Явление присоса при отрыве судна от донной постели в процессе перегрузки тяжеловесных грузов накатным способом и методы его преодоления

- территориального распределения групп предприятий выбранных сегментов (формируется карта распределения предприятий);

- продукции наиболее динамично развивающихся отраслей, в том числе: экспортная направленность или импортозамещение, выявление смежных отраслей, участвующих в создании продукции, определение совокупности продуктового направления (на основании экспертных оценок).

Концентрация усилий в рамках отдельных регионов позволяет получить эффект масштаба и эффект агломерации, которые создают в кластерах силы саморазвития, а правильный выбор данных полюсов в стране обеспечивает со временем подъём окружающих регионов. Принцип поляризованного развития эффективен только тогда, когда на территории страны появляется сеть полюсов роста разного уровня (международного, федерального, окружного).

Регион можно считать «локомотивом», если он удовлетворяет следующим условиям:

- в данном регионе наблюдается устойчивая тенденция к росту пассажиро- и грузопотока;

- наличие в регионе научно-образовательного центра мирового или федерального значения;

- в данном регионе (городской агломерации) сформирована стратегическая инициатива, имеющая значение для всей страны;

- данный регион должен иметь высокий научно-технический,

интеллектуальный, кадровый и социально-экономический потенциал,

- регион уже осуществляет весомый вклад в прирост ВВП страны;

- в данном регионе существует или может сложиться стратегическое партнерство власти, гражданского общества и бизнеса;

- в перспективе 10-12 лет данный регион может стать «девело-пером» для соседних территорий.

Литература:

1. Афанасьев, М. Мировая конкуренция и кластеризация экономики / М. Афанасьев // Вопросы экономики. - 2005. - № 4. - С. 75 - 86.

2. Гранберг, А.Г. Основы региональной экономики / А.Г. Гран-берг - М.: ГУ ВШЭ, 2004. - 496 с.

3. Филиппов, П. Кластеры конкурентоспособности / П. Филиппов // Эксперт.- 2003. - № 43 - С. 16 - 19.

4. Сайт федеральной службы государственной статистики РФ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gks.ru.

5. Яковлев А.Е., Морозова Н.В., Ивашкова Т.К., Васильева И.А. Место и роль регионов в стратегическом развитии национальной экономики // А. Е. Яковлев, Н.В. Морозова, Т.К. Ивашкова, И.А. Васильева. - Чебоксары: Издательство «Перфектум», 2013. - 259 с.

ЯВЛЕНИЕ ПРИСОСА ПРИ ОТРЫВЕ СУДНА ОТ ДОННОЙ ПОСТЕЛИ В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕГРУЗКИ ТЯЖЕЛОВЕСНЫХ ГРУЗОВ НАКАТНЫМ СПОСОБОМ

И МЕТОДЫ ЕГО ПРЕОДОЛЕНИЯ

Кузнецов А.Ю., главный инженер проектов, ООО «Инкотек карго»

Проблема подъёма различных объектов со дна акватории связанна с определением требуемых усилий и регламентом их приложения. Приходится сталкиваться с так называемым явлением присоса и при осуществлении погрузки/выгрузки тяжеловесных грузов накатным способом, подразумевающим как правило, посадку судна на заранее подготовленную донную постель, посредством приёма балласта в трюм и его последующую откачку. Комплекс мероприятий предлагаемый в данной статье позволяет эффективно противодействовать этому явлению.

Ключевые слова: судно, дно акватории, перегрузка методом Ро-Ро, присос судна ко дну.

SUCTION EVENT IN THE SEPARATION VESSEL FROM THE BOTTOM BED

DURING TRANSFER HEAVY LOADS OF ROLLING WAYS AND METHODS TO

OVERCOME IT

Kuznetsov A., Chief Project Engineer, Inkotek cargo, LLC

The problem of raising objects from the bottom of water area is connected with determination of effort required for it and time of its exposure.

When carrying out loading/unloading operations of heavyweight and oversized cargo by RO/RO method, when positioning a vessel on a bottom bed, we have to deal with the so called phenomenon of suction.

The set of measures described in this article allows counteracting this phenomenon effectively.

Keywords: vessel, the bottom of water area, transshipment by RO/RO method, vessel suction to the bottom.

