Конспект лекций Портовые сооружения
.pdf
21
Отмелые берега отличаются пологим профилем суши и мелководьем на подступах. В отмелых побережьях суша и морское дно характеризуется песчано-глинистыми грунтами.
Для Каспийского, Балтийского и Азовского морей уклоны дна до глубин 5 м равны 0,01-0,001 и менее.
При строительстве порта желательно для снижения капитальных затрат располагать порт на естественных глубинах. Поскольку современные суда торгового флота имеют осадки Т=12-15 м, то необходимо обеспечить глубину на входе Нвх=15-18 м. С точки зрения портостроения, оптимальным вариантом будет тот случай, когда эти глубины находятся на расстоянии 1000-1200 м от берега, что необходимо для создания достаточной акватории. Если на таком расстоянии глубины будут больше необходимых, то возрастет стоимость оградительных сооружений. Если же глубина будет меньше необходимой, то потребуется строительство необходимого канала, что так же отразится на стоимости строительства и его эксплуатации.
Далее рассмотри подробнее основные природные факторы.
Метеорологические, гидрологические и геологические условия морских побережий
Метеорологические условия Ветер. Ветровой режим характеризуется направлением, скоростью, продолжительностью и
повторяемостью. Все сведения о ветре определяют на метеостанциях, затем по полученным данным строят особые диаграммы, называемые розой ветров.
Рисунок. Роза ветров (направление господствующего ветра СВ)
СВ
СЗ |
|
З |
В |
ЮЗ |
|
ЮВ
Для оценки волнового режима в порту большое значение имеет разгон волн, то есть расстояние, на котором ветер воздействует на поверхность воды. Ветры, кроме непосредственного воздействия на суда и портовые сооружения, вызывают волнение, колебание уровня моря и течения. Господствующее направление ветра должно учитываться при взаимном расположении причалов с разными грузами.
Температура воздуха и воды. Основное значение этих данных для портостроения состоит в том, что они определены сроки замерзания и вскрытия бассейна, от чего зависит длительность навигации.
Туман. Туман возникает вследствие превращения паров в мельчайшие водяные капельки при увеличении влажности воздуха. Влажность воздуха определяют содержанием в нем водяных паров. Различают абсолютную влажность - количество водяного пара в воздухе, и относительную - отношение абсолютной к ее предельному значению при данной температуре. Несмотря на развитие радиолокации, движение судов в тумане сильно ограничено. При очень сильном тумане приходится прекращать и перегрузочные работы. В среднем туманных дней во Владивостоке – 80, на Балтике – 60, на Черном море – 75, на Каспии – 35.
Осадки. Осадки характеризуются толщиной слоя воды (мм), выпавшей в виде дождя и твердых осадков в течении года. Учет осадков имеет значение при проектировании причалов, на которых перегружаются грузы (особенно мешкотарные), портящиеся от влаги. Среднегодовой слой осадком составляет для Батуми-2500 мм, Калининграда – 700 мм, Одессы – 310 мм. При этом имеет значение не столько общее количество осадков, ккак число дней с осадками. В этом отношении одним из «неудачных» портов является Санкт-петербургский, где при общем количестве осадков около 470 мм, в
22
отдельные годы бывает более 200 дней с осадками. Это влечет за собой неизбежные перерывы в работе причалов, простоя судов и т.д.
Гидрологические условия Колебания уровня воды – вызываются действием вера, приливо-отливными явлениями, стоком
речных вод, изменением атмосферного давления.
Колебания под действием ветра характеризуются отсутствием регулярности и периодичности. При продолжительных ветрах с моря наблюдается повышение уровня воды у берега, называемое нагоном. При обратном направлении ветра образуется сгон воды. Набонный подъем может достигать нескольких метров, например в устьях рек: Волги – 2 (сгон 1м), Невы – 4 (сгон 1,35 м).
При увеличении или уменьшении атмосферного давления на 1 мм ртутного столба., уровень воды изменяется на 1,3 см.
Приливы и отливы – возникают от притяжения водной оболочки Земли Луной и Солнцем. Максимальный прилив с амплитудой 18 м наблюдается в Северной Америке (залив Фанди). В Охотском море – амплитуда приливов достигает 10-11 м, на Черном море – 0,1÷0,2 м.
Для правильного выбора глубин на подходах и акваториях порта, а так же отметок территории порта необходимо иметь данные о колебаниях уровня воды. В зависимости от колебания уровня принимают ту или иную конструкцию причала, ту или иную форму крепления берега.
