5.3. План порта, основные элементы порта

Акватория порта состоит из внешних рейдов и внутренней акватории. Внешние рейды подразделяются на рейды отстоя и перегрузочные. Элементами внутренней (защищенной) акватории являются:

– внутренние рейды (входной, маневровые, для отстоя судов);

– оперативная акватория;

– внутренние судовые ходы.

Рейдами называются участки акватории, укрытые от сильного волнения, где суда могут стоять на якорях в ожидании постановки к причалам или выполнения различных операций, в том числе и грузовых, с помощью вспомогательного флота.

Внутренние рейды для отстоя судов во время шторма или в ожидании свободного причала размещаются вне судовых ходов и маневровых акваторий.

Оперативная акватория (гавань, портовые бассейны и ковши) – часть внутренней акватории порта, примыкающей к причалам.

Вход в порт – совокупность элементов, влияющих на безопасность и продолжительность входа и выхода судна. К входу в порт относятся входные ворота, примыкающий к ним участок подходного канала и входной рейд.

Входные ворота – это расстояние между головами оградительных сооружений. Ширина входных ворот – проекция расстояния между головами на нормаль к оси входа (рис. 5.20, а) – не должна быть менее 0,8 длины расчетного судна. Для уменьшения опасности сноса судна на оградительные сооружения угол между осью входа и направлением луча волнения и господствующих ветров должен быть в пределах 45 – 70°.

Рис. 5.20. Перекрытие входа в порт:

а – продлением одного из молов; б – волноломом;

1 – оградительное сооружение; 2 – продленная часть мола, обеспечивающая частичное перекрытие входа в порт; 3 – то же, полное; 4 – направление волновых лучей во время сильных штормов; 5 – ось судового хода; 6 – сектор возможных направлений волновых лучей во время сильных штормов; 7 – волнолом; 8 – прямая, параллельная береговой линии

Для устранения опасности выброса судна на берег вводят второе ограничение – угол между осью входа в порт и направлением береговой линии должен быть более 30°.

При полном совпадении направления оси входа с направлением волнения, т. е. при попутном волнении, управляемость судна ухудшается.

Если вычисленная по навигационным условиям ширина не обеспечивает необходимой защищенности портовой акватории от волнения, предусматривают перекрытие входа в порт (рис. 5.20, б). Вход в порт должен быть ориентирован так, чтобы максимально препятствовать проходу на огражденную акваторию льда при его подвижках и способствовать очистке акватории ото льда ветром, направленным от порта в море.

Размеры и очертания в плане входного рейда должны обеспечить судну при входе-выходе из порта в условиях сильного ветра выполнение следующих маневров:

– полное гашение инерции при входе в порт;

– разворот собственными средствами на требуемый угол по дуге циркуляции;

– отдачу якоря и безопасную стоянку на рейде.

Для полного гашения инерции судна необходимо, чтобы длина прямолинейного участка по направлению оси входа, считая от ворот, составила не менее 3,5 L, где L – длина судна. При тяжелых гидрометеорологических условиях и особых маневровых характеристиках судна этот размер может быть увеличен до 4,5 L. Разворот судна обеспечивается, если на площади входного рейда можно вписать окружность диаметром не менее 3,5 L. Ось входа должна пересекать или касаться этой окружности (рис. 5.21).

Рис. 5.21. Варианты очертания маневровой акватории входного рейда при нестесненной акватории порта:

1 – ось входа; 2 – граница рейда; 3 – граница маневровой акватории (разворотного места), 4 – оградительное сооружение

Для крупнотоннажных судов, вход и выход которых осуществляется с помощью буксиров, допускается диаметр разворотного круга принимать равным 1,25 L + 150 м, но не менее 2 L. Размеры входного рейда допускается принимать, описывая полуокружность диаметром не менее 2,5 L. (рис. 5.21); располагая полуокружность так, чтобы ось входа проходила ближе к середине дуги. Акватория, в которую вписывается разворотный круг или полуокружность, должна иметь глубину, определенную для максимальной осадки расчетного судна.

