Портовые гидротехнические сооружения. Научная электронная библиотека Описание характеристика причалов причальных сооружений отличия

15.02.2024 | Микробиология

Строительство деревянных мостков и причалов всегда организуется с целью обеспечения удобного и безопасного доступа людей к воде. С течением времени к способам возведения данных надводных сооружений, добавляются новые технологии, основанные на применении современных строительных материалов. Сейчас можно выбирать, построить деревянный причал на свайном фундаменте, который прослужит не один год, или возвести за пару дней понтонную конструкцию для сезонного использования. На выбор конструкции причала и способа ее возведения оказывают влияние особенности грунта в прибрежной зоне водоема, рельеф береговой линии, скорость течения реки, а также нагрузки, создаваемые в весенний период таящим ледовым панцирем. Габариты сооружения зависят от его назначения и интенсивности эксплуатации.

Пристани и причалы можно использовать для купания и загорания, швартовки маломерных судов (весельных и моторных лодок, катамаранов, водных мотоциклов, катеров), романтического отдыха на воде в беседках, установленных прямо на деревянном настиле.

Участок берега водоема, оборудованный специальными приспособлениями для швартовки маломерных судов, а также их стоянки, ремонта и технического обслуживания, называют причалом. С точки зрения инженерного устройства данные сооружения подразделяются на следующие подвиды:

причальные стенки, возводящиеся вдоль берега водоема из габионов и железобетонных изделий;
понтонный причал, устраивающийся на плавучей платформе из пластиковых бочек, труб, специальных емкостей;
причал на деревянных или металлических винтовых сваях, вбитых или вкрученных в дно водоема;
пирс – причал, располагающийся перпендикулярно к береговой линии водного объекта.

Оформление спуска к водоему с помощью сооружения пристаней и причалов увеличивает привлекательность места отдыха и обеспечивает необходимый уровень безопасности

В русских деревнях, раскинувшихся по берегам полноводных рек, можно увидеть деревянные причалы для рыбацких лодок, построенных на свайном фундаменте. Ранее в качестве свай использовались твердые породы дерева. Чаще всего в ход шли лиственничные, дубовые или ольховые бревна. В настоящее время предпочтение больше отдается металлическим сваям, которые могут быть забивными и винтовыми. Данные виды свай отличаются друг от друга строением, а также способом установки.

Вариант #1 – забивные сваи

Забивные сваи изготавливают в виде стальных труб, снабженных заостренным наконечником. В грунт данные сваи забиваются копрами (сваебойными машинами). Подобный способ монтажа может негативно отразится на состоянии металла. Сваю может «повести» и даже скрутить спиралью. В случае такой деформации металла свая не дойдет слоя твердого грунта, а значит, не сможет быть полноценной опорой для сооружаемого причала. Не всегда спецтехника может подъехать к месту строительства причального сооружения. Поэтому при устройстве свайного фундамента своими руками используют винтовые сваи.

Вариант #2 – винтовые сваи

Винтовая свая, как и забивная, изготавливается из металлической трубы. Около ее нижнего конусообразного конца приваривается лопасть определенной конфигурации, а на другом конце – оголовок, необходимый для крепления основы будущего причала. Благодаря этой лопасти-винту свая легко вкручивается в донный грунт, при этом не приходится прикладывать слишком больших физических усилий. Во время плавного вращения винтовая свая равномерно входит в грунт. Риск деформации стенок трубы при этом минимален. Длина винтовых свай может достигать 11 м. При необходимости труба может наращиваться или, наоборот, обрезаться.

Монтаж деревянного причала сложной формы в зимнее время существенно упрощает ведение работ. По льду можно легко добраться до любого места строительства

Чем большую нагрузку должна выдерживать свая, тем больше должен быть диаметр ее ствола. При этом имеет значение и толщина ее стенок.

Правила монтажных работ

Перед началом монтажных работ необходимо рассчитать точное количество свай, подобрать нужный диаметр с учетом нагрузки. Вычислить минимальное расстояние между соседними сваями, при котором материал ростверка не будет провисать. Длина свай подбирается исходя из типа грунта и глубины его промерзания в данной местности.

После завинчивания винтовой сваи на определенную глубину в полость ее ствола заливают бетон (марка М300 и выше). Этот прием увеличивает несущую способность опорного элемента. При монтаже свайного фундамента в зимнее время в бетонный раствор добавляют специальные присадки. Кстати, установку свай для причала предпочтительнее проводить зимой. На льду гораздо удобнее и дешевле проводить работы, чем в воде. Если грунт неоднороден по структуре, то сваи устанавливают на различную глубину, после чего выравнивают по заданному уровню.

Схематичное изображение деревянного причала, построенного на свайном фундаменте. Длина винтовых свай определяется методом пробного бурения, во время которого можно узнать глубину залегания твердых слоев грунта

Винтовые сваи подходят для многоразового использования. Их можно вкручивать, а при необходимости демонтажа надводной конструкции – выкручивать. Правда, при этом заливать бетоном ствол сваи не рекомендуется. Прослужить винтовые сваи могут несколько десятилетий, особенно, если их поверхность обработана специальным химическим составом. Это значит, что причал, возведенный на свайном фундаменте, можно будет эксплуатировать в течение длительного времени.

Отдельно стоящие сваи объединяют в единую конструкцию с помощью швеллера, приваренного к их оголовкам. Иногда в качестве связующего звена используется брус. Все сварочные швы нуждаются в обработке специальной составом, изготовленным на основе эпоксидной смолы, эмали или краски. Данное покрытие защищает швы, находящиеся во влажной среде, от коррозии.

На грунтах из скальных пород монтаж свайного фундамента произвести невозможно. В этом случае рассматриваются иные варианты устройства причалов и пирсов.

В качестве материалов, используемых для укладки настилов на причалах и пирсах, применяется водостойкая древесина ценных пород (лиственница, акация, ипе, кумару, гарапа, бангирай, массарандуба, мербау). Каждый сорт дорогостоящей древесины обладает своим неповторимым цветом и особенной текстурой. Удешевить строительство можно за счет использования современных водоотталкивающих полимерных и древесно-полимерных материалов, на основе которых изготавливаются специальные палубные и террасные доски. Эти материалы идеально подходят для строительства надводных сооружений, так как:

не поддаются процессу гниения и разложения от воздействия влажности и атмосферных осадков;
не подвержены деформации, потому что не усыхают, не разбухают, не выгибаются и не перекашиваются, не коробятся и не растрескиваются (в отличие от многих сортов натуральной древесины);
способны без потерь декоративных качеств переносить значительные перепады температур, воздействие ультрафиолетового излучения;
обладают высокой стойкостью к истиранию;
выдерживают большие ударные нагрузки;
имеет нескользящую рифленую поверхность, позволяющую безопасно передвигаться по причалу во время или после дождя.

Полимерная палубная доска, используемая для монтажа настилов на причалах и пирсах, не нуждается в защите лаками и маслами, что значительно упрощает уход за ее поверхностью.

Монтаж деревянного настила на жесткий каркас, закрепленный на свайном фундаменте. Обработка досок защитными составами, предохраняющими их от преждевременного износа

Монтаж деревянного настила проводят путем использования технологии скрытого крепежа. При отделке готового причала устанавливают перильные ограждения, спуски в воду, а также швартовые кранцы и другие приспособления, необходимые для эксплуатации маломерных судов.