Проблема подъема тех или иных объектов со дна акваторий (морское, речное, озерное дно и т.п.) связана с определением требуемых усилий подъема и регламента их приложения. Чаще всего такая проблема возникает при подъеме затонувших судов, а также снятия с морского дна стационарных буровых платформ, используемых при добыче углеводородного сырья на морском шельфе. Приходится сталкиваться с ней и транспортникам при осуществлении погрузки/выгрузки тяжеловесных грузов накатным способом, подразумевающим как правило, посадку судна на заранее подготовленную донную постель, посредством приёма балласта в трюм и его последующую откачку.

В настоящее время механическая модель подъема тела, лежащего на дне акватории, представляется следующим образом. Считается, что при подъеме тела, лежащего на дне под водой, необходимо преодолеть следующие силы:

- вес тела в подводном положении;

- прилипание (адгезию) корпуса судна к грунту (что тоже самое грунта к корпусу судна);

- силу присоса, обуславливаемую развитием в водонасыщенном

грунте отрицательных избыточных давлений в поровой воде, возникающих вследствие разуплотнения грунта в области контакта его с корпусом судна, при приложении подъемных сил (отрывающих усилий).

Следует отметить, что первая сила присутствует при подъеме судна в любом случае, а две другие зависят от физико-механических свойств грунтов, связности грунта (глина) и коэффициента фильтрации. При этом адгезия грунта обуславливается наличием сцепления в грунте и прилипанием его на обшивке судна, что иногда приводит к тому, что при подъеме судна его отрыв от дна происходит вместе с некоторым объемом прилипшего грунта. Сила присоса связана с так называемым процессом реконсолидации, то есть с процессом неустановившейся фильтрации воды из акватории в зону возникающих отрицательных избыточных давлений в порах водонасыщенного грунта. Вопросы реконсолидации грунта, происходящей при отрыве тел от дна акватории, рассмотрены в специальной литературе.

Практика подъема затонувших судов показывает, что затонувшее судно всегда требует больших усилий, чем собственный его вес, определенный массой корпуса, груза в его трюмах и отложившихся

Таблица 1. Значение коэффициента присоса судов /1/

№ Характер грунта Коэффициент силы присоса кп

1 Скалы с галькой и песком До 0,05

2 Крупный песок 0,05-0,10

3 Галька с песком 0,10-0,15

4 Мелкий песок 0,15-0,20

5 Слой ила и под ним мягкая глина 0,15-0,20

6 Ил с плотной и вязкой глиной 0,20-0,25

7 Вязкая плотная глина с песком и ракушей 0,25-0,45

Таблица 2. Коэффициент силы присоса

в трюме и на палубе наносов. Причем это явление проявляется при любой структуре данных грунтов, на которых лежит затонувший корпус судна.

В практике судоподъемных работ явление «присоса» судов известно давно. Для учета подъемной силы /1/ использовался коэффициент силы присоса.

Значения коэффициентов силы присоса для разных грунтов приведены в таблице 1.

С учетом коэффициентов таблицы определяется отрывной вес судна. Под отрывным весом судна понимается совокупность подъемного веса и силы присоса судна и грунта.

Величина отрывного веса определяется по формуле:

Р = (1+к ) Р

X отп у IV п/ X п

где кп - коэффициент силы присоса (берется из таблицы 1.), Р - подъемный вес корабля, определенный с учетом сил взвешивания. В более поздней справочной литературе /2/ по подъему судов, коэффициент силы присоса назначается в зависимости от угла внутреннего трения грунта (таблица 2.).

Хотя значения коэффициентов таблицы 1. и 2. близки, однако последняя таблица позволяет более точно оценить величину коэффициента присоса, поскольку представлена такая характеристика,

как угол внутреннего трения

Практика подъема судов выработала ряд технических приемов, позволяющих уменьшить силу присоса.

К сожалению, их использование не представляется возможным для наших целей, однако они могут служить основой для формирования конструкции песчаной постели.

Учитывая, что «присос» судна явление крайне нежелательное в технологии погрузки-выгрузки тяжеловесов, а опыт показывает, что при практически любых грунтах это явление исключить нельзя, то необходимо сформировать постель с такой поверхностью, чтобы уменьшить явление «присоса».

Для уменьшения силы «присоса» к постели песчаную постель готовят согласно изобретения * несколькими способами /3/.

Первый вариант: песчаную постель перед посадкой судна взрыхляют, взрыхление ее производят нарезкой поперечных гряд,

рис 2

Рис. 4.

при этом шаг гряд назначают равным шагу шпангоутов в корпусе судна, а при швартовке к причалу, судно опирают носовой оконечностью на вертикальные опоры (палы).

