской вокзал и т.д.

Покрытая территория порта.

Все внутрипортовые складские площадки, проезды, дороги, подъезды должны иметь постоянное покрытия – монолитные цементно – или асфальтобетонные, из сборных железобетонных плит, монолитных цементобетонных из скального грунта.

Покрытия должны состоять из следующих конструктивных слоев:

• верхнего слоя (собственного покрытия), воспринимающего усилия от технологических транспортных средств и дополнительные слои (морозозащитные, теплоизоляционные, дренажные т и.п.) – слои между основанием и верхом рабочего слоя земляного полотна.

Толщина постоянных покрытий д.б., не менее 18 см для верхнего слоя цементнобетонного монолитного, 14см для сборных ж/б плит, и т.п. при насыпных грунтах высотой более 3-х метров в монолите цементобетонное покрытие рекомендуется закладывать арматурную сетку на глубине 1/3 толщины.

Для обеспечения отвода дождевых вод поверхность территории причалов и поверхность складских площадок должны иметь уклоны: для контейнеров и навалочных грузов: 0,01-0,02; на площадках у механических мастерских, гаражей, на стоянках автомашин и погрузчиков: 0,015-0,02. Уклон (скат) в основном в сторону акватории.

Нормативные нагрузки на причалы.

«Нормами проектирования …» устанавливаются величины нагрузок на причальные сооружения от:

• действия перегрузочных машин и транспортных средств;

• от складируемых грузов в зависимости от предназначения причалов.

Например: для навалочных грузов, металлов, оборудования и т.п. грузов массой грузового места 10 и более тонн, перерабатываемых на ПК с крановой схемой механизации (как в курсовой работе):

• для причалов глубиной ≥11,5 м. – категория нагрузки «О»

• для остальных причалов - категория нагрузки «О» или «I»

• для контейнеров и накатных грузов - категория нагрузки «О- К»

• для генгрузов - категория нагрузки «I» или «II»

• для зерновых грузов - категория нагрузки «III» или «II»

Что означает категории нагрузок?

От складируемых нагрузки делятся по зонам от линии кордона.

Категория «О»: q₁ = 4 тс/м² (39,2 кн/м²); q₂ = 12 тс/м²; q_{3 =} 20 тс/м²

Категория «О-К»: q₁ = 4; q₂ = 6; q₃ = 10;

Категория «I»: q₁ = 4; q₂ = 6; q₃ = 10;

Категория «II»: q₁ = 3; q₂ = 4; q₃ = 6;

Категория «III»: q₁ = 1,5; q₂ = 2; q₃ = 2;

Соответствующие нагрузки от перегрузочных машин не рельс (кранов и т.п) и транспортных средств.

Категория «О»: прикордонные краны: 165 т. ж/д транспорт: 14 т/м._пути: безрельсовый транспорт: до 65 т., и т.д.

Портово-вспомогательный флот.

Порты, особенно крупные, располагают портовым флотом обширной номенклатуры, для которого требуется своя акватория и причальный фронт.

К судам портфлота относят:

• портовые буксиры – кантовщики, обеспечивающие маневровые операции в портах;

• буксиры морские, производящие буксировку несамоходных судов в портах, осуществляющие местные перевозки.

• катера портовые: (рабочий - для буксировки несамоходных плавсредств, перевозки рабочих и снабжения; рейдовый – для доставки экипажей судов с рейдов; служебно – разъездной – для перевозки рабочих и работников органов надзора; швартовый – для заводки швартовых концов; и т.д.).

• лоцманские суда и катера, для лоцманской проводки судов в портах и доставки лоцманов на борт судна;

• буксировщики жидким топливом и маслами в процессе грузовых операций;

• бункеровщики – водолеи, для бункеровки судов водой;

• суда, предназначенные для предотвращения загрязнения акватории;

• пожарные суда;

• ледокольные суда, для ледокольной проводки в портах;

• плавкраны;

• пассажирские суда для пригородных сообщений.

Длина причалов, глубина и возвышение кордона причалов для портофлота определяют аналогично грузовым причалам.

В портах предусматривают также дополнительные причалы для вспомогательного и технического флота: морских спасателей, водолазных ботов, и т.п.

Количество и номенклатура портофлота определяется в зависимости от структуры флота, обслуживания портом, интенсивности движения на акватории, особенностей климатических, экологических требований по безопасному обеспечению всех технологических операций с транспортными судами на период их стоянок в портах.

Расчетное число судов, какого – либо типа в эксплуатации определяется по формуле:

где:

Q_i - объем работу судов i – го типа в месяц наибольшей загрузки в судо – часах;

F_i – бюджет рабочего времени судов i – го типа в месяц в часах - учитывает потери времени на навигационный ремонт, прием топлива и грузов материально – технического снабжения, простои по метео. причинам для самоходных судов

K_i - коэффициент использования бюджета рабочего времени.

(портовый буксир K_i = 0,65; бункеровщики K_i = 0,05; лоцманские K_i = 0,40; буксиры морские K_i = 0,80).

Инженерные сети порта.

Для нормального функционирования порта служат инженерные сети, включающие в себя сети электроснабжения, связи, водоснабжения, канализации и теплоснабжения.

Электрическое хозяйство порта состоит из группы сильных токов (питание портового перегрузочного оборудования, освещение порта) и группы слабых токов (телеграф, телефон, радиосвязь, пожарная сигнализация).

Потребление электроэнергии в портах распределяется примерно следующим образом: 70% общей установленной мощности расходуется перегрузочными подъемно – транспортными машинами и механизмами; 18% - вспомогательным оборудованием; 12% на освещение и другие нужды порта. Электроснабжение порта должно быть надежным и бесперебойным. Для этого питание электроэнергией производят от двух независимых источников по самостоятельным линиям электропередачи.

Схема питания порта электроэнергией.

РЭС
ГПП
РП

│ │ │

ТП1		ТП2		ТП3
│		│		│

│ │ │

ПУ

ПУ

ПУ

ПУ

Электроэнергия от районной электростанции (РЭС) передается на главную понизительную подстанцию (ГПП), снабжающую напряжение с 35÷100 Кв до 6÷10 Кв. ГПП обычно располагается в центре потребителей энергии. Питающая линия от РЭС до ГПП преимущественно воздушная. ГПП находится в тыловой зоне в удалении от пылящих грузов.

Распределительные пункты (РП) также размещают в тыловой зоне, что позволяет сократить число кабелей высокого напряжения. Понижающие трансформаторные подстанции (ТП), от которых осуществляется непосредственное питание электроэнергией всех основных потребителей, располагают вблизи от подключающих устройств. Обычно одна ТП обслуживает 2 причала. Расстояние между ТП около 400 м., а от ТП до линии кордона ~ 50-60 м. кабели от ТП к ПУ напряжением 380 или 220 В прокладывается в траншеях, перекрываемых съемными плитами.

Перегрузочные машины (передвижные краны и т.п.), подключаются с помощью шлангового, кабаля к электроколонкам наземного, подземного или навесного типа, располагаемые на причале вдоль прикордонного подкрановых рельсов (обычно ≤ 40 м.), напряжение в электроколонках 380 или 660 В.

Электроколонки для снабжения судов от береговых сетей (380 В) располагаются вдоль кордона в одну линию с крановыми электроколонками. На одном причале располагают 2 колонки, которые подключены к отдельной линии, снабженной прибором учета расхода электроэнергии. Электроколонки тыловых кранов устанавливаются за тыловым подкрановым рельсом на расстоянии 35-40 м. друг от друга.

Контейнерные и другие перегружатели, работающие от сети 6-10 Кв, подключаются индивидуально к распределительному устройству ближайшей подстанции.

Шланговые высоковольтные кабели при сматывании с барабана на кране или перегружателе укладываются в лотки или канавки, которые делаются в бетонном покрытии причала.

Наружное освещение портовой территории: рабочее, дежурное и охранное. Рабочее освещение (380-220 В) включается при выполнении грузовых работ – наиболее энергоемкое. Дежурное освещение включается в то время, когда работы не производятся. Охранное освещение включается вдоль охраняемых границ порта. Устанавливают их на местах или зданиях достаточной высоты. Высота мачт освещения типовая: 21, 28, 35, 45 м. расстояние между прожекторными мачтами 200-250 м. на мачтах до 30-60 прожекторов.

Освещенность территории устанавливается по нормам для причалов генеральных грузов – 20 лк, навалочных и зерновых – 5 лк, в трюмах судов и в местах грузовых операций 10…30 лк, в местах работы весовщиков и тальманов – 40лк.

Усиленное освещение применяют в зонах работы промышленного телевидения.

Сети связи и сигнализации.

В морских портах прокладываются следующие сети связи:

• комплексная телефонная сеть, в т.ч. производственная автоматическая телевизионная связь, диспетчерская телесвязь и т.п.;

• сеть распределительно – поисковой громкоговорящей связи;

• сеть радиолокации;

• сеть диспетчерского TV.

На причалах предусматривается возможность подключения судов к береговой телефонной сети. Грузовые терминалы поддерживают двухстороннюю радио телефонную связь с каждым перегружателем, краном, авто контейнеровозом, бригадирами докеров. Многие порты имеют свои приемно – передающие радиоцентры для связи с транспортными судами.

Сети теплоснабжения.

Теплоснабжение необходимо для отопления, вентиляции и получения горячей воды. Обеспечивается от централизованных городских ТЭЦ, от местных котельных порта. Потребителями тепла в порту являются: служебно – производственные, бытовые и жилые здания, отапливаемые склады, иногда пришвартовые суда. В качестве теплоносителей перегретая вода с t⁰ = 70-150⁰С, пар давлением 0,6-1,6 Мпа. Пар используется, как правило, для технических нужд (например разогрев нефтепродуктов). Тепловые сети выполняются из стальных труб. Топливо: жидкое, твердое, газ.

Сети водоснабжения и канализации.

Для снабжения водой судов и береговых потребителей в портах устраивается централизованный водопровод, объединенный для хозяйственно – противопожарных нужд. Система водоснабжения должна обеспечивать:

а) снабжение объектов порта и судов водой питьевого качества;

б) потребности пожаротушения на территории порта;

в) потребности производственных объектов порта в воде, не обладающей питьевыми качествами (мойка машин, охлаждение агрегатов и т.п.)

Канализация является важным элементом в благоустройстве порта. Порты обычно имеют раздельные канализационные сети: ливневую и производственно – фекальную. Канализационные сети предназначены для приема и отвода: а) бытовых сточных вод, б) загрязненных производственных вод, подлежащих обработке на очистных сооружениях; в) атмосферных и дренажных вод; г) атмосферных и условно чистых производственных вод (например, конденсационных вод, вод охлаждения компрессоров; д) всех видов сточных вод.

Сброс с берега и с судов неочищенных бытовых и загрязненных производственных сточных вод и выбрасывание твердых отходов и мусора в пределах акватории порта загрязняется.

Морские пути.

Под этим термином мы будем называть морские каналы, в приложении к направленности нашего курса ТУП. Судоходные каналы – искусственные водные пути, проложенные на суше, в реке или море, для возможности подхода судов к портам – подходные каналы, или соединения отдельно расположенных водных бассейнов – соединительные каналы. Каналы оборудуются средствами навигационной обстановки (судоходной обстановки) для обеспечения безопасного плавания судов.

В качестве примера подходного канала можно назвать Калининградский канал (42 км.) проходящий от судоходных глубин (Балтийск) по мелководному Висленскому (Калининградскому) заливу до устья реки Преголя.

Также канал СП б. Порта (от Кронштадта до порта 27 км.) проходит по Финскому заливу.

Соединительные: Суэцкий, соединяющий Средиземное море и Суэцкий залив Красного моря длиной 174 км : Панамский соединяет Атлантический и Тихий океаны (82 км.): Кильский соединяет Северные и Балтийские моря (99 км.)- увидим на «Крузенштерне».

Основные элементы и характеристики каналов.

Критерий определения размеров морского канала: навигационная безопасность движения судов.

Прорезь – искусственным образом проложенная в грунте выемка для пропуска расчетного (максимально по размещениям) судна, ограниченная дном и откосами (бровками).

Проектная глубина канала (Н_п) – разница между отметками отсчетного уровня воды и дна канала. Также как и для глубины акватории порта; глубина канала навигационная - Н_н = ((d + бd) + ΣΖ_0-3) минимально необходимая и достаточная для безопасного прохода расчетного судна;

Глубина проектная (полная) – Н_п = Н_н + Z₄ - увеличенная на толщину слоя канав навигационную глубину. Насосы осаждаются в прорезь канала в судоходном состоянии;

Глубина прорези (Н_п);

Глубина забровочная (Н_б), т.е. над бровкой канала.

Ширина канала – размер ширины прорези проектный В_п, по уровню бровки В_б, по зеркалу воды В_з.

Проектная ширина В_п складывается из ширины маневровых полос В_м, запаса (зазора ) – С, боковых полос - С₁ и запаса на заносимость откосов Δ b.

Классификация морских каналов.

По назначению – (упоминалось ранее) подходные, соединительные.

По профилю прорези каналы - полного профиля, защищенные, когда боковые откосы выходят на уровень воды или выше его и неполного профиля (незащищенные), когда они прорыты в отмелях, отгораживающих устья рек от моря (боровая канала) и откосы скрыты под водой.

По наличию ограждений – огражденные с обеих сторон (близкий к порту участок СП _б – канала в дамбах); одностороннее – обычно возводимое в наиболее подверженной воздействиями волнения и течений стороны канала (Калининградский).

Большинство проходных каналов – неогражденные и подвержены интенсивной заносимости, что требует систематического дноуглубления.

По регулируемости уровня воды каналы делятся на шпозованные (закрытые), отделенные от моря водопадистыми сооружениями со шлюзами, в которых можно регулировать уровень воды и глубину канала (Панамский, Кильский, ББК), и открытые, к которым относятся большинство подходных каналов, т.е. постоянно сообщающиеся с морем.

Закрытые каналы меньше подвержены внешним воздействиям, но на этих каналах могут наблюдаться воздействия от судовых волн, струй воды от движителей. Если в закрытом канале имеются внутренние шлюзы, они делят канал на отдельные бьефы. Внутренние шлюзы устраивают для уменьшения глубины выемок при прокладке канала через возвышенности, а также для продления перепада уровней воды в соединяемых каналом бассейнах. Если периоды незначительны, то и соединительные каналы прокладывают без шлюзов.

Эксплуатационными характеристиками канала являются: - порядок (режим) пропуска судов (одно – двухстороннее), скорость хода, время прохождения судов по каналу, длительность периода навигации, пропускная способность канала, судооборот, удобство прохода судов по каналу (заносимость, огражденность).

Кроме того, каналы могут различаться по грузообороту, размерам поперечного сечения (максимально допустимой осадке пропускных судов, высотам надводных пересечений, т.е. максимально допустимой высоте надводного габарита судов, характеру грунтов, составляющих его ложе (глинистое, песчаное, илистое, каменистое и т.д.)).

Исходные данные при проектировании канала.

Исходные данные включают в себя: сведения о размерах исходного судна; сведения о планируемом судопотоке; характеристика естественных условий района прокладки трассы канала; величины ущерба водным, биологическим ресурсам и рыбным запасам от строительства и эксплуатации канала.

В качестве расчетного принимают конкретные (с максимальными размерениями) планируемое судно или условное судно. Сведения о нем должны включать (М – массовое водоизмещение, т.; d – осадка на ровный киль без хода, м.; В – ширина на миделе, м.; L – длина между перпендикулярами, м.; A=Aq/Ac – отношение площадей парусности надводного и подводного бортов).

В случае «условного» судна основная характеристика – осадка, а остальные элементы определяются в зависимости от типа судна по формулам: ; ;

t, с – коэффициенты для различных типов судов, D – высота борта, м.

Например, для универсальных судов: t =3,3, с =17,5; для танкеров: t =2,6, с =17,5; для контейнеров t =3,2, с =17,8; для лесовозов t =2,4, с =17,5; для сухогрузов t =2,7, с =17,2; для пассажирских t=4,0, с =20,1.

Сведения о планируемом судопотоке: количество судопроходов в год и среднесуточный судопоток в местах наибольшего судооборота, состав судопотока по типам судов, их размерениям и количеству.

Характеристика естественных условий - планы акваторий трассируемого канала и прилегающей территории; метографические разрезы по намеченным вариантам трасс канала и характерами грунтов; элементы метеорологического режима не менее чем за 12 лет (повторяемость ветров по скорости, направлению и продолжительности); сведения о характере течений (направление и скорость); функции высот волнения 3% обеспеченности по 8-им румбам; график обеспеченности ежесуточных уровней воды; среднегодовую метеорологическую дальность видимости и преобладающей для данного района коэффициент прозрачности атмосферы и повторяемостью не менее 65%; продолжительность ледового периода; сведения о динамике берега и интенсивности движения наносов.

Оценка ущерба водным, биологическим ресурсам и рыбным запасам: характеристика загрязненности извлекаемых грунтов по химическим и биологическим показателям; состояние среды кормовой базы и ихтиофауны в районе акватории прокладки канала; оценка негативного влияния дноуглубления на окружающую среду.

Трасса канала.

Трасса канала – это расположение оси канала в плане. Трасса канала и его размеры должны удовлетворять ряду требований, часто противоречивых.

Навигационные требования. – максимальное удобство и безопасность плавания судов по каналу. Из этих соображений трасса должна быть прямолинейной и близкой к направлению господствующих по частоте ветров, волнения, течений. Если по местным условиям полной прямолинейности добиться невозможно, необходимо ограждать канал защитными сооружениями, количество и углы поворота должны быть минимальны, радиусы закруглений большими (≥5 L_p.c), как правило, не менее 3000 м. На участках примыкания канала к воротам порта канал трассируют без поворотов на расстоянии не менее длины тормозного пути расчетного судна к максимально приближающимся к направлению оси входных ворот.

Экономические требования сводятся к минимальным капитальным затратам на прокладку канала (капитальные дноуглубительные работы) и эксплуатационным расходам (ремонтное содержание для поддержания судоходных глубин). с этой целью трассу выбирают с возможно минимальными объемами выемки и относительно легкими в разработке грунтами, однако достаточно устойчивыми на откосах. Трассу внутренних каналов назначают с учетом наибольшего использования естественных водоемов (озер, лиманов и т.п.), что снижает объем земляных работ и снижает затраты по защите берегов от судовых волн.

Компоновочные требования направлены на обеспечение возможности наилучшей компоновки оградительных сооружений и акватории порта с учетом дальнейшего развития транспортного узла. Экономически выгодно прокладывать трассу по наибольшим глубинам.

Поперечное сечение канала – должно удовлетворять ряду требований: навигационных – удобство и безопасность судоходства, экономических – минимум площади сечения и объемов извлекаемого грунта. Эти требования взаимно противоречивы, поэтому задача выбора поперечного сечения по всей трассе относится к задачам оптимального проектирования (по минимуму суммарных затрат). Поперечное сечение канала проектируется, исходя из габаритов расчетного судна упоминавшихся ранее.

Обычно проектируют каналы с трапецеидальным поперечным сечением. Площадь подводного сечения канала полного профиля должна быть не менее чем в 4 раза больше подводного миделевого сечения расчетного судна при одностороннем движении по каналу или белее суммы 2-х миделевых сечений соответствующих судов при двухстороннем движении.

Трапецеидальность поперечного сечения канала характеризуется заложением откосов

для плотных глинистых и суглинистых грунтов м = 1 - 4:

для песчаных м = 3 - 9, илистых м = 10 - 30.

Глубина канала навигационная и проектная, как уже говорилось выше, определяется аналогично глубинам в портовой акватории, по величине осадки расчетного судна и суммы запасов. Есть некоторое отличие в определении запасов на волнение Z_{2 ,} Z₃, и на крен Z ₀ (хотя в КР эти отличия не приведены).

Волновой запас определяется по графикам при различных углах φ между осью судового хода и направлением господствующего волнения в зависимости от числа Фруда , высота волны в % обеспеченности, длины расчетного судна L, м (V₁ - узловая скорость расчетного судна, h – высота волны).

Скоростной запас Z₃ определяется последовательными переплетениями в зависимости от F_r, осадки судна d и ΣZ_1-3 с направлениями от отношения А = А_q/А_с для каналов полного и неполного профиля.

Все запасы глубины в канале определяются с точностью до 1 см. после суммирования их с осадкой судна полученная глубина округляется до 5 см.

