Классификация, характеристика и устройство портов

4.4. НАЧЕРТАНИЕ ПРИЧАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ  ПОРТА

Рассматривая планы портов, можно  установить три основные формы образования  причального фронта: открытую (иногда ее называют фронтальной), в виде бассейнов, и форму гребенчатых причалов, называемых пирсами. Выбор той или иной формы зависит в первую очередь от естественных условий, площади территории, а также от условий подхода железнодорожных путей.

Открытый причальный фронт является наиболее распространенной формой, особенно в речных портах. Более того, если рассматривать только отечественные речные порты, то можно заметить, что открытый причальный фронт характерен для подавляющего числа портов. Плановое начертание открытого причального фронта в основном соответствует форме уреза берега. Поэтому обычно для устройства порта не требуется большого количества земляных работ. Территория порта имеет вид полосы шириной 100—300 м, вытянутой вдоль берега иногда на несколько километров.

Прямолинейное расположение причалов характерно для всех небольших портов. Оно применяется в русловых портах, если имеются прямолинейные участки берега достаточной длины. При числе причалов более пяти-шести становится затруднительной бесперебойная независимая перемена вагонов на отдаленных (по ходу железнодорожной линии) причалах. Чтобы избежать этого недостатка, иногда применяют ступенчатое расположение отдельных групп причалов. Благодаря этому упрощается смежное размещение разнородных причалов при их компоновке и разделяются железнодорожные подъезды к различным причалам. Как показано на рисунке, нередко тыловые пути одной группы причалов переходят во вторую как прикордонные. Недостаток ступенчатого расположения причалов — необходимость дополнительных затрат для устройства торцовых участков причальной линии.

Ломаное начертание причалов приходится применять на криволинейном участке русла, когда спрямление линии кордона обычно связано с чрезмерно большим объемом земляных работ. При небольших углах поворота перевод прикордонных путей с одной группы причалов на другую не вызывает больших затруднений, хотя для этого обычно надо делать небольшую прямолинейную вставку в переходной зоне. При больших углах поворота уже приходится прибегать к довольно сложной системе железнодорожных путей, а иногда на отдельные группы причалов вообще не удается провести железную дорогу.

Общий недостаток всех видов открытого  причального фронта — чрезмерная растянутость всех коммуникаций. При сосредоточении всех районов порта в одну линию затрудняется его районирование. К положительным качествам следует отнести свободу маневрирования судов при подходе их к причалам и обычно малую заносимость акватории.

В водохранилищных и морских  портах в тех случаях, когда акваторию приходится защищать от волнения, открытый причальный фронт, занимающий значительную длину береговой черты, оказывается неприемлемым и приходится переходить к бассейновой или пирсовой форме.

Бассейновая форма причального фронта применяется в виде отдельных бассейнов, в которых сосредоточены все грузовые причалы — при сравнительно малом грузообороте, или в виде группы бассейнов со специализацией (районированием) отдельных бассейнов для определенного вида груза — при значительном грузообороте. Первоначально бассейновая форма развивалась при строительстве устьевых портов, расположенных на побережьях ливных морей, когда отдельные бассейны или целые их группы отделяли от моря шлюзами и в них удерживали высокие приливные уровни. Это значительно уменьшало объемы дноуглубительных работ и высоту причальных сооружений, что удешевляло строительство причалов по сравнению с открытым причальным фронтом. Таково, например, устройство основных причалов Лондонского порта. Преимущества бассейновой формы — компактность всего порта и удобство связей с городом и промышленностью — послужили причиной широкого их распространения при строительстве крупных внерусловых портов в Западной Европе (Роттердам, Гамбург, Франкфурт-на-Майне и многие другие). Площадь открытых (не шлюзованных) бассейнов колеблется в значительных пределах от нескольких до 100 и даже 200 га. Особенно часто бассейны применяются для устройства изолированных нефтяных гаваней со специальными боновыми плавучими затворами на случай пожара.

Если по топографическим и геологическим условиям создание бассейнов не вызывает чрезмерные затраты, то бассейновой форме причального фронта должно отдаваться предпочтение перед открытым причальным фронтом.

Пирсовая форма характерна для морских и водохранилищных портов при крутом падении берега и сравнительно узкой береговой полосе для территории порта. Пирсы образуются в виде искусственных сооружений, вынесенных в акваторию порта. Различают широкие и узкие пирсы.

На широких пирсах размещаются  перегрузочные машины, склады, железнодорожные оперативные (прикордонные и тыловые) пути, а также автомобильные дороги. При использовании пирсов с обеих сторон их ширина доходит до 200—300 м и по своему оборудованию они не отличаются от хорошо оборудованных причалов открытого причального фронта. В целях удобства подвода железнодорожных путей на пирсы, особенно при желании использовать примыкающий участок берега для устройства причалов (см. рис. 59, а), пирсы располагают под углом к береговой линии. При размещении рядом нескольких пирсов получается система причального фронта, аналогичная групповому расположению бассейнов. Разница заключается лишь в способе строительства — бассейны роют в целине берега, а для пирсов территорию отвоевывают у воды.