Ледовой режим – определяется толщиной льда, его прочностью, сроками образования и вскрытия. Существенное значение имеют подвижки ледяных полей и характер ледохода. Ледовый режим имеет большое значение для судоходства и эксплуатации порта. В зависимости от ледового режима устанавливается продолжительность навигации: Белое море – 6-7 мес., Азовское – 8-9 мес., на севере Каспийского – 9-10 мес., Мурманское побережье и большая часть Черного моря не замерзает.
Волнение – важнейший гидрологический фактор, коренным образом влияющий на решение всех принципиальных вопросов, связанных со строительством портов. Основными причинами образования волн являются ветры, сейсмические и вулканические воздействия, приливно-отливные факторы, волны, возникающие во время паводков, при движении корабля и др. Для портов и судоходств наибольший интерес представляют ветровые волны.
Геологические условия
Рельеф, а главное очертание прибрежной суши и морского дня нестабильны. Они изменяются под
влиянием гидрологических, метеорологических, а так же гидрогеологических, связанных с движением грунтовых вод, факторов.
Наиболее стабильными являются скалистые берега. На побережье с грунтами из осадочных пород (глины, пески, суглинок, супеси и др.), разрушения носят более интенсивный характер. Под действием волнения, течения, ветров, дождей, грунты, слагающие берега, смываются в одних местах и откладываются в других. Значительные разрушения наблюдаются при наличии оползневых процессов.
Иначе обстоит дело с мелкими частицами. При волнении частицы, поднимаясь со дна, переносятся в основном течением.
Отложение взвешенных частиц (наносов) имеет важное значение для морских и устьевых портов. Откладываясь в бухтах, отходных каналах и акваториях портов, наносы уменьшают судоходные глубины, для поддержания которых прибегают к дноуглубительным работам, требующим значительных затрат.
Поток наносов, движущийся вдоль берега, при встрече препятствия изменяет свое направление. Ввиду отклонения струй воды, а следовательно и потока наносов происходит прежде всего заполнение отложениями зоны 2 у внешнего угла между берегом и препятствием 1, а затем наносы обходят препятствие и откладываются, как непосредственно у его головы в зоне 3, так и в зоне 4 корневой части. Образующиеся за препятствием циркуляционное течение может вызвать размыв берега в зоне 5. Пока происходит отложение наносов в зоне 2, возникает их дефицит, и будет происходить размыв в зоне 5.
Примечание [Ф. В.2]: Геол.
Условия
23
Это необходимо учитывать при проектировании оградительных сооружений, нарушающих естественный режим побережий.
Аналогичные случаи возникают и при возведении молов и волноломов.
Впервом случае, происходит заполнение наносами входящего угла со стороны движения наносов
иразмыв с противоположной стороны.
Во втором случае, акватория порта может быть полностью занесена наносами а результате блокировки берега волноломом.
Исключительно важное значение для портостроения имеет изучение строительных свойств грунтов в районе проектируемых гидротехнических сооружений.
Особенности устройства портов в различных природных условиях
Природные явления оказывают заметное влияние на проектирование, строительство и эксплуатацию портов.
Волновой режим имеет существенное значение при строительстве и эксплуатации портов. В условиях открытого берега значительная доля затрат по строительству порта приходится на внешние оградительные сооружения. Поэтому расположение портов в бухтах, лиманах и устьях рек, имеющих естественную защиту от волнения, при прочих равных условиях предпочтительнее. Примерами таких портов являются Баку, Севастополь, Владивосток, Находка.
В портах, расположенных на открытом побережье, внешние оградительные сооружения, кроме основного назначения (защиты от волнения), преграждают путь наносам, движущимся вдоль побережья. В результате уменьшается заносимость подходных каналов и акваторий портов. Особое значение это имеет в портах, расположенных на отмелых побережьях (Махачкала, Жданов, наши Балтийские порты и др.).
Рельеф берега и морского дна оказывает решающее влияние на плановое расположение основных сооружений порта.
Порты на приглубых побережьях Приглубые берега характеризуются крутым уклоном прибрежной зоны в сторону моря. Лишь
узкая зона у самого уреза воды образует наземную полосу, называемую террасой. В подобных условиях необходимую для грузовых операций территорию приходится отвоевывать у моря.