Запас на крен Z₀ определяется по формулам:

и , где

О – угол крена от ветра, О_дин – динамический угол крена по первой ф-ле расчет ведется для прямых участков, по второй – для участков сопряжения колен канала (мест поворота судна). Угол Q выбирается в зависимости от скорости расчетов ветра w (м/с) и типа судна. Для универсальных судов, мехтеровозов, паромов при w = 9 - 22 м/с, Q = О - 2⁰, для контейнеровозов 1 - 5⁰, для пассажирских 1 - 8⁰, для лесовозов –5⁰. Угол О_дин выбирается в зависимости от скорости судна и его типа. Для универсальных, лесовозов, контейнеров в диапазоне скоростей судна 4-12 узлов, О_дин=1-7⁰.

Ширина канала.

Проектная ширина канала В_п для одностороннего движения судов определяется по формуле:

В_п = В_н+ΔВ, м

где Вн – навигационная ширина канала, м., ΔВ –запас ширины на заносимость, м.;

ΔВ=h_н (ctgφ₁- ctgφ), м

h_н – навигационная глубина прорези канала, м., φ₁, φ – углы наклона откосов к горизонту (φ₁ – к концу межремонтного периода; φ – проектная величина)

Навигационная ширина: В_н (на уровне Н_н)

В_н=В_м+2С₁, где В_м – ширина маневровой полосы, м., С₁=0,5В_р._с. – навигационный запас ширины канала учитывающей гидродинамическое воздействие судна с бровкой канала, м.

Ширина маневровой полосы формула похожа на В_вх. входные ворота порта

, м, где:

в_о – относительная ширина маневровой полосы, (таблично) определяемая в зависимости от курсового угла ветра q_n относительно оси канала n проекция вектора скорости течения υ_а на направление нормами к оси канала.

Кυ – б/р коэффициент в зависимости от скорости судна υ; Кw – б/р коэффициент в зависимости от скорости ветра w, Ка – б/р коэффициент в зависимости от отношения Аq/Аl, Кvd – б/р коэффициент в зависимости от возможности судна для 2-х стороннего канала добавляется запас ширины С между маневровыми полосами С=В_р.с.

Общая ширина однопортного канала (3-8) В_р.с. 2-х портного (6-14) В_р.с.. На криволинейных участках с внешней стороны добавляют к ширине АВ_н, достигающее 22% длины L_р.с.

Продольный профиль канала.

Дно открытого неогражденного канала на всем его протяжении делается горизонтальным. То же и при незначительном уклоне водной поверхности (≤0,001%). При более значительном уклоне свободной поверхности (речные участки) дну канала придают соответствующий уклон. Навигационная глубина может изменяться по длине канала, если изменились внешние условия (переход с неогражденного к огражденному участку заметно изменяется волновая характеристика, т.е. уменьшается высота волны, что влечет уменьшение волнового запаса и т.п.).

Транспортно – экономические характеристики судоходных каналов.

ТЭХ является показателем безопасности и удобства движения по ним судов и затраты на поддержание навигационных потерь. Движение судов определяет порядок, время и скорость прохождения по каналу, пропускная способность канала, характер судопотока.

Ограниченность ширины канала заставляет по требованиям навигационной безопасности делить фарватеры каналов на две категории: 1 и 2.

К1-ой относятся фарватеры, у которых ширина полосы движения меньше 1,5 L_р.с., а также фарватеры каналов, по которым плавают суда со взрывоопасными грузами. Все другие фарватеры относят ко 2-ой категории.

На фарватерах 1-ой категории может быть приостановлено движение судов из – за внезапного перекрытия фарватера по причине остановки одного из впереди идущих судов. Обгон такого судна из–за стесненности невозможен. А на фарватерах 2-ой категории такой обгон возможен.

Расчетная скорость судна – является одним из параметров при определении габаритов проектируемого канала. Она назначается в пределах от 3 до 12 узлов, но не более V_кр. – критической скорости судна. Нижний предел скорости определяется условием охранения управляемости. Критической скоростью V_кр. считается скорость, начиная с которой дальнейшее увеличение числа оборотов машин практически не приводит к увеличению скорости движения судна. При этом V_кр. для канала неполного профиля для расчетного судна определяется по формуле:

; м/с,

где: hн – навигационная глубина прорези;

Нн - навигационная глубина канала;

Из табличных V^/_кр – критическая скорость на мелководье;

значений V^//_кр - критическая скорость на канале полного профиля.

Например, (для Калининградского канала) при ширине Вп=50 м., угле наклона откоса к горизонту φ=14⁰ и навигационной глубине Нн=10 м.: V^//_кр=3,9 м/с, V^/_кр=7,3 м/с. тогда при hн=5 м., V_кр=5,6 м/с (11 узлов).

Судопоток на канале – параметр, явление зависящий от внутренних и внешних факторов. К первым относятся размерения судов, их маневровые качества, скорость движения, а также профессиональные и психологические качества судоводителей, действующие правила совместного плавания, техническое обеспечение. Ко вторым (внешним) относятся гидро – метео условия, навигационные ситуации, наличие и полнота судоходной обстановки, правила плавания по каналу.

Возникший судопоток обладает следующими взаимосвязанными параметрами: интенсивностью ω, c^-1, плотностью ρ, м^-2, напряженностью μ, м^-1 с^-1.

Интенсивность – это количество судов проходящих через фиксированный створ канала за определенный промежуток времени. Различают общую интенсивность движения и интенсивность определенного судопотока (определенного направления). При средней скорости движения судов Ū м/с и средней скорости движения судов между проходящими судами, выраженном через расстояние между их одноименными точками интенсивность судопотока по N полосами движения:

и

Плотность потока – отношение количества судов и используемой ими площади акватории или ее части, приходящейся на его судно

Движение потока судов с определенной скоростью и плотностью характеризует его напряженность. Чем уже водный путь и интенсивнее движение судов, тем сложнее и напряженнее навигационная ситуация. Наибольшая напряженность судопотока соответствует максимально допустимой плотности движения [м ^–1 · с ^-2].

Интенсивность наиболее высока вблизи входа в порт (суда портфлота, вспомогательные и т.д), кроме транспортных судов.

С судопотоком тесно связана пропускная способность канала.

Пропускная способность канала определяет необходимость строительства канала для двухстороннего или одностороннего движения. Проектируемый канал должен обеспечивать пропуск планируемого судопотока в течение всего навигационного периода.

Для подходных каналов пропускная способность порта, обслуживаемого этим каналом. Для определения пропускной способности необходимо предварительно рассмотреть:

а) параметры f₁ и f₂, характеризующие распределение судов в расчетном судопотоке по группам, в зависимости от их ширины расчетного судна В_р.с. f₁=m₁/m; f₂=m₂/m, где m₁ и m₂ число судопроходов в месяц с наибольшим судооборотом судов первой группы (В₁ < 0,4 В_р.с.) и второй группы (0,4 В_р.с. ≤ В₂ < 0,78 В_р.с.); m – общее число судопроходов в тот же период;

б) среднесуточный судооборот канала m_с в обоих направлениях: m_c=m/30;

в) среднее время занятости канала при проходе одного судна f_к (час.), отсчитываемое от момента входа судна в канал, до момента выдачи разрешения на вход следующему судну при равновероятном проходе судов обоих направлений. Это значение f_к учитывает время, необходимое доя подготовки судна к входу (выходу) на трассу канала, доступной скорости движения, безопасной кильватерной дистанции в канале и другим параметрам;

г) вспомогательная величина Р, определяется графически в зависимости от величин f₁ и f₂;

д) коэффициент q, определяемый графически в зависимости от величины Р и произведения m_с · t_к;

е) приведенный среднесуточный судооборот m^/_с для одностороннего движения, уменьшенный с учетом частичного встречного движения судов

m^/_с = q · m_с

Расчет пропускной способности и назначение ширины канала для одностороннего и двухстороннего движения судов выполняется графически.

Заносимость морских каналов зависит от местных гидрометеорологических и геологоморфологических условий, а также направления трассы канала и его поперечных размеров. К гидрометеорологическим факторам относятся ветер, вызванное им волнения и течения. При легкоподвижных грунтах дна эти факторы в основном определяют режим потока наносов и заносимость канала. Степень заносимости каналов особенно велика во время штормов большой силы. К геологоморфологическим факторам относятся: метеологический состав пород морского дна, в котором сделана прорезь канала, геоморфологическое строение дна и берегов, связанное с условиями формирования потока наносов, поступающих в канал.

В зависимости от состояния и формы движения различают взвешенные наносы, длительное время наносящие собой массы воды вследствие интенсивного ее перемешивания волнением, придонные наносы, перемещающиеся все время по дну (донные катучие) или полувзешенные – периодически отрывающиеся от дна или донные оплывающие, образуемые в результате выпадения взвешенных илистых и глинистых частиц.

Заносимость различают двух типов: внутреннюю и внешнюю. Внутренняя заносимость происходит под действием волнения и течений, размывающего действия винтов и судовых волн от проходящих судов, потери грунта в процессе работы земснаряда и других “внутренних” причин, т.е. имеют местный, ограниченный характер. Внешняя заносимость обусловлена поступлением наносов с соседних участков морского побережья и их осаждения в прорези канала.

Заносимость оценивается рядом факторов:

• объемом (перед дноуглублением);

• толщиной (мощностью) наносов (для определения условий навигации);

• распределением по длине канала (для определения условий навигации и ремонтного черпания)

• распределением по ширине канала;

• изменением во времени.

Защита каналов от заносимости.

Основными мерами по защите каналов от заносимости являются:

• переуглубление прорези по сравнению с требуемой по условиям навигации создания, таким образом, необходимого запаса глубины канала на заносимость;

• создание параллельных прорезей, гасящих волны и аккумулирующих наносы, при этом волновой поток подходит к основному сооружению, имея меньшую энергию волн и меньшее количество наносов;

• устройство боковых “карманов” по сторонам входа в порт, имеющие в плане вид тенденции улавливающих поток наносов, огибающих портовые оградительные сооружения;

• наносозащитные (ограждающие) сооружения – дамбы: надводного (полного профиля) или подводные (неполного);

• двусторонние или односторонние (в зависимости от направления, заносимости), различные по конструкции и материалу (бетонные, земляные).

Судоходная обстановка – необходима для обеспечения возможности определения места судна и его безопасности при движении в прибрежной зоне морей, по каналам, на подходе к порту и входе в порт, а также на акватории порта. Судоходная обстановка – это специальным образом установленные знаки, которые служат для установления направления и допускаемых границ судовых ходов, обозначения зон, опасных для плавания: эти знаки способствуют увеличению скорости продвижения судов на участках, затруднительных для плавания. Такими участками являются подходы к морским портам при недостаточных естественных глубинах, проливы, узкие заливы, устья рек, а также все искусственные пути (каналы и акватории), где судовой ход имеет небольшую ширину, извилист и стесняет плавание и маневрирование судов.

Сходная обстановка по виду информации разделяется на зрительную, акустическую, радиотехническую по смыслу информации по указательную и предостерегательную, по расположению: на береговую и плавучую. Однако, в большинстве случаев судоходная обстановка комбинированная, состоящая из плавучих и береговых знаков.

Ограждение морских каналов и фарватеров состоит из системы предостерегательных знаков, которые могут действовать по двум системам: а) координальной (компасной), когда знаки указывают стороны света, в направлении которых располагается опасность (северная, южная, западная, восточная) и суда должны обходить опасность со стороны знака. Каждый знак имеет свое индивидуальное очертание и освещение по международным соглашениям; б) латериальной (двусторонняя), состоящую из знаков, ограждающих стороны канала и фарватера, а также обозначающих оси фарватеров и рекомендованных курсов. Знаки латериальной системы ограждают правую или левую стороны фарватера по направлению с моря и направлению течения на реках.

Международной Ассоциацией Маячных Служб (МАМС) разработаны две системы ограждения А (красный цвет слева) и Б (красный цвет справа). Регион системы А : побережье Европы, Африки, Австралии, Азии (без Японии, Южной Кореи, и Филиппин); системы Б: побережье Северной и Южной Америки.

В регионе А используются латеральные знаки красного и зеленого цветов для обозначения соответственно левой и правой сторон фарватера, а в регионе Б, наоборот; зеленый слева, красный справа. В обоих регионах контур надводной (типовой) фигуры: слева – прямоугольник, справа – треугольник.

Форма кардинальных знаков строго не установлена, но, как правило, это столбовидные буи и вехи: окраска черно, – желтая, типовые фигуры: два треугольника один над другим, с северной стороны кверху, с южной вершинами вниз, с восточной – основаниями внутрь, с западной – вершинами навстречу.

К плавучим средствам судоходной обстановки относятся плавучие маяки и плавучие предостерегательные знаки: буи, вехи, бакены.

Плавучий маяк – небольшое само – несамоходное судно, имеющее особую окраску и снабженное светотехническим, звукосигнальным, радиотехническим навигационным оборудованием. Плавучий маяк устанавливается на точно определенные координаты, на якорях.

Буи: морские, канальные (большой - на начальных и поворотных участках канала; средний – бровках и мелководных каналов; малые – на речных участках морских каналов). Также бывают буи зимние с усиленной конструкцией для контактов со льдом (высота буев ~ 5-14 м).

Вехи – плавучий корпус с пропущенной сквозь него трубой с типовой фигурой.

Бакены применяют, главным образом, на внутренних водных путях, отличаются меньшими размерами.

Береговая (стационарная) судоходная обстановка служит для определения положения хода судна на морской поверхности с помощью навигационных сооружений и устройств, располагаемых на судне: береговых (стационарных) маяков, островных знаков, береговых огней и т.п.

Маяки обычно башенного типа, высотой от 10 до 50 м., снабжены светооптическим оборудованием, обеспечивающим дальность видимости до 50 км., а также звукосигнальными устройствами и т.п. применяется автономное энергоснабжение. Маяки служат для уточнения местоположения судна в прибрежной полосе и зон, опасных для мореплавания. Иногда располагаются в отдалении от береговой линии на островах или искусственных основаниях.

Створные знаки – это две – три металлические колонны со специальными створными щитами различных размеров, формы и окраски, светооптическим оборудованием. Располагаясь строго в плоскости, проходящей через осевую линию канала, навигационный створ помогает судоводителю удерживать судно в средней части канала.

Береговые огни и знаки служат для фиксации конкретных объектов на берегу или их частей (углов причала, пирса, мола и т.п.), конструкции: башни, пирамиды, столбы с различными фигурами треугольной или круглой формы или огнями.

Морские судопропускные сооружения предназначены для перевода судов из одного водного барьера (уровня) в другой, разделенных плотиной.

Выполняются в виде шлюзов. Судоходный шлюз состоит из судоходной камеры, в которой осуществляется перевод судов из одного барьера в другой, камера ограничена с боков камерными стенами, снизу днищем, по концам -–головными сооружениями с судоходными затворами (воротами), открывающимися для пропуска судов. Камера характеризуется длиной

L_к = L_р.с + Δ L, где Δ L ≥ (0,015 L_р.с + 1), м. – запас длины;

шириной В_к = В_р.с. + 2∆В, где ∆ В ≥0,5 м. – запас ширины с каждого борта судна;

глубиной d_к = d_р.с. + Δ d, где Δ d ≈ 0,3 d_р.с. запас глубины.

Совокупность операций по переводу судна из одного барьера в другой, выполняемых в определенной последовательности, называется шлюзованием. Суда на подходе к шлюзам движутся на пониженных скоростях и поэтому хуже управляются. Для ускорения и улучшения условий безопасности прохождения судна через проходные каналы и камеру, часто применяют дополнительные тяговые средства: буксировку, толкание или береговую, преимущественно, электровозную тягу.

Причины, по которым возводят судопропускные сооружения следующие:

• шлюзование водных путей, т.е. устройство последовательного ряда плотин, перегораживающих собой водный путь и обеспечивающих поддержание необходимых судовых глубин;

• соединение правильных портовых бассейнов с морем, в случае, если приливной бассейн имеет несколько шлюзов;

• защита от морских наводнений, вызываемых штормовыми нагонами, ливневыми дождями, волнами цунами и т.п.;

• использование энергии приливов.

Портовые гидротехнические сооружения.

Это сооружения в портах (морских и речных), предназначенные для обеспечения перегрузочных операций, обслуживания судов и их отстоя, а также для защиты акватории портов от волнения и других воздействий.

В зависимости от назначения, портовые гидротехнические сооружения можно классифицировать по 4 – м основным группам:

• причальные, предназначенные для обработки и отстоя судов;

• оградительные, защищающие акваторию порта от волнения, течений, движущихся вдоль берега донных наносов, дрейфующих льдов;

• берегоукрепительные, защищающие берега акватории порта и примыкающие к ней части побережья от разрушения или воздействия волн, льда, течений, а также обеспечивающие надежность сопряжения причальных и оградительных сооружений с берегом;

• гидротехнические сооружения судоремонтных и судостроительных предприятий (слипы, доки, эллинги), предназначенные для спуска и подъема судов или осушения их корпуса с целью проведения ремонтных работ.

Наличие всех 4- х групп сооружений в каждом порту необязательно. Так, оградительные сооружения могут отсутствовать, если порт находится на естественно защищенной акватории или реке. Причальные сооружения и берегоукрепительные в том или ином виде присутствуют в портах любой категории и назначения. Судоремонтные и судоотстойные предприятия находятся обычно в крупных портах приписки судов.

Все гидротехнические сооружения порта в зависимости от продолжительности эксплуатации подразделяют на постоянные и временные. Постоянные – капитальные сооружения, функционирующие в течении всего навигационного периода. Временные – используют во время ремонта, либо строительства основных сооружений или в отдельные периоды навигации.

Постоянные портовые гидротехнические сооружения по их значению и условиям эксплуатации делят на основные и второстепенные. Основные - сооружения, выход которых из строя существенно нарушает работу всего объекта или его важной части. Это, прежде всего внешние оградительные сооружения, разрушения которых может повлечь катастрофические последствия для всех остальных сооружений порта и судов, находящихся на портовой акватории; грузовые и пассажирские причалы для крупных судов; судоподъемные сооружения, обслуживающие основные категории транспортных судов, наиболее ответственные берегоукрепительные сооружения, башни маяков и т.д.

К второстепенным гидротехническим сооружениям относят причальные и судоподъемные сооружения, обслуживающие суда местного сообщения, служебно – вспомогательный и технический флот, берегоукрепительные сооружения, частичное разрушение которых несущественно отражается на работе основных портовых комплексов.

Все портовые гидротехнические сооружения в зависимости от их размеров, действующих на них перегрузок и последствий нарушений их эксплуатации, разделяют на классы.

Например, к 1 классу относятся гидротехнические сооружения морских портов при грузообороте > 6 млн. т. сухогрузов или > 12 млн. т. наливных грузов; ко 2 классу 1,5-6 млн. т. или 6-12 млн. т. соответственно; к 3 классу < 1,5 млн. т. или < 6 млн. т. соответственно.

Класс второстепенных гидротехнических сооружений применяется на единицу ниже класса основных сооружений, но не выше 3 класса. Временные сооружения относят к 4 классу, берегоукрепительные к 3 классу.

На сооружениях 1, 2 и, как правило, 3 класса устанавливают контрольно – измерительную аппаратуру, обеспечивающую контроль за деформированием сооружений, их элементов и узлов. Это постоянные наблюдения с целью обеспечения надежности и требуемых условий эксплуатации.

Нагрузки и воздействия на гидротехнические портовые сооружения в зависимости от длительности и характера действия подразделяют на постоянные и временные.

К постоянным нагрузкам, действующим на сооружение в течение всей его эксплуатации, относят:

• собственный вес сооружения и вес грунта «обратной» засыпки;

• нагрузки от стационарных зданий и конструкций технологического назначения, расположенных на поверхности сооружения;

• боковое давление грунта;

• нагрузки от предварительного напряжения арматуры.

Временные нагрузки могут отсутствовать в отдельные периоды строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений.

К длительным временным нагрузкам относятся нагрузки от волнения, швартующегося или отшвартовыванного судна, ото льда, температурных воздействий.

К особым временным нагрузкам относят нагрузки, вызванные катастрофическими явлениями природы: землятресениями, цунами и т.п.

Все гидротехнические сооружения рассчитывают на основное сочетание нагрузок, включающее нагрузки постоянные, временные длительные и одну из возможных кратковременных нагрузок, наиболее существенно влияющую на конструкцию в целом и ее отдельные элементы и основания. При возможности возникновения особых временных нагрузок гидротехнические сооружения проверяют на особое сочетание нагрузок, включающие, кроме особой постоянные и все возможные временные нагрузки.