Пример сборки простейшего понтонного причала

Для построения небольшого причала понтонного типа приобретают деревянный брус, строганные доски, гвозди, саморезы, металлические уголки, 200-литровые бочки и веревки для их закрепления. Квадратный каркас конструкции собирают из бруса сечением 100 на 50 мм на берегу. Длина стороны квадрата равна 2,5 метра. Рама усиливается по углам с помощью деревянных брусков, устанавливаемых дополнительно. Углы рамной конструкции должны быть прямыми (90 градусов).

Конструкция, собранная из деревянного бруса и герметичных бочек, является примером простейшего причала понтонного типа, обеспечивающего подход к водоему

Плавучесть причала обеспечивается четырьмя 200-литровыми бочками, используемыми ранее для хранения нефтепродуктов. Бочки должны быть абсолютно герметичными. Для обеспечения этого требования вокруг пробок наносят герметик или силикон, предотвращающий попадание вовнутрь емкостей воды. Для лучшего крепления бочек к рамной конструкции используйте дополнительные бруски (50 на 50 мм), которые прикрепите к основному каркасу с помощью металлических уголков. В данных брусках сверлят отверстия, через которые протягивают веревки для надежного закрепления бочек, расположенных по обеим сторонам каркаса, параллельно друг другу.

Перевернутая рама, готовая к спуску на воду, переносится в водоем без настила, который утяжелит ее вес в несколько раз

Затем деревянную раму прямоугольной формы переворачивают, при этом бочки оказываются снизу сооружения. В таком положении конструкция устанавливается в водоеме около берега. Для ее крепления используется якорная система. Можно также привязать конструкцию к свае, ввинченной в грунт на берегу водоема, или столбу, вкопанному в землю и забетонированному. На последнем этапе прибивается к каркасу настил из строганных досок. Также сооружается небольшой мостик, обеспечивающий доступ к причалу с берега водоема.

Окончательный вид понтонного причала, используемого в летний период. С наступлением холодов надводное сооружение разбирается и убирается на хранение до следующего сезона

Еще один вариант устройства мостков

Из грузовых автошин, отработавших свой срок, сооружают столбы. Для этого резиновые покрышки связывают друг с другом тросами или прочными веревками. Затем связанные шины закатывают в воду и устанавливают на дно водоема. Импровизированные столбики должны торчать из воды. Устойчивость столбов в воде обеспечивается с помощью речных булыжников, закидываемых внутрь покрышек. Затем на сооруженные столбы устанавливают деревянные мостки.

Что делать, если ваш причал уплыл?

Простые надводные сооружения владелец участка, выходящего к реке или озеру, может построить своими силами. Пирсы, уходящие на несколько метров от берега вглубь водоема, должны возводить компании, располагающие компетентными специалистами и профессиональным оборудованием. Если сэкономить на проектировании и строительстве причала, пригласив сомнительные фирмы для выполнения работ, то можно «потерять» надводное сооружение. Оно просто уплывет от берега.

Назначение и классификация причальных сооружений

Причальные сооружения предназначены для надежной швартовки судов при перегрузочных работах, при бункеровке, снабжении, ремонте.

Причальные сооружения классифицируются по следующим признакам:

Расположение в плане.

Набережные - сооружения, которые на всем своем протяжении примыкают к берегу.

Пирсы – причальные сооружения, расположенные под углом к берегу и имеющие двусторонний доступ для судов.

Рейдовые причалы – причальные сооружения, устраиваемые на открытых и закрытых акваториях на значительном удалении от берега и предназначенные для швартовки, как правило, крупнотоннажных судов.

Плавучие причалы – причальные сооружения, не имеющие стационарного основания и выполняемые в виде понтонов различной конструкции. Применяют их при значительных колебаниях уровня воды в водоеме, недостаточной для подхода судов глубины у стационарных причалов, а также при небольших грузооборотах. Плавучие причалы можно успешно применять для погрузки и разгрузки лихтеров.

Расположение в плане причальных сооружений

1 – береговая линия; 2 – пирс; 3 – набережная; 4 – акватория; 5 – рейдовый стационарный причал; 6 – плавучий причал

Конструктивные признаки.

Классификация причальных сооружений по конструктивным признакам

а – гравитационные; б – типа тонкой стенки (больверки); в – с высоким свайным ростверком; г – смешанные, на специальном основании.

Гравитационные (а) – причальные сооружения, устойчивость которых на сдвиг и опрокидывание обеспечивается их собственной массой.

Больверк (б) – сооружение в виде сплошной стенки из металлического шпунта, свай-оболочек, и т.д., сверху обычно имеется надстройка из бруса. Больверк может иметь анкерное устройство или не иметь. Устойчивость сооружения типа “больверк” обеспечивается сопротивлением грунта, расположенного перед стенкой и анкерной опорой. При отсутствии анкерной опоры устойчивость стенки достигается защемлением ее основания в грунте.

Причальные сооружения с высоким свайным ростверком (в) – сооружения на свайном основании, у которых плита ростверка находится выше уровня воды. Устойчивость свайных сооружений обеспечивается защемлением свай в грунте.

Сооружения смешанного типа, на специальных основаниях (г) – сооружения, в состав которых входят ряд элементов, характерных для нескольких конструкций причальных сооружений.
Материал причального сооружения.

По материалам причальные сооружения классифицируются на: деревянные, металлические, бетонные, железобетонные и смешанные. Наибольшее распространение имеют бетонные и железобетонные причальные сооружения. В последние годы в связи со значительным ростом водоизмещения судов и необходимостью строительства глубоководных причалов (глубина до 20-25 м и более) в мировой практике получают распространение набережные и пирсы с использованием металла – стальных труб диаметром 1 – 3 м, мощного шпунта и т.п.
Срок службы.

По срокам службы причальные сооружения подразделяются на постоянные и временные. Постоянные сооружения рассчитаны на длительный период эксплуатации, т.е. обычно до физического или морального износа. Временные сооружения предназначены для кратковременного периода эксплуатации, например на период строительства или ремонта основного сооружения.
Класс капитальности.

В зависимости от размеров действующих нагрузок и последствий от нарушения нормальной работы причальные сооружения подразделяются на классы капитальности. Причальные сооружения высотой более 25 м относятся к 1 классу капитальности, высотой 20 – 25 м - ко 11 классу капитальности, менее 20 м - к 111 классу капитальности.

Род перерабатываемого груза.

Учитывая конструктивные особенности причалов для обслуживания нефтетанкеров, рудовозов и др. подобных судов, эти причалы иногда выделяют в группу специализированных, которые обычно представляют собой узкие пирсы или рейдовые причалы.

Гравитационные причальные сооружения

Гравитационные причальные сооружения состоят из трех основных частей:

Искусственное основание (постель) выполняется из наброски камня и устраивается для выравнивания поверхности грунтового основания, уменьшения поверхностной нагрузки на него, передаваемой от сооружения, а также для защиты сооружения от подмыва волнением, течением и от воздействия работы винтов.
Подводная часть сооружения устраивается различными методами (из кладки массивов, ряжевые конструкции, массивы-гиганты и т.д.).
Надстройка – возводится, как правило, насухо, конструктивно может быть выполнена более легкой, а иногда из материалов, используемых для подводной части сооружения.

Гравитационные причальные сооружения можно возводить на любых грунтах, в том числе и на слабых грунтах, специально закрепленных для восприятия расчетных нагрузок, что вызывает дополнительные затраты.

Некоторые типы этих сооружений успешно эксплуатируются в тяжелых гидрометеорологических условиях, в частности ледовых, и в агрессивной морской среде. Гравитационные причальные сооружения в зависимости от конструкции можно применять практически при любых глубинах, необходимых для эксплуатации современных крупнотоннажных судов.
Причальные сооружения из кладки массивов.