В приглубых побережьях значительная часть расходов на строительство порта приходится на внешние оградительные сооружения. Поэтому проектировщики стремятся обеспечить потребную длину причального фронта при минимальной протяженности внешних оградительных сооружений. Это условие удовлетворяется обычно при пирсовой системе расположения причального фронта с использованием молов в качестве причалов. При этом размеры акватории и расположение оградительных сооружений устанавливают с учетом перспективного развития причального фронта (пунктир).
Пирсовая схема |
|
|
Фронтальная схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
При расположении последнего вдоль берега (фронтально), протяженность оградительных сооружений резко увеличивается, что соответственно удорожает строительство.
Существенным преимуществом приглубых побережий является наличие значительных подходных глубин, малая заносимость подходных каналов и самой акватории. Примерами портов, расположенных на приглубых побережьях с пирсовой схемой причального фронта являются: Одесса, Новороссийск, Туапсе и др.
Компоновка причального фронта в виде пирсов является типичной для портов с искусственной защитой от волнения. В портах же, расположенных на приглубых побережьях с естественной защищенностью, причальный фронт может устраиваться так же и фронтально (Ильичевск, Находка, Ванино).
Порты на отмелых побережьях Отмелые побережья характеризуются сравнительно малыми глубинами в прибрежной полосе.
Здесь под действием волнения и течений наблюдается значительное передвижение наносов, вследствие чего происходит непрерывный намыв и размыв береговой полосы.
Отличительной особенностью портов, расположенных на отмелых (песчаных) побережьях является значительная заносимость подходных каналов и акваторий. Иногда обмеление последних настолько интенсивно, что приходится производить весьма дорогие дноуглубительные работы. В связи с пополнением флота крупнотоннажными судами с большими осадками, указанный недостаток становится весьма существенным. В этих случаях приходится либо ограничивать прием судов о осадке, либо удлинять подходы и увеличивать объем дноуглубительных работ на самой акватории (что естественно, приводит к увеличению эксплуатационных затрат).
2
5
3
2
4
1– береговая линия;
2– направление движения наносов (течение);
3– подходной канал;
4– отложение наносов;
5– шпора-буна;
6– размыв берега.
1 |
1 |
6
Один из характерных примеров схемы порта на отмелом побережье представлен на рисунке. Здесь причальный фронт создан как за счет углубления в берег, так и путем искусственной засыпки (грунт при дноуглублении идет на создание территории). Этим достигается меньшая длина дорогостоящих молов. Для уменьшения заносимости ось подходного канала (3) стремятся ориентировать по возможности параллельно направлению преобладающего течения (2). В этом случае, заносимость искусственной прорезки (канала) будет минимальной. На побережьях с интенсивным движением наносов последние при подходе к молу, теряя скорость, откладываются, образуя отмель.
Огромные массы песка накапливаются и часто передвигаются в сторону канала и акватории. Для предохранения их от обмеления иногда устраивают защитные сооружения в виде бун и шпор (5),
25
задерживающие дополнительный объем наносов. Примерами портов, расположенных на отмелых побережьях являются Махачкала, Жданов, Таганрог и др.
Устьевые порты Они обладают существенным преимуществом – естественной защищенностью от волнения. Лишь
в немногих случаях требуется строительство дорогостоящих оградительных сооружений. Такие порты благодаря дешевым внутренним водным путям, идущим в глубь страны, привлекают значительные массы грузов. Причальный фронт устьевых портов располагается либо вдоль берегов реки, либо в ковшах. Часто встречается сочетание этих вариантов.
Основным недостатком являются: мелководье и изменчивость речных форватеров, что особенно ощутимо в связи с резким увеличением осадки судов. Создание и поддержание судоходных глубин, отвечающих современным требованиям в пределах разумной экономии, далеко не всегда эффективны. \поэтому многие устьевые порты имеют аванпорты – выдвинутые к самому морю пункты, обеспечивающие подход крупных судов.
Приливо-отливные явления оказывают заметное влияние на строительство морских портов.
При сравнительное небольших колебаниях (4÷5 м) уровня моря, глубины причалов выбирают с расчетом обеспечения минимального запаса под килем судна при самом низком отливе. Иначе обстоит дело, когда амплитуда колебаний горизонта моря достигает 10-12 м и более. В этом случае при осадке современных судов порядка 10-15 м пришлось бы высоту причальной стенки принять в пределах 25-30 м, то привело бы к резкому удорожанию стоимости. К тому же значительное изменение положения судна по вертикали создает определенные неудобства при погрузо-разгрузочных работах.
