Способ погрузки-выгрузки тяжеловесов с плавучих средств
Владельцы патента RU 2351526:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций" ("ФГОУ ВПО СПГУВК") (RU)
Изобретение относится к области транспортного строительства. Способ погрузки-выгрузки тяжеловесов накатом с плавучих средств на берег и обратно включает швартовку к причалу и посадку судна на песчаную донную постель. Перед каждой посадкой судна песчаную постель взрыхляют плугом или другим способом, образуя подводные поперечные борозды и гряды для снижения усилий отрыва судна. Шаг гряд назначают равным шагу размещения шпангоутов в корпусе судна. Возможна разбивка участка песчаной постели на равные квадраты. В каждый квадрат отсыпают определенный объем песка, сохраняя вертикальность его поступления. Возможна также укладка гибких трубчатых дренов, на которые опускают судно. Технический результат направлен на снижение затрат при подготовке песчаной постели, уменьшение усилия отрыва судна при откачке балласта и сокращение времени ожидания всплытия. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к области транспортного строительства и представляет совершенствование способа погрузки-выгрузки тяжеловесов с плавучих средств на берег и обратно методом наката («РО-РО»). Существующие способы погрузки-выгрузки тяжеловесов на речные суда предусматривают балластировку судна и посадку его на песчаную подводную постель, при этом уровень палубы судна, на которой размещается тяжеловес, должен находиться на уровне поверхности территории причала.
После посадки судна на подводную песчаную постель между бортом судна и причалом устанавливается аппарель, по которой производится перекатка тяжеловеса с берега на судно или с судна на берег. Посадка судна на песчаную постель обеспечивает опирание его на грунт и исключает дифферент или крен судна в момент перемещения трейлера с тяжеловесом по аппарели. Подъем судна с палубы и перекатка его по аппарели производится автотрейлером типа «Kamag SPM» и др.
Для обеспечения равномерных напряжений в наборе корпуса судна подводная песчаная постель должна иметь поверхность, соответствующую поверхности днища судна. Выполнить такую поверхность даже для плоскодонных судов достаточно сложно, кроме того, ряд плоскодонных судов имеют строительные прогибы, которые изменяются обычно в сторону увеличения при погрузке на них тяжеловесов. Выполнение постели с учетом деформаций корпуса судна практически невозможно.
Кроме того, при использовании в песчаной постели мелкозернистых грунтов в момент подъема судна с постели при откачке балласта наблюдается явление «присоса» днища к постели, что требует дополнительных усилий для отрыва судна от постели.
Объяснение данного явления заключается в консолидации грунта в песчаной постели в ходе погрузки тяжеловесов на судно, т.е. отжатием воды из пор песчаного грунта.
При откачке балласта из балластных отсеков судна подъемных усилий может быть недостаточно для его всплытия, т.к. требуется время, чтобы в поры между частицами грунта песчаной подушки произошло поступление воды (явление деконсолидации).
Так как процесс движения воды в порах грунта достаточно медленный и определяется коэффициентом фильтрации грунта, а также длиной пути фильтрации, то процесс деконсолидации задерживает подъем судна с постели.
Известны случаи, когда после погрузки тяжеловеса на судно и откачки балласта судно оторвалось от постели и всплыло только через 12 часов.
Цель изобретения:
- снизить затраты труда при подготовке песчаной постели;
- уменьшить явление «присоса» корпуса судна, за счет чего уменьшить усилие отрыва судна при откачке балласта или сократить время ожидания всплытия.
Эта цель достигается тем, что песчаную постель перед посадкой судна взрыхляют, взрыхление ее производят нарезкой поперечных гряд, 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 чертежами, где на фиг.1 представлен причал для погрузки-выгрузки тяжеловесов в продольном разрезе, на фиг.2 - то же в плане, на фиг.3 представлен фрагмент «грядовой» песчаной постели до посадки судна, на фиг.4 - тот же фрагмент, но после посадки судна, на фиг.5 - расчетная схема деформации гряд под нагрузкой; на фиг.6 представлена «холмистая» песчаная постель в плане (второй вариант); на фиг.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 3. После посадки судна 1 на постель 2 между стенкой причала 4 и носом судна 1 устанавливают 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. эффекта «присоса» днища не проявляется из-за ускоренной деконсолидации 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 фиг.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 фиг.5: АВС - первоначальный вид гряды. Угол CAB (CBA) равен углу естественного откоса при формировании гряды.
