Исходные данные для проектирования системы

Проектирование точечных причалов выполняется для следующих основных режимов:

• нормальный (при заданных расчетных внешних усилиях, соответствующих функционированию без ограничений);

• выживание (при предельных внешних условиях, которые могут наблюдаться в заданной акватории один раз в 100 лет);

• аварийный (при выходе из строя отдельных составных частей);

• транспортный (переход из района изготовления на точку установки);

• монтаж на точке эксплуатации.

Аварийный режим подразделяется на:

• отказ швартовного устройства;

• отказ якорной системы удерживания (обрыв одной цепи);

• потеря плавучести (затопление одного или нескольких отсеков);

• нарушение конструктивной целостности (разрушение одной или нескольких корпусных конструкций с потерей или без потери плавучести);

• нарушение в системе транспортировки продукта.

Основой для выполнения расчетов надежности эксплуатации систем точеч­ных причалов является данные по характеристикам окружающей среды.

Знание условий окружающей среды на точке установки точечного причала очень важно не только для проектирования безопасного и надежного причала для судна, но и для оценки ожидаемых эксплуатационных расходов причала и танкера.

Несмотря на большой объем работ по проектированию плавучих систем нефтедобычи, все еще остается значительная неопределенность при принятии решений. Основные неопределенности состоят в следующем:

· сочетание воздействия факторов окружающей среды;

· сочетание воздействия волнения и низкочастотных колебаний;

· определение проектных напряжений модельными испытаниями;

· методология проектирования интегрированных систем позиционирования и водоотделяющих колонн;

· факторы безопасности.

Эти неопределенности, оставаясь сложными, потенциально будут оказывать существенное воздействие на окончательные характеристики системы пози­ционирования (а также систем водоотделяющих колонн).

Источниками информации о гидрометеорологическом режиме моря яв­ляются лоции, справочники, монографии, морские гидрометеорологические ежегодники, ежемесячники, атласы, таблицы приливов, гидрометеорологи­ческие карты и другие документы организаций, проводивших в данном рай­оне гидрометеорологические наблюдения или выполнявших соответствую­щие расчеты.

Рассмотрим основные исходные данные для проектирования.

Уровень моря

Уровнем моря называется принятая глубина моря в месте установки (сред­негодовой уровень в заданном году) и прогнозируемое на весь жизненный цикл изменение глубины моря.

Должна быть информация о приливах и отливах, о среднем уровне моря, самом высоком и самом низком уровне воды, а также о влиянии штормов на уровень моря (штормовые нагоны-сгоны).

Сведения о максимальном и минимальном ожидаемых уровнях моря нужны для определения крайних перемещений точечного причала и сил, действую­щих на него, когда причал частично или полностью ограничен в вертикальном направлении якорной системой.

Для проектирования должны использоваться батиметрические карты, на ко­торых глубины моря приведены к среднемноголетнему уровню.

На батиметрических картах должны быть отображены:

· опорные пункты высотной и плановой геодезической основы;

· штатные средства навигационного оборудования и навигационные ориентиры;

· берега и границы при различных уровнях моря;

· границы регулярных ветровых нагонов воды;

· инженерно-технические сооружения и коммуникации;

· морские каналы, створные и рекомендованные фарватеры к ним;

· донная растительность, растительность береговой зоны и характерные пред­ставители малоподвижных донных животных;

· границы и особые районы на воде;

· места выхода нефти и газа, остатки затонувших кораблей, различные под­водные препятствия.

На мелководье в зоне маневрирования танкера при недостаточном знании донного рельефа должна выполняться дополнительная батиметрия на участке 3x3 км с центром в точке размещения точечного причала.

Уровень моря важен для определения вертикального клиренса ошвартован­ных и причаливающих судов.