Выполняются из правильной кладки массивов массой 25-100 т, которые укладываются горизонтальными рядами – курсами с перевязкой швов. Наибольшее распространение получили набережные трапецеидального профиля из правильной массивной кладки. (пять рядов бетонных массивов массой по 30-50 т каждый). Основанием является каменная постель, выравниваемая водолазами или подводными планировщиками.

С тыловой стороны стенки для уменьшения горизонтального усилия засыпают каменную призму с фильтром из гравия для предотвращения вымывания песчаной засыпки через швы массивной кладки.
Рациональный профиль сооружений из кладки массивов массой около 100 т был предложен Союзморниипроектом, В нем были разработаны типовые проекты набережных для глубин 4,5 – 11,5 м. Благодаря ступенчатой форме кладки достигается более равномерное распределение поверхностной нагрузки у основания при обеспечении устойчивости сооружения в целом.

Н

абережная трапециидальной формы

Набережная конструкции Союзморниипроект
Набережная инженера Равье выполнена из трех курсов массивов по 45 т каждый. Массивы снабжены гребнями и пазами, увеличивающими их устойчивость на сдвиг один относительно другого. Массивы верхнего курса имеют двутавровую форму, остальные тавровую.

Набережная Равье

Пустотелые массивы изготавливаются для уменьшения массы сооружения и заполняются песком. Поверх песка для предотвращения его вымывания через швы между массивами был насыпан слой гравия толщиной 25 см. Масса массивов двух нижних курсов (с заполнителем) составляет около 50 т, верхнего курса 60 т.

Набережная из пустотелых массивов в порту Клайпеда

Причальные сооружения ряжевой конструкции.

Изготавливаются из дерева, сравнительно широко применялись в северных районах. В настоящее время практически не применяются. Ряжевые причальные сооружения целесообразно применять при наличии на месте строительства леса, местного камня, пригодного для гидротехнического строительства, и если в воде отсутствуют древоточцы. Дерево под водой сохраняется долго, а в зоне переменного горизонта устраивают бетонную надстройку.

При строительстве ряжевых сооружений не требуется дорогостоящего оборудования, дефицитных материалов, можно ограничиться грубым выравниванием постели. В причальных сооружениях из ряжей глубина у кордона, как правило, не превышает 10 м. Максимальная высота ряжей зависит от прочности древесины и не может превышать 17 м.

В практике портового строительства делались попытки создания ряжевых набережных из железобетонных элементов, однако распространения они не получили из-за высокой трудоемкости монтажных работ.

Причальные сооружения из массивов – гигантов.

М

ассивы-гиганты для набережных изготавливают в виде тонкостенных плавучих ящиков, которые буксируют на место, затапливают и затем заполняют песком или камнем. Массивы-гиганты могут быть в поперечном разрезе симметричной или несимметричной формы. Устанавливаются на глубинах 25 м и более. Из-за высокой стоимости сооружения из массивов-гигантов целесообразно лишь при большом объеме работ.

Сборные уголковые набережные.

По виду эти сооружения различаются:

С внешней анкеровкой . На заранее выровненную водолазами каменную постель плавучим краном устанавливаются фундаментные плиты 1. Затем собирают лицевые плиты 2, а также тыловые анкерные плиты 4, закрепляющие лицевые при помощи анкерных тяг 3. С лицевой стороны причала подвешивают отбойное устройство из резиновых труб для амортизации ударных усилий, возникающих при подходе судов к причалу. По окончании сборки засыпают песок до проектной отметки.
С внутренней анкеровкой . Отличаются от стенок с внешней анкеровкой тем, что в данном случае анкерные тяги 3 крепят непосредственно к фундаментным плитам 1. Благодаря этому значительно сокращаются длины анкерных тяг и отпадает необходимость в тыловых опорных плитах.

Недостаток этих обоих сооружений – довольно сложная технология подводного монтажа анкерных тяг.

Уголковые стенки

а – с внешней анкеровкой; б – с внутренней анкеровкой; в - контрфорсная
Набережные из оболочек большого диаметра.

Оболочки диаметром от 5 до 19 м, Масса 76 т. с толщиной стенок 0,15 м. При помощи плавкрана устанавливают вплотную одна к другой. Щели между оболочками заделывают подводным бетоном. Для возможности использования крана при монтаже иногда оболочки разрезают по высоте на кольца.

Конструкции свайных набережных в виде тонких стенок (больверков)

В прошлом тонкостенные причалы, строившиеся из деревянных свай, служили для приема мелкосидящих судов. В дальнейшем в связи с внедрением железобетона и проката длинных металлических шпунтовых свай большое распространение в портовом строении получили тонкие стенки из железобетона и металла.

Широкое применение стального шпунта в морском гидротехническом строительстве началось у нас в основном в послевоенное время. Опыт строительства показал, что применяя стальной шпунт, можно в короткие сроки с наименьшими затратами труда возводить причальные сооружения, удовлетворяющие современным требованиям. Больверки в ряде случаев оказываются и в экономическом отношении целесообразнее других конструкций.
Н

абережные из металлического шпунта и железобетонных элементов
а, б – больверки из металлического шпунта; в – ячеистые конструкции; г,д,е – больверки из железобетонных элементов
На рисунке а) показан больверк из металлического шпунта с одноярусной анкеровкой, возведенной в 1955 г. в одном из отечественных портов. Учитывая значительную свободную высоту, шпунт анкеруют металлическими тягами к тыловому анкерному ряду, выполненному из обрезков шпунта. При отсутствии обрезков анкерный ряд заменяют железобетонными плитами.

Коррозия шпунтов в подводной зоне значительно меньше, чем в зоне переменных уровней, поэтому для обеспечения защиты в верхней части устроена шапочная балка из сборных железобетонных плит-оболочек. При небольшой высоте стенки анкеровка больверка не требуется. Однако подобные конструкции в причальных сооружениях встречаются редко.

В больверках с анкером весьма ответственным узлом являются анкерные устройства, сохранность и правильная работа которых во многом определяют долговечность сооружения. Поэтому предусматривается их защита специальным антикоррозийным составом, а для равномерного натяжения тяг, расположенных через 1,5-4 м, применяются специальные муфты – талрепы.

Следует отметить, что в тонкостенных конструкциях под воздействием бокового давления засыпки (распора), усиленного эксплуатационными нагрузками (от веса складируемого груза, подвижного состава, перегрузочных машин и т.д.), образуются значительные изгибающие моменты. Для уменьшения изгибающих моментов используется двухъярусная анкеровка шпунтовых стенок (рис. б). При небольших глубинах иногда применяют ячеистые конструкции (рис. в). Из плоских шпунтовых свай образуют отдельно замкнутые ячейки, заполняемые грунтом.

Недостаток металлических больверков – значительный расход стали длинномерного проката. Поэтому сталь часто заменяют железобетоном, требующим значительно меньшего расхода металла и обладающим к тому же повышенной коррозийной стойкостью. Применение свай из обычного железобетона в глубоководных больверках нецелесообразно из-за его малой трещиностойкости.

С внедрением предварительно напряженного железобетона в портовом строении появились новые возможности широкого применения

больверков рациональной конструкции. В этом отношении заслуживает внимания разработанный в 1957 г. в Ленморниипроекте типовой проект больверка из плоского железобетонного предварительно напряженного шпунта (рис. г).

При больших высотах стенок обычно целесообразно переходить от плоского шпунта к тавровому (рис. д) или сваям-оболочкам диаметром 1,2 – 1,6 м (рис. е).