Причальные сооружения классифицируют по ряду признаков: сроку службы, значению для порта, капитальности, форме поперечного профиля, типу конструкции, материалам, расположению относительно линии берега.

По форме поперечного профиля (форме обделки берега) причальные сооружения делятся:

а) вертикального профиля;

б) откосного профиля;

в) полуоткосного профиля;

г) полувертикального профиля;

д) двухъярусного профиля.

Сооружения вертикального профиля наиболее дорогостоящие, но и самые удобные в эксплуатационном отношении, особенно при значительных глубинах, где глубины у причалов достаточно велики.

Сооружения откосного профиля – это укрепленные откосы, наиболее дешевые и простые, но менее удобные в эксплуатации, в морских портах применяют в сочетании с плавучими причалами и полами. Часто применяют на реках при значительном колебании уровня воды.

Полуоткосный профиль (откос вверху, стенка внизу) применяют преимущественно на реках при низких уровнях воды.

Полувертикальный профиль (стенка вверху, откос внизу) при высоких уровнях воды и больших глубинах.

Двухъярусную форму применяют при очень больших амплитудах сезонных колебаний уровня воды в речных портах с небольшим грузооборотом.

В зависимости от расположения причальных сооружений относительно линии берега причальные сооружения подразделяют на:

• набережные технические сооружения, которые на всем своем протяжении примыкают к берегу, в том числе и причалы, расположенные по периметру бассейнов (ковшей);

• оторочка – сооружение, прилегающее к существующему мелководному причалу, служащее для увеличения глубины у причала и для восприятия нагрузок перед существующей набережной;

• причалы со съездами – представляют собой сооружения, возведенные параллельно берегу или под некоторым углом к линии берега, но в некотором удалении от него и соединенными с ним короткими эстакадами или дамбами (съездами), которые располагают на расстоянии 20 – 30 м. один от другого;

• пирсы – причальные сооружения в акватории порта, расположенные под углом к берегу;

• рейдовые причалы находятся в удалении от берега, связи с ним не имеют. Конструктивно выполнены на нескольких швартовых бачках или буях или свайном основании.

По конструктивным признакам вертикальные причальные сооружения подразделяют на:

а) гравитационные

б) в виде тонкой стенки (больверки)

в) свайной конструкции (с высоким свайным ростверком)

г) на специальных основаниях

Если имеются в причальном сооружении сплошная стенка, то оно называется набережная стенка, в другом случае – сквозное сооружение. Так как имеется давление грунта, расположенного за ними выше отметки дна у причала, то набережные стенки называют распорными сооружениями, а сквозные, в связи с отсутствием давления грунта в этой зоне – безопорными.

Гравитационными называются причальные сооружения, устойчивость которых на сдвиг, опрокидывание обеспечивается их собственным весом.

Больверком называется сооружение в виде сплошной шпунтовой стенки с верхним строением (шапочным брусом). Больверк может быть заанкерованным (как на схеме) или неазанкерованным. Устойчивость сооружения в первом случае обеспечивается отпором грунта, в который забит шпунт и анкерной опорт. При отсутствии анкера устойчивость стенки обеспечивается только ее защемлением в грунте основания.

Причальным сооружением с высоким свайным ростверком называются сооружения на свайном основании, у которых плита ростверка находится выше дна. Устойчивость свайных сооружений обеспечивается защемлением свай в грунт. Сооружения смешанного типа имеют в своем составе ряд элементов, характерных для нескольких конструкций причальных элементов.

В зависимости от применяемого материала причальные сооружения: деревянные, металлические, бетонные, железобетонные, смешанные, элементы которых выполнены из различных материалов.

Нагрузки, действующие на причальные сооружения.

Эту классификацию мы рассматривали ранее (нагрузки на портовые гидротехнические сооружения). Рассмотрим более подробно нагрузки, действующие на причальные сооружения:

• собственный вес причального сооружения и связанных с ним конструкций

• вертикальные эксплуатационные нагрузки, подразделяют на две группы: а) собственный вес передвижных транспортных средств,

б) от складируемого груза.

Эти виды нагрузок были рассмотрены ранее.

Напомню:

Зона А – прилегает непосредственно к линии кордона, где могут оказаться грузы с ограниченной высотой штабеля, и если достаточно ширины причала до первого подкранового пути.

Зона Б – зона расположения основных перегрузочных механизмов и прикордонных транспортных устройств. Возможная высота штабелей складируемых грузов также ограничена из–за сравнительно небольшой ширины этой зоны.

Зона В – переходная, в которой располагаются откосы штабелей навалочных грузов. Ширина ее определяется заложением откоса штабеля. При складировании грузов, не создающих откосов (контейнеры, пиломатериалы) эта зона отсутствует.

Зона Г – тыловая. Интенсивность нагрузки от складируемых грузов здесь наибольшая, так как высота штабелей в этой зоне может быть принята предельно допустимой для данного рода груза. Ширина этой зоны ограничивается радиусом действия перегрузочных машин и размерами тыловой территории причала.

Нагрузки от судов.

К этому виду нагрузок относят нагрузки: от навала на причальное сооружение пришвартованного судна; от натяжения швартовов; от навала судна при его подходе к сооружению.

Навал на причальное сооружение пришвартованного судна обусловливается воздействием на судно ветра и течения, направленным в сторону причала. Эти нагрузки передаются причалу в местах его контакта с корпусом судна.

Нагрузки на причальное сооружение от натяжения швартовов обуславливаются действием на судно ветра и течения, направленных от причале (в сторону акватории). Передача швартовных нагрузок осуществляется швартовными концами, закрепленными к тумбам или рымам. Силы распределяются по нескольким точкам крепления швартовов к причалу.

Нагрузки от навала судна при его подходе к причалу обуславливается тем, что в момент контакта с причальным сооружением судно еще обладает непогашенной скоростью. Характер изменения этой нагрузки во времени, и ее величина зависят от целого ряда факторов: массы судна и «присоединенной» массы воды, массы причального сооружения, конструкции отбойных демпфирующих устройств, угла подхода судна к сооружению, его скорости в момент касания сооружения и т.д.

Ледовые нагрузки оказывают существенное влияние на работу причальных сооружений в районах со сравнительно тяжелыми ледовыми условиями. Воздействие льда на причальные сооружения обуславливается его температурными деформациями, перемещением под действием ветра и течения, а также колебаниями уровня воды в водоеме. Силовое воздействие льда проявляется в виде навала ледяных полей на сооружение, удара льдин о сооружение, а также зависания промерзшего льда при колебаниях уровня воды.

Давление грунта на причальные сооружения в виде стенки является основной нагрузкой.

Гравитационные причальные сооружения.

Причальные сооружения гравитационного типа обычно состоят из трех основных частей:

• искусственного основания (постели);

• основной конструкции;

• надстройки (надводной части).

Постель выполняют из наброски камня массой 15-100 кг. С целью уменьшения давления, передаваемых сооружением на грунтовое основание, его неравномерности, а также защиты сооружения от размыва волнением, течением и винтами судов. Под постелью – обратный фильтр из щебня и гравия (t ≥ 0,3 м.) толщина постели ≥ 1 м. ≤ 5 м.

Надстройка предназначена для выравнивания конструкции, соединения (омоналичивания) сборных элементов; на надстройке монтируется технологическое оборудование. Конструктивно надстройка может быть выполнена более легкой и иногда из элементов материалов, отличающихся от материала основной части сооружения.

Основная конструкция зависит от гидрологических и геологических условий, строительных материалов и строительного оборудования. В зависимости от конструктивного решения гравитационные причальные сооружения могут быть в виде массивов, массивов – гигантов, ряжей, уголкового профиля, оболочек большого диаметра. Также причальные сооружения применяют при наличии в основании скальных грунтов или плотных и средней плотности сжимаемых грунтов, обладающих достаточно высокой несущей способностью и обеспечивающих относительно равномерную осадку сооружений. Конструкции этого типа успешно эксплуатируются в тяжелых гидрометеорологических условиях, в частности, в ледовых и в агрессивной морской среде. Применяются в зависимости от конструкции, практически при любых глубинах, необходимых для эксплуатации современных крупнотоннажных судов.

Некоторые примеры конструкций основных сооружений.

1. массивная кладка: массивы бетонные массой 25-100 т. укладывают горизонтальными рядами – курсами с перевязкой швов. Это набережные - стенко трапецидального профиля. С тыловой стороны делается (отсыпается) призма из камня для снижения бокового давления грунта на набережную и предотвращения вымывания грунта через швы кладки. Контрфильтр толщиной 0,4 – 0,5 м. служит для предотвращения вымывания грунта через швы кладки призмы. Наиболее существенными недостатками стенок трапецидального профиля является большой расход бетона и неравномерное осаждение.

1. для уменьшения неравномерности напряжений на подошве сооружения примененной конструкцию набережной, которая по очертанию массивов нижнего курса получила название: стенка «на ступе». Особенность данной конструкции заключается в том, что массив нижнего курса стенки выдвинут в сторону засыпки. Благодаря этому уменьшается боковое давление грунта и выравнивается напряжение в основании

2. набережные стенки системы Равье – преследуют цель обеспечить конструкцию набережной и уменьшить расход бетона, что достигается использованием фасонных массивов. Например, стенка выполняется из 3-х курсов массивов, масса которых по 45 тонн. Массивы снабжены гребнями и пазами, увеличивающими их устойчивость на сдвиг относительно друг друга. Верхние массивы двутаврового профиля, остальные – таврового профиля. Такая форма массивов позволяет уменьшить боковое давление грунта на стенку и облегчить ее работу на сдвиг и опрокидывание, но имеется неравномерность напряжений под нижними тавровыми массивами. Передняя грань стенки сплошная, задняя сплошная только в пределах верхнего курса.

3. набережная стенка «опрокинутого» профиля – для выравнивания напряжений под подошвой стенки и одновременно уменьшение распора, благодаря наклону задней грани в сторону засыпки.

Также встречаются набережные из пустотных массивов, чем достигается существенная экономия бетона.

Сооружения из массивной кладки, как правило, причальные, так и оградительные, в конструкции которых отсутствуют тонкостенные элементы, обладают достаточной долговечностью.

Их конструкции просты и при изготовлении массивов и их укладке в сооружение не требуется сложного оборудования. Однако эти конструкции чувствительны к неравномерным осадкам, поэтому укладка массивов ведется после затухания осадки нижележащих, в связи, с чем существенно увеличиваются сроки строительства (от 2 до 8 лет). Сооружения материалоемки, а следовательно дорогостоящи. Наиболее широко применяются при глубине у кордона 11,5 м. (пять курсов), 14,5 м. (семь курсов).

Причальные сооружения из массивов – гигантов.

Нашли широкое распространение, как в морских, так и в речных портах. Используют массивы как симметричной, так и несимметричной формы. Малое число швов за массивами – гигантами позволяет обойтись без устройства разгрузочной призмы из камня за стенкой.

Пример симметричной формы: массив – гигант шириной 6.2. м. и длиной 18,2 м. застыка выполнена из песка (Гдыня). Переборнами массив разделен на 5 отсеков.

Пример несимметричной формы: массив выполненный из бетона. Принятая форма позволит снизить давление грунта на конструкцию за счет тыловой стены ящика. Однако имеются трудности при изготовлении такой формы и их транспортировке.

Благодаря применению массивов – гигантов резко сокращаются сроки строительства по сравнению с возведением сооружений из кладки массивов, обеспечивается возможность строительства причалов практически с любой необходимой глубиной у кордона (до 25 м. и более), снижается расход бетона, не требуется тяжелое крановое оборудование. В то же время сооружения из массивов – гигантов отличаются высокой стоимостью устройств для спуска массивов в воду, поэтому, применение их целесообразно лишь при большом объеме работ. Их можно применять в тех случаях, когда исключаются большие неравномерные осадки и при тщательном выравнивании постели.

Причальные сооружения из ряжей еще встречаются, особенно в северных районах. Ряжи – это «массивы» основного сооружения, выполненные из бревен, обычно ступенчатой формы. Бревна диаметром 22 – 25 см., длина ряжа в продольном направлении до 40 м. Наружная стенка без выступов.

Ряж устанавливается на каменную панель. Такие конструкции хорошо сопротивляются воздействию льда, достаточно долговечны при расположении под водой. Максимальная высота ряжей, обуславливается прочностью древесины, не превышает 15-17 м.

Угловые набережные:

а) с внутренней анкеровкой

б) с внешней анкеровкой

в) контроферные.

а) состоят из вертикальных и горизонтальных элементов таврового профиля соединенные между собой анкерными тягами. При этом вертикальные элементы опираются на горизонтальные элементы в специальных выступах. Размеры элементов унифицированы, что позволяет изготавливать набережные различной высоты на одном технологическом оборудовании. Ширина вертикальных элементов уложен штучный брус из монолитного ж/б., анкерные тяги из полосовой стали поставленной на ребро.

б) «с внешней анкеровкой». Основное отличие в том, что лицевые вертикальные плиты фиксируются не к фундаментным, а к специальным анкерным плитам, что обуславливает дополнительную устойчивость. В результате напряжения в основаниях набережных меньше чем с внутренней анкеровкой.

в) контрофорсрные набережные, состоят из лицевых, фундаментальных плит, омоноличенных в единый блас. Основные достоинства конструкций в виде угловых стенок – полная унификация элементов, индустриализация их изготовления, сравнительно небольшая стоимость и высокие темпы строительства.

Недостатки: необходимость в специальных мерах защиты тонкостенных элементов от воздействия внешних факторов (удара судов, льда), относительная сложность монтажа.

Причальные сооружения из отолочек большого диаметра.

• универсальность конструкции, малое число элементов, сравнительно не большой расход бетона, возможность возведения набережных в ряде случаев без устройства каменной постели, что способствует индустриализации строительства, уменьшению трудоемкости работ, сокращению сроков возведения, снижения стоимости обычно в два основных элемента: оболочка и надстройка.

Основной недостаток: большая масса монтажных элементов, для чего требуется тяжелое грузоподъемное оборудование. Диаметры оболочек 9-12 м., а набережные до 16 м. высотой.

Причальные устройства в виде тонких стенок.

Классификация и основные элементы. Как уже упоминалось, эти причальные сооружения часть называется больверками. Они являются наиболее экономичными и наименее чувствительными к перегрузкам их всех известных конструкций и применяются из строительства набережных практически любой высоты в тех случаях, когда грунты основания допускает погружение шпунта и свай на необходимую глубину. В общем случае, набережная типа больверк включает свайный или шпунтовой ряд (1), воспринимающий распор грунта и омонолитический сверху шапочной балкой (2), анкерные устройства (3) той или иной конструкции, обеспечивающие устойчивость шпунтового ряда и разгрузочные устройства, уменьшающие горизонтальное давление грунта на шпунтовый ряд (4). Как уже упоминалось в первоначальной классификации причальных устройств, больверки обычно разделяют на незаанкерованные и заанкерованные. Наиболее простой является конструкция набережной в виде незаанкерованной шпунтовой стенки, представляющей собой шпунтовый ряд с шапочной балкой, засыпанной со стороны территории грунтом. Такая конструкция применяется для временных сооружений или постоянных набережных небольшой (до 5 м.) высоты. При повышенной жесткости шпунта высота набережной может достигать 7-8 м. как правило, глубина забивки шпунтов в конструкциях этого типа равна или несколько меньше свободной высоты причальной стенки.

Заанкерованные шпунтовые стенки (первый рисунок) наиболее распространенная конструкция. При высоте набережной 10-12 м. шпунтовая стенка крепится одним рядом анкерных тяг к анкерным плитам или стенкам. Точку крепления выбирают выше строительного уровня воды. Глубина забивки шпунта от 3 м. до 0,5 Н (где Н – высота набережной); длина анкерной тяги от Н до 1,5 Н.

Козловые больверки устанавливают в стесненных условиях при высоте набережных до 10 м. эти конструкции не требуют широких котлованов для устройства анкерных конструкций. Анкеровка шпунтового ряда осуществляется анкерными сваями, забиваемыми с наклоном и омоноличиваемым со шпунтом. При небольшой высоте набережной (до 12,5 м.) и малых навигационных уровнях воды устраивают более сложную конструкцию с уголковой надстройкой.

При высоте набережных > 12-15 м. из–за ограниченной несущей способности шпунта обычно требуется установка двух анкеров шпунтового ряда по высоте - разрезной двуханкерный больверк. Такие набережные применяют в речных портах при больших колебаниях уровня воды.

По материалу шпунтового ряда больверки могут быть деревянными, стальными или железобетонными. Шпунтовый ряд должен обладать прочностью и достаточной водопроницаемостью.

Для высоких набережных или при больших нагрузках на кордоне применяют разгрузочные устройства, снижающие давление засыпки на шпунтовый ряд:

• экранирование шпунта одним или двумя рядами свай или труб оболочек;

• разгрузочные плиты или разгрузочные рамы;

• установка внутри обратной засыпки разгрузочных заанкерованных стен;

• отсыпка каменной разгрузочной призмы с обратным фильтром.

Причальные сооружения с высоким свайным ростверком.

Такие сооружения получили наибольшее распространения в морском портовом строительстве. Их возводят в том случае, когда грунты основания допускают погружение свай на требуемую глубину. Этот тип причальных сооружений характеризуется сравнительно небольшим весом и в ряде случаев отсутствием распорного давления грунта на них. В связи с этим нагрузки, передаваемые от свайных сооружений на основания, оказываются меньше, чем, например, от сооружений гравитационного типа. По конструктивным признакам причальные сооружения с высоким свайным ростверком разделяются на две большие группы: сквозные сооружения (безраспорные) и набережные - стенки (распорные). Об этих группах мы говорили ранее.

Сквозное сооружение.

Набережная – стенка.

Промежуточное значение между этими двумя типами сооружений занимают набережные с задним шпунтом.

Сквозные свайные сооружения практически не отражают подходящие к ним волны, поэтому их возведение благоприятно сказывается на волновом режиме акватории порта.

Набережные – стенки строят в тяжелых гидрологических, в частности ледовых условиях.

Причальные сооружения этого типа в общем случае состоят из 3-х основных частей: верхнего строения, включающего ростверк и надстройку, свайного основания и шпунтовой стенки. Ростверк выполняется в виде плиты или системы балок и связывает все элементы сооружения в единую конструкцию, воспринимает все внешние нагрузки, передаваемые на причал и, распределяет их между сваями, которые передают нагрузки на грунт. Надстройку возводят в тех случаях, когда верхняя грань ростверка опущены ниже отметки территории причала.

Сквозные причальные сооружения с высоким свайным ростверком в зависимости от расположения свай подразделяют на две группы: эстакады и сооружения мостового типа. В эстакадах сваи размещают более или менее равномерно по всей их длине, образуя так называемое свайное поле. В мостовых конструкциях сваи забивают группами в виде отдельных свайных опор.

Сквозные причальные сооружения, примыкают к берегу, всей длинной стороной; их располагают над естественным береговым склоном или искусственным откосом. Ширина выбирается в зависимости от крутизны берегового склона или откоса: чем положе склон и больше глубина перед сооружением, тем больше его ширина. При очень пологих берегах ширина эстакад основывается слишком большой и экономически их возводить нецелесообразно. В этом случае сооружают эстакады со съездами, о которых говорилось ранее.

При передаче на сквозные сооружения значительных горизонтальных нагрузок в систему вертикальных свай вводят наклонные или козловые опоры сваи.

Верхнее сооружение в зависимости от назначения причала, его возвышения над расчетным уровнем воды, его амплитудой и характерам колебаний выполняют либо из плит, либо делают балочным омоналиченным.

Узкие пирсы.

Общие сведения. Под узкими пирсами понимают причальные сооружения, предназначенные для стоянки судов и производства перегрузочных операций, на территории которых не предусматривается складирование перерабатываемых грузов. Узкие пирсы могут примыкать торцом непосредственно к береговой линии, либо быть связанными с берегом соединительной эстакадой и дамбой (например, отсыпанной из камня), либо только соединительной эстакадой, которая может иметь длину до 4-5 км. При большой длине эстакады следует рассматривать вопрос о строительстве рейдового причала, либо о возведении причала в другом месте. Длину соединительной части выбирают на основе технико - экономического сопоставления вариантов при выходе на естественные глубины или при учете стоимости дноуглубления для образования проектной глубины.

Исторически узкие пирсы применяют с давних пор в качестве нефтяных, зерновых, судоремонтных и пассажирских причалов.

В послевоенные годы узкие пирсы, оборудование перегрузочными машинами и конвейерными линиями, начали широко применять для переработки навалочных грузов.