При определении уровня моря учитываются следующие характеристики:

• гармонические постоянные (амплитуда и фаза) основных волн прилива;

• приливные колебания уровня моря (наивысший и наинизший уровни) от­носительно среднего уровня;

• расчетные величины максимального нагона и сгона, возможные один раз в 10, 25, 50 и 100 лет;

• расчетные минимальный и максимальный уровни моря относительно сред­него уровня, возможные один раз в 1, 10, 25, 50 и 100 лет;

• сезонные колебания уровня один раз в 100 лет летом, осенью, зимой (в су­ровую и мягкую зиму) и весной;

• сейши летом и зимой;

• в случае замкнутого пространства с существенно различающимися размерами в ширину и длину (например, Каспийское море) необходимо указать все пока­затели уровня при направлении воздействия ветров вдоль и поперек моря. Гармонические постоянные (амплитуда и фаза) основных волн прилива рассчи­тываются по серии ежечасных наблюдений над течениями определенной продол­жительности с помощью метода Дудсона и метода наименьших квадратов. Метод Дудсона позволяет рассчитывать гармонические постоянные 34 волн прилива но рядам ежечасных значений данных наблюдений за 31,5 суток (757 ч). К достоин­ствам метода наименьших квадратов следует отнести возможность проведения ана­лиза по рядам различной длины и дискретности, что особенно важно при обработке рядов наблюдений над течениями, полученных при инженерных изысканиях.Максимальные приливные течения рассчитываются по гармоническим посто­янным, полученным из данных наблюдений или гидродинамических расчетов.

Исходными материалами для оценки сезонных, межгодовых и многолетних колебаний уровня моря с1, м, а также вычисления средних уровней являются ежечасные или срочные многолетние регулярные наблюдения высот уровня над нулем уровенного поста. По наблюденным значениям уровня непосред­ственно вычисляются среднесуточные уровни.

После выделения приливных течений остаточные ряды наблюдений обра­батываются с целью анализа сгонно-нагонных течений. При обработке сгон­но-нагонных течений рассчитываются средние скорость и кривая обеспечен­ности распределения скоростей течений. Для характеристики направлений течений используются данные об их повторяемости по основным румбам в табличной или графической форме (роза повторяемости течений).

Течения

Влияния течений на конструкцию и эксплуатацию точечных причалов обыч­но недооцениваются, так как точные характеристики получить сложно. Однако скорость течения и направление течения относительно волн являются пара­метрами, необходимыми при проектировании швартовной системы.

Течение влияет на:

• маневрирование транспортного танкера;

• положение танкера у причала;

• усилия при швартовке;

• поведение подводных и плавучих шлангов.

Должны быть определены изменения скорости и направления течения на разных глубинах (поверхность, половина глубины, дно). Для приливных течений произво­дятся регулярные замеры, в результате которых определяется зависимость между скоростью и направлением течения, что может быть представлено векторными диаграммами приливно-отливного течения. В некоторых регионах схемы течений больше зависят от атмосферных условий (например, от ветра), а так как они на­много менее предсказуемы, необходим статистический подход. Определяются мак­симальные скорости течения с указанием направления, возможные один раз в 10, 25, 50 и 100 лет. А также скорость течения в сочетании с волнением раз в 100 лет.

Также определяются характеристики максимально возможных приливных течений (по горизонтам), повторяемость скоростей и направлений суммарных течений не менее чем на трех горизонтах, включая придонный, по данным на­блюдений, общая схема течений в районе работ с детализацией по сезонам не менее чем на трех горизонтах; для поверхностного горизонта схема с детализа­цией по типичным ветровым ситуациям.

Суммарные течения обусловлены рядом факторов, которые действуют одно­временно и генерируют течения, регистрируемые измерителями.

Для расчета повторяемости скоростей и направлений, а также построения роз течений данные наблюдений разносятся по 8 или 16 румбам направлений и по градациям скоростей.

По материалам наблюдений над течениями на различных горизонтах строятся графики хронологического хода скоростей и направлений, рассчитываются спек­тры течений, повторяемость скоростей и направлений, а также строятся розы повторяемости течений.

Экстремальные характеристики суммарных течений, возможные один раз в «п» лет, определяются по кривой обеспеченности при условии, что регулярные ряды наблюдений над течениями достаточны для получения достоверных оце­нок малой обеспеченности (длина ряда не менее 30 лет).

При отсутствии таких рядов наблюдений основными методами определения характеристик малой обеспеченности суммарных течений являются гидроди­намическое или вероятностное моделирование с последующей верификацией по материалам наблюдений.

Ветры

Ветер мало влияет на конструкцию точечного причала. Он воздействует го­раздо больше на пришвартованные суда и на волнение.

Чтобы определить преобладающее положение танкера и швартовные на­грузки, важно знать не только ожидаемые пределы воздействия ветра на ошвартованное судно, но и силу, направление и продолжительность дей­ствия ветра.