Указанные недостатки открытых набережных значительно уменьшаются при устройстве закрытых бассейнов, отделяющих от моря шлюзами с затворами, в которых поддерживается необходимый уровень воды.
Недостатки таких бассейнов – потеря времени на шлюзование, ограниченность времени для входа и выхода судов из-за низкого уровня воды, шлюзовые камеры – очень дорогие сооружения.
Потери времени недопустимы дл некоторых судов (пассажирские, работающие на срочных линиях). В таких портах приходится устраивать, несмотря на дороговизну, открытые причалы или плавучие пристани.
Примеры устьевых портов: Санкт-Петербург, Архангельск, Гавр, Ливерпуль, Лондон (в 3-х последних – закрытые бассейны).
Оградительные сооружения порта
Оградительными сооружениями называются сооружения, основное назначение которых – защита акватории от волнения, течения, наносов и движущегося льда.
Оградительные сооружения называются волноломами, если сооружение не связано с берегом, и молами, если сооружение соединяется с берегом. Сооружение, примыкающее в другому сооружению,
26
называется шпорой, иногда так называют короткие молы. Оградительные сооружения весьма разнообразны по назначению, типам и свойствам. Классифицировать их можно по различным признакам, остановимся на наиболее характерных.
Классификация оградительных сооружений:
1.По расположению в плане.
2.По форме поперечного сечения.
3.По конструктивным признакам.
4.По материалам.
По расположению в плане Различают внешние и внутренние оградительные сооружения.
Внешние – защищают акваторию порта от целого комплекса неблагоприятных факторов: волнения, течений, наносов, льда и т.д. Они относятся к разряду основных сооружений (выход из строя которых, существенно нарушит работу порта) первого (h>7м) и второго (h<7м) класса капитальности.
Внутренние – защищают лишь отдельные районы акватории от волнения (например: нефтяные гавани и пр.) и препятствуют образованию волн на самой акватории. К внутренним оградительным сооружения относятся так же шпоры.
По форме поперечного сечения Делятся на сооружения вертикального, откосного профилей и смешанного типа.
Оградительные сооружения вертикального типа могут быть выполнены из:
–бетонных блоков различной формы (обыкновенных, циклонических и целлюлярных массивов);
–железобетонных ящиков (массивов-гигантов);
–железобетонных оболочек;
–деревянных ряжей, в виде двухрядных и ячеистых свайных сооружений.
Оградительные сооружения откосного типа возводят путем наброски или выкладки естественных каменных блоков, искусственных бетонных блоков, имеющих форму параллелепипеда или более сложную фасонную форму (тетраподы, диподы, триподы и пр.), а так же путем намыва или отсыпки дамб из грунта с защитными покрытиями из железобетонных плит, асфальтовых матов и пр.
Оградительные сооружения смешанного типа могут состоять из различных сочетаний элементов сооружений вертикального и откосного типа. В сооружениях смешанного профиля ослабляется основной недостаток откосного сооружения – уменьшается потребный объем строительных материалов и проявляется потребный объем строительных материалов и проявляется отдельные достоинства сооружений вертикального профиля – возможность использования оградительных сооружений в качестве причала, создание условий для пропуска по нему транспортных средств и т.д.
По конструктивным признакам Оградительные сооружения подразделяются на гравитационные, свайные и специальные
(облегченные). В гравитационных сооружениях устойчивость на сдвиг т опрокидывание обеспечивается за счет собственной массы конструкции, благодаря силам трения, развивающимся в простейшем случае по контакту сооружения с основанием. Они могут иметь как вертикальный, так и откосный профиль.
При этом следует отметить, что в откосных (набросных) сооружения из камня или обыкновенных бетонных блоков правильной формы собственной массой обеспечивается как общая устойчивость сооружения, так и устойчивость отдельных элементов (камней или блоков), в связи с чем расход материалов в них максимально велик.
Воткосных сооружениях из фасонных блоков различной формы устойчивость отдельных элементов в теле сооружения достигается не только за счет их массы, но и благодаря их взаимному защемлению, что позволяет возводить их с более крутыми откосами и соответственно меньшим объемом материалов.