Узкие глубоководные пирсы в большинстве случаев возводят из металла; во многих случаях для устройства верхнего строения используют железобетон, который также широко применяют при строительстве пирсов на небольших или средних глубинах в узких пирсах гравитационного типа.

Узкие пирсы могут располагаться нормально, под углам либо параллельно береговой линии. В последнем случае соединительных эстакад может быть несколько. При этом на незащищенных акваториях ориентировку оси пирса относительно берега рекомендуется назначать по среднему лучу сектора расчетного волнения. Стоянку крупнотоннажных судов (водоизмещением свыше 50 тыс. т.) следует допускать при высоте волны до 3,5 м., а присоединение манифольдной камеры (патрубка) танкера к технологической сети причала при высоте волны до 2,5 м. швартовка и стоянка крупнотоннажных судов у причалов для навалочных грузов допускается при высоте волны до 2,5 м.

Схемы и конструкции пирсов.

Суда к пирсам могут швартоваться с двух сторон (рис. а, б); либо с одно стороны (рис. в), если требуемая интенсивность переработки грузов обеспечивается одним причалом.

Рассмотренные схемы узких пирсов с подвижными перегрузочными машинами и протяженными в плане технологическими площадками рекомендуется принимать для обработки балкеров дедвейтом от 60 тыс. до 150 тыс.т.

Для нефтепирсов длину технологической площадки принимают до 45 м. в зависимости от числа расположенных на ней трубопроводов и оборудования, устанавливаемого вдоль линии кордона. Для узких засыпных пирсов она может приниматься равной длине прямолинейной установки судна. Количество стендеров должно обеспечивать обработку танкера по судовым грузовым линиям, его бункеровку и дебалластировку.

Для приема танкеров, размерения которых отличаются незначительно, следует предусматривать два отбойных пала с каждой стороны пирса (рис. е). Прием танкеров разного типа обеспечивается с помощью четырех отбойных палов, расположенных с каждой стороны причала.

Ширина технологической площадки пирса и соединительных эстакад определяется габаритными размерами технологического оборудования и транспортных средств. Для причалов с односторонней швартовкой танкеров ширину технологической площадки необходимо принимать не более 24 м. для причалов погрузки навалочных грузов ширину технологической площадки определяют с учетом колеи на расстоянии до 2,25 м. конвейерной эстакады (рис. а, б). Для причалов выгрузки ее назначают с учетом колеи портала, под которой размещают автодорогу шириной не менее 3 м. и конвейеры (рис. в). Ширина конвейерной эстакады определяется числом и шириной конвейерных лент (от 1,0 до 2,4 м), а также проходами между конвейерами (от 1,0 до 2,4 м.).

а – г – технологические и транспортные средства при переработке навалочных грузов; 1 – конвейерные линии; 2 – конвейерная галерея; 3 – автодорога; 4 – перегрузочная машина.

Схемы соединительных эстакад, обеспечивающих транспортную и технологическую связь причала с берегом, показаны на рис. г, д, е, ж. При количестве трубопроводов не более пяти рекомендуется схема с расположением трубопроводов и автодороги на одном уровне (рис. д), при большем числе трубопроводов допускается устройство прямоугольного верхнего строения (рис. е, ж). При длинах соединительной эстакады и дамбы до 100 м. предусматривают автодорогу с двухполосным движением шириной 6 м. ширину автодороги с однополосным движением принимают 4,5 м., ширину пешеходного тротуара – до 1 м. при длине соединительной эстакады и дамбы, превышающей 200 м., рекомендуется через каждые 200 м. разъезды. Под автодорогой и конвейерными линиями устраивают сплошное верхнее строение.

Д – ж - технологические и транспортные средства на соединительных эстакадах причалов для наливных грузов; 1 – конвейерные линии; 2 – конвейерная галерея; 3 – автодорога; 4 – перегрузочная машина; 5 – трубопроводы.

Возвышение кордона технологической площадки под расчетным уровнем основной нормы рекомендуется принимать не менее 4,5 м. для причалов навалочных грузов и 5,5 м. для нефтепричалов. На открытых морских побережьях с целью исключения удара волн о верхнее строение низ плиты поднимают над гребнем волны на высоту не менее 0,1 м.

Узкие пирсы могут быть сплошной и сквозной конструкции.

Сплошные пирсы представляют собой непрерывную по длине сооружения стенку, по конструкции подводной части во многом аналогичную оградительным сооружениям (например, из массивной кладки, массивов – гигантов, поставленных в ряд оболочек большого диаметра, ряжей, ячеистые из металлического шпунта).

Они применяются сравнительно редко, главным образом, в тяжелых ледовых условиях. Некоторые схемы конструкций засыпанных пирсов, применимых в арктических районах, показаны на рисунке. В схеме на (рис. в) основные усилия от давления грунта воспринимаются жесткой экранирующей стенкой, а на лицевую стенку (передний экран) передается незначительное распорное давление грунта.

Сквозные пирсы могут быть мостового типа (рис а, б, в) пролетное строение которых может опираться на промежуточных свайные опоры (рис. г), и эстакадного типа (рис. д) в которых поперечные свайные ряды расположены по длине сооружения равномерно и на небольших расстояниях.

а, б, а, г – пирсы мостового типа: д – пирсы эстакадного типа:

1 – оболочка большого диаметра или заполнения грунтом ячейка из плоского металлического шпунта: 2 – пролетное строение: 3- массив – гигант: 4 – бычковая опора свайного типа: 5 – поперечные ряды свай; б - верхнее строение.

Рейдовые причалы.

Известно, что возведение глубоководных причальных сооружений и подходов к ним в мелководной прибрежной зоне связано с большими капитальными вложениями, поэтому в последние годы все шире применяют способы переработки грузов (особенно нефти) в рейдовых условиях с использованием рейдовых причалов.

По конструктивным признакам они делятся на плавучие (одно – и многоточечные), стационарные и комбинированные; по роду перерабатываемых грузов – на наливные и навалочные; по назначению – на погрузочные, разгрузочные, погрузочно – разгрузочные и передаточные.

Широкому распространению рейдовых причалов способствовали их преимущества: незначительные затраты средств и времени ни их оборудование, возможность приема судов с большой осадкой, пониженная пожароопасность, небольшие расходы на эксплуатацию и т.д.

Недостатки рейдовых причалов: сложность перегрузочных работ при значительном волнении моря и ветре, недостаточная гибкость перегрузочной системы, затруднения в случае перегрузки нескольких видов грузов, трудности в снабжении судов, простои, вызванные необходимостью в случае штормовой погоды уходить в открытое море от причала, уязвимость подводного трубопровода, раздаточного устройства, швартовых бочек и т.п.

В стационарном рейдовом причале вместо буя, закрепленного к дну якорями, возводят достаточный по размерам и прочности пал, к которому судно, швартуется и у которого его, обрабатывают.

Плавучие причалы. Делят такие причалы на одноточечные (с одним швартовым буем), многоточечные (с несколькими швартовыми буями), плавучие понтоны, плавучие причалы – хранилища и т.д.

Многоточечные причалы появились ранее одноточечных. Причал состоит из нескольких швартовых бочек (буев), несущих на себе перегрузочное и сопутствующее оборудование, бриделей или жестких шарнирных связей и якорных устройств.

Натуральными экспериментами установлено, что при расположении судна вдоль направления ветра и течения нагрузки на него уменьшаются до 10 раз по сравнению с нагрузкой при поперечном расположении. Это обстоятельство явилось главным в развитии одноточечных рейдовых причалов, у которых судно, подобно флюгеру, все время принимает положение против ветра и течения. Они широко применяются в практике мировой перегрузки сырой нефти. В последнее время в последнее время одноточечные причалы начинают использовать также для перегрузки железной руды, угля, бокситов, глинозема и других навалочных грузов.

Причалы в виде плавучих понтонов используют для перегрузочных операций, при ремонте судов и в других случаях. Причал состоит из понтонов, соединенных между собой с помощью шарниров и закрепленных к дну в нескольких точках. Понтоны оборудованы отбойными и швартовыми устройствами, инженерными сетями (трубопроводами, электрокабелями и кабелями связи) и якорными устройствами. У головного понтона имеются сигнальные и осветительные устройства, у корневого – соединительный мост.

Причалы – хранилища предназначены для перегрузки грузов и их хранения. Иногда возводятся на значительном удалении от берега.

Устройство одноточечных плавучих причалов.

Конструкция, и размеры буя и элементов рейдового оборудования точечных плавучих причалов завися от характеристик судна, грунта дна, глубины моря и гидрометеорологических особенностей данного района акватории. Швартовый буй служит для удержания на нем технологического оборудования и бриделя, идущего к якорному устройству. В настоящее время применяют различные конструкции одноточечных причалов. В подавляющем большинстве это швартовый буй в виде круглого стального цельносварного понтона, закрепленного цепями или тросами к забитым в морское дно анкерным сваям или к другим якорным устройствам. На буе размещают приемно – распределительное устройство для одновременного перекачивания различных видов грузов. Через буй проходят трубопроводы, соединенные с подводными магистралями. Судно, пришвартованное к бую кормой или носом, может проворачиваться вокруг него на 360⁰ в зависимости от направления течения и ветра. Размеры буя и основных его элементов зависят от размера наибольшего судна, швартующегося к системе; количества и вида транспортируемого продукта; глубины моря и амплитуды приливно – отливных колебаний; максимальных размеров штормовых волн; скорости течения и т.п. Ориентировочно диаметр буя принимают равным 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5 м. при дедвейте танкера соответственно до 2, 10, 60, 100, 300, 500 тыс. т. По периметру он снабжен отбойным устройством (брусом) из дерева или резины. Корпус буя представляет собой цилиндрическую сварную конструкцию, разделенную на четыре отсека радиальными водонепроницаемыми переборками. Два из них могут быть заполнены пористым материалом с целью поддержания сооружения на плаву в случае значительного повреждения. В других размещается вспомогательное оборудование. В каждой из радиальных переборок прикреплена якорная цепь для повышения плавучести днище буя выполнено двойным.

Оборудование плавучих причалов делится на основное (технологическое, навигационное, энергетическое, подъемное, насосное, электрическое) и вспомогательное. Под основным понимается оборудование, вывод, из строя которого приводит к выводу из эксплуатации всей установки. Неисправность вспомогательного оборудования не приостанавливает работу причала, снижая лишь его технико – экономические характеристики и надежность или повышая опасность его эксплуатации.

Технологическое оборудование состоит из поворотно – распределительного устройства (вертлюга) продуктопровода; манифольдов (патрубков) плавучих (надводных) шлангов, соединяющих буй с танкером; подводных шлангов, соединяющих буй с магистральным подводным трубопроводом; прочего вспомогательного оборудования.

Поворотно – распределительное устройство продуктопровода является самой ответственной частью технологического оборудования. Оно позволяет передавать без потерь под высоким давлением продукт от участка трубопровода, скрепленного с корпусом буя, к участку, расположенному на грузовой консоли платформы, поворачивающейся относительно корпуса буя.

Манифольды, т.е. участки трубопровода, объединяющие подводные шланги, поворотно – распределительную камеру буя и надводные шланги в единое целое, состоят из двух частей: стационарных манифольдов, жестко скрепленных с корпусом буя и служащих для соединения подводных шлангов с поворотно – распределительной камерой, и поворотных манифольдов грузовой консоли, соединяющих поворотно – распределительную камеру с надводными шлангами.

Плавучие шланги, соединяющие буй с танкером, являются одним из наиболее ответственных и дорогостоящих элементов технологического оборудования. Учитывая сложные ветро – волновые условия открытого рейда, к шлангам предъявляются повышенные требования в отношении их прочности, эластичности, долговечности и т.д. стенки шланга, как правило, усиливают прочной стальной стенкой и кольцами жесткости, позволяющими шлангу сохранять свою круглую форму. Внутренние стенки выполняют из высококачественных стойких к воздействию нефти и нефтепродуктов составов резины. В промежутках времени между проходами судов шланги могут или свободно плавать на поверхности моря, или быть притопленными до некоторой глубины, или просто лежать на дне для смягчения гидродинамического воздействия на них штормовых волн. На рейдовых причалах используют, как правило, два плавучих шланга, расположенных в одну линию. Однако в случае переработки нескольких сортов грузов на причале буй может быть оборудован тремя или даже четырьмя шлангами.

Подводные шланги при эксплуатации находятся приблизительно в таких же условиях, что и поверхностные. Однако для них характерны продольные усилия и деформации во время действия штормовых или приливно – отливных явлений. В отличие от надводных они не требуют избыточной плавучести.

Навигационное оборудование включает в себя сигнальное освещение, состоящее из электрофанаря, прозрачной линзы с круговой диафрагмой. Для уменьшения расходы энергии на батареях установлен солнечный автоматический выключатель. Для фиксации положения плавучих шлангов в ночное время предусмотрены мигающие буйки, питающиеся от батарей. Буй может быть снабжен радиолокационным отражателем и устройствами, подающими предупредительные звуковые сигналы.

Подъемное и энергетическое оборудование на буе представлено подъемными устройствами, механизмами и приспособлениями (тали для натяжения якорных цепей, крепления плавучих и подводных шлангов к манифольдам, небольшие краны – деррики или шлюпбалки для подъема вертикальных подводных шлангов, ремонта и замены частей буя и т.д).

Электрооборудование состоит из сухих батарей одноразового использования, размещенных в вентилируемых ящиках, установленных на балансировочной консоли. В случае расположения буя на сравнительно небольшом расстоянии от берега электроснабжение обеспечивается питанием с береговой базы.

На рейдовых причалах, значительно удаленных от берега, один из отсеков корпуса оборудуют под служебно – жилое помещение для кратковременного размещения в нем обслуживающего персонала, вспомогательного оборудования, запасных частей и необходимой технической документации: руководства по эксплуатации причала, по проведению перегрузочных операций, чертежи конструкций и узлов буя и т.д.

Стационарные причалы.

Многолетний опыт эксплуатации плавучих рейдовых причалов выявил их некоторые существенные недостатки. Плавучее сооружение требует частого осмотра и ремонта подводной и надводной частей. Корпус плавучего буя выходит из строя через 10 лет, якоря и якорные цепи – через 3 года, плавучие шланги – через 3, подводные шланги – через 4, швартовые тросы – через 1 год. Каждые 3-4 года необходимо проводить капитальный ремонт плавучего буя с постановкой его в док и т.д.

Учитывая это, со второй половины 70-х начали все больше применять одноточечные стационарные рейдовые причалы с надводным расположением повторного устройства. Принцип действия последних ничем не отличается от рассмотренного, однако они в значительно меньшей степени подвержены воздействию отрицательных факторов и обладают дополнительными преимуществами: более надежны, допускают более высокие скорости налива или слива нефти и нефтепродуктов, дешевле в ремонте и эксплуатации, меньше загрязняют море. срок службы стационарного рейдового причала, оборудованного катодной защитой, около 20 лет. Техническое обслуживание причала заключается в окраске, периодическом осмотре поворотного узла и замене шлангов. Воздействие волн на стационарный причал менее значительно, чем на плавучий. Уменьшается риск загрязнения моря. В зависимости от местных условий, естественного режима и транспортно – технологических особенностей стационарные одноточечные рейдовые причалы могут быть нескольких типов: башенный, моносвайный, гравитационный, комбинированный и т.п.

Башенный причал в виде куста свай с заделкой свайного основания в грунте. Свайное основание выполнено из стальных труб диаметром 1100 мм. Недостатком причалов башенного тапа является большая жесткость, вынуждающая устанавливать сложные громоздкие дорогостоящие швартово – отбойные устройства, не гарантирующие, однако, повреждения причала и самого судна при увеличении скорости подхода его к причалу в момент навала.

Гибкий моносвайный причал в виде стальной одиночной трубчатой сваи большого диаметра выгодно отличается от башенного тем, что здесь удар судна о причал гасится не только специальным отбойным устройством, но и вследствие упругой деформации изгиба самой трубчатой сваи.

Гравитационный причал не требует проведения буровых работ в грунте и закрепления в нем опорных элементов.

Комбинированный причал. Такой причал обладает свойствами как стационарного, так и плавучего. Среди причалов этого типа особого внимания заслуживает качающийся шарнирно – опорный рейдовый причал. Преимущества его особенно проявляются на больших глубинах.

Островные порты.

Главными причинами появления искусственных островных портов явились трудности в строительстве новых и реконструкции действующих материковых портов для приема крупных судов. Вследствие трудностей в строительстве новых портов и невозможности приема и обработки крупнотоннажного флота в существующих материковых портах, а также борьбы с загрязнением окружающей среды в последнее время стали возводить в открытом море искусственные острова для приема и обработки крупных судов, что явилось новым направлением в портостроении. Насчитывается уже свыше десятка портов, расположенных в различных частях мира на искусственных островах.

По назначению искусственные островные порты могут быть одноцелевыми – для выполнения только одной функции, например транзитные, перевалочные островные порты для передачи грузов с очень крупных судов на меньшие или с малых судов на крупные; двухцелевые – для перегрузки и длительного хранения грузов; многоцелевыми – для выполнения нескольких функций, например индустриальные островные порты, на которых доставляемый груз – сырье подвергается технологической обработке, после чего вывозится с острова в переработанном виде или в виде изделий.

По связи с материком такие порты называют чисто островными, полностью отделенными от материка, связь с берегом в этом случае может осуществляться только с помощью морского или воздушного транспорта; соединенными с берегом подводными (подземными) транспортными средствами связи – тоннелем, трубопроводом, с сообщением с континентом с помощью сухопутного и трубопроводного видов транспорта; полуостровными, расположенными поблизости от материкового берега и соединенными с ним надводными средствами связи: дамбой, эстакадой; с комбинированной связью с берегом, включающей в себя как надводные, так и подводные, воздушные и другие средства.

По устройству искусственные острова могут быть намывными, возводимыми намывом продуктов дноуглубления в пространство, ограниченное дамбами, расположенными по контуру острова; насыпными, заполняемыми с помощью судов технического флота и досыпаемыми сухопутными строительными средствами или же засыпаемыми полностью сухопутными механизмами пионерным способом; эстакадными, возводимыми на сваях или устанавливаемыми на основании в виде отдельных крупных структур сквозного типа; гравитационными, в виде массивных элементов, массивов – гигантов и т.п.; плавучими, на специальных понтонах плавучего или полупогруженного типа и т.п.; возделываемыми, наращиваемыми с помощью растений, кораллов, льда и т.д. Причины создания островных портов: территориальные трудности в расширении существующих материковых портов, «зажатых» населенными пунктами и хозяйственными застройками в условиях переуплотненных морских побережий развитых стран; непрерывное удорожание земель в перенаселенных странах; завершение утилизации «малоудобных» прибрежных угодий, ведущее к созданию искусственных земель; трудности в углублении существующих портовых акваторий и судоходных каналов в местах пересечения с тоннелями, шлюзами, трубопроводами, кабелями и другими инженерными сетями; чрезмерно высокая стоимость капитальных дноуглубительных работ при создании акваторий «суперглубоководных» портов и подходов к ним; высокая стоимость ремонтного черпания при поддержании судоходных глубин и сверхглубоководных и просторных прорезей подходов каналов представляющих собой отстойники с повышенными наносопоглощающими свойствами; ужесточение требований по охранению окружающей среды, вынуждающее к вынесению из густонаселенных районов, строящихся и эксплуатирующихся источников загрязнения, к которым относятся значительная часть портовых объектов и прилегающих к портам промышленных отраслей производства; повышенная экологическая способность к рассредоточению продуктов загрязнения и самоочищению водных масс глубоководного открытого моря по сравнению с прибрежными мелководными зонами и т.п.

В распространении искусственных островных портов имеются и трудности: высокая стоимость искусственно созданной территории, особенно в условиях глубоководья; необходимость в дополнительной перевалке груза при их транзитной передаче в материковые порты – спутники, отражающейся на стоимости транспортного процесса; высокая стоимость сооружений, соединяющих остров с материком (в случае их возведения), достигающая иногда половины стоимости искусственного острова.

Основной порт в транспортной системе. Наличие искусственного островного порта приводит к созданию особой транспортной системы, в составе которой можно выделить две обособленные части: внешнюю транспортную часть, связывающую остров с отдаленными (океанскими) источниками груза и местами доставки, и внутреннюю транспортную часть, связывающую остров с материком.