Рис. 5.22. Варианты маневровых акваторий:

1 – ось входа; 2 – граница маневровой акватории (поворотного места);

3 – оградительные сооружения; 4 – пирс; 5 – буксирное судно; 6 – грузовое судно

Размеры операционной акватории должны обеспечить безопасность и удобство маневровых операций, выполняемых буксирами, при силе ветра не менее 6 – 7 баллов. К операционной акватории относятся: водное пространство между пирсами (бассейны) и водная поверхность врезанных в территорию ковшей; акватории, примыкающие к причалам и отделимо стоящим пирсам. Бассейны бывают узкие, в которых разворот судна не предусматривается, и широкие, в которых предусматривается возможность разворота судна. Ширина узкого бассейна определяется по формуле

,

(5.1)

где В – ширина судна, м; ∆ – сумма длины наибольшего буксира и длина буксирного троса; принимается равной для судов дедвейтом 15 тыс. т – 60 м, для судов от 15 до 30 тыс. т – 70 м, для судов более 30 тыс. т – 90 м; п – коэффициент, который при длине бассейна, равной одному причалу, расположенному с одной стороны, принимается равным 2; при двух и трех причалах п – 4; при двустороннем расположении причалов п – 3 для одного причала и п = 5 для двух-трех причалов с каждой стороны бассейна.

В широких бассейнах, рассчитанных на возможность разворота, ширина бассейна:

(5.2)

Для обеспечения маневровых операций с судами, входящими в узкие бассейны на акватории, перед ними должны предусматриваться разворотные места (рис. 5.23), позволяющие вписывать полуокружность радиусом 1,5 L. Перед широкими бассейнами ширина акватории должна быть не менее 3 В. У одиночных пирсов ширина акватории, примыкающей к причалам, определяется как для бассейнов с односторонним расположением пирсов. При фронтальном расположении причалов ширина примыкающей акватории

(5.3)

Размеры внешних и внутренних рейдов определяются в зависимости от схемы акватории.

Для отстоя судов на внешнем рейде рекомендуется применять якорную стоянку. Диаметр акватории, необходимый для стоянки на якоре одного судна, рассчитывается по зависимости (рис. 5.24, а)

Рис. 5.23. Варианты разворотных мест перед входом в узкий бассейн:

1 – бассейн; 2 – разворотное место; 3 – буксирное судно; 4 – грузовое судно

а б в

г д

Рис. 5.24. Схемы причалов:

а – при якорной стоянке на внешнем рейде; б – при швартовке судна на швартовном буе на внешнем рейде; в – при необходимости фиксирования положения судна на внешнем и внутреннем рейдах; г – при одиночной стоянке судов у стенки; д – при парной стоянке судов у стенки

(5.4)

где L – длина корпуса судна, м; l_я, – горизонтальная проекция длины якорного каната, которая принимается: при глубине до 20 м равной восьми глубинам, при глубинах 20 – 50 м – шести глубинам, м.

При стоянке на швартовой бочке или пале (рис. 5.24, б) диаметр акватории, занимаемый одним судном, рассчитывается по зависимости

(5.5)

где 25 – длина швартового троса, м.

При стоянке судов на внутреннем рейде на якоре ширина акватории для одного судна определяется по зависимости (5.3).

При фиксации положения судна путем швартовки на две бочки (рис. 5.24, в) длина швартовых тросов l_ш принимается равной 25 м.

При отстое судов у стенки (рис. 5.5, г, д) длина швартового троса с судна на стенку зависит от метеорологических условий и принимается в пределах 5 – 20 м, а длина швартового троса с судна на бочку l_ш = 25 м.