Должна быть исследована возможность возникновения внезапных шквалов. Установлено, что танкер, ошвартованный двойными канатами и захваченный шквалом во время окончания загрузки, может испытывать такую поперечно­горизонтальную качку и рыскание, что, если он не ошвартован надлежащим образом, то нагрузка на его канаты может разделиться. В таких условиях швартовные канаты часто не делят нагрузку поровну, и большая часть ее вос­принимается только одним канатом. Точную величину швартовных нагрузок в такой ситуации трудно определить во время модельных испытаний, так как трудно реально имитировать такие условия в опытовом бассейне.

При проектировании швартовной системы часто используется средняя ско­рость ветра, поддерживаемая в течение 1 мин (обычно взятая на высоте 10 м над уровнем моря). Вероятность превышения (обеспеченность) определенной скорости строится на логарифмической шкале скоростей ветра. На одной и той же диаграмме могут быть указаны штормы за 100 лет, 10 лет и один год (рис. 6.1).

Скорость ветра, уз.

 

Расчетную скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема м/с,

следует определять по формуле

где кр — коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренным по флюгеру, принимаемый по формуле кр - 0,675 + 4,5/К;, но не более 1; к₁ — коэффициент приведения скорости ветра к условиям водной поверхности; V_} — скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли (водоема), со­ответствующая 10-минутному интервалу осреднения и обеспеченности.

Исходные данные для оценки характеристик ветра должны обеспечивать достоверность рассчитываемых режимных статистических оценок. В со­ответствии с рекомендациями Всемирной метеорологической организации (ВМО) при расчете экстремальных характеристик ветра длительность ис­ходного ряда должна быть не менее 30 лет. При расчете оперативных ха­рактеристик допустимо уменьшить длительность ряда до 10 лет, но при этом необходимо указывать, к какому циклу штормовой активности отно­сятся данные.

При отсутствии продолжительных рядов наблюдений они формируются (или дополняются) данными, полученными в результате численного, как пра­вило, гидродинамического моделирования.

Расчет оперативных характеристик ветра выполняется по стандартным статистическим процедурам, в том числе по имеющимся в стандартных па­кетах прикладным программам.

Расчет экстремальных характеристик ветра выполняется по специально разработанным статистическим (вероятностным) моделям.

Математические гидродинамические модели должны быть верифициро­ваны (проверены) по данным наблюдений для конкретного места изысканий. При отсутствии таких данных допустима верификация для акваторий со схо­жими ветр о-волновым и условиями.

Волнение

Несмотря на то, что волны имеют самое большое влияние на конструкцию и эксплуатацию точечных причалов (для неледовых районов), обычно о вол­нении известно меньше всего.

При определении характеристик волнения определяется следующее:

• повторяемость высот волн (3% обеспеченности и значительных) по града­циям (через 0,5 м) без учета направлений и с учетом направлений (не менее 8 румбов) по месяцам и за навигационный период;

• совместная повторяемость высот и периодов волн;

• длительность штормов и окон погоды (средние, среднеквадратические и мак­симальные значения) для значительных высот волн и высот волн 3% обес­печенности больших и меньших заранее заданных значений;

• характеристика волн зыби;

• сведения о спектральных характеристиках волн и угловом распределении;

• сведения об орбитальных скоростях;

• экстремальные характеристики волн;

• оценки высот волн (средние, 50, 13, 5, 3, 1 или 0,1% обеспеченности), воз­можные один раз в «п» лет;

• сведения о достоверности (доверительный, вероятностный интервал) оценок;

• оценки средних периодов и длин волн (ассоциированные значения), соот­ветствующие высотам волн указанных обеспеченностей;

• оценки высот гребней волн, соответствующие высотам 0,1 % обеспеченности;

• волноопасные направления волн, наиболее вероятное направление прихода экстремальных волн.

При предварительном определении элементов волн среднее значение разго­на, м, для заданной расчетной скорости ветра м/с, допускается определять по формуле Ь = где — коэффициент, принимаемый равным 5-10¹¹;

у — коэффициент кинематической вязкости воздуха, принимаемый равным 10“⁵ м²/с.

Значение предельного разгона Ь_и допускается принимать но табл. 6.2 для за­данной расчетной скорости ветра У_и>.

Расчетные скорости ветра при разгонах менее 100 км допускается опреде­лять но данным натурных наблюдений над максимальными ежегодными значе­ниями скоростей ветра без учета их продолжительности.