Внешняя морская часть этой транспортной системы предназначена для крупных транспортных судов, например судов дедвейтом до 500 тыс. т., нефтерудовозов – до 280, балкеров – до 160, рудовозов – до 170 тыс. т., контейнерных судов, судов – газовозов, лихтеровозов, морских барж и т.д. Она имеет глубоководные подходы, судовые ходы, судоходные каналы, отдельные зоны и места для рейдовой стоянки, просторные, входы внутрипортовые акватории и т.д.

Внутренняя транспортная часть системы характеризуется тем, что она рассчитана для судов меньших размерений, например судов с горизонтальной грузообработкой «река – море», барж для внутренних водных путей, лихтеров, входящих в комплекты лихтеровозов и т.п.; вторичными перегрузочными пунктами.

Устройство искусственных островов.

Особенности устройства искусственных островов определяются, прежде всего, строительными материалами, из которых их возводят. При небольших глубинах острова возводят из местного грунта (намывные, насыпные); при больших глубинах – на массивных бетонных, железобетонных или легких каркасных или погружаемых в него, при самых больших глубинах – на плавучих сооружениях.

Простейшие намывные и насыпные острова без специальных берегозащитных сооружений могут быть экономически выгодными только при сравнительно небольшой интенсивности волнения и течения. Откосы у них порядка 1:50. Для временного использования такие острова широко применяют в условиях внутренних водохранилищ. Другой способ – наращивание берега отвалом грунта.

Водоотливные острова представляют собой искусственные польдеры, т.е. осушенные в результате водоотлива участка морского дна, огражденные по периметру водонепроницаемыми дамбами. Причалы (пирсы или рейдовые причалы) в этом случае располагают с внешней стороны дамбы в защищенных от волн и течений господствующих направлений зонах или (как вариант) в бассейнах, заглубленных в плане внутрь острова.

Намывные острова с берегозащитой более безопасны по сравнению с польдерами. Простейшим берегозащитным сооружением искусственного острова является песчаный пляж, образованный с помощью той же техники, которая использовалась и при возведении острова. Если искусственный остров расположен на акватории уже построенного порта, то его, как правило, окантовывают вертикальными стенками, служащими причальной линией или берегоукреплением. Если остров расположен в открытом море, когда внешняя береговая линия под причалы не используется, берегозащитные сооружения возводят в виде откосных берегоукрепительных сооружений пассивного тапа, причем чаще в виде массивной наброски.

Искусственное острова из гравитационных элементов применяют как при возведении морских платформ, так и при строительстве островных портов. Существенным отличием островных конструкций от береговых является их значительно большие масса и размеры. Центральная платформа промысла Ниниан в Северном море, являющаяся одним из крупнейших в мире гидротехнических сооружений из железобетона, установлена на глубине 139 м., высота сооружения 170 м, масса превышает 600 тыс.т.

Искусственные острова каркасной конструкции, возводимые на сваях, погружаемых в грунт, или в виде свободно опертых металлических структур, практически освоены давно. Один из первых воплощенных в жизнь советских проектов – это остров Нефтяные Камни, построенный в 50 – х годах близ Апшеронского полуострова (Каспийское море) и постоянно распирающийся и растущий. Фактически это целая группа искусственных эстакадных остров, возведенных на глубинах до 60 м., соединенных между собой эстакадами – проездами.

Плавучие островные порты устанавливают на больших глубинах, так как с увеличением глубины стоимость стационарных искусственных островов резко возрастает. Первый плавучий островной порт Акваполис был построен в Японии. Это трехпалубный плавучий остров – порт с причалами и вертолетной площадкой. Его площадь 10 тыс. кв.м., высота конструкции 32 м., масса 16 тыс. т., в случае сильного волнения он погружается под воду. В Акваполисе обитает более 2 тыс. человек.

Искусственные острова из льда возводят для строительства различных объектов в условиях Приполярья и Заполярья. При кратковременном использовании ледового искусственного острова (например, разведочное бурение на шельфе) его можно возвести простым наращиванием толщины льда путем орошения водой его поверхности до тех пор, пока ледяное поле не достигнет дна моря.

Возделываемые острова создают и в самых теплых районах земного шара путем наслаивания коралловых наростов на рифах. Интересным является опыт создания искусственных рифов на базе устаревших затопленных в соответствующих местах судов. Обследование таких сооружений, образованных в мексиканском заливе на глубинах до 34 м., подтвердило эффективность их возведения.

Форму и очертание искусственного острова из экономических соображений обычно выполняют в виде круга в плане, при котором длина его береговой линии будет минимальной для заданной площади территории. Круговая форма обеспечивает и общее минимальное количество волновой энергии, воздействующей на остров. Выход в порт и выход из порта располагают с подветренной стороны острова, т.е. в его волновой тени. Оградительные сооружения могут состоять из двух сходящихся молов (при одном входе) или из двух молов и волнолома (при двух входах).

Связь искусственного острова с материком может осуществляться с помощью всех видов транспорта: морского, воздушного, наземного (автомобильного, железнодорожного), трубопроводного и т.д. для осуществления сухопутной транспортной связи возводят необходимые сооружения: дамбы, эстакады, мосты, тоннели и т.п. в отдельных случаях в проектах прорабатывают и такие виды связи, как подвесная канатная дорога, контейнерные линии и т.п.

Связь с помощью дамбы наиболее надежна, поэтому в случаях, когда остров расположен недалеко от берега и их разделяет мелководная зона с относительно плотным донными отложениями. Дамба оказывается наиболее предпочтительным сооружением. Однако возведение дамбы может неблагоприятным образом отразиться на условиях естественного режима берега и прибрежной зоны моря, перекрыв собой обычный путь вдоль береговых течений и наносов.

Эстакада на отдельных опорах (свайных или гравитационных) в отличие от дамбы не вносит изменений в местный режим течений и наносов. В случае больших глубин эстакада может оказаться и дешевле дамбы.

Мосты, как эстакады, не вносят изменений в режим наносов, однако являются препятствием для судоходства. Кроме того, с увеличением глубин стоимость этих сооружений резко возрастает. Для возможности пересечения судовых ходов и фарватера с трассой, связывающей остров с материком, возводят мосты высотой, позволяющей проводить суда, как, например, мост, соединяющий с берегом искусственный остров – порт в Кобе (Япония). При значительных глубинах могут быть применены плавучие мосты.

При определенных глубинах более экономичной становятся прокладка тоннеля. Морские тоннели подразделяют не надземные и подводные (плавучие). Подземные тоннели предусмотрены для многих проектируемых искусственных островов. Аналоги таких тоннелей сегодня существуют в целом ряде стран. Новинкой в тоннелестроении являются подводные плавучие тоннели.

Трубопроводы требуют больших капитальных вложений на строительство и малых эксплуатационных расходов. С увеличением глубин и удалением в открытое море трудности прокладки трубопроводов возрастают. Тем не менее, масштабы этого строительства из года в год увеличиваются.

Для передачи электроэнергии, телефонной связи и т.п. остров может быть связан с материком с помощью подводных кабелей. Опыт прокладки подводных кабелей накоплен в достаточной степени.

Если искусственный остров имеет чисто транспортное назначение, т.е. служит чисто транзитным перевалочным портом, то в нем связь с берегом может осуществляться морским транспортом. Предпочтение морскому транспорту может быть отдано только после тщательного технико – экономического сравнения конкурирующих вариантов. В случае индустриального назначения искусственного острова и сообщения с материком только по короткому плечу роль морского транспорта снижается и может даже свестись к нулю, особенно в случае «полуостровного» порта, соединенного с берегом с помощью короткой широкой дамбы или моста. В большинстве же случаев морской транспорт широко используется для связи острова с материком. Поэтому на острове имеются все необходимые атрибуты морского порта: морские подходы, входы, портовые акватории, причальные и оградительные сооружения, подъемно – транспортное оборудование, складское хозяйство и т.д. порт расположен в открытом море, и ничто не мешает осуществить оптимальную его компоновку как технологическом, так и в экономическом смысле.

Сквозные, плавучие, пневматические и гидравлические волноломы.

Сквозные волноломы.

Теоретические и экспериментальные исследования убедительно показывают, что волновая энергия сосредоточена в приповерхностном слое жидкости – в слое толщиной, равной трем высотам волн, сосредоточено 98 % волновой энергии. Такое положение привело к созданию оградительных сооружений со стенкой, заглубленной под уровень примерно на (2…2,5)/h и закрепленной на опорах различной конструкции. Эта стенка, или преграда, может быть выполнена в видя ящика, тонкого экрана, двух экранов, образующих открытую с низу камеру (резонатор), наклонной плоскости, решетчатой конструкции и др. (см. рис.) Такие сооружения получили название сквозных волноломов.

Строительство подобных сооружений было осуществлено в ряде портом.

Примеры осуществленных сквозных волноломов:

а) мол, со сквозной надстройкой в порту Гавр (Франция);

б) мол, ящичного типа в порт Веденсвилл на Женевском озере (Швейцария).

1 – кессон, 2 – надстройка, 3 – ростверк, 4 – стальные сваи.

В последнее время предложено несколько конструкций оградительных сооружений, снабженных системой полостей, сквозных отверстий и каналов, а также из вертикальных элементов с промежутками, например в виде свайного частокола. Эти сооружения, правда, несколько условно, также можно отнести к сквозным волноломам.

При расчете сквозных волноломов, прежде всего, определяют степень гашения волн. Для волнолома в виде тонкого вертикального экрана предложено несколько методов расчета, как точных, так и приближенных.

Плавучие волноломы.

Способность плавающих на поверхности жидкости тел, гасить волны общеизвестна и достаточно давно использовалась для защиты различных объектов от воздействия волн. Первые сведения о применении плавучих волноломов относятся к середине прошлого века, когда они были осуществлены во Франции в виде плавучих деревянных решеток, развитых по вертикали. Во время шторма эти сооружения были сорваны с якорей и разрушены. Также неудачно кончилась попытка использовать плавучий волнолом в России на Финском заливе примерно в то же время. В дальнейшем проектов плавучих волноломов было предложено очень много, но они либо вообще не были осуществлены, либо построенные волноломы терпели аварию в результате развития больших усилий в цепях и их обрыва, соударения отдельных частей волнолома и по другим причинам.

В настоящее время идея плавучих волноломов является едва ли не самой популярной из–за необходимости временной защиты ряда объектов, расположенных на большой глубине, где возведение стационарных волноломов технически невозможно, а также необходимости временной защиты отдельных сооружений, устройств или механизмов. Поиск наиболее эффективных конструкций плавучих волноломов активно ведется как в нашей стране, так и за рубежом.

Гашение энергии волн плавучими волноломами различной конструкции происходит в результате частичного или полного отражения волн, принудительного разрушения волн, нарушения регулярности волнового движения, внутренней структуры волн, увеличения турбулентной вязкости воды.

Плавающее тело, в частности волнолом, на волне совершает вынужденные колебания. Если частота собственных колебаний волнолома будет близка к частоте вынужденных колебаний волнолома, т.е. к частоте волны, то наступит явление резонанса, амплитуда колебаний резко увеличится, что вызовет возрастание усилий в якорных цепях вплоть до разрушающих. По-видимому, при малых размерах понтонов это и наблюдалось в прошлом.

Колеблющееся на волне плавающее тело, в свою очередь, является генератором волн. При колебании в противофазе, что наблюдается в зарезонансной области, когда период собственных колебаний больше периода волн, генерируемая волна будет способствовать гашению волнения. Период собственных колебаний волнолома возрастает с ростом его массы, что наиболее просто достигается увеличением его ширины.

В настоящее время проектируются плавучие волноломы с вертикальной передней гранью без яркого крепления (рис.), либо с устройствами, поглощающими и рассеивающими часть энергии. К последним относятся волнолом с перфорированной передней стенкой и камерой гашения (рис.), и волнолом, который гасит энергию благодаря инерции плавающего тела (рис.): при подходе гребня волны поток воды действует на гребень и поворачивает плавучий элемент Р на 90⁰: гребень при этом занимает вертикальное положение, предотвращая переплеск волны: при подходе впадины волны на гребень снова занимает горизонтальное положение.

В некоторых предложениях (Япония) с этой целью рекомендуется снизу подвешивать грузы. Для лучшего гашения энергии перекатывающихся через понтоны волн на их верхней палубе устраивают специальные ребра.

Отдельные плавающие тела, закрепленные за дно или за притопленные понтоны, выполняют в виде стальных или деформируемых шаров, плавающих пучков синтетических нитей, вертикальных элементов или специальных цилиндров (рис.). Число отдельных элементов в составе устройств для гашения энергии волн, которая тратится на преодоление сопротивления при их колебании, изменяется от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Большинство предложений основывается на применении для гашения волн гибких экранов или оболочек различной конфигурации (рис.).

Пневматические волноломы.

Гашение волн на поверхности тяжелой жидкости с помощью сжатого воздуха было предложено в начале ХХ в. Установка для реализации этого предложения представляет собой трубы с перфорацией – отверстиями. Воздух, нагнетаемый в трубы, выходит через отверстия в воду и поднимается кверху в виде отдельных пузырьков, образуя так называемый факел. Пузырьки воздуха увлекают за собой частицы воды, обусловливая подъем уровня и создание двух зон циркуляции воды (рис.), в результате чего образуются поверхностные течения в стороны от факела навстречу и попутно волне. Потоки воды сильно турбулизированы и насыщены воздухом. По мнению большинства исследователей, основное значение для гашения волны имеют мощность встречного потока, а также потери энергии волны на турбулентное трение.

Было установлено, что наиболее целесообразно применять пневматические волноломы для частичной защиты акваторий от воздействия коротких и круговых волн (Т менее 5 сек., отношение высоты волны к длине 1/10-1/15) при расположении перфорированных труб на глубине от ½ до 1/3 длины волны. Воздух подается по трубам с перфорацией диаметром 4-8 мм. при шаге 100-400 мм. Давление на выходе небольшое и может превышать гидростатическое давление воды на 30кПа. Для уменьшения засорения отверстия делают с нижней части трубы в плоскости, угол которой с вертикальной составляет 15-20⁰.

Для требуемого количества воздуха необходимо рассчитать диаметр трубопроводов (магистральных и рабочих) при заданном давлении воздуха в начале (у компрессора) и в конце трубопровода, а также размеры отверстий – площадь перфорации на единицу длины трубопровода – из условия равномерной подачи расчетного путевого расхода воздуха. В результате технологического расчета трубопровода определяют температуру воздуха в конце любого рассматриваемого участка. На основании технологического расчета проводят гидроаэродинамический расчет трубопровода с учетом трения и теплообмена для определения падения давления воздуха по длине воздухопровода от его начала (у выхода из компрессора) до конца перфорации. Задавшись избыточным давлением в конце воздухопровода, можно рассчитать давление, которое должна развивать компрессорная установка при необходимом расходе. Таким образом, по заданной величине остаточной волны при каждом конкретном шторме при неизменных характеристиках волнолома можно определить наиболее экономичный режим работы энергетической установки.

В конструктивном отношении пневматические волноломы достаточно просты и представляют собой магистральные и рабочие трубопроводы, уложенные на специальные опоры, установленные на дне (рис.).

Конструкция опор может быть самая различная. Рекомендуется в качестве несущей конструкции использовать магистральные стальные трубопроводы, рабочие перфорированные трубы выполнять съемными из более легкого некорродирующего материала, например из пластмассы. Рабочие трубопроводы необходимо устанавливать строго горизонтально, между рабочим и магистральным трубопроводами следует предусмотреть обратный клапан, чтобы предупредить засорение магистральных трубопроводов. На трубопроводах необходимо установить клапаны для их промывки.

К достоинствам пневматических волноломов следует отнести простоту конструкции, возможность прохода над ними судов, что позволяет применять их для перекрытия ворот порта, и, наконец, невысокую стоимость.

К недостаткам пневматических волноломов следует отнести их удовлетворительную работу только в узких пределах изменения длины волны (длинные волны крутизной менее 1/20 практически не гасятся), резкое увеличение расхода воздуха с уменьшением глубины установки перфорированного рабочего трубопровода, относительно высокие эксплуатационные затраты, большую энергоемкость и невыгодную загрузку энергосистемы.

Пневматические волноломы могут найти применение в первую очередь на водохранилищах и на море для защиты отдельных сооружений – ворот доков, плавдоков, ворот портов, подходов к шлюзам и т.п.

Гидравлические волноломы.

При использовании пневматических волноломов, как уже указывалось, основным фактором, определяющим гашение волн, является поверхностный поток воды, направленный против движения волн. В связи с этим появилась идея гашения волн встречным потоком, созданным не в результате движения пузырьков воздуха, а каким – либо другим путем, например работой водометного движения, винтовым двигателем или действием водяных струй. Последний способ получил наибольшее распространение.

Разрушение волн на встречном течении известно давно, и есть теоретические решения, которые связывают степень деформации волн с отношением максимальной скорости потока u _max., к скорости распространения волны c и крутизной волны h/λ. Механизм гашения волн на встречном течении заключается в том, что при этом уменьшается длина, увеличивается высота волны, крутизна достигает критического значения и волна разрушается. Имеется различие потоков при работе пневматического и гидравлического волноломов. В первом случае поток сильно турбулизирован и аэрирован, что обеспечивает при прочих равных условиях большую степень гашения по сравнению с потоком, созданным истекающими струями воды. В последнем случае завихренность незначительная, степень аэрации мала. При расчетах мощности волнолома обычно задаются необходимым коэффициентом гашения при известных параметрах волн и глубине воды. Опытами установлено, что степень гашения волн уменьшается с возрастанием длины и высоты волны, уменьшением ее крутизны и глубины воды.

В опытах было установлено, что волногасящаяся способность гидравлического волнолома не зависит от диаметра насадков и определяется удельной площадью отверстий и расходом истекающих струй воды. Наибольший эффект гашения наблюдается при горизонтальном истечении струй на отметке спокойного уровня.

Область применения гидравлического волнолома ограничивается условиями водохранилищ или временной защиты отдельных объектов на море, например строительных плавучих механизмов при коротких и крутых волнах, при длине волны λ = 30 м. на уровне современных разработок гидравлический волнолом менее эффективен, чем пневматический.

Отбойные и швартовые устройства.

Назначение отбойных и швартовых устройств.

Для нормальной эксплуатации причалы должны быть оснащены целым комплексом вспомогательных устройств. Важнейшими являются отбойные устройства, предназначенные для защиты причалов от повреждений при подходе и стоянке судов у причала, и швартовые 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. допускается скорость подхода не более 0,13 м/с, для судов 100 тыс. т. – не более 0,08 м/с.

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 выполняться из недефицитных материалов и иметь невысокую стоимость.

Надежная и безопасная эксплуатация судов, устанавливаемых у причалов, наряду с применением отбойных приспособлений обеспечивается наличием достаточного числа удачно 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 швартовые устройства.

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

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. (рис.). Указанные рекомендации в конкретных условиях могут корректироваться.

На причалах в виде набережных – стенок для штучных, навалочных и других грузов, обслуживающих суда различных размеров, швартовые тумбы устанавливают на расстоянии 0,5…1 м. от линии кордона с шагом 20…30 м. вдоль причала. Иногда, особенно 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. т.е. обычно за прикордоновыми 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 швартовые устройства – тумбы устанавливают на швартовых палах. Дополнительные тумбы меньшей мощности могут быть установлены на технологической площадке и других конструкциях сооружения (рис.). 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 незначительные 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, не соединенными с конструкцией самого причала, 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 НМ, поэтому выбору их конструкции должно быть уделено особое внимание.

Отбойные устройства.

Отбойные устройства могут быть разделены на следующие основные группы: из дерева или металла, гидравлические и гидропневматические, пружинные, гравитационные, из резиновых элементов заводского изготовления, комбинированные металлорезиновые и пр.

Жесткие отбойные устройства выполняются обычно из дерева. Наиболее простым видом отбойного устройства из дерева являются рамы. Лицевые брусья отбойной рамы делаются вертикальными при значительных колебаниях уровня, остальных случаях горизонтальными (рис.)

Опыт многолетней эксплуатации таких рам показал, что при швартовке судов под действием многократных нагрузок вертикальные стойки в местах жесткого болтового соединения скалываются и выходят из строя. Даже небольшие повреждения конструкций создают опасность для швартующихся судов из – за выступающих болтов, уголков и других крепежных деталей. Ремонт таких отбойных рам весьма затруднен и практически невозможен без вывода причала из эксплуатации.

Навесные конструкции отбойных устройств можно изготовлять на заводе с последующей навеской готовых элементов. Навесные устройства позволяют осуществлять быструю замену при их изменяющейся эксплуатационной обстановке, например, при необходимости приемки судов с параметрами, отличными от расчетных для данного причала, характеризующихся увеличенной кинетической энергией.