Всвайных (погружаемых) сооружениях устойчивость обеспечивается помимо собственной массы, защемлением свай (оболочек, шпунта) в грунте. Все они представляют собой, как правило, сооружения вертикального профиля, и их возводят чаще всего в виде двухрядных перемычек или ячеистой конструкции с заполнением из камня или песка.
Все эти типы конструкций (особенно гравитационные) стоят очень дорого (1 погонный метр = 50÷60 тыс.руб.).
27
Значительного снижения стоимости сооружения можно добиться, применяя облегченные конструкции:
–сквозные волноломы (применяются часто);
–плавучие волноломы (применяются часто);
–пневматические волноломы;
–гидравлические волноломы (работают плохо).
По материалам Используют: дерево, бетон, железобетон, металл, композитные (смешанынные).
Условия применение оградительных сооружений
I. Сооружения вертикального профиля.
1. Сооружения гравитационного типа.
В результате действия на сооружения гравитационного типа значительной горизонтальной нагрузки от давления волн или льда напряжения под его подошвой при сравнительно небольшой ширине сооружения распределяются неравномерно, и максимальные их значения достигают большой величины. Установлено, что при N1% = 1…..6 м и Ндна = 28…..20 м. напряжения достигают предельных значений для каменной наброски – 5÷6 кт/см2 )5÷6*10 5) Па. При больших давлениях камень даже из прочных пород (гранит, диорит, диабаз) начинает разрушаться.
Таким, образом, на сжимаемых грунтах указанные глубины являются предельными для этого типа сооружений. При скальном основании без каменной постели, сооружения гравитационного типа могут возводиться в условиях волнения различной силы. При возведении сооружений из массивов-гигантов и оболочек большого диаметра, высота волны не ограничивается. Оградительные сооружения из обыкновенных массивов могут применяться при h1% = 7 м, из ряжей – до h1% = 5 м.
Для возведения гравитационных оградительных сооружений вертикального типа требуется значительно меньшее количество материалов, чем для сооружений откосного профиля, и эта разница рекзо возрастает с увеличением глубины.
Таким образом, наиболее оптимальные условия для возведения оградительных сооружений гравитационного типа будут при глубине воды Нд = 20…..28 м и h1% = 5…..8 м и достаточно плотных грунтах.
2. Сооружения свайной конструкции.
При строительстве сооружений свайной конструкции нет необходимости в создании искусственной каменной постели, которая является относительно дорогой и трудоемкой частью сооружения. Сооружения. Сооружения этого типа можно возводить при высоте волны до h1%=4…..5 м.
Глубина воды в месте строительства двухрядной свайной конструкции должна составлять не более 7-8 м при деревянном ограждении и 10-12 м при ограждении из тяжелого металлического шпунта. При ячеистой конструкции глубины воды по аналогии с перемычками может быть принята 25-30 м, однако в практике портостроения оградительные сооружения ячеистой конструкции редко применяют на глубине более 10-12 м.
Грунты основания могут иметь меньшую несущую способность, чем это необходимо в случае сооружений гравитационного типа, но должны допускать забивку свай или шпунта на необходимую глубину.
Стоимость сооружений свайной конструкции значительно меньше стоимости гравитационных сооружений. На слабых илистых грунтах возводить нельзя.
II. Сооружения откосного профиля.
Могут с успехом применяться в любых гидрологических и инженерно-геологических условиях. Ограничением служит только их высокая стоимость при больших глубинах или необходимость использовать внутреннюю сторону оградительных сооружений для причала судов.
В последнее время сооружения этого типа получают преимущественное распространение, причем в подавляющем большинстве случаев дл покрытия откосов используют бетонные фигурные блоки.
Наиболее распространены тетраподы (обычно укладывают в 3
28
слоя). Максимальный вес 13 тонн.
III. Сооружения смешанного типа
Поскольку гравитационные сооружения вертикального профиля не могут применяться на сжимаемых грунтах при глубине воды больше 20-28 м, а сооружения откосного типа в этих условиях будут слишком дорогими, то на практике портостроения нашли применение сооружения смешанного типа. При их проектировании необходимо учитывать, что вследствие резкого уменьшения глубины воды в пределах каменной постели стенка может подвергаться воздействию разбитых волн, даже, если глубина ее заложения будет больше Нб = 1,5h.
Чтобы исключить возможность динамических нагрузок на сооружение, рекомендуется обеспечить перед стенкой глубину воды над бермой Нб ≥ 2.5h.