Расчетные скорости ветра при разгонах более 100 км следует определять с учетом их пространственного распределения.

Для определения характеристик волнения обычно производится запись не­регулярной волны.

Ординату волнового профиля в такой записи в момент / можно рассматри­вать как составленную из бесконечного числа регулярных волн с произволь­ными фазовыми углами.

Любое состояние моря также может быть описано распределением энергии в зависимости от частот (периодов волны, или длин волны) для различных компонентов волн. Это частотное распределение энергии называется энерге­тическим спектром для частного состояния моря.

Основные характеристики волнения могут быть рассчитаны.

Значительная высота волны Н₅, может быть рассчитана по записи как сред­нее значение одной трети самых высоких величин от вершины до впадины (двойных амплитуд).

Волновые данные, необходимые для расчета швартовной системы, обычно определяются следующими параметрами:

• распределением значительных высот волн;

• зависимостью между средним периодом и значительной высотой;

• волновым спектром;

• направлением.

Значительная высота волны

Значительная высота волны (Н₃) является средним значением одной трети самых высоких величин от вершины до впадины. Около 14% волн выше, чем Н_х. Распре­деление индивидуальных волн в спектре зависит от ширины спектра. Для узкого спектра волны распределяются в соответствии с функцией Релея (рис. 6.2).

 

Для проектирования необходимо иметь долгосрочное распределение значи­тельной высоты волн. При нанесении на диаграмму интегральной вероятно­сти (рис. 6.3) получается информация как о вероятности появления опреде­ленного состояния моря, так и о предельных показателях выживания.

Значительная высота волны, м Рис. 6.3. Типичное распределение значительной высоты волн для данных, полученных

Системы швартовки, как правило, рассчитываются на нерегулярное волне­ние. Обычно максимальная расчетная волна за период 100 лет используется ограниченно. Тем не менее волновые условия часто задаются максимальными высотами волн. Для определения некоторой максимальной волны может быть использовано распределение функций предельных значений, выведенное Лон- ге-Хиггинсом и Картрайтом.Интегральное распределение предельных значений х_тах построено на рис. 6.4 для различных значений N. Этот график имеет общее применение, но для волн х представляет амплитуду волны. На этом графике х’_тах означает макси­мальное значение х с определенной вероятностью превышения (зависящей от числа колебаний А/); х’_тах введено таким образом, чтобы график являлся без­размерным. Отсюда деление на ^лГт₀ (среднеквадратичное значение записи), которое тоже выражается в единицах длины

Средний период волны

Период нерегулярных волн может быть определен несколькими способами:

• Т₍₎ — средний наблюдаемый период;

• Т_г — средний период пересечения нулевой линии;

• Т_х — значительный период волны, равный среднему периоду, который связан с одной третью самых высоких волн;

• Т_р — пик периода спектра, равный периоду спектрального компонента, ко­торый связан с минимальной волновой энергией;

• Т_тах — максимальный период волны, равный периоду волн максимальной высоты.

Для спектра типа Пирсона-Морковица аппроксимационные зависимости даны в табл. 6.3.

Таблица 6.3

Для усталостных расчетов важна плотность вероятности, обычно встречаю­щаяся у значительной высоты волны и среднего периода волны. Эта инфор­мация может быть найдена по диаграмме рассеивания. На диаграмме рассеи­вания волн плотности вероятности для общего случая значительной высоты волны и среднего периода задаются в цифровой форме в тысячных долях. Рав­ные значения соединяются контурными линиями. Обычно указана крутизна волны (отношение высоты волны к длине волны). Из этой диаграммы можно построить зависимость между значительной высотой и средним значением среднего волнового периода (рис. 6.5).

Значительная высота волны Ш, м Рис. 6.5. Зависимость среднего периода волны от значительной высоты волны (типичная)

 

Спектр волнения

Когда для данных условий известны значительная высота волны и средний период, должна быть выбрана форма спектра. Выбор спектра зависит от того, может ли случиться в месте расположения точечного причала полностью раз­витое волнение, расположен ли точечный причал на глубине или мелководье и т.д.

Наиболее часто применяется спектр Пирсона-Морковица, который может быть записан формулой:

Спектр Пирсона-Морковица применим для полностью развитого волнения. Он имеет приемлемую ширину, преимуществом которой является то, что она заключает в себе обширный диапазон периодов волн, устраняя, таким образом, риск базирования проектирования на ограниченном диапазоне частот.