Для уменьшения жесткости деревянных отбойных устройств их дополняют автопокрышками, бывшими в употреблении. Деревянный щит из нескольких горизонтальных брусьев, сболченных меду собой, подвешивают к стенкам причалов. Между щитом и стенкой укрепляют несколько (в зависимости от длины щита) автопокрышек, подвешенных на тросах или цепях либо жестко закрепленных к деревянному щиту с внутренне его стороны (рис.).

Отбойные устройства этого типа обеспечивают удовлетворительную защиту сооружения на значительном участке и позволяют распределить на большую площадь нагрузку от судов благодаря включению в работу одновременно нескольких амортизаторов – покрышек. Деревянные щиты с покрышками устанавливаю по всей длине причала с небольшими разрывами. Подобные отбойные устройства наиболее часто применяют на речных причалах и реже на морских.

Мощные отбойные устройства удалось получить, нанизывая автопокрышки на оси из бревен, фишин или резных труб таким образом, что плоскости автопокрышек оказались перпендикулярными плоскости стенки. Подобные отбойные устройства иногда применяются на причалах для крупных судов (рис.). Отбойные устройства этого типа получили широкое распространение в Западной Европе (Германия, Швеция и др.). Эти отбойные устройства часто устраивают плавучими.

В настоящее время их применяют наряду и совместно с самыми современными отбойными устройствами заводского изготовления. При этом на причалах, расположенных на недостаточно защищенных акваториях, необходимо следить за тем, чтобы при надвигающемся шторме плавучие отбойные устройства были отбуксированы к месту отстоя или извлечены из воды, что довольно значительно осложняет эксплуатацию причалов. Если плавучие отбойные устройства при шторме остаются у причала, они могут его повредить, а сами будут разбиты. Следует отметить, что эффективность применения отбойных устройств из пустых автопокрышек не велика. Целесообразнее применять автопокрышки, туго набитые обрезками резины, которые помещают в специальные мешки, имеющие форму камеры автомобильного колеса.

Металлические отбойные устройства выполняют из стальных труб диаметром 5…6^//, сваренных в плоские рамы, которые подвешиваются на цепях к причальным сооружениям (рис.).

В отечественной практике металлические отбойные устройства применяют в речных портах. Жесткость таких отбойных устройств, так же как и деревянных, можно уменьшить, помещая между рамой и стенкой причала в качестве амортизаторов старые автопокрышки или специальные резиновые элементы. Некоторыми конструкциями предусматривается возможность смещения рамы при навале судна (рис.)

В этом случае раму с прикрепленными к ней бетонными блоками подвешивают на цапфах. При навале судна цапфы, а вместе с ними и рама с блоками размещаются по наклонным направляющим вверх. При этом совершается работа, на которую расходуется энергия швартующегося судна.

Этот тип отбойных устройств является переходным к отбойным устройствам гравитационного типа, работа которых основана на принципе превращения кинетической энергии подходящего к причалу судна в потенциальную энергию массивного тела, смещающегося одновременно в горизонтальном и вертикальном направлениях, что обеспечивается специальной системой их крепления к причалу (рис.).

Гравитационные отбойные устройства по сравнению с деревянными или резиновыми более дорогие. Поэтому используются на причалах, обслуживающих только крупнотоннажные суда.

Для смягчения удара при подходе судов малого водоизмещения лицевую грань гравитационных отбойных устройств целесообразно снабжать более податливыми амортизаторами. Форма блоков и способы их подвески или операния могут быть различными. Так, например, в порту Находка железобетонная рама отбойного устройства бункеровочного причала состоит из лицевой балки сечением 1,8 х 0,5 м., тыловой балки сечением 0,7 х 0,7 м., и трех поперечных балок, из которых две крайние имеют сечение 0,8 х 0,55 м., а средняя 0,6 х 0,6 м. Длина продольных балок 10 м., поперечных 6,5. Рама подвешена горизонтально на четырех цепях, прикрепленных к крайним поперечным балкам. Масса рамы около 55 т. (рис.) при навале судна отбойное устройство может сместиться по горизонтали на 0,7 м. и по вертикали на 0,35 м. Энергия, которая может быть погашена при смещении рамы в предельное положение, равна 200 кДж. В местах возможного соприкосновения рамы с причалом установлены охранные деревянные брусья.

На причале Биньоли в Неаполе отбойное устройство состоит из железобетонного массива длиной около 5 м. и массой 16 т., подвешенного на двух подвесках (рис.). Позади массива установлена чугунная плита. В предельном положении массив опирается на два резиновых цилиндра, реакция которых совместно с горизонтальной составляющей веса массива уравновешивает передающееся на отбойное устройство усилие в 53 т. энергия, которую может поглотить отбойное устройство, равно примерно 250 кДж.

Наряду с перечисленными типами отбойных устройств, которые, как правило, изготавливаются силами самих портов или строительных организаций, широко используются отбойные устройства типа амортизаторов заводского изготовления разнообразных конструкций: с резиновыми элементами различной конфигурации, пневматические, гидропневматические и др.

Наибольшее распространение в портах мира, в том числе отечественных, получили амортизирующие устройства, основанные на принципе использования деформаций резиновых элементов. Широкое применение резины для этой цели обусловлено ее физико – механическими свойствами: сжимаемостью, большой упругостью, энергоемкостью, способность сохранять свои характеристики в большом диапазоне температурных колебаний, стойкостью в отношении химических и бактериальных воздействий.

Во многих случаях достаточно эффективными и долговечными оказываются амортизирующие элементы, имеющие трубчатую, трапецеидальную или другую специальную форму (рис.).

Наиболее широкое распространение получили трубчатые амортизирующие элементы с наружным диаметром 0,4…1,0 м. внутренний диаметр их обычно равен половине наружного, а поглощаемая энергия составляет 15…90 кДж/м. в настоящее время применяются трубчатые элементы диаметром 3 м., длиной 6 м., массой 25 т. Способы подвески рубчатых амортизаторов показаны на рис. Ведутся работы по совершенствованию способов подвески трубчатых амортизаторов.

Необходимо отметить, что рассмотренные амортизаторы все же обладают большой жесткостью и передают на борт судна значительные удельные давления. В связи с этим нужно применять специальные устройства для передачи давления на большую площадь обшивки судна (рис.). Следует отметить, что обычные амортизаторы трапецеидального поперечного сечения (рис.) могут быть использованы только для судов определенного тоннажа – до 30…50 тыс. т. Для судов большего тоннажа их амортизирующая способность недостаточна, а для судов малого тоннажа они являются слишком жесткими. В настоящее время используются трапецеидальные амортизаторы особой формы, имеющие на лицевой поверхности утолщение с канавкой (рис.). При воздействии судов малого тоннажа этот амортизатор обладает высокой податливостью. Когда зазор между лицевой поверхностью причала и амортизатором будет выбран, жесткость амортизатора возрастет, и он может поглощать большую энергию, но при возросшем усилии. Зависимость деформаций от усилий для амортизатора этого типа характеризуется наличием двух ступеней, что свидетельствует о возможности ограничения усилий при судах малого тоннажа и обеспечения достаточной энергопоглащающей способности, при судах крупного тоннажа.

При обслуживании самых крупных судов применяют еще более мощные отбойные устройства (рис.), в которых использованы трапецеидальные амортизаторы.

За рубежом широкое распространение получили амортизаторы Рейкина (рис.). Амортизирующий элемент изготовляют путем последовательной склейки металлических пластин и резиновых прокладок. В амортизаторе резина работает на сдвиг и сжатие, поэтому кривая зависимости деформаций от усилий также характеризует более эффективное гашение энергии по сравнению с трубчатыми элементами. Амортизаторы Рейкина хорошо воспринимают усилия, действующие не только по нормали к лицевой поверхности причала, но и касательные, позволяют гасить энергию значительной величины при сравнительно небольших усилиях. Подобные амортизаторы изготовляет ряд зарубежных фирм.

В морских портах нередко применяют амортизаторы пневматического типа. Простейшие из них представляют собой специальные баллоны, закрепленные на пустотелой металлической оси длиной до 11 м. с помощью металлических фланцев с подшипниками, допускающими их свободное вращение (рис.). Диаметр амортизаторов может достигать 3 м (при использовании авиационных или специально изготовляемых покрышек), а внутреннее давление – 0,35 Мпа. Допускаемая статистическая нагрузка на один подобный амортизатор составляет около 1000 кН, поглощаемая энергия - 450 кДж.

Устройства этого типа могут быть установлены между судном и причалом или между двумя судами при перегрузке, выполняемой на плаву.

В настоящее время широко применяются пневматические кранцы Иокогама (рис.), размеры которых и поглощаемая энергии варьируются в широких пределах. Наибольшие пределы кранца D = 4,5 м., L = 9,0 м, при этом поглощаемая энергия составляет 3600 кДж, воспринимаемое усилие 500 кН. Для поглощения энергии танкера дедвейтом 100 тыс. т., подходящего к причалу со скоростью 0,2 м/с, достаточно трех амортизаторов диаметром 3,3 м.

Таким образом, эти амортизаторы могут использоваться на причалах для самых крупных судов. Наружный и внутренний слои оболочки амортизатора изготовляют из натуральной резины, внутренний армирующий слой – из нейлона. Для предотвращения прямого удара судна о сооружение при разрыве оболочки в баллон помещают синтетическую губчатую массу. На конце амортизатора устанавливают предохранительный клапан, служащий для выпуска в воздуха из амортизатора при нагрузках, превышающих проектные.

Амортизатор ABF (Air Block Fendor), который неподвижно устанавливают на причальном сооружении.

Пневматические амортизаторы типа дорогой дают большую отдачу (отход судна от причала после удара). Деформации значительны. Эти недостатки устраняются применением гидравлических амортизаторов. Под нагрузкой от навала судна поршень гидравлического амортизатора сдвигается в металлическом корпусе и выжимает масло в специальный резервуар, а в первоначальное положение возвращается под действием специальной пружины. Энергия, поглощаемая гидравлическим отбойным устройством, зависит от массы подходящего судна и его скорости, т.е. этот тип амортизаторов само.

Гидродинамические струйные амортизаторы гасят энергию подходящего судна энергией потока воды, создаваемого насосами.

Швартовые устройства.

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 швартовых 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 швартовные 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 швартовных 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 рамы для судов меньших размеров.

Причальные тумбы стандартизованы. Размеры тумб подпираются, исходя из швартовного усилия для расчетного судна.

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

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 швартовных усилий устанавливают специальные анкерные устройства в грунте.

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 свай (рис. а) или групп 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.

Оградительные сооружения.

Классификация оградительных сооружений.

Оградительные сооружения по расположению подразделяют на внешние и внутренние.

Внешними называют оградительные сооружения, предназначенные в основном для защиты акватории порта от проникания на нее со стороны моря волнения, течений, наносов и движущегося льда, а в некоторых случаях - для защиты подходных каналов от заносимости. От волнения акваторию порта защищают образом волноломы и молы. От течений, наносов и льда или от одного из этих факторов акваторию защищают преимущественно оградительные дамбы. Они же применяются для защиты территории от затопления, а также подходных каналов от заносимости. Одновременно они, конечно, защищают находящиеся в канале суда и от воздействия других факторов, в том числе и волнения. Обычно дамбы выполняют откосного профиля из местных грунтов с устройством защитного покрытия, поэтому на водохранилищах, по существу, все оградительные сооружения являются дамбами.

К внутренним относятся оградительные сооружения, расположенные на акватории порта и отделяющие одну часть от другой. В том случае оградительные сооружения предназначаются не столько для защиты акватории от волнения, проникающего с моря, сколько для того, чтобы воспрепятствовать образованию волн на самой акватории или оградить бассейны специального назначения, например нефтяные гавани.

Иногда при расширении акватории за счет строительства новых оградительных сооружений внутренними могут оказаться старые внешние оградительные сооружения; в этом случае их существование должно быть специально обосновано

К внутренним оградительным сооружениям относятся также шпоры 0 сооружения, примыкающие к другим сооружения; иногда шпорами называют и короткие молы.

По форме поперечного сечения оградительные сооружения подразделяют на сооружения вертикального профиля (рис.), откосного профиля (рис.) и смешанного типа, а верхняя представляет собой вертикальную стенку (рис.). Кроме того, выделяют оградительные сооружения специальных типов: сквозные, плавучие, пневматические и гидравлические.

а и б – вертикального профиля гравитационного и свайного типа; в – откосного профиля; г – смешанного типа; 1 – постель, 2 – подводная стенка, 3 – надстройка, 4 – шпунтовое или свайное ограждение, 5 – заполнение.

Оградительные сооружения вертикального профиля – делят на два типа: гравитационные и свайные. Устойчивость сооружений первого типа обеспечивается благодаря силам трения, развивающимся по контакту сооружения с основанием и пропорциональным весу сооружения, а устойчивость сооружений второго типа – благодаря защемлению конструкций в грунте основания.

Оградительные сооружения откосного профиля различают по виду покрытия откосов, конструкции ядра, крутизне откосов, оформлению гребня сооружения и другим признакам.

В сооружениях смешанного типа вертикальную стенку выполняют всегда гравитационной.

Для обеспечения необходимых прочности, устойчивости и долговечности оградительных сооружений при их проектировании нужно учитывать ряд факторов, важнейшими из которых являются гидрологические и инженерно – геологические.

К гидрологическим факторам относят: волнения, лед, колебания уровня и течения. Наибольшее значение для оградительных сооружений имеет волнение.

При расчете оградительных сооружений, как правило, учитывают воздействие только ветровых волн, параметры которых (высоту и длину) в районе порта определяют в зависимости от скорости ветра, продолжительности его действия.

Для портов, замерзающих полностью или частично, необходимо учитывать воздействие льда на оградительные сооружения. Морской лед может оказывать на сооружения, следующие механические воздействия: в виде статического давления при навале дрейфующих ледяных нолей, при термическом расширении и нагромождении льда перед сооружением, динамического давления при ударе отдельных крупных льдин, истирающего действия при движении льда у сооружения, нагрузок от примерзшего к сооружению льда при понижении или повышении уровня воды.

Нагрузки льда в значительной степени определяются его свойствами, которые существенно меняются в зависимости от внешних условий, как в пространстве, так и во времени, что сильно затрудняет их изучение и обобщение.

Колебания уровня, вызываемое целым рядом причин, могут быть периодическими и непериодическими. Наибольшие изменения уровня наблюдаются при приливно – отливных и при сгонно – нагонных колебаниях. Для нашей страны эти изменения составляют соответственно до 11 м. (Охотское море) и 3…5 . (Азовское море). Колебания уровня существенно влияют на характер волнения в районе сооружений, компоновку порта, конструкцию сооружений, объем дноуглубительных работ, технологию строительства.

Наиболее полную характеристику колебаний уровня в данном пункте можно получить из анализа кривых повторяемости и обеспеченности, построенных по данным наблюдений для определенного интервала времени. Пользуясь этими материалами, можно определить характерные уровни и в первую очередь их экстремальные значения определенной обеспеченности, что необходимо для обоснованного назначения отметки портовой территории и глубины воды на подходах к порту и у причалов.

Морские течения различного происхождения не оказывают силового воздействия на сооружения, но обуславливают наряду с воздействием ветра дрейф ледяных полей и движение отдельных льдин, а также перемещают иногда огромные массы песка и ила, что ведет при определенных условиях к заносимости морских каналов и портовых акваторий. Следует отметить, что перемещение наносов происходит в результате совместного действия течений и волнения, и чем крупнее наносы, тем большую роль играет волнение.

Выбор типа и конструкции оградительных сооружений в значительной степени зависит от инженерно – геологических условий. Более того, зачастую при неблагоприятных условиях вообще не возможно осуществить строительство оградительных сооружений без специальных мероприятий, обычно весьма дорогих. Как правило, такая ситуация возникает при залегании в основании сооружений слабых илистых грунтов, что в реальных условиях наблюдается довольно часто вследствие специфики образования морских отложений в прибрежной зоне моря. С другой стороны, выход на поверхность дна коренных скальных пород, которые являются хорошим основанием, резко удорожает строительство порта, если необходимо провести в большом объеме дноуглубительные работы. Наконец, наличие крупных включений в грунте (валунов) очень осложняет, а в ряде случаев и полностью исключает применение свайных конструкций.

Характер грунтов, как известно, влияет не только на конструкцию сооружений, но и на методы их воздействия. Причем нарушения технологии строительства, определяемой грунтовыми условиями, приводят в ряде случаев к созданию аварийной ситуации.

В связи с этим, изучение инженерно – геологических условий в месте строительства оградительных сооружений является одной из наиболее важных и ответственных задач. В комплексе инженерно – геологических исследований всегда следует предусматривать изучение геоморфологии морских побережий, что позволит составить представление о возможных изменениях в движении наносов и переформировании берегов после возведения оградительных сооружений.

Внешние оградительные сооружения обычно строят в районах побережья, где наблюдается частое и сильное волнение, поэтому к ним предъявляют требование живучести на любой стадии строительства. С этих позиций конструкцию оградительных сооружений оценивают по периоду времени с начала возведения отдельной секции мола до завершения такого этапа строительства, когда конструкция может воспринять расчетные нагрузки. Чем меньше этот период времени, тем в большей степени данная конструкция, удовлетворяет указанному требованию к таким конструкциям, относятся массивы – гиганты, железобетонные оболочки большого диаметра и сооружения откосного профиля при соответствующей технологии их строительства.

При выборе и конструкции оградительных сооружений все указанные факторы рассматриваются совместно, проводится технико – экономическое сравнение возможных вариантов и выбирается оптимальный вариант, в наибольшей степени отвечающий конкретным физико – географическим условиям и технологическим требованиям при наименьшей стоимости.

Условия применения оградительных сооружений.

Сооружения вертикального профиля гравитационного типа. В результате действия на сооружение гравитационного типа значительной горизонтальной нагрузки от давления волн или льда напряжения под его подошвой при сравнительно небольшой ширине распределяются неравномерно. При больших давлениях камень даже из прочных пород (гранит, диабаз, диорит и др.) начинает разрушаться, так как в точках контакта между отдельными камнями напряжения превышают предел прочности камня на сжатие.

При скальных грунтах, если не устраивается каменная постель, сооружения гравитационного типа могут возводиться на любой глубине, доступной по условиям производства работ и экономически обоснованной. В то же время и при малых глубинах воды на подходе нет особых противопоказаний к применению сооружений вертикального профиля вообще и гравитационного типа в частности, но в этом случае необходимо рассчитывать устойчивость сооружения, на прочность основания исходя из воздействия прибойных или разбитых волн.

Оградительные сооружения гравитационного типа могут возводиться в условиях волнения различной силы. Оградительные сооружения гравитационного типа чувствительны к неравномерным осадкам, поэтому их можно возводить лишь на достаточно плотных грунтах. При слабых илистых грунтах требуется предусматривать специальные мероприятия по их уплотнению.

Оградительные сооружения вертикального профиля удобно использовать для швартовки судов, размещения знаков навигационной обстановки, специального оборудования.

Для возведения гравитационных оградительных сооружений вертикального профиля требуется значительно меньшее количество материалов, чем для сооружений откосного профиля, и эта разница резко возрастает с увеличением глубины.

Таким образом, наиболее оптимальные условия для возведения оградительных сооружений гравитационного типа будут при глубине воды в месте строительства до 20 – 28 м., высоте волны 5…7 м. и более и достаточно плотных грунтах.

Сооружения вертикального профиля свайного типа. При строительстве сооружений свайной конструкции нет необходимости создавать искусственную каменную постель, которая является относительно дорогой и трудоемкой частью сооружения. Сооружения этого типа можно возводить при высоте до 4…5 м.

Глубина воды в месте строительства двухрядной свайной конструкции должна составлять не более 7…8 м. при деревянном ограждении из тяжелого металлического шпунта. При ячеистой конструкции глубина воды по аналогии с перемычками может быть значительно больше, однако в практике портостроения оградительные сооружения ячеистой конструкции обычно применяют на глубине до 10…12 м. однако при специальном обосновании этот тип сооружения может возводиться и на больших глубинах.

Грунты основания при свайных сооружениях могут иметь меньшую несущую способность, чем это требуется в случае сооружений гравитационного типа, но должны допускать забивку свай или шпунта на необходимую глубину.

Оградительные сооружения свайной конструкции можно возводить на слабых илистых грунтах любой мощности.