После посадки судна на гряды форма гряды трансформируется в трапецию АА1В1В. Начальная высота гряды h, λ - шаг между грядами, который может приниматься равным расстоянию между шпангоутами.
На фиг.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 изменение. Положение линии A1B1 может быть определено 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 А1B1 при посадке судна на гряды.
В соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83 «Основания сооружений" несущая способность основания Nu, загруженного по площади прямоугольника b×l может быть определена по формуле
где Nγ, Nq и Nс - нормативные коэффициенты, зависящие от угла трения φ и наклона равнодействующей сил давления;
ξγ, ξq и ξс - нормативные коэффициенты, зависящие от отношения 
γ - объемный вес грунта;
d - заглубление конструкции в грунт;
с - сцепление грунта.
При посадке судна на гряды они уплотняются, но дно судна в грунт не заглубляется в силу формы изменения формы гряд. Таким образом, в формуле d=а.
Поскольку очевидно, что во избежание присоса подушка должна формироваться из несвязного грунта, но в формуле С следует также принять равным нулю. Таким образом, будем пользоваться упрощенной формулой
где 
где 
Из формулы (2) следует, что при любом балластировочном грузе, передающемся на гряды песчаной подушки, размеры гряд после посадки судна на дно акватории легко определить в предположении, что Nu соответствуют заданному усилию на гряду.
Если считать, что длина 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 
Соответственно этой силе, считая ее предельным давлением на гряду при заданных характеристиках грунта легко определить Nγ (таблица СНиП 2.02.01-83), а также объемный вес взвешенного грунта γ.
В качестве примера рассчитаем осадку баржи на грядовой постели из песка.
Примем: 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 гряд λ=3 м, заложение откосов гряд 1:3.
Намытый (отсыпанный под воду) грунт подушки и гряд находится в рыхлом состоянии с φ=15° γcxx=1,5 т/м3, γ=0,5 т/м3 (во взвешенном состоянии под водой).
Для φ=15° и σ=0 (нагрузка на гряду вертикальна) Nγ=1.35 
при l>>b (l длина гряды под корпусом судна).
Таким образом, после посадки баржи на гряды они практически трансформируются в трапеции с размером A1B1=1,2 м, и просвет между грядами сохраняется, что облегчает отрыв судна от дна при его подъеме после разбалластировки.
На чертеже фиг.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 (фиг.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 в виду 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.
1. Способ погрузки-выгрузки тяжеловесов накатом, включающий швартовку судна к причалу, балластировку судна и посадку его на песчаную донную постель, отличающийся тем, что, с целью снижения усилий отрыва судна от песчаной постели после окончания погрузки-выгрузки и откачки балласта, перед каждой посадкой судна на песчаную подушку поверхность подушки «взрыхляют», для чего посредством плуга или других устройств создают на поверхности подушки горизонтальные борозды, между которыми образуются гряды (гребни) с рыхлым грунтом и на которые опирают днище судна перед погрузкой-выгрузкой.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шаг борозд назначают в соответствии с шагом поперечного набора судна (шпангоутами), а швартовку судна производят с опиранием его носовой оконечностью на вертикальные опоры (палы).
3. Способ погрузки-выгрузки тяжеловесов по п.1, отличающийся тем, что перед посадкой судна участок песчаной постели разбивают на равные квадраты и в каждый квадрат отсыпают определенный объем песка, сохраняя вертикальность его поступления, создавая при этом подводную «холмистую» постель.
4. Способ погрузки-выгрузки тяжеловесов по п.1, отличающийся тем, что перед посадкой судна на песчаную постель поперек постели укладывают гибкие трубчатые дрены, на которые опускают судно.