Второй вариант: при формировании песчаной постели участок подводной постели разбивают на равные квадраты и в каждый квадрат отсыпают определенный объем песка, сохраняя вертикальность его поступления, создавая при этом подводную «холмистую» постель.

Третий вариант: на песчаную постель перед посадкой судна укладывают гибкие трубчатые дрены, располагают их преимущественно в поперечном направлении относительно корпуса, погружаемого на постель судна.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на рис.1. представлен причал для погрузки-выгрузки тяжеловесов в продольном разрезе; на рис.2. - то же в плане; на рис.3. - представлен фрагмент «грядовой» песчаной постели до посадки судна; на рис.4. - тот же фрагмент, но после посадки судна; на рис.5. - расчетная схема деформации гряд под нагрузкой; на рис.6. - представлена «холмистая» песчаная постель в плане (второй вариант); на рис.7. - песчаная постель с гибкими трубчатыми дренами (третий вариант).

Для погрузки-выгрузки тяжеловесов судно 1 посредством заполнения водой балластных отсеков (на чертеже не показаны) опускают на подводную песчаную постель 2, имеющую форму гряд треугольного сечения. Перед заполнением балласта судно носовой частью подводят к вертикальным упорам З.после посадки судна 1 на постель 2 между стенкой причала 4 и носом судна 1 устанавливает аппарель 5, через которую с судна 1 на причал 4 или с причала 4 на судно 5 производится автотрейлером накатка тяжеловесов.

Так как подводная песчаная постель готовится под конкретное судно, то шаг между отдельными грядами назначается равным шагу шпангоутов (поперечных конструктивных элементов в корпусе судна).

После посадки судна на грядовую песчаную постель происходит смятие гребня гряд, что способствует выравниванию напряжений в конструктивных элементах судна. Так как полностью гряды не сминаются, то между корпусом судна, а именно его днищем, остаются борозды заполненные водой. При подъеме судна после откачки балласта отрыв его от гряд происходит быстрее, чем от сплошной постели, т.к. эффект «присоса» днища не проявляется из-за ускоренной реконсолидации грунта, поскольку путь движения воды из борозды к гребню гряды достаточно короткий.

После подъема судна с постели и отправки его с грузом, грядовая форма постели может быть утрачена, размыта, поэтому перед посадкой следующего судна нарезку гряд повторяют, для чего по линии борозд проходят подводным плугом, при этом заново формируются гребни гряд.

Приводим расчетное обоснование переформирования гряды при посадке судна.

На рис.5. изображены гряды песчаной подушки на дне акватории для посадки судна при погрузке тяжеловесных грузов.

Предполагается, что гряды образуются путем отсыпки грунта в воду, подводного или надводного намыва, нарезки подушки спецоборудованием. На рис.5.: АВС - первоначальный вид гряды. Угол САВ (СВА) равен углу естественного откоса при формировании гряды.

После посадки судна на гряды, форма гряды трансформирует-

я

ся в трапецию ААЧЗЧЗ. Начальная высота гряды h, - шаг между грядами, который может приниматься равным расстоянию между шпангоутами.

На рис.5. пунктирная линия MN соответствует положению длины судна после его балластировки и посадки на песчаную подушку.

Будем предполагать, что уложенный или намытый под воду грунт лежит на дне акватории в предельно рыхлом состоянии и под днищем судна уплотняется таким образом, что положение откосов гряд не претерпевает изменений. Положение линии А1В1 может быть определенно в предположении, что под днищем судна песок (или иной грунт) будет уплотняться до тех пор, пока давление судна на гряды не достигнет величины предельной несущей способности грунта.

Используем формулу для определения несущей способности грунта для полупространства, загруженного прямоугольной нагрузкой. Такая расчетная схема отличается от давления судна на гряды, но позволяет в первом приближении найти положение линии А1В1 при посадке судна на гряды.

В соответствие с указаниями СНиП2.02.01-83 «Основания сооружений» несущая способность основания Nu, загруженного по площади прямоугольника bx 1 может быть определена по формуле:

Nu = bl

HY, ^Я. ^ ^^ нормативные коэффициенты, за-Ф и наклона равнодействующих сил

где

- нормативные коэффициенты, зависящие

висящие от угла трения давления;

сц и сс

от отношения 1/ь;

- объемный вес грунта; ё - заглубление конструкции в грунт; с - сцепление грунта.

