הצטרפו ל WhatsApp של קהילת ענף הבנייה והתשתיות בישראל. כאן >>

אתגרים הנדסיים בהקמת נמל בים פתוח – מיזם התשתית הגדול להקמת נמל הדרום, אשדוד

המאמר נכתב ע"י:

אינג' נעה אורן, ראש מינהלת פיתוח הנמלים החדשים, חברת נמלי ישראל פיתוח ונכסים בע"מ (חנ"י).
אינג' מקס רדומיר, מתכנן בכיר, חברת נמלי ישראל פיתוח ונכסים בע"מ (חנ"י).
אינג' דן פ. דיקסטרו, יועץ להנדסה ימית ואזרחית.

הקדמה

חברת נמלי ישראל פיתוח ונכסים בע"מ (חנ"י) מופקדת על פיתוח נמלי הים של ישראל בחיפה, באשדוד ובאילת, החברה אחראית לביצוע של שני מיזמי תשתית מהגדולים והחשובים במשק- "נמל הדרום" באשדוד ו"נמל המפרץ" בחיפה.

הקמתם של הנמלים החדשים נועדה לתת מענה לצורך בהגדלת קיבולת הנמלים הקיימים הקרבה למיצוי, לאפשר כניסתן של אניות הענק לנמלי ישראל (באורך 400 מ' הנושאות 18,000 מכולות) ולמזער את תלותה של ישראל בנמלים אחרים באיזור ולשמור על איתנותה של כלכלת ישראל, הנשענת כמעט לחלוטין על נמלי הים כשער המסחרי העיקרי (99% מהסחר הישראלי עובר בנמלי הים).

נמל הדרום נבנה בים פתוח – בשונה ממרבית הנמלים המוקמים במפרצים או בשפכי נהרות באזורים מוגנים.

ההתמודדות ההנדסית עם אתגרי הבנייה בים קשה בעיקר בתקופת החורף, ארבעה חודשים בשנה בהם מתרחשות סערות עם גלים גבוהים ותנאי ים קשים.

לכן נדרשים פתרונות ייחודיים להגנה זמנית על מוקדי העבודה בזמן הקמת הנמל.

פרוייקט הקמת נמל הדרום באשדוד נמצא בביצוע החל מספטמבר 2014, לאחר עבודת תכנון ארוכה ומקצועית.

היקף הפרוייקט כ- 3.3 מיליארד ₪. נמל הדרום נבנה במקביל להקמת מיזם תשתית נוסף, נמל המפרץ בחיפה המבוצע על ידי "שפיר - אשטרום הקמת נמל חדש בחיפה פעילות משותפת".

שני המיזמים מבוצעים עבור חברת נמלי ישראל – פיתוח ונכסים בע"מ (חנ"י) ותוכננו ע"י חברת התכנון HPA Engineers P.C מארה"ב.

חברת הניהול היא א.ר אדיר הקמות בע"מ.

פרוייקט נמל הדרום מבוצע ע"י Pan Mediterranean Engineering Company Ltd מסין, וכולל את המבנים המוצגים בתרשים 1:

תרשים 1: נמל הדרום - תנוחה.

נמל עבודה הכולל 350 מ' רציף עם עומק מים של 8 מ', שובר גלים ושטח מילוי עורפי של 90 דונם.
600 מ' הארכת שובר גלים ראשי בעומק מים של 25 מ'.
1500 מ' שובר גלים משני בעומק מים של 17 מ'.
810 מ' קיר תומך מפלדה (TRS) בעומק מים של 17.3 מ'.
800 מ' רציף מכולות ראשי (רציף 27) בעומק מים של 17.3 מ' לאניות EEE (18,000 מכולות, אורך= 400 מ', רוחב= 59מ', שוקע= 16מ').
500 מ' רציף מכולות משני (רציף 28) בעומק מים של 17.3 מ'.
מילוי שטח בחול בגודל של 640 דונם.

לביצוע המבנים הללו נדרשים 34,300 יח' של קוביות בטון (אנטיפרים) בגדלים של 4 מ"ק, 7 מ"ק, 16 מ"ק ו-5.8 מיליון טון סלעים בגדלים (0-1) טון ליח', (1-3) טון ליח', (3-6) טון ליח'.

כאמור, הפרוייקט נבנה בים פתוח, כאשר בפרק הזמן מנובמבר עד פברואר, ישנן סערות עם גלים גבוהים ותנאי ים קשים. הפרמטרים שנלקחו לתכנון הם: Hs=8.30 m , Tp=12 sec.

רציף 28 הינו רציף פתוח שתוכנן לאניה של 4,000 מכולות (אורך= 270 מ', רוחב= 32.2 מ', שוקע= 12 מ').

בניית שובר גלים במים עמוקים בים פתוח מהווה אתגר הנדסי גדול. על אחת כמה וכמה לאור ממצאי חקר הקרקע שבוצע, שהראו שכבות של חול דק מאוד (אבקה) בתוואי של שובר הגלים הראשי.

על מנת להבטיח את יציבות שובר הגלים, ממצא זה חייב טיפול בקרקע ע"י החדרת עמודות חצץ לקרקעית הים באזור המיועד לבניית שובר הגלים.

הטיפול הנדרש בקרקעית הים חייב העברת תחילת עבודות הבנייה של שובר הגלים הראשי לשלב מאוחר יותר בפרויקט.
בזמן תקופת הטיפול בקרקעית הים תחת שובר הגלים ובטרם התחלת בניית השובר, עבודות הרציפים ועבודות המילוי היו צפויות להיות חשופות לים הפתוח. במטרה להגן על עבודות ההקמה הללו, נדרש פתרון להגנה זמנית מפני עוצמת הגלים.

