Новости — Развитие исследований ЦНИИСа в области морской берегозащиты

Лищишин И.В., канд. техн. наук – директор; Шахин В.М., д-р техн. наук – зам. директора по научной работе; Тлявлина Г.В., Радионов А.Е., Тлявлин Р.М., кандидаты техн. наук, зав. лабораториями,  филиал ОАО ЦНИИС «НИЦ «Морские берега»

История филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ «Морские берега» началась с 6 декабря 1945 года, когда при Всесоюзном научно-исследовательском институте  железнодорожного транспорта на Черноморском участке Закавказской железной дороги была организована по приказу Народного Комиссара путей сообщения Опытно-исследовательская гидрологическая станция НКПС. В первые два года станция занималась разработкой мероприятий по защите железнодорожного полотна и искусственных сооружений от воздействия опасных природных явлений: оползней, селей, размывов.

В 1948 г. начальником станции был назначен А.М. Жданов - талантливый организатор и ученый по призванию. Под его руководством и при большом личном участии за несколько лет небольшая гидрологическая станция превратилась в крупное научное учреждение с современной экспериментальной базой и  квалифицированными сотрудниками. Были построены три волновых лотка и три волновых бассейна, позволяющие в различных масштабах выполнять экспериментальные исследования штормового волнения на берега и гидротехнические сооружения.

С самого начала работы в качестве руководителя А.М. Жданов поставил задачу – заложить основы инженерной защиты морских берегов от разрушения. Им были разработаны принципы конструирования берегозащитных сооружений с учетом волновых нагрузок и воздействий как на сами сооружения, так и на  их  грунтовые основания .А.М. Жданов установил, что основной причиной  разрушения Черноморских берегов  является нерегулируемый забор пляжевых наносов для нужд строительства. Он дал исчерпывающий анализ причин неудач первых этапов борьбы с разрушающим действием морских волн. По его предложению впервые на Черноморском побережье созданы  искусственные галечные пляжи – эффективные гидротехнические сооружения для защиты берегов и инженерных сооружений от штормовой абразии.

На основе длительных изысканий и экспериментов были составлены генеральная схема берегоукрепления Черноморского берега Кавказа и многочисленные проекты берегозащиты отдельных участков. А.М. Ждановым выполнено около 200 научных исследований. Многие его теоретические разработки вошли в основной фонд науки о динамике береговой зоны моря. Известна и созданная им научная школа.

На базе выполненных исследований ЦНИИСом в 1953 г. (впервые в нашей стране) были изданы «Основные положения проектирования берегоукрепительных  сооружений на приморских линиях железных дорог».

В 1954 г. гидрологическая станция получила новое название – Черноморская лаборатория морских берегоукрепительных сооружений. В 1969 г. лаборатория была преобразована в Черноморское отделение морских берегозащитных сооружений.

Все крупные проекты берегозащиты по Черноморскому бассейну  проверялись на моделях в волновых бассейнах. Это позволило устранить ряд  ошибочных решений и дать значительную экономию материалов и денежных средств. Особенно важными были вопросы,  связанные с искусственным образованием галечных пляжей на побережье Туапсе-Адлер и в Крыму.

На участке Туапсе-Батуми наиболее остро проявились отрицательные воздействия человеческой деятельности в береговой зоне. Уже в конце 30-х г.г. ХХ века в результате строительства северного мола Сочинского порта начался низовой размыв с южной части мола, сопровождавшийся волноприбойными подсечками берегового склона и оползнями, что поставило под  угрозу существование гостиницы «Приморская», Зимнего и Летнего театров, а также железной дороги на перегоне Бзугу-Мацеста. В конце 40-х, начале 50-х годов низовой размыв продвинулся на юг вплоть до устья р. Мзымта. Положение усугубилось карьерными разработками аллювия в руслах рек Сочи, Мзымта (карьеры Сочиспецстрой) и др. и наносов непосредственно на пляжах (Адлерский железнодорожный карьер). Общий объем изъятого аллювия и пляжевого материала на участке порт – р. Мзымта составил по ориентировочным подсчетам около 5 млн. м3. Разработки аллювия и пляжевого материала производились и на других участках побережья (устья рек Аше, Псезуапсе, Шахе и их приустьевые взморья).  Все это приводило к истощению пляжей и, как следствие, к многократным размывам железнодорожного полотна с перерывами  в движении поездов.

При методологическом  содействии ЦНИИСа в 50-60-х г.г. Кавгипротранс запроектировал берегозащитные мероприятия на 20 участках железной дороги Туапсе-Батуми, где возникли аварийные ситуации вследствие массовых  изъятий галечника и песка с пляжей. По большинству объектов эффективность проектных решений исследовалась на гидравлических моделях. Реализация запроектированных мероприятий полностью устранила размывы земляного полотна железной дороги.

Таким образом, с помощью берегозащитных сооружений была обеспечена  устойчивость прибрежной территории, в том числе в центре Сочи, и безопасность движения поездов вдоль побережья Туапсе-Батуми.

Курортно-рекреационное освоение Крымского побережья сдерживалось отсутствием естественных пляжей. В конце 50-х годов была выдвинута идея создания искусственных пляжей из привозного щебня, а для удержания рекомендовалось устройство бун.  И эта идея в значительной степени была  реализована.  На 50-километровом протяжении было создано 60 га пляжей,  для  чего отсыпано  более 4 млн. м3  щебня горных пород из крымских карьеров.