При посадке судна на гряды они уплотняются, но дно судна в грунт не заглубляется в силу изменения формы гряд. Таким образом, в формуле ё = а.

Поскольку очевидно, что во избежание присоса подушка должна

Рис. 5.

формироваться из несвязного грунта, то в формуле С следует также принять равным нулю.

Таким образом, будем пользоваться упрощенной формулой:

.Vi; = -¿'j.V;-"

= 1 -

0,5 Y

П= %

где • ,где

При любом балластировочном грузе, передающимся на гряды песчаной подушки размеры гряд после посадки судна на дно акватории легко определить в предложении, что Nu соответствуют заданному усилию на гряду.

Если считать, что длин закругленной части гряды известна, например I равна ширине корпуса судна, то величина b определится формулой:

При весе балласта Р и количестве гряд под днищем n величина N = Р/n.

b =

Nu

lN¿л

Соответственно этой силе, считая ее предельным давлением на гряду при заданных характеристиках грунта легко определить Ыг (таблица СНиП 2.02.01-83), а также объемный вес взвешенного

грунта У.

В качестве примера рассчитаем осадку баржи на грядовой постели из песка. Пример: баржа проекта 11800 размерами по ватерлинии: длина 98,5 м, ширина 16,5 м, балластировочный груз после посадки баржи на дно акватории - 500 т. Гряды под баржой имеют первоначальный вид треугольника, высота гряды 0,5 м, шаг

л

гряд = 3 м, заложение откосов гряд 1:3.

Намытый (отсыпанный под воду) грунт подушки и гряд нахо-

Р-15-15 У -

дится в рыхлом состоянии с т = 15°15° (во взвешенном состоянии под водой).

- 1.5 т/м\ У - 0,5 т/м3

О

Для Ф = 15° и " = 0

Ny = 1/35 ¿ßy = 1

пусом судна).

при 1>>b (I длина гряды под кор-

500т 500 98,5 „„

]Sf = —— = — я 15,2т п = —я 33

7 =

15,2

16,5-1,35-1-0,5

=~ 1,2 л*

h

33

Таким образом, после посадки баржи на гряды они практически трансформируются в трапеции с размером А1В1 = 1,2 м и просвет между грядами сохраняется, что облегчает отрыв судна от дна при его подъеме после балластировки.

На чертеже рис.6. представлена схема «холмистой» постели в плане (второй вариант), которая формируется отсыпкой под воду равных объемов песка через равные промежутки.

Подачу песка можно осуществлять плавучим краном, оборудованным грейфером. При захвате песка грейфером объем его будет постоянным. Место укладки песка под водой определяется береговыми створами.

Раскрытие грейфера производится под водой, что исключает размыв песка и позволяет создавать под водой холмы равной высоты.

Работа «холмистой» постели под нагрузкой при посадке судна происходит также как при посадке на «грядовую» постель. При этом расчет деформаций «холмов» постели производится аналогично, как при деформации гряд.

Третий вариант постели (рис.7) предусматривает укладку на песчаную постель гибких трубчатых дрен 7, при этом наиболее целесообразно расположить дрены 7 в поперечном направлении.

Дрены 7 изготовляются из пористых тканей (геотекстиля) и трубчатая форма сохраняется ввиду ее упругости под нагрузкой. Трубчатые дрены отводят воду из песчаной постели при нагрузке на постель и подводят воду к песчаной постели при подъеме судна, что в конечном итоге уменьшает усилие при отрыве судна.

В завершении необходимо отметить, что на данный момент большая часть теоретических выкладок представленных в статье получила подтверждение на практике и в целом метод нашёл своё практическое применение при осуществлении перегрузочных операция осуществляемых накатным способом с укладкой судна на донную пастель.

Литература:

1) Справочная книга по аварийно-спасательному судоподъёму и водолазному делу, часть 2. - М.: Военмориздат, 1945.

2) Гольдин Э.Р., Козлов В.П., Челышев Ф.П. Подводно-технические аварийно-спасательные работы. Справочник. - М.: Транспорт, 1990, 335 с.

3) Патент N2351526 Способ погрузги-выгрузки тяжеловесов с плавучих средств. Колосов М.А., Кузнецов Ф.Ю., Гольдин А.Л. Опубликовано Бюл. Изобретений N10, 2009.

Y

cxx

2

4 в

Рис. 6. Схема «холмистой постели»

4

Рис. 7.