Рейдовые причалы служат для стоянки судов танкерного флота на рейде, при которой осуществляется налив или слив перевозимых жидких грузов по трубопроводам, соединенным с береговыми емкостями. На рейдовых причалах швартовка осуществляется при помощи швартовых бочек и якорей или применяется точечная швартовка у буя или пала. В первом случае (см. рис. 5.24, г, д) носовая часть танкера закрепляется двумя якорями; кормовая крепится к плавучим бочкам, число которых зависит от дедвейта судна и глубины: при глубине 12 – 15 м и дедвейте 12 – 20 тыс. т – три бочки; при глубине 15 – 25 м и дедвейте 50–100 тыс. т – пять бочек; при глубине 20 м и дедвейте более 100 тыс. т – семь бочек. Во втором случае для точечной швартовки, применяемой для крупнотоннажных танкеров, требуется акватория в виде круга радиусом

(5.6)

где l_ш – расстояние от носа судна до причального устройства (швартовного буя или пала); l_ш принимается равным от 30 до 60 м в зависимости от конструктивных особенностей причального устройства, м; ∆L = 0,1L, – зона безопасности у кормы судна, м.

Рейдовые стационарные причалы проектируются двух типов: эстакадного и островного. Подход-отход судов осуществляется, как правило, с помощью буксиров. Предусматриваются зоны безопасности: для носовой части судна – 0,2L, для оконечности пирса – 0,1L. Расстояние между кормой судна и швартовым устройством определяется при проектировании в зависимости от типа судна и местных условий.

Глубина акватории у причалов определяется в зависимости от осадки расчетного судна при полной загрузке. Глубина определяется по отношению к отсчетному уровню для данного порта. Отсчетные уровни назначаются на основе графика многолетней продолжительности стояний фактических уровней воды за навигационный период с обеспеченностью 90 – 98 %. Обеспеченностью называется время в процентах, когда уровень воды стоит выше или совпадает с расчетным. Для установления глубины на отдельных участках порта к расчетной осадке судна добавляют определенные запасы, зависящие от размерений судов, скорости движения, дифферента при погрузке и движении и ряда других факторов. Так как влияние этих факторов на различных участках порта неодинаково, расчетные глубины на отдельных его участках будут различными. В общем случае проектная глубина

(5.7)

где Т – осадка расчетного судна в полном грузу, м; Z₁ – навигационный запас глубины, м; Z₂ – запас глубины на волнение, м; Z₃ – запас глубины на увеличение осадки судна при движении, м; Z₄ – запас глубины на заносимость, м.

Навигационный запас глубины под килем судна (Z₁) необходим для обеспечения возможности перемещения судна с небольшой скоростью и предотвращает опасность потери судном управляемости и ударов днища об отдельные неровности дна. В морских портах навигационный запас принимают от 0,3 м при илистых грунтах и длине судов менее 85 м и до 1,6 м при скальных грунтах и длине судов 251 – 300 м.

Если глубина менее 0,5 м от проектной отметки дна водоема залегают более плотные грунты, чем в поверхностном слое, то навигационный запас выбирают, руководствуясь видом подстилающих грунтов.

Запас глубины на волну (Z₂) необходим в связи с тем, что в период волнения судно совершает вертикальные перемещения, сопровождаемые его качкой – продольной или поперечной в зависимости от направления волнения по отношению к судну. Указанные обстоятельства приводят к увеличению осадки судна. Запас глубины на волну

(5.8)

где h – расчетное значение высоты волны для рассматриваемого участка порта, м.

В связи с увеличением осадки судна при движении по сравнению с осадкой его в состоянии покоя необходимо учитывать запас Z₃, который определяется по формуле

(5.9)

где k – безразмерный коэффициент, принимаемый в зависимости от длины судна от 0,035 при L= 225 – 300 м до 0,017 при L = 75 м; V– скорость движения судна, км/ч.

Запас на заносимость (Z₄) принимается таким, чтобы толщина снимаемого слоя грунта при ремонтном дноуглублении обеспечивала бы эффективную работу земснарядов. Обычно запас на заносимость принимают не менее 0,5 м. При интенсивном отложении наносов запас на заносимость может достигать 1 – 2 и более м.

Глубины на отдельных участках порта определяют аналогично, подставляя в формулу (5.7) соответствующие значения расчетных осадок наибольших судов, посещающих данный участок порта, значения расчетной высоты волны для этого участка и скорости движения судна.