В настоящее время считается рациональным возводить больверки из железобетона на глубинах до 13 м, а свыше 13 м - из мощных металлических свай.
Конструкции сквозных причальных сооружений
Отличительной особенностью сквозных причальных сооружений является отсутствие у них сплошной стенки в подводной части. Верхнее строение таких сооружений опирается на отдельно стоящие сваи или бычковые опоры, погружаемые в грунт на определенную глубину. В связи с отсутствием сплошной стенки сквозные причалы воспринимают меньше по сравнению с причальными сооружениями сплошной конструкции и обычно являются более легкими сооружениями.

Сквозные причальные сооружения в зависимости от расположения свай подразделяются на две группы:

Эстакады.

В эстакадах сваи размещают более или менее равномерно по всей длине, образуя так называемое свайное поле. Этот тип сооружения применяется наиболее часто.

Мостового типа .

В конструкциях мостового типа сваи забивают группами в виде отдельных бычковых опор, пространство между которыми перекрывается пролетным строением. Сами бычковые опоры могут иметь сквозную или сплошную конструкции.

Причальные сооружения классифицируются по назначению, расположению в плане, типу конструкций, материалу изготовления, способу строительства.

По назначению причалы специализируются в зависимости от рода перерабатываемых грузов, направления грузопотока, типа и характеристик швартующихся судов и других условий.

В зависимости от расположения в плане различают следующие виды причальных сооружений:

а) причальные набережные, которыми называют сооружения по всей своей длине, примыкающие к берегу;

б) пирсы - сооружения, выступающие в акваторию и расположенные под углом к береговой полосе;

в) эстакады - сооружения, вынесенные на акваторию и соединенные с берегом стационарными или плавучими мостками;

г) бычки и палы - отдельно стоящие опоры, располагаемые в русле, к которым швартуются плоты, секции плотов или суда в ожидании их обработки;

д) плавучие причалы.

При проектировании причальных сооружений береговых лесных складов применяются разные типы конструкций. В поперечном сечении причалы могут иметь вертикальную, откосную, полуоткосную и полувертикальную форму профилей (рис. 1.1).

Причальная набережная вертикального профиля (рис. 1.1, а) наиболее удобна для швартовки и стоянки судов и плотов. Однако при больших колебаниях уровней воды и значительной глубине акватории причал оказывается громоздким, что приводит к значительным затратам на его строительство и эксплуатацию.

При наличии устойчивых естественных береговых откосов причальные сооружения откосного профиля наиболее просты по конструкции и требуют наименьших капитальных затрат на их возведение. Недостаток причалов откосного профиля состоит в том, что они менее удобны для швартовки и стоянки судов и плотов, а при низком стоянии уровней воды для производства перегрузочных операций у них требуются краны с большим вылетом стрелы. При эксплуатации причалов откосного профиля удобство для швартовки и стоянки судов создают при помощи промежуточных плавучих причалов из понтонов, имеющих подвижную связь с береговым откосом (рис. 1.1, б).

Рис. 1.1. Схемы поперечных профилей:
а - вертикальная; б - откосная; в - полуоткосная; г - полувертикальная:
УВП - уровни весеннего половодья; УМВ - меженные уровни

Полуоткосные и полувертикальные причальные набережные по условиям эксплуатации занимают промежуточное положение по сравнению с причалами вертикальной и откосной формы (рис. 1.1, в, г).

По конструктивно-расчетным признакам причальные сооружения подразделяются на гравитационные, типа тонкой стенки (больверки),свайные (с высоким свайным ростверком) и смешанные, схемы которых приведены на рис. 1.2.

Гравитационные причальные сооружения (рис. 1.2, а) являются разновидностью подпорных стенок, устойчивость которых на сдвиг, опрокидывание и пр. обеспечивается их собственным весом. Гравитационные причальные сооружения громоздки, капитальные затраты на их возведение высокие, поэтому их обычно строят на плотных грунтах, на скальном, каменном и галечниковом основании, т.е. в тех случаях, когда грунты не допускают забивки свай, шпунта. К гравитационным относятся следующие типы причальных сооружения: ряжевые, из массивной кладки и из массивов - гигантов, уголковые набережные и сооружения из оболочек большого диаметра.

Рис. 1.2. Примеры конструкций причальных сооружений:
а - гравитационные; б - типа тонкой стенки (больверк);
в - свайные (с высоким свайным ростверком):
1 - железобетонные массивы; 2 - шпунтовая стенка; 3 - анкерная тяга;
4 - анкерная плита; 5 - сваи

Причальные сооружения типа тонкой стенки (больверки) возводятся из металлических, деревянных или железобетонных элементов различного поперечного сечения (прямоугольных, тавровых, двутавровых, кольцевых и др.). Больверк может быть заанкерованным, т.е. иметь анкерное устройство (рис. 1.2, б), при этом устойчивость стенки частично обеспечивается анкерной плитой. При отсутствии анкерного устройства устойчивость сооружения достигается защемлением стенки в грунте основания.

Свайные (сквозные) сооружения устраиваются на отдельных опорах (сваях). Свайные сооружения с высоким свайным ростверком представляют собой конструкцию, в которой верхняя часть свайного фунда- мента выполнена в виде плиты или балки, служащих для равномерной передачи нагрузки на сваи (рис. 1.2, в).

К причальным сооружения смешанного типа относятся такие, в состав которых входят элементы, характерные для нескольких типов причальных сооружений.

В зависимости от вида применяемых материалов причальные сооружения подразделяются на деревянные, металлические, бетонные, железобетонные и смешанные (из нескольких видов материалов).

В лесных портах и на береговых лесных складах для строительства причальных сооружений широко применялась древесина. Однако применение древесины для причальных сооружений может быть рекомендовано только для тех элементов, которые постоянно расположены ниже уровня воды, где исключено гниение древесины.

Для причальных сооружений береговых лесных складов рекомендуется преимущественное применение сборных железобетонных конструкций и причалов в виде сплошной тонкой стенки (больверки) из железобетонного или металлического шпунта. Опыт строительства и эксплуатации причалов из стального шпунта показал их эффективность и преимущества в экономическом плане по отношению к другим конструкциям.

При строительстве причальных набережных из сборных железобетонных элементов используют унифицированные железобетонные детали. Эти сооружения, предназначенные для строительства по типовым проектам на реках, озерах и водохранилищах причалов высотой от 4 до 15 метров, включают 6 основных типов конструкций, приведенных на рис. 1.3, а-е:

Из заанкерованного железобетонного шпунта (рис. 1.3, а);

Из незаанкерованного шпунта (1.3, б);

Уголкового профиля с анкеровкой за фундаментную плиту (1.3, в);

Уголкового профиля с анкеровкой за анкерную плиту (1.3, г);

Из массивов - гигантов с надстройкой (1. 3,д);

Козлового типа (1.3, е).

Перечисленные конструкции причальных сооружений имеют однотипные детали, обладают большой экономичностью и высоким коэффициентом сборности.

Причальная набережная из заанкерованного железобетонного шпунта (рис. 1.3, а) состоит из трех основных деталей: шпунта таврового сечения 5 из предварительно напряженного железобетона, железобетонных анкерных плит 3 и анкерных тяг 2 из круглой стали. В верхней части стенки устанавливается шапочный брус 1 из монолитного железобетона, на котором крепятся швартовые тумбы. При большой высоте причальной набережной (свыше 9,5 м) швартовые тумбы устанавливают в специально устроенных нишах, которые располагаются по высоте причала в 2-3 яруса. Между отдельными шпунтинами имеются металлические замки, препятствующие проникновению грунта через швы стенки. Анкерные тяги собираются из отдельных двух или трех звеньев, соединенных между собой с помощью натяжных муфт. Анкерные тяги прикрепляются к шпунту и к анкерным плитам при помощи шарниров, представляющих собой узлы из стальных пальцев, вставляемых в проушины тяг.