При относительно тонком слое слабых глинистых грунтов мощностью до 8…10 м. и подстилаемых плотными, грунтами сваи любого типа и колонны – оболочки диаметром до 2…3 м. можно использовать либо длинные сваи большого сечения, забиваемые в плотный грунт, либо висячие относительно короткие сваи при специальной подготовке основания. При достаточно большой мощности слоя слабых илистых грунтов (больше 30 м.) при строительстве оградительных сооружений свайного типа наиболее целесообразно использовать последний вариант.

Стоимость сооружений свайной конструкции значительно меньше стоимости гравитационных сооружений. Таким образом, оградительные сооружения свайной конструкции могут применяться при меньшей высоте волны по сравнению с сооружениями гравитационного типа и соответствующих инженерно – геологических условиях.

Сооружения откосного профиля могут с успехом применяться в любых гидрологических и инженерно – геологических условиях. Ограничениями служат только их высокая стоимость при небольших глубинах и невозможность получения местного камня необходимой крупности (монолитов).

В последнее время сооружения этого типа получают преимущественное распространение, причем в подавляющем большинстве случаев для покрытия откосов применяют бетонные фигурные блоки. При использовании внутренней стороны оградительных сооружений откосного типа для швартовки судов приходиться возводить отдельно причальные конструкции и устраивать по гребню сооружения дорогу для проезда транспорта.

Сооружения смешанного типа. Поскольку гравитационные сооружения вертикального профиля не могут применяться на сжимаемых грунтах при глубине воды больше 20…28 м., а сооружения откосного профиля в этих условиях будут слишком дорогими, то в практике портостроения получили распространение сооружения смешанного типа.

В связи с увеличением осадок судов оградительные сооружения, вынося не большие глубины; в этих условиях сооружения смешанного типа становятся весьма перспективными.

В строительстве на водохранилищах оградительных сооружений смешанного типа насухо они могут быть конкурентоспособными с сооружениями откосного тела с грунтовым ядром, возводимыми методом гидромеханизации при значительной глубине воды.

Окончательно тип сооружений выбирают на основании технико – экономического сравнения вариантов.

Сооружения специальных типов. Эти сооружения предназначены для постоянной и временной защиты акватории и отдельных объектов (технических плавсредств, морских буровых вышек, ворот порта и др.).

Оградительные сооружения откосного профиля.

Типы оградительных сооружений. Взаимодействие волн с волноломами откосного профиля коренным образом отличаются от взаимодействия с вертикальными стенками. Здесь почти отсутствует ограждение волн и волновой энергии от сооружения, а, следовательно, не образуется стоячих волн с повышенными размывающими донными скоростями. Разрушение волн на откосе происходит с высокой интенсивностью волнового давления, однако, их действие, как правило. Не угрожает потере устойчивости всего сооружения; здесь достаточно обеспечить устойчивость отдельных его элементов (камней или массивных блоков), прикрывающих откосы. Все это способствовало широкому распространению волноломов откосного профиля в практике морового портового строительства. Масштабы их возведения особенно возросли с появлением фасонных блоков.

Откосные волноломы могут быть из несортированного и сортированного камня, с покрытием из массивовой наброски и кладки, из массивной наброски, песчаные дамбы и т.д.

Наброску из несортированного камня применяют при минимальных глубинах и слабом волнении (рис.).

Устойчивость откосов каменно – набросных сооружений зависит от силы волнения, крупности и массы камня, его формы и крутизны откоса.

Наброска из сортированного камня имеет более крутые откосы, устойчивые при более сильном волнении, так как здесь в зонах с более интенсивным волновым воздействием укладывается более крупный камень. Существуют три разновидности этих сооружений.

Наброска с покрытием представляет собой ядро из мелкого камня, отсыпанное почти полным профилем и прикрытое по откосам и на гребне одним – тремя слоями более крупного камня. Одно из таких сооружений дано на рис. здесь выделены три характерные части: 1) ядро из мелкого камня, 2) промежуточный слой из более крупного материала, служащий в зоне активного воздействия обратным фильтром, 3) защищенный слой с камнем наибольшей крупности.

Послойная наброска (см. рис.) состоит из нескольких слоев по высоте: нижний (ядро) – отсыпают без всякой защиты из карьерной мелочи или даже намывают грунтом до глубины, равной 2,5 – 3,0 высотам волны, средний – отсыпают из камня средней крупности до глубины порядка 0,75 строительной высоты, верхний – возводят из камня максимальной крупности до отметки гребня сооружения (из расчета шторма максимальной силы, ожидаемого в период срока службы сооружения).

Слабое место схемы – высокая пористость наброски, снижающая качества сооружения. Данная наброска не имеет тех недостатков, которые характерны для наброски с покрытием.

Комбинированная наброска представляет собой сооружение, в котором послойная структура внутри и в тыловой части сочетается с упрощенным покрытием в виде утолщенного наклонного защитного слоя со стороны моря. Преимущества наброски: более высокий относительный объем мелкой факции камня и меньшая средняя пористость, более низкая сложность и трудоемкость защитных и промежуточных слоев.

Каменно – набросные волноломы с покрытием из массивовой кладки (рис.) отличаются от наброски с каменным покрытием крупностью элементов покрытия. Применяют их при сильном волнении, когда естественные глыбы массой свыше 15 т. добывать трудно и дорого. Наиболее распространенными являются блоки массой 40 – 60 т. поскольку крупность массивов может быть любой (в пределах грузоподъемности имеющихся кранов), этими сооружениями можно гасить волнение любой силы. Однако, имея гладкие грани, массивы правильной формы трудно удерживаются на прикрываемом каменном откосе. Для предотвращения сползания массивов в нижней части защитного слоя возводят мощную упорную берму из массивовой кладки на развитой каменной упорной призме (рис.). для надежной защиты откоса от прямых ударов волн иногда требуется по два слоя массивовых и белее. Однако столь плотная преграда вызывает при откатывании волны мощное гидродинамическое противодавление снизу, для противодействия которому кладку дополнительно пригружают сверху. Гладкая поверхность откоса способствует беспрепятственному сильному вкатыванию волны на сооружение, что в свою очередь требует соответствующего возвышения гребня над спокойным горизонтом, иногда с возведением на нем тяжелого парапета. Сооружение становится громоздким и дорогостоящим.

Покрытие из массивовой наброски повышает ее волногасящую способность и поэтому используется гораздо чаще. Однако для надежности крепления необходимо, по меньшей мере, двухслойное покрытие с промежуточным слоем из крупного камня мощной упорной призмой (рис.).

Волнолом из массивовой наброски, расположенный на каменной постели, широко был распространен как в нашей стране, так и за рубежом. Это было связано с тем, что добыча крупных скальных глыб и их транспортировка к месту укладки порой весьма затруднительны или невозможны. Максимально высокая пористость массивовой наброски (42 – 48%), снижающая волногасящий эффект и повышающая способность пропускать наносы – существенный недостаток этого типа сооружения.

Общим недостатком откосных сооружений с использованием обыкновенных массивов правильной формы является отсутствие взаимной связи между отдельными массивами, раскатываемыми сильным волнением. При волнении высотой свыше 8 м. потребная масса устойчивых на откосе массивов становится чрезмерно большой или необходимое для устойчивости заложение откоса – чрезмерно поглотим. Для устранения или смягчения этого и других недостатков в построении в 60 – х годах перешли на использование массивов неправильной формы – фасонные массивы.

Сооружения фасонных массивов (блоков) благодаря взаимному зацеплению, обеспечивающему их надежную устойчивость на откосе при сравнительно малой массе, в последнее время уверенно вытесняют откосное сооружение с применением обычных массивов, несмотря на сложность изготовления блоков. Как наброска, так и кладка из фасонных массивов обладают высокой проницаемостью, уменьшающей высоту наката и противодавление волн, однако не снижающей сопротивление его пор из – за сложной геометрической формы блоков сохраняется высоким. Эти сооружения отличаются более крупными откосами, меньшей шириной и высотой (рис.).

Основные типы фасонных блоков. Геометрические характеристики некоторых блоков, используемых в оградительных сооружениях, приведены на рис.

Тетрапод – четырехлучевой центрально – симметричный фасонный блок – самый распространенный в мировой и отечественной практике. В защитном покрытии тетрапод укладывают, как правило, двумя слоями: в первом (нижнем) слое тремя конусами он опирается на прикрываемую поверхность, во втором (верхнем) слое, наоборот, вставляется в образовавшиеся зазоры одним конусом вниз. При таком расположении достигается наибольшая плотность, зацепляемость и устойчивость.

Квадрипод – четырехлучевой осесимметричный блок, отличается от тетрапода тем, что оси трех конусов из четырех расположены в одной плоскости. Центр тяжести расположен ниже, чем у тетрапода, однако зацепляемость с каменно – набросной поверхностью хуже, чем у последнего. Укладывают его, как и тетрапод, двумя слоями.

Гексапод – шестилучевой центрально – симметричный блок, отличается большой зацепляемостью, однако центр тяжести находится сравнительно высоко. Благодаря наличию шести лучей его можно использовать как в двухслойном, так и в однослойном покрытии.

Трибар – три параллельных цилиндра, объединенных своими центрами осесимметричной трехлучевой цилиндрической вставкой. Обладает особо высокой зацепляемостью с каменно – набросным сооружением и шероховатостью волногасящего слоя. Для устранения или смягчения этого и других недостатков в портостроении в 60 – х годах перешли на использование массивов неправильной формы – фасонные массивы.

Сооружения из фасонных массивов (блоков) благодаря взаимному зацеплению, обеспечивающему их надежную устойчивость на откосе при сравнительно малой массе, в последнее время уверенно вытесняет откосное сооружение с применением обычных массивов, несмотря на сложность изготовления блоков. Как наброска, так и кладка из фасонных массивов обладают высокой проницаемостью, уменьшающей высоту наката и противодавление волн, однако не снижающей волногасящую способность волнолома, так как гидравлическое сопротивление его пор из – за сложной геометрической формы блоков сохраняется высоким. Эти сооружения отличаются более крутыми откосами, меньшей шириной и высотой (рис.).

Оградительные сооружения вертикального профиля.

Основные элементы волноломов вертикального профиля. Гравитационные оградительные сооружения вертикального типа в общем случае состоят из подводной стенки, надстройки и каменной постели.

Подводная стенка представляет собой главную наиболее ответственную волногасящую часть сооружения, воспринимающую на себя основную долю волновых нагрузок. Конструктивно она может быть выполнена самым разнообразным путем: из бетонных массивов, массивов – гигантов, ряжей, оболочек большого диаметра, свайного типа и т.д.

Надстройка, выполняемая чаще всего в виде сплошной конструкции из монолитного, сборно – монолитного бетона или железобетона, прикрывает собой отдельные элементы (массивы) подводной части волнолома, обеспечивая их взаимосвязь и устойчивость, или же предохраняет от размыва материал заполнения (камень, гравий, песок) в ячейках массивов – гигантов, ряжей, оболочек и т.д. Находясь над водой не во взвешенном состоянии, она оказывает существенное влияние на устойчивость всего сооружения. Состоит надстройка, как правило, из двух элементов: горизонтальной плиты толщиной 1,5 – 2 м. и более, и вертикального или наклонного парапета (рис.) а – с вертикальной лицевой гранью; б – с криволинейной лицевой гранью; в – с железобетонным козырьком – парапетом; г – неполного профиля; е – с дополнительным волногасителем; 1 – парапет, 2 – горизонтальная плита.

При использовании тыловой стороны волнолома в качестве причального сооружения толщина плиты определятся отметкой причала, а плиту оборудуют соответствующими швартовными и отбойными устройствами, патернами для прокладки инженерных сетей и т.д. Из условий незаливаемости отметку верха плиты назначают несколько выше отметки гребня волн на акватории порта.

Парапет в простейшем случае представляет собой плоскую вертикальную стенку прямоугольной или ступенчатой формы. При недопустимости перелива воды через парапет отметку его верхней грани назначают на 0,5 м. выше отметки гребня расчетной волны. При недопустимости переплескивания волн (наличие причала с тыловой стороны и т.д.) лицевой грани парапета придают криволинейную форму, способствующую отражению всплесков в сторону моря. Иногда, вместо массивной бетонной конструкции парапет выполняют в виде тонкостенного железобетонного козырька. Если перелив воды через волнолом допускается, он может быть возведен не на всю высоту или вообще отсутствовать. Если парапет сместить от лицевой грани сооружения, то удар волны на подводную и надводную части волнолома произойдет не одновременно, что приведет к уменьшению волнового воздействия.

Каменную постель в гравитационных оградительных сооружений (рис.) устраивают, как правило, при любых грунтах. При скальных грунтах постель служит в основном для выравнивания поверхности дна и имеет минимальную толщину 0,5 м., а в случае использования мешков с бетоном – 0,25м. При плотных нескальных грунтах постель служит для распределения давления и уменьшения его интенсивности по поверхности грунта основания. Толщину постели в этом случае назначают на менее 1,5 – 2,5 м., причем нижний слой предотвращения вымыва частиц грунта из – под постели. Они надежны в эксплуатации, долговечны, просты в использовании и возведении. Однако высокая чувствительность к неравномерным осадкам, большие расходы бетона, длительность и низкие темпы работ в открытом море, потребность в больших объемах дорогостоящих водолазных работ и другие недостатки являются серьезными сдерживающими факторами в применении обыкновенных массивов

При слабых грунтах свойство постели распределять давление и уменьшат его интенсивность может оказаться недостаточным для обеспечении необходимой прочности и устойчивости основания. В этом случае принимают дополнительные меры – постель можно возводить с заменой слабого (илистого) грунта по всей его толщине под постелью более прочным материалом, например песком. При значительной толщине напластований замену слабого грунта производят лишь в верхней его части. Песочная прослойка в этом случае как бы поддерживает сооружение «на плаву» в илистом грунте (плавающая постель). Иногда вместо замены слабого грунта под постелью производят искусственное уплотнение – консолидацию.

Консолидацию грунтов производят с помощью песчаных свай – дрен (рис.), погружаемых с помощью обсадной трубы, заполненной крупнозернистым песком, и вибропогружателя. После погружения трубы на нужную глубину ее поднимают вверх, оставляя в грунте сваю – дрену, через которую из илистого грунта отжимается вода, – таким образом, уплотняется грунт.

Оградительные сооружения из бетонных массивов. Длительная практика использования сооружений этого типа выработала целый ряд их разновидностей.

Сооружения из обыкновенных массивов, имеющих форму параллелепипеда массой до 100 т., уложенных горизонтальными рядами (курсами) со смещением (перевязкой) зазоров (швов) между ними для монолитности кладки (по аналогии с кирпичной кладкой), являются одним из наиболее широко распространенных в этом классе сооружений в отечественной и мировой практике (рис.).

Оградительные сооружения из массивов – гигантов. Массивы – гиганты представляют собой тонкостенные, как правило, железобетонные ящики (понтоны) с достаточной плавучестью и остойчивостью на воде, изготовленные на берегу, буксируемые на плаву и погружаемые с помощью затопления водой через кингстоны на место установки на заранее подготовленное основание и затопляемые затем материалом, обеспечивающим ему достаточную устойчивость при действии на него штормового волнения (рис. а, б). Сооружения из массивов – гигантов отличаются между собой профилем поперечного сечения, материалом засыпки и некоторыми другими признаками.

Профиль массива – гиганта имеет существенное значение при решении вопросов строительства оградительных сооружений этого типа. Прямоугольная форма ящика является простейшей и наиболее рациональной и экономичной, позволяя применять при возведении недорогую скользящую опалубку. Трапецеидальная форма более сложна при возведении, однако, обеспечивает большую устойчивость сооружения. Прямоугольный профиль с днищевой консолью (консолями) проще в изготовлении по сравнению с трапецеидальным и более устойчив по сравнению с прямоугольным ящиком и поэтому является наиболее предпочтительным. Длину ящика принимают 20 – 25 м., но не более утроенной высоты.

Для придания массиву – гиганту большей жесткости внутри ящика устраивают продольные и поперечные переборки, делящие понтон на ряд отсеков (ячеек) размерами 3 х 4 – 4 х 5 м. толщину плит у переборок определяю расчетом, у наружных стенок она составляет 25 – 75 см., днища – 40 – 90 см. (в отдельных случаях и более), внутренних переборок 10 – 25 см. между смежными ящиками при возведении составляют зазор 15 – 20 см., обеспечивающий возможные неравномерные осадки и наклоны ящиков без взаимного соприкосновения. Зазоры заполняют стыками различных конструкций для непроницаемости от волновых потоков жидкости.

Затопление отсеков массива – гиганта может быть самым разнообразным. Песчаное, песчано-гравелистое или гравелистое заполнение наиболее дешевое и с минимальной трудоемкостью выполнимое. Однако в случае повреждения в наружной стенки ящика может возникнуть угроза утечки материала заполнения в море. каменное заполнение может быть вымыто из ящика лишь при очень крупных повреждениях наружных стенок, однако оно значительно дороже песчаного. Бетонное заполнение вообще не может быть «вымыто» волнением, однако оно максимально дорого и трудоемко и не позволяет в случае необходимости освободить отсеки от затопления для передвижки ящика при ремонтно-восстановительных работах. Комбинированное затопление – бетонное в крайних отсеках, песчаное или песчано – гравелистое в средних является безопасным с точки зрения намыва заполнителя и значительно дешевле бетонного. При подводном бетонировании отсеков необходимо добиваться надежного сцепления бетона заполнения с железобетонными стенками ящика.

Облегченные типы оградительных сооружений.

Волноломы с пониженным коэффициентом отражения (проницаемые и полупроницаемые) вертикального профиля уже успешно используются в практике портового строительства. В качестве примеров рассмотрим свайный щелевой и гравитационный перфорированные волноломы.

Щелевые оградительные сооружения. Лабораторные исследования оградительных сооружений в виде свайного ряда показали, что суммарное волновое давление на волнолом, состоящий из плотно примкнутых цилиндрических свай – оболочек, резко падает, если между оболочками оставлять зазоры (щели) размером 1/20 – 1/30 от диаметра, тогда как волногасящий эффект при этом снижается незначительно. Указанное обстоятельство заметно расширяет пределы использования этой простейшей схемы волнолома. Волнолом представляет собой ряж нагруженных на глубину 33 м. металлических оболочек диаметром 2 м. с зазором 10 – 15 см. сверху волнолом объединен монолитным железобетонным шапочным брусом шириной 3 м., толщиной 1,5 м. Для усилия волнолома на каждые 15 оболочек возведен дополнительная контрфорсная оболочка, объединенная с основным шапочным брусом. Головная секция представляет собой три сваи, погруженные треугольником в плане.

Перфорированный волнолом представляет собой сооружение длиной около 300м. из массивов – гигантов (высотой 16,7 м., шириной 18,3 м. и длиной 33,5 м.), передние секции которого (камеры гашения) не имеют твердого заполнителя, а лицевая грань выполнена с отверстиями диаметром 0,9 м., как бы «впитывающими» через себя массы взволнованной жидкости. В результате ослабляется отражение волн от сооружения и уменьшается волновое давление; часть волновой энергии, проникшей через отверстия перфорации определенных секций, рассеивается, дополнительно снижая волновое давление. Успешное использование этого сооружения подтверждает рациональность такой схемы. Расчеты показывают, что применение камеры гашения в гравитационных сооружениях позволяет снизить степень отражения примерно вдвое по сравнению со сплошной стенкой, а волновые нагрузки и массу конструкции на 15 – 20%.

Особенности проектирования проницаемых и полупроницаемых сооружений заключается в следующем. Волновые нагрузки определяют введением понижающих коэффициентов к нагрузкам на сплошную стенку, находящуюся в тех же условиях. Аналогично определяют донные скорости. Понижающие коэффициенты находят с помощью модельных экспериментов. При выборе гидравлических сопротивлений лицевой стенки камеры может быть достигнута почти нулевая степень отражения; понижающие коэффициенты к нагрузкам в этом случае будут порядка 0,6.

Сквозные оградительные сооружения. Кинетическая энергия волнового колебательного движения частиц жидкости, концентрируясь в верхних слоях воды, быстро убывает с глубиной. Подсчитано, например, что на глубоководье в слое воды толщиной 0,1 λ концентрируется около 72%, а в слое толщиной 0,3 λ – около 98% всей волновой энергии. Следовательно, при значительных глубинах, небольших невысоких крутых волнах волногасящая часть волнолома может перекрывать верхний слой, в котором концентрируется волновая энергия. Конструктивно они различаются на несколько типов (рис.).

Коробчатый (ящичный) волнолом, действующий по принципу отражения волн, представляет собой понтон, установленный на сквозные опоры с заглублением, достаточным для гашения волн. На рис. изображен волнолом такого типа, возведенный в 1932 г. и успешно работающий в условиях.

h = 1 м.; λ = 12 м.