При строительстве Нью-йорского порта  в прошлом веке причальная линия образовывалась в виде узких пирсов, перпендикулярных линии берега, расположенных в продолжении поперечных улиц городских кварталов. Длина пирсов позволяла швартовку одного, максимум двух судов. На пирсах по всей ширине размещался склад. Железнодорожные подъезды, как правило, отсутствовали. Такая система пирсов, получившая название «американской» (в отличие от «европейских» широких пирсов), ввиду ограниченности объема складов, а еще больше из-за отсутствия механизации на причалах дальнейшего развития не получила.

Узкие пирсы вполне целесообразны при  устройстве причалов для грузов, хранение которых сосредоточено в обособленных хранилищах (зерно, нефть). Для зерновых причалов ширина пирса определяется только необходимостью размещения конвейерной эстакады и устройством пожарного проезда. Габариты нефтяного пирса определяются условиями размещения трубопроводов. При этом, учитывая возможность сосредоточения перегрузочных шлангов в средней части судна, длина пирса делается укороченной, а для швартовки судна в его продолжении устраиваются палы, соединенные с пирсами переходным мостиком.

Основным  преимуществом пирсовой формы расположения причалов является ее компактность, что имеет решающее значение для устройства портов на защищаемых акваториях в морских и водохранилищных условиях. К недостаткам пирсов следует отнести трудности в использовании торцовых участков. Иногда эти участки используются как причалы для пассажирских судов, но обычно служат местом швартовки вспомогательного флота или же остаются свободными. Ограниченность ширины не позволяет при необходимости развивать склады — приходится их переносить на берег, что приводит к значительным пробегам внутрипортового транспорта. Тем не менее, из-за указанного выше преимущества пирсовой системы она является основной в практике морского портостроения.

4.5. НАЧЕРТАНИЕ ВНЕШНИХ ОГРАДИТЕЛЬНЫХ  СООРУЖЕНИЙ ПОРТА

Внешние оградительные сооружения, ограждающие акваторию порта, подразделяют на: молы — сооружения, одним концом соединенные с берегом, и волноломы — сооружения, не имеющие соединения с берегом.

Оградительные сооружения могут иметь различную  форму в плане: прямолинейную, криволинейную и ломаную. Вогнутость или изломы оградительных сооружений, направленные в сторону открытой воды, не допускаются, так как наблюдения в натуре и исследования показали, что в этих местах (входящих углах) возникает весьма неблагоприятный волновой режим с увеличением нагрузок вдвое, по сравнению с нормальным воздействием волн на прямолинейных участках. Молы и волноломы — наиболее дорогостоящие сооружения в портах. Их компоновка подчиняется противоречивым требованиям: удобства маневрирования судов на акватории ориентируют на ее увеличение, а это при условии надлежащей защиты от волнения приводит к такому увеличению расходов на строительство ограждающих сооружений, что ставится под сомнение сама целесообразность создания порта. Поэтому при выборе места расположения порта стремятся, по возможности, использовать участки с естественной частичной защитой от волн — заливы и бухты, когда при сравнительно небольшой длине оградительных сооружений удается защитить акваторию достаточных размеров.

Сложность и многоообразие естественных факторов, влияющих на строительство порта, не позволяют выработать какие-либо четкие рекомендации по компоновке оградительных сооружений. Во избежание дорогостоящих ошибок, окончательное решение принимается, как это уже указывалось в § 9, на основании лабораторных исследований крупномасштабных моделей портов.

При компоновке портов, в зависимости от местных условий, оградительные сооружения могут возводиться в самых различных комбинациях. Простейшая компоновка порта получается при ограждении одним молом, что оказывается возможным в условиях полубухты, защищенной с одной стороны выступающим мысом. Классическим примером такой компоновки является Ялтинский порт. Мол с внутренней стороны уширен и используется для швартовки пассажирских   судов. Размер защищаемой акватории невелик. Поэтому применение одиночных молов ограничивается случаями устройства небольших портов.

Один  волнолом применяется обычно для  защиты бухт у приглубых берегов. В этом случае порт имеет два входа. В некоторых случаях, при строительстве  портов на открытом берегу, для защиты рейдов и причалов приходится строить волнолом значительной длины (Марсельский порт). Делались попытки защиты акватории одиночным волноломом и на пологих песчаных берегах. При этом предполагалось, что наносы, движущиеся вдоль берега, будут транзитом проходить через акваторию порта. Практически оказалось, что в области волновой тени за волноломом акватория начинает интенсивно заноситься и такая защита акватории от волнения сопряжена с большим объемом ремонтного дноуглубления.