При строительстве причальных набережных небольшой высоты (до 5 м) применяются стенки из незаанкерованного железобетонного шпунта (рис. 1.3, б).

Причальные набережные уголкового профиля относятся к гравитационному типу сооружений. Благодаря простоте конструкции, надежности и высокой экономичности они получили большое распространение в отечественном портостроении.

Набережная стенка уголкового профиля с анкеровкой за фундаментную плиту (рис. 1.3, в) состоит их железобетонного вертикального элемента 6, высотой до 12 м, фундаментной плиты 8 шириной (по фронту) от 1,5 до 3 м и металлической анкерной тяги 2, соединенной с плитой посредством шарнира. Жесткость сооружения обеспечивается шапочной бетонной или железобетонной балкой 1, в которую заделываются арматурные выпуски из сборных элементов. Через каждые 20-25 м в шапочной балке 1 устраиваются температурно-осадочные швы, разделяющие стенку на секции. В каждой секции имеются тумбовые массивы с причальными тумбами.

Рис. 1.3. Типовые конструкции причальных сооружений:
а - из заанкерованного шпунта; б - из незаанкерованного шпунта; в - уголкового профиля с анкеровкой за фундаментную плиту; г - уголкового профиля с анкеровкой за анкерную плиту; д - из массивов гигантов с надстройкой; е - козлового типа;
1 - шапочный брус; 2 - анкер; 3 - анкерная плита; 4 - грунт засыпки; 5 - железобетонный шпунт; - вертикальный элемент; 7 - днище массива; 8 - фундаментная плита;
9 - каменная постель; 10 - основание; 11 - элемент надстройки; 12 - массив гигант;
13 - шапочная балка; 14 - ростверк; 15 - анкерная свая

Причальное сооружение уголкового профиля с креплением за анкерную плиту (рис. 1.3, г) имеет аналогичную конструкцию и отличается лишь типом крепления.

Причальные набережные из массивов-гигантов (рис. 1.3, д) собираются из железобетонных оболочек в форме прямоугольных параллелепипедов 12 длиной от 15 до 30 м, высотой от 4,5 до 6,5 м и шириной 6-8 м. К месту установки массивы-гиганты подводят на плаву, а затем постепенным заполнением секций водой их погружают на заранее подготовленную каменную постель, после чего отсеки заполняют
песчаным грунтом.

Конструкция причальной набережной козлового типа (рис. 1.3, е) представляет собой шпунтовую стенку 5, закрепленную к забитым с уклоном 1:3 сваям 15. Верхняя часть шпунта и свай омоноличены при помощи железобетонной шапочной балки.

Строительство причальных сооружений обычно ведут двумя способами: «насухо» и «в воду». Строительство «насухо» осуществляют на объектах, которые располагаются в средней и нижней частях водохранилищ до их накопления, а также при возведении конструкций за перемычкой. Строительство «в воду» производится на свободных участках рек и на водохранилищах после их наполнения.

Таблица 1.5

Условия применения

Конструкция причальной набережной
Из заанкерованного железобетонного* шпунта (рис. 1.3, а)	Для грунтов, допускающих погружение шпунта; высота сооружения от 4 до 11 м; преимущественно при строительстве «в воду»
Из незанкерованного шпунта (рис. 1.3, б)	Для грунтов, допускающих погружение шпунта; высота сооружения до 5 м; преимущественно при строительстве «в воду»
Уголкового профиля с анкеровкой за фундаментные или анкерные плиты (рис. 1.3, в, г)	При строительстве «насухо» для любых грунтов; высота сооружения от4 до 14 м
Из массивов-гигантов с надстройкой (рис. 1.3, д)	Для плотных грунтов основания и других грунтов, затрудняющих погружение шпунта; высота сооружения более 9 м; при строительстве «в воду»
Козлового типа (рис. 1.3, е)	Для грунтов, допускающих погружение шпунта; высота сооружения от 4 до 8 м; при строительстве «в воду» и при береговой полосе, затрудняющей установку анкерных опор

Примечание. * конструкция и условия применения причальных стенок из стального шпунта аналогичны железобетонным.

Контрольные вопросы:

1. Каким законом регулируются правила использования водных объектов?

2. Назовите классификацию гидротехнических сооружений?

3. Перечислите условия работы береговых лесных складов (портов) и ГТС?

4. Перечислите основные типы судов, их функции, характеристики и элементы?

5. Назовите классификацию причальных набережных и условия их применения?

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

C каждым годом всё более востребованными становятся причальные сооружения, которые возводятся по берегам рек, озёр, морей и водохранилищ, расположенных поблизости от крупных городов. Это связанно с тем, что всё больше людей предпочитают жить за городом и строят свои дома как можно ближе к воде. Основное следствие этой тенденции - появление большого количества водного транспорта и острая потребность в сооружении причальных сооружений для него.

Причальные сооружения существенно облегчают как хранение яхт, лодок и катеров, так и пользование ими. Но функциональные возможности причальных сооружений не ограничиваются только возможностью удобно «припарковать» яхту рядом с домом. Помимо этого, причальные сооружения используются, чтобы иметь возможность в специально созданных условиях осмотреть судно, а также провести его техническое обслуживание или ремонт. Строительство причальных сооружений - непростая задача. Перед строительством необходимо учесть множество факторов, а также выбрать подходящую к конкретным условиям конструкцию и материалы для изготовления причальных сооружений.

Причальная стенка в порту

Одной из самых распространённых конструкций для швартовки судов является причальная стенка. Причальная стенка широко используется во многих портах России и мира. Сооружается причальная стенка вдоль берега. Порт, обладающий причальной стенкой, позволяет безопасно швартовать суда и иметь к ним удобный доступ с суши.

Помимо своего прямого предназначения причальная стенка также выполняет функцию укрепления берега. Именно берегоукрепляющая функция позволяет говорить о таких причалах, как о надёжном сооружении, способном противостоять изменчивой водной стихии (течениям, приливам, отливам и штормам). В зависимости от порта причальная стенка может комплектоваться различным оборудованием. Если это грузовой порт, то на стенке сооружается погрузочное и разгрузочное оборудование. А пассажирский порт обустраивает причальную стенку таким образом, чтобы пассажиры имели возможность легко попасть на корабль и покинуть судно.

Портовое причальное сооружение для швартовки судов

Портовое причальное сооружение может иметь также специальное предназначение, например, для таможенного оформления товаров, перевозимых морским транспортом.

Также во многих портах причальное сооружение для швартовки судов комплектуется оборудованием для обеспечения безопасности и приспособлениями для обслуживания кораблей. К такому оборудованию, монтируемому на портовых причальных сооружениях, относятся: противопожарные приспособления, приспособления для заправки судов, ограждения, которые защищают людей от случайного падения в воду, сервисные колонки.

Нередки также случаи, когда обычные городские набережные комплектуются причальными сооружениями для швартовки судов. В данном случае они обычно используются для посадки и высадки пассажиров на небольшие суда, типа речных трамвайчиков и местных паромов.

Проектирование и строительство причальных сооружений и стенок

Проектирование причальных сооружений - обязательный этап, который предваряет любое строительство причальной стенки или пирса. На этом этапе производится обследование будущего места строительства, совместно с заказчиком выбирается конструкция и материал изготовления, учитываются рельефные, климатические и экономические факторы. В ходе проектирования причальных сооружений также производится разбивка работ на этапы и определение их примерной стоимости.