В связи с увеличением осадок судов, оградительные сооружения выносят на большие глубины, и в этих условиях, сооружения смешанного типа, по-видимому, будут перспективными.
IV. Сооружения специальных типов.
Назначением этих сооружений является постоянная и временная защита акватории и отдельных объектов (технических плавсредств, морских буровых вышек, ворот порта). Могут применяться для временной защиты акватории при производсстве гидротехнических работ и т.д.
Сквозные и плавучие сооружения целесообразно применять при шлубине Нд = 15-50 м, h1% = 3-4 м и пологости волны λ/n < 20.
Пневматические и гидравлические сооружения целесообразно применять при крутых коротких
волнах λ < 40 м при глубине воды Нд = 15 ÷ 50 м и h1% < 3 ÷ 4 м.
Инженерно-геологические условия их применения определяются возможностью установки мертвых якорей плавучих и гидравлических сооружений; возведения устоев сквозных сооружений; и прокладки трубопроводов пневматических волноломов и молов.
Расположение оградительных сооружений.
При выборе расположения оградительных сооружений, а так же при компоновке порта в целом необходимо обеспечивать защищенность акватории порта от волнения, течения, заносимости и льда. Все эти задачи должны решаться комплексно.
Выбрать начертание оградительных сооружений – сложная проблема, так как при этом необходимо обеспечить одновре6менное решение ряда задач, требующих иногда прямо противоположного подхода. Основными задачами при проектировании оградительных сооружений являются:
-создание достаточной площади акватории порта, позволяющий разместить необходимое число причалов;
-обеспечение защищенности акватории;
-расположение сооружений, которое допускает удобный подход судов к причалам.
Оградительные сооружения должны иметь минимальную длину, располагаться на небольших глубинах, по возможности на хороших грунтах и вместе с тем допускать беспрепятственное дальнейшее развитие порта.
При плановом расположении оградительных сооружений не следует допускать входящих углов между отдельными участками, особенно со стороны воздействия максимального волнения, так как в таких углах происходит концентрация волновой энергии и возрастает воздействие волн на сооружение (по данным японских специалистов: на 15-20%).
Рекомендуется придавать оградительным сооружениям криволинейную форму в плане, так как в этом случае меньше опасность возникновения местных вихревых зон, где возможен размыв грунта основания. На практике из-за сложности строительства криволинейных в плане оградительных сооружений их трассу принимают в виде ломаной выпуклой линии.
Оградительные сооружения, выступая от берега в сторону моря, нарушают естественный режим наносов, в результате чего на одних участках побережья происходит отложение наносов, на других – его размыв. В связи с этим плановое расположение оградительных сооружений при проектировании должно быть выбрано из условия наименьших вредных последствий для смежных с портом берегов. С точки зрения расположения оградительных сооружений порты могут быть отнесены к следующим типам:
- порты без оградительных сооружений с естественной защитой, расположенные в бухтах или устьях рек, в закрытых или открытых бассейнах;
Примечание [Ф. В.3]: Расположе ние огр соор
29
-порты в незащищенных бухтах и на открытых побережьях, защищенные оградительными сооружениями.
Обобщая опыт строительства оградительные сооружения в различных условиях как у нас, так и за рубежом следует отметить следующие наиболее часто встречающиеся решения планового расположения оградительных сооружений:
-одиночный мол;
-парные молы, параллельные или сходящиеся;
-волноломы, расположенные параллельно берегу или под некоторым углом к нему;
-различные комбинации молов и волноломов.
Расположение и размеры входа в порт.
1.Вход в порт в первую очередь должен удовлетворять требованиям удобства и безопасности прохода судов. Через вход не должны проникать волны, опасные с точки зрения нормальной эксплуатации судов на акватории и у причалов порта.
При выборе направления входа в порт должен учитываться режим потока наносов в прибрежной зоне с тем, чтобы не допустить поступления наносов на акваторию порта и их отложения у входа.
2.Если волнение и ветер в районе проектируемого порта значительно меняют направление, оставаясь опасными по величине, может оказаться целесообразным устраивать два или несколько входов в порт. Наличие второго входа облегчает маневренность судов, улучшает условия пожарной безопасности в порту, способствует очищению акватории от льда.
3.Выбор места расположения ворот порта следует производить после построения диаграмм рефракции и расчета высот волн, деформированных на мелководье. Вход в порт желательно располагать на естественных глубинах в зоне наименьших высот волн.