Мол и волнолом применяются для защиты акватории в тех случаях, когда преобладающие ветры распространены по значительному сектору, что не позволяет обойтись одним молом или одним волноломом. Примером защиты акватории посредством мола и волнолома является порт Коломбо на о. Цейлон, Интересно, что первоначально полубухта была ограждена лишь одним молом, а волнолом построили впоследствии, когда выяснилось, что защита акватории неудовлетворительна.

Два мола применяются весьма часто как  для портов на приглубых побережьях, так и на отмелых песчаных. Отличие заключается прежде всего в том, что на приглубых побережьях, как правило, порт располагается в бухте, а поэтому общее протяжение оградительных сооружений сравнительно невелико. Отсутствует и подходный канал. Один из молов обычно выдвигают в сторону открытой воды, так как это способствует лучшей защите акватории от вкатывания волн через вход: при сохранении ширины входа уменьшается его проекция, совпадающая с фронтом волны.

На  песчаных побережьях для защиты акватории  от волн и наносов также весьма распространена схема защиты парными сходящимися молами. Характерным примером является приведенный на рисунке порт Вентспилс. Первоначально порт располагался в устье р. Венты и молы предназначались практически только для защиты подходного канала и аванпорта. В настоящее время на аванпорте акватория углублена и построены причалы. После строительства порта внешний угол у южного мола постепенно заполнился наносами и поток наносов, огибая голову мола, попадает на незащищенную часть подходного канала, что вызывает необходимость довольно большого объема ремонтного дноуглубления.

В крупных портах акваторию ограждают  молами и несколькими волноломами. Такие порты имеют обычно один или два основных входа; остальные разрывы для судоходства не используются. Установить какую-либо закономерность в компоновке сооружений в этом случае затруднительно, тем более, что оградительные сооружения в таких портах строились по мере развития порта для защиты дополнительных участков акватории и современное начертание оградительных сооружений даже трудно объяснить, не рассматривая истории развития порта.

На  свободных реках оградительные  сооружения применяются не для защиты от волн, высота которых невелика, а для того, чтобы предохранить суда от действия льда во время ледохода. Обычно такое сооружение в виде дамбы перекрывает протоку между островом и коренным берегом (рис. 61). В результате образуется затон, в котором размещается порт, а в межнавигационный период он используется для зимнего отстоя судов. В том же затоне размещается обычно и судоремонтный завод.

Важное  значение для работы порта имеет  правильный выбор положения и  размеров входа. Расположение входа определяется на основании анализа режима волнения и заносимости, ветрового и ледового режима, грунтовых условий, топографии и других факторов. Трудность решения задачи усугубляется тем, что постройка порта, в свою очередь, серьезно нарушает установившееся равновесие различных факторов естественного режима. Так, прогноз возможных последствий постройки порта на песчаном побережье при наличии транзита наносов возможен только на основании тщательного изучения масштабных моделей в лаборатории.

Практика  портостроения выработала некоторые общие рекомендации, которые могут уточняться в зависимости от местных условий.

Вход в порт должен располагаться по возможности на отдаленном от берега участке внешних оградительных сооружений. Во избежание   риска попадания судна па прибрежные отмели направление входа в порт должно составлять с береговой линией угол  не менее 30°. Вместе с тем, угол между осью входа и направлением господствующего ветра  не должен превышать 70°. Другое ограничение этого угла (<45°) учитывает требование защиты акватории от проникания волн.

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 или состава.

При назначении ширины входа приходится искать компромисс между двумя требованиями. Условия наилучшей защиты акватории требуют уменьшения ширины входа, а для удобного захода судов и составов в порт желательно вход иметь широким.

Формальное  применение формул может дать расчетную  ширину входа 300 м и более (для плотов и длинных составов). При такой ширине входа водохранилищные акватории трудно защитить от волнения. В этом случае следует ограничить ширину входа, принимая ее не более 150 м и предусматривая применение вспомогательных буксиров для ввода на акваторию плотов и длинных составов во время шторма. Для морских портов нормальная ширина входа равна 200—300 м (около длины расчетного судна). В некоторых случаях при вынужденной ориентировке входа в порт, близкой к направлению наиболее крупных волн, прибегают к перекрытию входа дополнительным волноломом. Большие расстояния перевозок грузов внутрипортовым транспортом при развитых в ширину (по отношению к кордону) складах вызывают необходимость поиска способа сокращения этих перевозок. Так, например, при проектировании причалов для пос. Стрежевой в одном из вариантов было предложено применить для внутрипортового транспорта монорельсовые дороги с подвесными электрическими тележками грузоподъемностью 3 т. На открытых площадках рельсы проходят по специальной эстакаде, а у складов подвешиваются к консолям прикрепленным к стенам складов.