Помимо строительства причальных стенок, широко практикуется строительство причальных сооружений в форме пирса. В отличие от стенки, которая идёт вдоль берега, пирсы ориентированы перпендикулярно ему. Ключевым преимуществом строительства причальных сооружений в форме пирса является то, что суда можно ставить сразу с двух сторон. Как и строительство причальных стенок, строительство пирсов производится с целью создать удобную площадку для стоянки судов, их обслуживания и доступа к ним людей. Пирсы могут сооружаться на сваях и плавучих понтонах. Выбранная конструкция и материал влияют на цену и скорость строительства пирсовых причальных сооружений. Наряду с прямым предназначением пирсы также используются для прогулок и различных видов отдыха у воды.

Причальное оборудование и отбойные устройства причальных сооружений

Любой причал не может полноценно функционировать без специального причального оборудования. Помимо оборудования, определяющего специфику причала (грузовое, пассажирское, ремонтно-сервисное), также необходимо озаботиться о снаряжении причала универсальным причальным оборудованием, к которому относятся: канаты и утки для швартовки, отбойные устройства, привальный брус, швартовые «пальцы», сервисные колонки и прочие атрибуты любого причала.

Для того чтобы при швартовке суда не получали повреждений используются отбойные устройства причальных сооружений. С помощью отбойных устройств причальных сооружений удаётся избегать большинства повреждений, получаемых при контакте судна с твердыми элементами причалов и частями корпусов других судов. Особенно полезны подобные устройства во время непогоды, когда волнения воды не позволяют плавно подойти к причалу.

Речные причальные сооружения

Компания «Морской бриз», базирующаяся в Санкт-Петербурге, много лет присутствует на рынке по строительству морских и речных причальных сооружений. Благодаря колоссальному опыту сотрудников «Морского бриза», клиенты всегда получают именно те речные причальные сооружения, какие они хотят. Все строительные работы при этом производятся настолько качественно, что причалы многие годы функционируют без ремонта в самых сложных условиях эксплуатации.

Гравитационными называются сооружения, устойчивость которых на сдвиг и опрокидывание обеспечивается собственной массой самого сооружения и массой грунта засыпки, приходящегося на элементы конструкции.

Больверки образованы сплошным шпунтовым рядом и работают на устойчивость за счет защемления шпунта в грунте и анкерных устройств.

Сооружения с высоким свайным ростверком состоят из свайного основания (продольных и поперечных рядов свай) и верхнего строения (ростверка) из Ж/Б элементов. Их устойчивость обеспечивается за счет защемления свай в грунте.

Сооружения с низким свайным ростверком, т.е. сооружения в которых сваи не являются элементом основной конструкции причала, а служат только в качестве его основания, относятся к группе гравитационных сооружений.

По основному материалу причальные сооружения могут быть подразделены на:

1. Деревянные;

2. Бетонные;

3. Железобетонные;

4. Металлические;

5. Смешанные.

Данная классификация пояснения не требует.

При проектировании причальных сооружений приходится назначать следующие характерные

отметки (габаритные размеры по высоте):

1. Отметку кордона или верха причального сооружения;

2. Отметку дна у причала (глубина у причала);

3. Отметку верха подводной части сооружения. Кордон – наивысшая точка причального сооружения.

На определении отметок кордона и дна у причала мы подробно остановились в разделе

«Оградительные сооружения».

Отметка верха подводной части сооружения.

Причальные сооружения подразделяются на две части: А) подводная часть; Б) надводная часть.

Надводная часть возводится насухо и как бы омоноличивает все сооружение в единое целое. Надводная часть сооружается в целях наличия глубокой воды.

Обычно принимают, что верх подводной части должен возвышаться на 20-50 см. над строительным горизонтом.

За строительный горизонт в безливных морях принимается средний многолетний уровень (или средний уровень за 10 лет).

В приливных морях – средний приливный горизонт. В некоторых случаях, в приливных морях, где благодаря строгой регулярности изменения уровней, мы можем заранее предсказать изменение уровня с точностью до 5 – 10 см.

Строительный уровень в этом случае следует выбирать, исходя из длительности производства тех или иных операций,t” и графика колебаний уровня, выбирая при этом возможно более низкий горизонт. Конечно, в этом случае работа требует особой четкости и слаженности.

Силы и нагрузки, действующие на причальные сооружения.

Подразделяются:

1. Постоянные

2. Временные: - Длительно действующие;

- Кратковременно действующие;

Особые.

Собственный вес сооружения;

- вес грунта на сооружении;

- вес постоянного технологического оборудования;

- давление грунта.

К временным нагрузкам относятся: Длительные нагрузки:

- вес складируемых грузов;

- нагрузки от перегрузочных и транспортных средств;

- давление грунта от грузов и от перегрузочных и транспортных средств;

- давление воды при понижении уровня перед сооружением. Кратковременные нагрузки:

Давление воды;

Давление льда;

- нагрузки от судов;

- горизонтальные нагрузки от кранов;

- нагрузки в строительный период. Особые нагрузки:

- давление воды на сооружение при понижении уровня перед ним в условиях выхода из строя 50 % дренажа;

Сейсмические.

При расчете сооружений используют сочетания нагрузок.

Основное сочетание нагрузок – все постоянные, все длительные и одна (две) кратковременные. Особое сочетание нагрузок – основное сочетание плюс одна особая нагрузка.

Давление грунта

С основными положениями теории давления сыпучих тел и основными методами определения давления грунта на подпорные сооружения вы знакомы из курсов «строительной механики» и «механики грунтов». Поэтому здесь мы познакомимся лишь с методами построения эпюр давления грунта применительно к ряду основных конкретных схем сооружений встречающихся при проектировании причальных сооружений. Рассмотрим одну из типовых схем.

Грунт за подпорным сооружением рассматривается как сыпучая среда. Под влиянием собственного веса грунт стремится сползти и занять положение наклонной поверхности под

углом естественного откоса, оказывая распорное давление на сооружение.

В статическом состоянии в случае абсолютно жесткой конструкции стены и основания сыпучая среда оказывает на сооружение давление, которое называется давление покоя.

В момент сдвига стены грунт за стеной приходит в движение и сползает по некоторой поверхности ВС, которая называется поверхностью обрушения, а сползающий массив грунта АВСпризмой обрушения.

Давление, которое оказывает призма обрушения в момент ее сползания, называется активным давлением грунта на сооружение. При воздействии сооружения на грунт возникает его пассивное сопротивление.

Как известно, интенсивность давления грунта в любой точке по высоте равна весу столба грунта умноженному на коэффициент активного давления грунта (коэффициент бокового давления), т.е.

a h a , где

a tg 2 (45 / 2) - по методу Кулона

В причальных сооружениях даже однородный грунт за стеной имеет различные характеристики над и под водой. Изменяется объемный вес и может измениться угол внутреннего трения.

Все изменения характеристики грунта отражаются в эпюре активного давления. При изменении величины в эпюре в месте контакта различных слоев грунта появляется излом в сторону уменьшения

давления, если уменьшается, и в сторону увеличения, если увеличивается (прямая зависимость). При изменении величины в эпюре в месте контакта (раздела) возникает скачок в сторону

уменьшения давления, если увеличивается, и в сторону увеличения, если уменьшается (обратная зависимость).

Лекция №2 Нагрузка на причал от складируемых грузов. Морские порты.