רציף 28 הפך לבעל תפקיד מרכזי וקריטי בהגנה הזמנית מפני כוחות הים.

במאמר זה נתמקד בתכנון רציף 28 על חלופותיו השונות ובאתגרי הביצוע שלו בים פתוח תוך התמודדות עם איתני הטבע, כאשר עיקר העבודה מתבצעת מתחת למים.

התכנון

הליך התכנון של הנמל כלל מודלים נומריים (ממוחשבים), מודלים פיסיקליים במעבדות: מודל יציבות דו- מימדי בתעלת גלים ומודלים ליציבות ולאגיטציה תלת מימדיים בבריכת גלים, סימולציות לניווט אניות לתוך הנמל.

התכנון הועבר לחברת WTM Engineersבגרמניה לחוות דעת שניה.

רציף 28 תוכנן לגל של 1 ל- 100 שנים במצב סופי ולגל של 1 ל- 10 שנים בזמן הביצוע. תכנון רציף 28 עבר מספר אבולוציות.

החלופה הראשונה היתה דומה לתכנון רציף 24 הקיים, שממוקם בתנוחה זהה לרציף 28 וחשוף לתנאי ים דומים.

היתה זו חלופה של קייסון חצי פתוח (תרשים 2) שבתוכו מסודר שיפוע של סלעים בגדלים שונים.

תרשים 2: חלופה ראשונה – קייסון חצי פתוח בדומה לרציף 24 הקיים.

חלופה זו נדחתה מהסיבות הבאות:

חקר הקרקע גילה כי למרות המרחק הקצר בין רציף 28 לרציף 24 הקיים, תנאי הקרקע שונים לגמרי. תחת רציף 28 התגלתה שכבת חול דק מאוד (אבקה) בדומה לזו המצויה תחת שובר הגלים הראשי, דבר שלא איפשר הנחת קייסון על הקרקעית מחשש לשקיעתו ובעקבות כך חששות לשקיעת מסילות המנופים שיותקנו על הרציף.
רוחב שיפוע הסלעים בתוך הקייסון לא היה רחב מספיק בשביל לספוג את אנרגיית הגלים וגרם לגלים בתוך בריכת הנמל הקיים (אגיטציה). בנוסף, נוצרו לחצים גבוהים מאוד על רצפת הרציף.

החלופה השניה התבססה על רציף פתוח עם עומק מים טבעי של 17 מ'.

חלופה זו כללה מבנה פלדה מרובע סגור ((Cofferdam לאורך חלקו האחורי של הרציף, המורכב מקירות שיגומים באורך 53.4 מ' כל פרופיל. משקל מבנה הפלדה הסגור היה 26,000 טון.

מצידו האחורי ישמש כקיר תומך למילוי החול ומצידו הקידמי כתמיכה לשיפוע הסלעים.

מבנה הפלדה יחוזק ע"י קורות פלדה אלכסוניות. לפני מבנה הפלדה יוחדרו ארבע שורות של צינורות פלדה וביניהם יסודר שיפוע של סלעים בגדלים שונים ומעליהם שתי שכבות של קוביות בטון (תרשים 3).

אין ספק שזה מבנה מסובך מאוד לבנייה בים פתוח והיה עלול לגרום לעיכוב משמעותי בבניית הרציף וכמובן שלא יכול היה להיבנות מהר מספיק כדי לשמש כהגנה זמנית בתקופה הראשונית של בניית הנמל.

משום כך, חלופה זו נדחתה.

תרשים 3: חלופה שניה - תנוחה, חתך ופרטים למבנה הפלדה הסגור (Cofferdam).

במטרה לפשט את המבנה של רציף 28, כך שיוכל להיות מבוצע במהלך קיץ בודד ולשמש במהירות האפשרית כהגנה זמנית על עבודות הקמת הנמל, הוצעה חלופת קייסונים בחלקו האחורי של הרציף במקום מבנה הפלדה הסגור (תרשים 4).

חלופה זו נתנה פתרון ללוחות הזמנים ולביצוע מהיר של ההגנה הזמנית, אך לא נתנה פתרון ליציבות הרציף ולבעיית השקיעות בעקבות תנאי הקרקע הירודים.

נוצר מצב כי רגל אחת של המנוף (בצד הים) מבוססת על צינורות פלדה ורגל שניה של המנוף (בצד היבשה) מבוססת על הקייסון שעלול לשקוע, דבר שלא ניתן לקבל.

האתגר התכנוני הזה נפתר ע"י הסטת הקייסון מעבר למסילות המנוף, לעבר המילוי, מקום בו ניתן לקבל שקיעות ולפצות עליהן במבנה העליון של המיסעה.

החלופה השלישית, שאומצה, היתה מורכבת משורת קייסונים ולפניהם שבע שורות של צינורות פלדה וביניהם שיפוע של סלעים בגדלים שונים ומעליהם שתי שכבות של קוביות בטון (תרשים 5).

בחלופה זו הושגו מספר מטרות:

יציבות הרציף וביסוס מסילות המנופים, שיותקנו על הרציף, ללא שקיעות.
הקייסונים מיוצרים ומורכבים באופן מהיר יחסית וכך יוכלו לשמש כהגנה זמנית לעבודות הקמת הנמל.
רוחב שיפוע הסלעים וקוביות הבטון תחת הרציף גדל ובכך איפשר ספיגת אנרגיה טובה יותר וכתוצאה מכך הופחתו באופן משמעותי הגלים בתוך בריכת הנמל והופחת הלחץ על ריצפת הרציף.

חלופה זו נבדקה במודל פיסיקלי דו מימדי במצב הסופי ובשלבי הביצוע.