Предельная высота волны, с ошвартованным танкером или без него, необхо­дима для определения конфигурации подводного шланга для причала.

На рис. 6.6 показаны четыре крайних положения буя CALM:

Проектирование одноточечных причалов (SPM)

А: положение буя при среднем уровне моря без ошвартованного танкера; В: предельное положение буя при наименьшей глубине воды и максималь­ном смещении к подводному манифольду;

С: предельное положение буя при наибольшей глубине воды и максималь­ном смещении от подводного манифольда;

D: положение буя при наименьшей глубине воды без ошвартованного тан­кера.

Только в суровых условиях выживания или при ураганах расстояние между подводным манифольдом и буем максимально увеличивается, влияя таким об­разом на длину подводного шланга. Направление предельных волн и их поло­жение относительно подводного шланга должны быть известны для создания оптимальной конструкции.

Волновая статистика необходима для того, чтобы установить влияние со­стояния моря на системы причала, особенно с плавучими шлангами.

Эксплуатационные пределы, накладываемые высотой волн на точечный при­чал с плавучими шлангами, следующие:

• ограничение условий эксплуатации швартовного катера, необходимого во время швартовки и отсоединения шланга. Обычно обслуживающие суда мо­гут работать при значительных высотах волн 2-2,5 м в зависимости от дли­ны волны. При ветровом волнении должен использоваться нижний предел 2 м, а если преобладающим является волнение зыби, можно работать при высоте волны 2,5 м и более:

- ограничение грузовых операций. Если волны достигают значительной высоты 3-4 м, приходится отсоединять плавучие шланги от манифоль­да танкера, чтобы избежать их повреждения. Это важно для стандарт­ных причалов CALM или SALM. Для ALP танкер может оставаться под загрузкой при значительных высотах волн на несколько метров больше;

- самые неблагоприятные погодные условия и состояние моря, при кото­рых танкер может оставаться безопасно пришвартованным к причалу.

Эти случаи и продолжительность действия волн высотой 3-^4 м, как указано выше, определяют возможность задержек швартовки из-за погодных условий. Эти задержки, кроме стоимости простоя танкера, важно учесть при расчете возможной пропускной способности точечного причала и объема хранения, необходимого на период между подходами танкеров. Для этой цели данные по волнам лучше всего представлять на диаграммах живучести, таких как по­казано на рис. 6.7. Например, из этой диаграммы можно узнать, что значи­тельная высота волны в 4 м будет иметь длительность 45 ч раз в год и дли­тельность 90 ч раз в десять лет.

Важно также иметь почасовые записи волн, так как может оказаться, что в течение определенной части суток высота волн меньше, чем 2-2,5 м (по­этому швартовные катера могут работать), в то время как средняя величина волн для этих суток 2,5 м. Если характеристика оказывается постоянной, со­ответственно может планироваться прибытие танкеров, что ведет к меньшим задержкам по сравнению с теми, которые были бы возможны по записям среднесуточных величин.

Наиболее простым и удобным является спектральный анализ. Наиболее важными параметрами волны являются ее амплитуда и частота. Возможно определение амплитуды и частоты волны с помощью быстрого преобразо­вания Фурье данных, полученных экспериментальным путем.

Период повторения, г Рис. 6.7. Диаграмма живучести

 

Однако получение данных в необходимом объеме для построения вышеупо­мянутых диаграмм трудоемко и долго.

Так как транспортный танкер может отойти от точечного причала, недооцен­ки на стадии проектирования из-за недостатка данных по окружающей среде могут привести к большему простою, чем рассчитывалось, но не к авариям, которые могли бы быть, например, с буровыми судами или постоянно при­швартованными судами-хранилищами.

Направление волн, ветра и течения

Обычно данных по общему количеству случаев и взаимному направлению волн, ветра и течения недостает.

Как правило, для условий выживания штормовой ветер за 50 или 100 лет ком­бинируется с соответствующим волнением за 50 или 100 лет и с течением. Вза­имный угол между направлениями ветра выживания и волн изменяется от 0 до 30°. Углы большей величины маловероятны, потому что предельные волновые условия образуются непосредственно этим ветром. Взаимный угол между ними зависит от условий на площадке причала.