Эксплуатационные нагрузки от грузов, складируемых на причале, принимают равномерно распределенными. В зависимости от рода грузов и назначения причалов эксплуатационные нагрузки разбиты на четыре категории:

О-с – для навалочных и насыпных грузов при складе, расположенном в непосредственной близости к причальной стенке; О-б – для навалочных и насыпных грузов при складе, расположенном вне зоны воздействия грузов на

причальное сооружение (склад в тылу); О-к – для контейнерных грузов;

О – для металлов, оборудования и других грузов при массе груза 10т и более; I – для тарно-штучных и лесных грузов;

II – для зерновых грузов и грузо-пассажирских операций;

III – для нефти, нефтепродуктов, химических, пищевых, наливных грузов и для причалов служебновспомогательного назначения.

Причал и примыкающая к причалу территория порта делятся на три зоны: прикордонную А+Б, переходную В и тыловую Г.

Прикордонная зона простирается от кордона причала до тыловой ночи крана плюс 2м. Протяженность переходной зоны равна 6м. Протяженность тыловой зоны не ограничивают.

Деление территории причала на зоны привязано к ширине колеи портального крана независимо от того, проектируется крановое оборудование причала или нет.

На каждую зону принимают определенную величину нагрузки, интенсивность которой зависит от типа грузов, складируемых на причале.

Величины эксплуатационных нагрузок (1т/м2 =1кПа)

от перегрузки и	Нагрузка от складируемых грузов, т/м2
транспортировки средств
		Прикордонная		Переходная
перегружа	транспорт
		А (0,5q1 )	Б(q1 )	В (q2 )	Г(q3 )

Для речных портов принимается нагрузка 4т/м2 если на причале есть кран и ж/д дорога и 2т/м2 если есть что-нибудь одно из них.

В морских портах крановая сосредоточенная нагрузка Рк заменяется эквивалентной qэ , распределенной на длину полушпалы (1,35м) подкранового пути. Учитывают крановую нагрузку qэ только от прикордонной ноги крана, принимая давление от тыловой ноги равным равномерно распределенному q1 (прикордонной зоны).

Давление грунта от складируемых грузов и перегрузочных средств. Влияние равномерно распределенной нагрузки.

, q2 , q3 , расположенная на призме обрушения АВС увеличивает вес призмы, а следовательно и величину активного давления грунта Е, потому что Е зависит от веса призмы обрушения. При этом интенсивность активного давления грунта от действия равномерно распределенной нагрузки определяется по формуле:

σ∙qi =qi ∙λa

Нагрузки от воздействия судов.

Нагрузки от воздействия судов на причальные сооружения в процессе их эксплуатации подразделяются на:

1. Нагрузки при стоянке судна

- от навала пришвартованного судна под действием ветра или течения, прижимающего судно к причалу;

- от натяжения швартовов под действием ветра или течения, отжимающего судно от причала (противоположно навалу).

2. Нагрузки при подходе судна к причалу

- от навала (удара) судна в момент контакта судна с сооружением и гашения им энергии движения судна при швартовке.

Нагрузки от ветрового навала, течения и волн.

1. Поперечная (перпендикулярная линии кордона) составляющая нагрузки от ветра на судно определяется по формуле:

Wq =73,6∙10-5 ∙Aq ∙Vq 2 ∙ζ , кН

Aq – боковая надводная площадь парусности, м2

Aq =(0,08÷0,13)∙ Lc 2

Lc – длина судна, м

Vq – поперечная составляющая скорость ветра, м/с (р=2%) ζ=f(Lc ) – коэффициент

Wn – значительно меньше Wq

2. Поперечная составляющая нагрузка от воздействия течения на судно определяется по формуле:

Qw =0,59∙Ae ∙Vt 2 , кН

Vt – поперечная составляющая скорости течения, м/с (р=2%)

3. Поперечная составляющая нагрузки от волн:

Q=æ∙γ1 ∙γB ∙h∙Ae


			Коэффициент

ds – осадка судна

1 f c - коэффициент

В – объемный вес воды

h – высота волны 5% обеспеченности

Ae – боковая подводная площадь парусности, м2

Полная величина поперечной горизонтальной составляющей давления судна от действия ветра Wq передается через отбойные устройства на причал не по всей длине судна Lc , а только по длине прямолинейной части длины корпуса судна (прямолинейной вставки lB ), то есть по длине контакта судна с причалом.

В зависимости от конструкции причала навал судна принимается в расчет в виде распределенной или сосредоточенной нагрузок. Рассмотрим характерные случаи.

Нагрузку от навала судна рассматриваем как распределенную по длине соприкосновения корпуса судна с причалом. Длина соприкосновения в этом судна в этом случае равна длина lB .

Интенсивность равномерно распределенной нагрузки от навала судна: p н 1.1 l В W q , кн / м

1,1 – коэффициент, учитывающий эксцентричность действия ветра (Wq ) по отношению к середине lВ lВ – длина цилиндрической прямолинейной вставки.

lВ ≈0,65 Lc – для всех судов кроме пассажирских, для которых lВ ≈0,5 Lc .

2. Длина причала L n меньше длины прямолинейной вставки l В (Ln

Интенсивность распределенной нагрузки:

p 1.1 W q , кн / м

н L n

3. Нагрузка от навала судна на отдельно стоящие палы.

При расчете пала на навал судна следует учитывать его упругую податливость, так как вся величина давления судна от действия ветра распределяется не на длину причала, а на = Величину силы от навала судна, приходящегося на один пал, определяют по формуле:

p п 1.3 W q , кн

н n n

1,3 – коэффициент неравномерности распределения нагрузок между палами nп – количество пал, приходящихся на прямолинейную вставку корпуса судна.

В общем виде при действии ветра, течения и волн в числителе всех формул необходимо подставлять не

Wq , а θtot :

θtot =Wq + θw +θ

Нагрузки от натяжения швартовов.

Швартовая нагрузка приложена к швартовным тумбам в виде сосредоточенных сил и направлена по швартовому тросу вверх в сторону от тумбы. Но в расчетах учитывается не величина швартовного усилия, действующего на тумбу через трос S, а его составляющие: Sq – поперечная (горизонтальная, нормальная к кордону), Sv – вертикальная и Sn – продольная (тангенциальная, действующая вдоль линии кордона на одну тумбу). Точка приложения S и его составляющих принимается на 0,3 – 0,4 м выше отметки поверхности кордона.

Поперечную (нормальную к кордону) составляющую швартовного усилия, действующую на одну тумбу Sq , определяется по формуле:

S q Q tot

θtot – суммарная поперечная нагрузка на судно от ветра и течения

θtot =Wq + θw

n – число работающих тумб; n=f(Lc ), равно 2, 4, 6, 8 через 20 – 30 м.

Полное швартовое усилие Sи его составляющие вертикальная Sv и продольная Sn легко определяется из треугольников:

α,β– углы наклона швартова, град α =30°; β =20° - судно в грузу, β =40° - судно порожнем (для морских портов).

Нагрузка от навала судна при подходе к причалу.

Нагрузка от навала судна обуславливается тем, что в момент контакта с причальным сооружением судно еще обладает некоторой непогашенной скоростью.

Величина нагрузки от навала судна зависит от величины энергии, которую имеет судно в момент контакта с сооружением, амортизирующих свойств отбойного устройства, упругих свойств сооружения

и упругих характеристик корпуса судна. Чем больше величина упругих свойств всей системы, тем большую величину энергии судна она может поглотить без остаточных деформаций сооружения и судна.

Определение фактической величины навала аналитическим методом сложно не только потому, что необходимо определить величину упругих деформаций всей системы, но и потому, что часть энергии движения судна (в момент контакта с причалом) затрачивается на перемещение массы воды, присоединенной к корпусу судна (присоединенной массы), поворот судна от внецентренности приложения нагрузки, крен судна и другие процессы сопутствующие навалу судна.