Ворота должны быть расположены возможно дальше от линии берега и от причалов, чтобы затухание волн на пути от ворот порта до места расположения причалов было более полным. Желательно, если возможно вынести вход в порт за пределы действия разбитых и прибойных волн.
4.Во избежание риска попадания судна на прибрежные отмели направление входа в порт должно составлять с береговой линией угол β не менее 30°.
Вместе с тем, угол между осью входа и направлением господствующего ветра не должен превышать 70°. Другое ограничение этого угла α<45° учитывает требование защиты акватории порта от проникновения волн через ворота. Для исключения опасности навала судна на голову ближайшего к берегу оградительного сооружения желательно защитить вход более удаленным сооружением, выступающим за пределы входа на длину расчетного судна.
5.Существенное значение для защищенности акватории и удобства навигации имеет так же размер входа. При этом следует отметить, что ширина входа в порт должна измеряться на уровне дна по направлению, перпендикулярному оси входа.
Ширина входа обычно находится в пределах 100-300м. В качестве первого приближения можно считать, что Bвх должно быть не менее длины наибольшего судна, посещающего порт:
Bвх<Zc (min 0,8Zc)
30
Могут быть учтены и соображения, используемые при назначении ширины канала, то есть ширина входа в порт должна быть равна 5 – 6 ширинам судна по Мидель-Шпангоуту:
Bвх= 5÷6 Bc .
Если вычисленная по навигационным условиям ширина входа не обеспечивает необходимой защищенности портовой акватории от волнения предусматривают перекрытие входа в порт.
Определение параметров волн в глубоководной зоне при простых условиях волнообразования
В рассматриваемых условиях параметры волнения зависят только от трех волнообразующих факторов – скорости ветра Vω, продолжительности его действия t и разгона L.
Числовые значения параметров волнения в зависимости от длины разгона и скорости ветра при простых условиях волнообразования получены эмпирическим путем в результате обработки данных натурных наблюдений, а зависимость параметров волн от времени действия получена путем решения уравнения баланса волновой энергии. Основные соотношения между параметрами волн и волнообразующими факторами представлены графически в нормах /7/ (рис. 1, прил. I ).
Для определения параметров волн в глубоководной |
зоне |
при простых условиях |
|||||
|
g t |
g L |
|||||
волнообразования необходимо определить безразмерные параметры |
|
|
|
и |
|
. |
|
V |
|
|
V 2 |
||||
|
|
w |
w |
||||
|
|
|
g t |
|
|
||
По значениям безразмерной продолжительности действия ветра |
|
|
|
|
и безразмерного разгона, и |
||
|
Vw |
||||||
|
|
|
|
|
|||
g hd
верхней огибающей кривой рисунка Снипа определяются значения безразмерной высоты Vw2 , и
|
|
|
|
|
|
|
g T |
|
|
||
|
hd , и |
||||
безразмерного периода |
|
|
волн, и по меньшим их величинам принимаются средняя высота |
||
|
|
||||
|
Vw |
|
|
||
средний период волн T , причем длина разгона подставляется в метрах, продолжительность действия ветра t в секундах, ускорение силы тяжести g в м/cек2.
|
g t |
|
g L |
|
|
||
Если величина |
|
лежит левее величины |
|
, то волнение – неустановившееся, и расчет |
|||
V |
V 2 |
||||||
|
w |
|
w |
|
|
||
|
|
|
|
|
g t |
||
ведется по времени t с использованием верхней огибающей кривой. Если величина |
|
|
лежит правее |
||||
V |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
w |
|
g L
величины Vw2 , то волнение – установившееся, и расчет ведется по разгону L, используя ту же
верхнюю кривую. Таким образом, в расчет вводится меньшая величина средней высоты и среднего периода волн.
Установившимся принято волнение, когда средние параметры волн h,T не зависят от
времени, что имеет место при постоянных скорости и направлении ветра, и достаточно большой продолжительности его действия.
Неустановившееся (развивающееся) волнение, когда средние параметры волн меняются во времени. Неустановившееся волнение возникает в начальный период шторма, поэтому средние элементы волн со временем будут расти до тех пор, пока не установится установившееся волнение, при котором средние элементы волн остаются постоянными.
Среднюю высоту волны на глубоководной акватории hd , м, при простых условиях волнообразования (ветер постоянной скорости и направления, прямолинейный берег) допускается