Существует много мест, где направления течения с большой скоростью со­ставляют практически прямой угол с волнами. Стандартным приемом при про­ектировании является рассмотрение, по крайней мере, двух направлений течения: одно — параллельно волнам, а другое — под прямым углом к ним. Обычно ско­рости течения в этих двух случаях не одинаковы.

Особый расчетный случай — состояние моря после сильной бури, котда скорости ветра малы и имеют направление, отличающееся от направления бури. Это условие должно быть рассмотрено для того, чтобы обеспечить отсутствие воздействия при­швартованного судна на точечный причал, при котором среднее усилие на танкер мало, а медленное перемещение максимально. Этот расчетный критерий относится к воздействию волн выживания без учета течения и со скоростью ветра 50% от скорости ветра выживания, направление которого параллельно волнам.

Для эксплуатационных условий взаимные направления и величины волн, ветра и течения могут изменяться намного больше. Обычно необходимо исследовать диапазон различных комбинаций. В зависимости от расположения и специфи­ческой функции системы швартовки к причалу или к постоянно ошвартованному танкеру высота волны, скорости ветра и течения выбираются так, чтобы они име­ли одинаковую вероятность превышения. Из такого набора условий окружающей среды устанавливаются основные размеры швартовной системы. Затем рассмат­ривается воздействие ряда разных комбинаций волн, ветра и течения для опти­мизации системы.

Видимость

Туман и проливной дождь могут снизить видимость и тем самым затруднить швартовку и отшвартовку танкера.

Плохая видимость под водой может влиять на водолазные работы, выпол­няемые во время установки точечного причала, технического обслуживания или ремонтных работ. Это может повлиять на конструкцию из-за необходи­мости уменьшения времени обслуживания водолазами. Это может также по­влиять на эксплуатацию, особенно на задержки швартовки танкеров из-за под­водных работ по техническому обслуживанию или ремонту причала.

Обледенение

Обледенение может существенно повлиять на надежность эксплуатации причала. Как правило, это брызговое обледенение.

Повторяемость и продолжительность по месяцам морского брызгового обле­денения рассчитываются по данным сочетаний отрицательной температуры воздуха и скорости ветра для трех степеней интенсивности — медленное, бы­строе и очень быстрое.

Каждой градации явления соответствует определенное сочетание гидроме­теорологических условий:

* медленное обледенение происходит при наличии хотя бы одного из явлений — атмосферные осадки, туман и парение моря при любой скорости ветра и температуре воздуха от -1 до -3°С, а также при скорости ветра менее 9 м/с и температуре воздуха ниже -3°С;

* быстрое обледенение происходит при скорости ветра 9-15 м/с и температуре воздуха от -3 до -8°С;

* очень быстрое обледенение происходит при скорости ветра свыше 15 м/с и температуре воздуха ниже -3°С или при скорости ветра 9-15 м/с и темпе­ратуре воздуха ниже -8°С.

Крайне важно определить вероятность обледенения и принять соответ­ствующее решение для его исключения.

Характеристики грунта и морского дна

Должны быть получены подробные планы и профили глубин вокруг предпо­лагаемого участка причала. Исследуемая акватория должна иметь радиус при­мерно в 10-12 раз больше длины причаливающего танкера.

Кроме того, эта площадь и маршруты подхода танкеров к причалу должны быть обследованы для выявления возможных препятствий.

Должны быть также исследованы характеристики морского дна. Для участков с толстым, мягким слоем грунта вертикальный клиренс имеет менее критический характер, чем для плотных и скалистых грунтов. При расчете вертикального кли­ренса следует учесть возможные неточности гидрографического обследования.Очертания каменистого морского дна изменяться не будут, морское дно из песка и более мягкого материала может изменяться под воздействием волн, тече­ний и работы винтов судов. Эти изменения нужно изучать путем сравнения с батиметрическими картами и съемками предыдущих лет.

Обычно на предполагаемом участке размещения точечного причала дноуглуби­тельные работы не производятся, хотя иногда удаляются обнажения каменистых пород. Эксплуатационные дноуглубительные работы на участке затруднены из-за возможности повреждения подводного трубопровода и якорной системы причала.

Влияние характеристик грунта на конструкцию цепной части якорной системы незначительно, оно касается определения типа якоря, способного выдержать го­ризонтальную расчетную нагрузку. Характеристики грунта требуются для опре­деления несущей способности якоря. Если для обычных якорей прочность или глубина или то и другое недостаточны (песчаный слой на каменистом дне), долж­ны быть забиты или пробурены (на скалистом грунте) сваи.