На основании обработки экспериментальных данных составлены различные графики и таблицы, по которым можно определить величину навала по вычисленному значению энергии навала судна на причальное сооружение.

Метод определения величины навала по графикам нашел широкое применение в проектировании

и введен с СНиП.

Величину (кинетической) энергии навала судна Eq при подходе к причалу, затрачиваемую на деформацию отбойных устройств, причального сооружения и корпус судна определяется по формуле:

D – водоизмещение судна в полном грузу, т

V- скорость подхода судна, направленная нормально к линии кордона, м/с

Vдопуск =0,08÷0,22м/с

ψ – коэффициент, учитывающий внецентренность приложения нагрузки от навала судна, влияние присоединенной массы воды и другие потери энергии при навале; ψ =0,5-0,65 в зависимости от конструкции причала.

Лекция № 3 Причальные сооружения гравитационного типа.

Причальные сооружения гравитационного типа являются наиболее капитальными и, пожалуй, наиболее долговечными сооружениями.

Примером классического причального сооружения гравитационного типа является набережная – стенка приведенная на рисунке.

Как видно из рисунка набережная стенка состоит в подводной части из кладки массивов, в надводной – из монолитной бетонной стенки. В продольном направлении стенка разрезана температурно-осадочными швами на секции длиной 25м. Стенка расположена на каменной постели. В связи с тем, что давление в каменной наброске распределяется под углом 45 , постель должна выходить за пределы сооружения минимум на толщину постели. Для лучшего выравнивания напряжений в основании стенки нижний курс массивов иногда делается выступающая вперед. Однако, этот выступ не должен выходить за вертикальную линию, проведенную через лицевую грань отбойных приспособлений, с тем чтобы он не мешал швартовке судов.

За стенкой произведена отсыпка каменной призмы, что делается для уменьшения активного давления грунта и предотвращения высачивания грунта через зазоры между массивами. Поверх призмы устраивается обратный фильтр толщиной не менее 0.7 м, который предохраняет призму от просачивания в нее песчаной засыпки. Просачивание засыпки ведет к просадке портовой территории.

Надводная часть выполнена в виде сплошной бетонной надстройки, застроенной на месте. Внутри надстройки устроена продольная галерея для промпроводок (электроснабжение,

водоснабжение и т.д.). Галерея через 10-20 м имеет выходы, устраиваемые в виде колодцев. К надстройке крепятся швартовные тумбы, устанавливаемые вдоль причала на расстоянии 20-25 м (обычно по одной тумбе на секцию).

В местах установки тумб надстройку обычно делают усиленного профиля, т.к. в этих местах на нее передаются значительные швартовные усилия. Усиленный профиль образует так называемый тумбовый массив.

Вдоль причальной линии обычно укладываются железнодорожные и подкрановые пути. Железнодорожные пути укладываются по балластному слою, расположенному на естественном

основании. Подкрановые пути в зависимости от условий могут располагаться как на естественном так и на искусственных основаниях.

Вдоль одного из подкрановых путей, для подачи энергии крановым механизмам устраивается троллейный канал.

Территория порта, примыкающая к причальному сооружению должна быть снабжена усовершенствованным покрытием (асфальт, бетон) и должен представлять из себя гладкую поверхность позволяющую транспортным и перегрузочным механизмам передвижение во всех направлениях. Железнодорожные и подкрановые рельсы должны быть втопленными.

Классификация причальных сооружений.

По конструктивным особенностям причальные сооружения гравитационного типа могут быть подразделены на следующие группы:

1. Сооружения из кладки бетонных массивов

Обыкновенных

Пустотелых

Фасонных

2. Сооружения из массивов-гигантов

3. Сооружения из ряжей (деревянных и Ж/Б)

4. Сооружения уголкового типа

Монолитные

- с внутренним анкером

- с внешним анкером

Контрфорсные

5. Сооружение из оболочек большого диаметра

6. Сооружения на отдельных опорах.

1. Сооружения из кладки бетонных массивов.

В практике мирового портостроения применялись набережные стенки следующих основных типов: трапецеидального профиля, опрокинутого профиля, «на ступе», из пустотелых массивов, системы Равье.

2. Сооружения из кладки обыкновенных массивов.

Пример стенки из правильной кладки обыкновенных массивов приведен ранее

(трапецеидального профиля). Подобные конструкции широко применялись начиная со второй половины 19 века (до этого применялись монолитные конструкции, возводимые за перемычками, в настоящее время почти не применяются). Вес применяемых массивов зависит от имеющегося кранового оборудования и принимался обычно равным 40-60 т.

Недостатком указанных набережных является большой объем бетона и значительная неравномерность напряжений в основании стенок, ведущая к неравномерности их осадок. Во избежание их наклона в сторону гавани при строительстве им придается обратный уклон. По окончании строительства и огрузки набережной в результате неравномерной осадки набережная выравнивалась и становилась вертикально.

Идея выравнивания напряжений и уменьшения распора засыпки нашла воплощение в массивной стенке облегченного профиля с разгружающей консолью, предложенной институтом

«Собзморниипроект». (типовые проекты глубин 13.0; 11.5; 9.75; 8.25; 7.25; 6.5; 4.5 м).

Каменную призму отсыпают так, чтобы через ее тело проходила плоскость обрушения, тогда она будет разгрузочной, уменьшающей величину активного давления. Действие каменной призмы на сооружение принимают от верха призмы до основания, но с учетом ограниченного простирания камня. В пределах контакта каменной призмы с тыловой гранью сооружения ординаты эпюры вычисляем в предположении бесконечного простирания камня, т.е. обычным способом, а затем определяют ординаты дополнительной эпюры от пригрузки камня грунтом, действующим на откос каменной призмы.

В приведенной конструкции выравнивание напряжений в основании стенки достигается уменьшением бокового давления грунта за счет влияния разгружающей консоли (тылового свеса верхнего курса массивов) и за счет обратного положительного момента создаваемого массой грунта над свесом (силой G) и массой самого свеса.

Очертание нижних трех курсов массивов, а также смещение нижнего курса массива влево (сторону акватории) имеют целью переместить центр тяжести стенки вправо (в сторону территории) с целью увеличения удерживающего, положительного момента. Масса массивов в стенке достигает 100 т. Чтобы судно не задевало нижний массив при швартовке необходимо, чтобы последний располагался на одной прямой с верхней плоскостью причала. Зазор 0.4 м необходим на навеску отбойных устройств.

3. Сооружение из кладки пустотелых массивов.

В 1960 г. В городе Клайнеде был построен причал гравитационного типа из пустотелых массивов с песчаным заполнителем. По очертанию массивов нижнего курса сооружение получило название стенка «на стуле».

В этой стенке нижний ряд массивов выдвинут вперед: при таком очертании центр тяжести сооружения перемещается в сторону задней грани, благодаря чему осуществляется выравнивание напряжений по подошве.

Черноморниипроектом разработана конструкция стенки из пустотелых массивов в форме бездонных коробов. Масса массивов – 100 т.

Внутреннее пространство массивов заполняется щебнем или камнем массой 15-20 кг.

1. Отсутствует перевязки швов в продольном направлении (стенка представляет из себя отдельные

2. Массивы выполнены из бетона (ЖБ – отсутствует) вследствие чего при монтаже могут ломаться;

3. Внутренние пространства массивов заполняется щебнем или камнем (дорого). При песке внутри массива развивается значительное боковое давление.

4. Сооружения из массивов-гигантов.

Стремление увеличить отдельные элементы набережной и тем самым ее монолитность при одновременном снижении расхода бетона, при отсутствии кранового оборудования большой грузоподъемности, привело к созданию подводной части набережных в виде массивов-гигантов.