Решетчатый волнолом имеет волногасящую часть в виде пространственной конструкции, производящей рассеивание волновой энергии. Размеры и конфигурация решетки зависят от волновых характеристик.

Особенности проектирования сквозных сооружений следующие. Удовлетворительное гашение волн сквозным волноломом происходит при углублении его на передней грани под спокойный уровень воды на t = (2 – 3) h и возвышении над этим уровнем на s = h без учета высоты парапета z, которую определяют из условий не переливания волн через сооружение. Придание передней грани уклона в сторону акватории может повысить волногасящую способность сооружения, однако это усложняет его конструкцию.

Экранный волнолом, как и коробчатый, действует по принципу отражения волновой энергии. Его волногасящий эффект в сквозном варианте зависит от заглубления. В морских условиях при значительных высотах и длинах волн и небольшой глубине заглубление, необходимое для удовлетворительной работы волнолома, может приближаться к глубине, и в этом случае волнолом из сквозного превращается в сплошное сооружение. На рис. показан свайный экранный волнолом – причал (экран достигает дна), возведенный для гашения волн высотой 4,8 м., периодом до 10 с., где мощный слой ила, залегающий на от глубины II до 24 – 40 м., делает нецелесообразным строительство обычного гравитационного сооружения.

Плавучий волнолом обычно жесткого понтонного типа обладает более низким волногасящим эффектом по сравнению со сквозным стационарным волноломом аналогичной конструкции и чрезмерно большими рывками усилиями в якорных креплениях и межсекционных соединениях в связи с раскачиванием понтонов. Для смягчения рывков и уменьшения усилий в креплениях этим сооружениям стали придавать сквозную форму или обеспечивать избыточную плавучесть, создавшую постоянное напряжение якорных закреплений. Сегодня известно несколько разновидностей этих сооружений.

Щелевой плавучий волнолом представляет собой ряд шарнирно соединенных между собой плавающих понтонов сквозной формы, расположенных вдоль ограждения.

Решетчатый плавучий волнолом конструкции, изображенной на рис. Пять секций этого волнолома по 73,2 м. длиной и 94,5 м. шириной, установленные на глубине 12,5 – 16,2 м., успешно гасили волнение высотой 3 м. периодом до 8,5 с.

Плавучий волнолом эластичной конструкции представляет собой колоколообразную в поперечном сечении эластичную оболочку с поперечными диафрагмами (рис.) надводная часть оболочки заполняется при монтаже с некоторым избыточным давлением, достаточным для поддержания на плаву самой оболочки и накатывающихся на нее волн. Возможные потери (утечки) в процессе эксплуатации волнолома компенсируются подачей сжатого воздуха через питательный шланг или трубку от расположенного на берегу небольшого компрессора. Волнолом удерживается с помощью тросов или цепей. Во время штиля сооружение имеет симметричную форму. Во время шторма симметрия резко нарушается. Мористая сторона оболочки принимает форму податливого, легко деформируемого откоса. Волна накатывается на образовавшийся откос и разрушается на нем. Лабораторные исследования показали, что в условиях равной эффективности волногашения усилия в якорных закреплениях в эластичном волноломе заметно ниже, чем в «жестких» сооружениях (межсекционные соединения в эластичных сооружениях отсутствуют).

Эластичные волнолом из синтетических резин, армированный нейлоном, с разрывной прочностью до 300 кПа можно рекомендовать для гашения волн длиной до 40 м. при глубине воды 20 м. и более. С уменьшением глубины волнозащитное действие волнолома уменьшается, а усилия в его элементах растут.

Пневматический волнолом. Волноломом (рис.) состоит из воздухонагнетающей установки, ресивера, подводящего (магистрального) воздуховода и рабочей трубы. Воздухонагнетающая установка подает сжатый воздух в находящуюся на глубине рабочую часть волнолома, и вытесняют его в виде большого количества небольших пузырьков через равномерно расположенные вдоль всей линии ограждения отверстия или клапаны в жидкую среду. Поднимаясь сплошной завесой, пузырьки увлекают за собой окружающие массы воды. В результате создается вертикальный поток водовоздушной смеси, образующей на свободной поверхности небольшое местное возвышение (бурун), в обе стороны, от которого расходятся поверхностные потоки воды. Снизу к рабочей часть волнолома устремляются компенсационные токи воды. Волны, приближаясь к зоне волнолома, вступают во взаимодействие с этими элементами и частично или полностью гасятся. Пневматический волнолом может быть осуществлен как в стационарном (для постоянной защиты), так и в передвижном (для временного использования) вариантах. В первом случае воздухонагнетающая установка возводится капитально на берегу или расположенном поблизости гидротехническим сооружении, во втором – машинную часть размещают на борту судна или же на сухопутном транспорте.

Пневматический волнолом может беспрепятственно пропускать суда сквозь образуемую им воздушную завесу. Масса рабочей части волнолома небольшая, иногда даже отрицательная. Сооружение отличается простой конструкцией, возможностью быстрого монтажа и демонтажа. Строительная стоимость рабочей части незначительна, почти не зависит от глубины ее погружения, обладает высокой неуязвимостью от разрушительного воздействия морской стихии. Однако, разрушая сравнительно легко короткие волны (Х = 20 – 25 м.), волнолом требует значительно большего количества воздуха для гашения средних по длине волн (^ = 30 – 40 м.) и практически бессилен против более длинных волн (^ = 50 м. и более). Волнение поступательго характера (прибойная волна) также почти не поддается гашению волн сжатым воздухом.

Гидравлический волнолом, принцип действия которого основан на возможности поверхностного течения самостоятельно, гасить волны, показан на рис.

Основными элементами гидравлического волнолома являются рабочий трубопровод, магистральный подводящий трубопровод, опоры и насосная станция. Рабочий трубопровод имеет трубу диаметром 200 – 300 мм. с отверстиями, расположенными по ее длине (а = 150 – 300 мм.). Истечение воды из отверстий должно быть в горизонтальном направлении через насадки особой формы, обеспечивающие компактность струй. С этой целью рекомендуется принимать конические сходящиеся насадки с конусностью 6 – 10⁰ и полной длиной 6 – 10 калибров. Наилучшим является расположение насадок на уровне спокойной поверхности воды. Однако можно допустить и небольшое возвышение над этой поверхностью. Рабочий трубопровод соединен отдельными штуцерами с магистральным (питательным) трубопроводом. При небольшой длине ограждения (до 200 – 300 м.) вода может подаваться к волнолому с торца рабочего трубопровода. В этом случае последний является продолжением магистрального трубопровода.

1. переходный мостик; 3. соединительные (питающие) трубы; 4. рабочий трубопровод; 5. гидравлические насадки; 6. свайные опоры.

Берегоукрепительные сооружения.

Причины разрушений морских берегов и сооружений заключаются главным образом в воздействии на них ветровых, судовых, сейсмических волн, течений, наводнений, изменении режима прибрежных грунтовых вод и т.д.

Ветровое (штормовое) волнение и сопровождающие его ветроволновые течения являются главными из названных причин. На отмелях песчаных берегах твердые частицы приходят по действием штормовых волн во взвешенное состояние и перемещаются течением вдоль берега или в сторону моря, что приводит к оголению твердых пород берега, его подмыву и разрушению. Крутые скальные берега разрушаются под непосредственным гидродинамическим воздействием волн.

Судовые (корабельные) волны представляют самостоятельную опасность в тех случаях, когда они превышают своим размерам ветровые волны (например, на защищенных акваториях, реках, каналах и т.д.).

Сейсмические волны (цунами) воздействуют на океанические побережья и требуют защитных мер и сооружений.

Течения обладают значительной транспортирующей способностью и угрожают выносом частиц грунта, слагающих прибрежную зону, с последующим размывом берегов, подмывом сооружений и т.п.

Наводнения, происходящие от резкого увеличения расхода воды в руслах рек, ветрового нагона воды в морях и реках, могут вызвать соответствующий подъем уровня воды и привести к затоплению территории и расположенных на ней объектов.

Разрушение берегов может происходить и в результате хозяйственной деятельности человека – вывоз прибрежных песчано – гравелистых отложений для строительных нужд, регулирование стока рек, впадающих в море и питающих берег твердым стоком, возведение береговых сооружений, нарушающих естественный режим миграции наносов, и т.д.

Способы защиты морских берегов и сооружений осуществляются по нескольким схемам.

Пассивная защита предусматривает гашение энергии волн и течений непосредственным восприятием гидродинамических нагрузок и воздействий берегозащитными сооружениями.

Активная защита состоит в накоплении в зоне защиты с целью создания или сохранения (консервации) наносов, увеличения защитной пляжевой полосы на которой происходит разрушение штормовых волн.

Комбинированная схема защиты включает в себя одновременное действие активного и пассивного способов защиты.

Типы берегоукрепительных сооружений определяются в основном способами защиты и подразделяются на продольные и поперечные сооружения пассивной и активной защиты, либо комбинированные системы.

Продольные сооружения пассивной защиты гасят энергию волн в результате их обрушения и вкатывания потоков воды на откосную поверхность или же благодаря их разбиванию и отбрасыванию в сторону моря плоской или криволинейной берегозащитной стенкой.

Укрепления откосов имеют угол заложения, близкий к углу естественного откоса грунтов, слагающих береговые напластования, и не испытывают распорного давления. Они являются простейшими сооружениями.

Откосные берегозащитные сооружения, имеющие более крутое заложение откосов, испытывают, кроме гидродинамического давления прибойных волн и воздействия вкатывающих потоков со стороны моря, еще и распорное давление грунта со стороны берега. Поверхность этих сооружений может быть плоской, ломаной, ступенчатой, криволинейной, смешанной, гладкой или искусственно шероховатой для ускорения и усиления процесса гашения волн. Откосные крепления и сооружения полностью передают волновое давление на прикрываемый ими грунтовый массив.

Вертикальные берегозащитные стенки в отличие от откосных сооружений противопоставляют силе волнового давления свою массу (гравитационные сооружения) либо силу защемления конструкций в грунтах основания (свайные сооружения).

Береговые барьеры, располагаясь в непосредственной близости от продольных берегозащитных сооружений и воспринимая на себя главный удар штормовых волн, ослабляют их дальнейшее ударное и абразивное воздействие на основное берегоукрепительное сооружение, заметно облегчая и снижая строительную стоимость сооружений.

Надводные волноломы полного профиля располагают на некотором расстоянии от берегозащитного сооружения, они полностью или почти полностью гасят волны на отдаленных подступах к берегу. Являясь весьма дорогостоящими сооружениями, надводные волноломы могут выполнять побочные функции берегозащиты, например ограждение соответствующих морских акваторий от ветрового волнения.

Продольные сооружения активной защиты служат для создания консервации пляжной полосы благодаря наносам, перемещающимся в поперечном урезу воды направлении. Они являются и волногасящими сооружениями.

Подводные наносоулавливающие волноломы неполного профиля являются главными представителями этого типа сооружений. Их наносоудерживающие свойства в большей степени зависят от глубины дна отметки гребня сооружения и его расстояния от берега.

Береговые барьеры, если они отнесены на некоторое увеличенное расстояние от берегозащитных сооружений, могут также превратиться в сооружения активной защиты, улавливая и сохраняя наносы. Поперечные наносоудерживающие сооружения активной защиты создают и сохраняют пляжную полосу благодаря остановке и замедлению вдоль берегового потока наносов; возводятся в виде бун, шпор, траверс.

Буны и шпоры являются самостоятельными наносоудерживающими сооружениями. Эффективность их действия зависит главным образом от степени перекрытия поперечного сечения потока наносов сооружением.

Траверсы используют в комбинации с продольными сооружениями активной защиты – подводными волноломами. Они конструктивно легче и проще бун.

Комбинированные системы берегозащитных сооружений могут состоять из сочетаний активной защиты – подводные волноломы и траверсы, а также активной и пассивной – буны и волноотбойные стенки; подводные волноломы и волноотбойные стенки; волноломы, траверсы, стенки и т.д.

Устройство берегоукрепительных сооружений.

Волноотбойные стенки. Отличаются такие стенки по функциям и условиям работы в зависимости от их расположения на защищенных (портовых) акваториях или на открытых побережьях.

Портовые вертикальные стенки. Помимо берегозащиты, часто служат и причалами для отстоя мелких судов. Работая в условиях сравнительно небольшого волнения (h = 1,0 – 1,5 м.), они относительно просты

по устройству.

Гравитационные стенки выполняют, как правило, из кладки бутобетонных массивов с каменной призмой и щебеночным контрфильтром (рис.), шпунтовые стенки – в виде заанкеренного больверка (рис.). Общим недостатком этих сооружений является их свойство отражать волны, что приводит к образованию толчеи на акватории порта.

а – портовая гравитационная из бетонных массивов; б – то же, шпунтовая с разгрузочной тыловой призмой; в – внепортовая без пляжа (бермы); г – то же, с пляжевой зоной; 1 – массивы; 2 – крепление откоса булыжником; 3 – анкерная тяга; 4 – шпунтовая стенка.

Внепортовые волноотбойные стенки работают в условиях штормового волнения открытых участков побережья. Они значительно сложнее и разнообразнее по устройству. С целью смягчения волновых ударов и снижения высоты всплесков, а также для отбрасывания массивов воды от защищаемого берега или сооружения лицевой грани стенок часто придается сложное криволинейное очертание, вырабатываемое в результате предварительных лабораторных исследований и изучения опыта эксплуатации существующих сооружений. Стенки подвергаются интенсивному истирающему воздействию песка и гравия во время штормового волнения, поэтому их лицевые грани покрывают соответствующей антиабразионной облицовкой. Интенсивность волнового воздействия в значительной степени зависит от наличия или отсутствия перед сооружением пляжевой полосы, бермы или другой защитной зоны.

Стенки без пляжа (бермы) подвергаются особенно сильным волновым ударам, сопровождающимся высокими всплесками, большими размывающими скоростями и интенсивным стирающим воздействием твердых частиц. Возводят их при небольших волнениях. Для защиты от подмыва повышения устойчивости бермы либо заглубляют в грунт, либо опирают на мощный упорный массив, либо снабжают зубом (рис.).

Стенки с пляжевой зоной (рис.) испытывают значительно меньшее воздействие волн, гасящих часть своей кинетической энергии и защитной пляжевой зоне. При достаточной ширине пляжа такие стенки испытывают воздействие волн лишь при сильных штормах.

Стенки с защитной бермой возводят при отсутствии пляжевой зоны. Берма ослабляет удар волны о стенку, однако не уменьшает истирающего действия твердых частиц, так как скорость и сила волнового потока в этих условиях могут заметно возрасти.

Стенка с береговым барьером испытывает смягченные удары волн и ослабленное воздействие потока. Конструктивно береговой барьер обычно выполняют в виде массивовой наброски.

Все типы волноотбойных стенок испытывают, помимо волновых нагрузок и воздействий распорное давление грунта со стороны берега.

Откосные берегозащитные сооружения и укрепления отличаются между собой, прежде всего конструкцией защитного слоя (одежды) откоса, выполняемой из камня, бетонных плит или массивов, различного рода синтетических материалов и т.п.

Каменно – набросанные откосные сооружения наиболее просты по устройству. На защитных портовых акваториях (1 ^ 1,0 – 1,5 м.) они представляют собой выровненную наклонную либо ступенчатую двухслойную (верхний слой из камня массой 0,75 – 100 кг., нижний – 30 кг.) каменную наброску толщиной порядка 1 м., подстилаемую контрфильтром из щебня или гравия (рис.) на открытых побережьях масса камня, количество слоев и толщина наброски могут заметно возрасти.

Облицовка откосов одиночным или двойным булыжным, клинкерным или брусчатым (притесанные камни) мощением по гравийно-щебеночной подготовке (рис.) более сложна в изготовлении. Выполняют ее плоской, ломаной и криволинейных очертаний поперечного сечения. В связи с большой трудоемкостью в настоящее время облицовку применяют редко.

Покрытия откосов отличаются многообразием вариантов конструктивных решений (рис.): сборные бетонные или плоские железобетонные или ступенчатые плиты, асфальтобетонные покрытия, защитные покрытия из каменной выкладки с заполнением зазоров раствором, фасонные блоки и т.д. для повышения волногасящих качеств покрытия его поверхность часто выполняют с искусственной шероховатостью в форме отдельных выступов, ступеней и т. п.

Массивовая кладка также находит достаточно широкое распространение в откосных берегоукрепительных сооружениях, как из массивов правильной формы, так и фасонных блоков. Располагают ее, как правило, на каменной призме с гравийно – щебеночным контрфильтром; может образовывать как плоскую, так и ступенчатую формы откоса.

Массивовая наброска, как правило, двухслойная, требует большей толщины защитного слоя, однако, имея большую пористость и в случае фасонных блоков повышенную зацепляемость и не реагируя на неравномерные осадки, является весьма надежным сооружением с высокими волногасящими качествами. Расход бетона на единицу длины сооружения из массивовой наброски удается заметно снизить, а подготовку над наброской существенным образом упростить и удешевить при использовании специальных фасонных блоков (рис.).

Комбинированные откосные сооружения состоят из отдельных частей рассмотренных выше конструкций. Сравнительно сложная технология возведения этих сооружений иногда оправдывается общими окончательными показателями технико – экономической целесообразности их строительства.

Буны, шпоры, траверсы. Эффективность наносоудерживающего действия бун зависит, прежде всего, от профиля (контура) сооружения.

Профиль буны на берегах с галечными наносами должен перекрывать своими контурами профиль равновесия устойчивого образования наносного материала, откладывающегося всегда с наветренной (верховой) стороны буны. Такое сооружение называется буной полного профиля (рис.). Если контур буны не перекрывает профиль равновесия пляжа по высоте (низкая буча) или длине (короткая буна), то такой пляж не сохраняется, наносной материал угоняется через сечение, не перекрываемое буной. В условиях песчаного берега наносы откладываются не только с наветренной (верховой) стороны буны, но главным образом в зонах с пониженными скоростями вдоль береговых течений с подветренной (низовой) ее стороны. По своему устройству буны могут быть гравитационными, свайными и комбинированными.

Гравитационные буны и шпоры могут быть в поперечном сечении откосного профиля: каменно – набросные, из массивовой наброски (из обычных или фасонных блоков), из местных материалов; вертикального профиля: из массивовой крупноблочной кладки (правильной или фасонной формы), из массивов – гигантов и т.п.

Свайные буны могут быть простейший однорядкой конструкции – из деревянных либо железобетонных свай или металлических труб и т.п.; двухрядной – с заполнением из песка, гравия, щебня, камня; сложной сборной свайно – стеночной – с пролетными перекрытиями из железобетонных брусьев, щитов и других элементов; комбинированными – гравитационные и свайные.

Подводные берегоукрепительные волноломы задерживают и сохраняют в пространстве между волноломом и берегом наносный материал, забсываемый штормовым волнением со стороны моря на огражденную защищенную акваторию.

Подводные волноломы: а – из бетонных массивов с переднее наклонной гранью (обычный гравитационный); б – зафиксированный колоннами – оболочками; в – двухкурсовый (двухъярусный); г – облегченной конструкции; 1 – берменные массивы; 2 – сваи.

Эффективность действия волнолома в большей степени зависит от отметки его гребня. При надводном положении гребня наносный материал перебрасывается через гребень с малой интенсивностью. При слишком низком заложении гребня возможен угон ранее отложившегося пляжевого материала, особенно песка. В строительной практике чаще всего встречаются гравитационные и набросные подводные волноломы.

Комбинированное сооружение бун с волноломами называют траверсами.

Гравитационные сооружения могут быть нескольких типов. Кладки из массивов массой до 100 т. с передней наклонной гранью является наиболее распространенной в отечественной практике конструкцией (рис.) на плотных коренных породах массивы могут устанавливать непосредственно на дно, предварительно выровненное водолазами. При размываемых грунтах они располагаются на постели из камня массой до 100 кг. С галечно – щебеночным контрфильтром толщиной соответственного порядка 1 и 0,5 м.

Берма сооружения в случае необходимости погружается берменными массивами или плитами. Для увеличения устойчивости массивы иногда фиксируют сваями (рис.). При значительных глубинах кладка может быть двухъярусной (рис.). Тонкостенные железобетонные конструкции (рис.) применяют реже.

Набросные подводные волноломы, встречающиеся чаще в зарубежной практике, состоят, как правило, из каменного ядра, покрытого массивами, фасонными блоками или плитами.