Расчетные свойства грунта

Независимо от выбранного типа основания расчетные свойства грунта долж­ны быть определены для непосредственного расположения причала с регла­ментированной точностью. Опыт показывает, что подробные инженерно-гео­логическое и геотехническое исследования, хотя сначала они могут показаться дорогостоящими, зачастую являются способом сведения к минимуму общей стоимости проекта, включая проектирование и установку якорей.

Основные расчетные свойства грунта включают в себя:

• ненарушенную объемную массу грунта в воде на месте;

• коэффициент сцепления;

• модуль деформации;

• угол внутреннего трения;

• гранулометрическиий состав несвязных грунтов;

• недренированное сопротивление сдвигу;

• прочность на сжатие для сцементированных или окаменелых материалов;

• сцепление при трехосном сжатии (неконсолидированное и недренированное испытания);

• определение числа пластичности и консистенции (текучесть) для глинистых грунтов;

• влажность;

• удельный вес частиц грунта.При необходимости должны быть оценены дополнительные свойства, такие как разжижение под действием волновых или сейсмических нагрузок и собст­венного веса причала.

Испытания для определения свойств грунта

Свойства морского грунта могут быть получены обычными лабораторными исследованиями, выполняемыми либо на борту исследовательского судна, либо на берегу, либо из исследований на месте.

Лабораторные исследования являются удобным способом проведения точных измерений на образцах, взятых с морского дна. Различные виды испытаний грун­тов в той или иной степени стандартизированы в мире. Процедура испытаний может быть приспособлена к природе грунта и типу нагрузки, которой будет про­тивостоять основание. Например, испытание на всестороннее сжатие затвердев­шего дренированного грунта будет проводиться для оценки долговременного по­ведения основания, погруженного в глину под постоянной нагрузкой.

Однако на результаты лабораторных испытаний часто влияет взаимное по­ложение взятых образцов. Они всегда должны соотноситься с результатами испытаний на месте, в которых измеряются свойства неповрежденного грунта. Наиболее часто проводимые полевые исследования включают в себя:

• стандартное исследование на проникновение (пенетрация). Дает только значение плотности несвязного материала. Количество ударов, требуемое для проникновения в стандартизированные образцы расколотых обнажений пластов грунта, обеспечивает лишь грубое определение прочности грунта, которое выводится из эмпирических данных. Характеристики деформации, такие как модуль горизонтальной реакции грунтового основания, часто свя­зывают с прочностными категориями. Однако такая связь недостаточна и мо­жет в случае горизонтально нагруженных свай стать неприемлемой;

• испытание на конусное проникновение. Существует множество публикаций, в которых свойства грунта могут быть получены из сопротивлений конуса и фрикционной втулки;

• манометрическое испытание. Измеряются параметры горизонтальной же­сткости грунта непосредственно путем давления на грунт;

• лопастное испытание. Пригодно только для прямого определения недре- нированной прочности на сдвиг связных грунтов. Полученные величины сравнимы с результатами испытаний на всестороннее сжатие недрениро- ванных и неотвердевших образцов в лаборатории;* пьезоконусное испытание. Является стандартным испытанием на конусное проникновение со встроенным устройством измерения порового давления, развиваемого во время проникновения конуса.

При интерпретировании измерений полевых испытаний необходимо учи­тывать, что эти испытания стандартизированы в мире лишь приближенно, а соотношения, найденные в литературе, обычно относятся к одному специфи­ческому прибору.

Низкие температуры/лед

Влияние низких температур на перекачку нефти через точечный причал за­висит от характеристик нефти. Низкие температуры уменьшают характери­стики текучести и могут потребовать увеличения давления транспортировки. Очень низкие температуры могут вызвать образование льда в верхней части швартовного буя, влияя, таким образом, на его остойчивость. Поэтому необхо­димо исследовать возможность воздействия низких температур на конструк­цию причала и изменить ее, включив такие специальные детали, как защитные покрытия и нагревательные спирали.

В некоторых случаях, когда около точечного причала могут проходить ле­дяные поля, шланги погружаются на дно моря.

Ледяные поля значительно влияют на конструкцию точечного причала. Ис­следования и работы по созданию специальных ледостойких конструкций то­чечных причалов должны проводится в зависимости от местных условий.