Большой цикл работ выполнен Черноморским отделением ЦНИИС и в области защиты песчаных побережий. Несомненно, оптимальным здесь решением являются искусственные свободные песчаные пляжи. Они улучшают состояния берега не только на защищаемых участках, но и на смежных с ними, куда наносы попадают в результате естественного переноса. По рекомендациям Отделения свободные песчаные пляжи были намыты в Геленджикской бухте (1972г.) и в Таганрогском заливе (1980г.). Однако строительство таких пляжей по экономическим соображениям возможно не везде, поскольку для их создания и ремонтных пополнений  требуется большие объемы песка. Поэтому, как правило, берегозащитные мероприятия осуществляются с использованием сооружений.

Для Одесского побережья был предложен песчаный пляж, защищенный подводным волноломом. Таким методом при участии Отделения защищено 14 км берега, реализация  эффективных берегозащитных и противооползневых сооружений полностью остановила разрушение побережья. На месте обрывистых оползневых склонов создан искусственный парковый ландшафт, который благоприятствовал превращению Одессы в крупный рекреационный центр.

Особо следует отметить разработки Отделения по побережью оз. Байкал. Для защиты земляного полотна Кругобайкальского участка Восточно-Сибирской ж.д и Байкальского участка БАМа от разрушающего действия волн и льда, в целях обеспечения бесперебойного движения поездов, предложены волногасящие бермы из скального грунта. Такие бермы были разработаны в составе берегового варианта Байкальского участка БАМа, на перегоне Северобайкальск – Нижнеангарск. Волногасящие бермы из несортированного скального грунта распластанного и изменяемого в процессе эксплуатации поперечного профиля показали свои высокие  экологические и инженерные качества, исключившие необходимость использования на Байкале каких-либо других берегозащитных сооружений,  тем более - из бетона.

Успешный опыт использования волногасящих берм из скального грунта на Байкальском участке БАМа был перенесен, точнее, возвращен, на Кругобайкальский участок Восточно-Сибирской ж.д. Здесь он получил заслуженное распространение взамен бетонных сооружений. Для доставки грунта и отсыпки из думпкарных вагонов используются технологические железные дороги, проложенные вдоль уреза параллельно главной магистрали. Руководство службы пути ВСЖД с должной инициативой отнеслись к внедрению этих сооружений в практику берегозащиты Байкала.

Мониторинг возрождения биоты в зоне волногасящих берм выполнял коллектив ученых, состоящих из биологов, ихтиологов и инженеров-гидротехников. «Живые камни» стали теперь не только синонимом биопозитивности берегозащитных сооружений, но и  их надежности и принадлежности к экологической системе Байкала.

Черноморское отделение ЦНИИС являлось основным в выработке научных рекомендаций при составлении проектными институтами генеральных схем берегозащиты в пределах побережий Кавказа, Крыма, Одессы, Азовского моря, южной части острова Сахалин и Байкала. Отделение подготовило 6 государственных нормативных документов, 10 методических рекомендаций и 14 сборников научных трудов. Сотрудники Отделения неоднократно награждались медалями ВДНХ, имеют десятки авторских свидетельств, многочисленные публикации в ведущих научных журналах, в том числе зарубежных, постоянно участвуют в отечественных и международных научных конференциях, симпозиумах и конгрессах.

В 1994 г. Черноморское отделение было преобразовано в Научно-исследовательский центр «Морские берега» ЦНИИСа. В этот период наш коллектив, как и большинство научных организаций России, столкнулся с непростыми проблемами. Однако удалось сохранить в работоспособном состоянии уникальные экспериментальные стенды: средний и глубоководный  волновые бассейны  и 20-метровый лоток. Сохранился и костяк научных сотрудников. Благодаря энергичной политике руководства института были предприняты экстренные меры по  подготовке молодых научных кадров высшей квалификации, которые за короткое время стали самостоятельными специалистами.

В НИЦ «Морские берега» разработана новая концепция берегозащиты на основе искусственных рифов, которые состоят из жесткого каркаса заполненного камнем или бетонными блоками. Новая конструкция выгодно отличается от непроницаемых бетонных или железобетонных берегоукрепительных  сооружений, применяемых  на Черноморском  побережье России последние десятилетия.

Как показали многочисленные теоретические и экспериментальные исследования, такое сооружение  обладает исключительно высокой  устойчивостью, легко укрощает даже самые сильные штормовые волны и способно защитить  берега и сооружения. Конструкция искуственного рифа технологична, долговечна и не требует больших эксплуатационных затрат.

Проницаемые рифы будут весьма эффективны для защиты мысов искусственных бухтовых пляжей. Применение  новых волногасящих сооружений в виде подводных проницаемых волноломов, расположенных мористее прибойной зоны, позволит кардинально изменить «лицо» морского берега. Пляж будет иметь естественный вид, без громоздких бетонных сооружений и вместе с тем будет защищен от штормовых размывов.

За такими сооружениями не будет формироваться застойных зон, а водообмен в прибрежной акватории будет достаточно интенсивным даже при незначительном волнении или вдольбереговом течении. Существенно снизится истираемость наносов. Сооружения не  будут подвергаться «бомбардировке» наносами, поэтому вероятность их разрушения по сравнению с традиционными многократно уменьшится. В  порах искусственных рифов найдут убежище рыбы, моллюски, рачки и многие морские обитатели, что позитивно повлияет на биопродуктивности и процесс самоочищения прибрежных вод.

В последние годы разработаны новые методы и биопозитивные портовые и берегозащитные сооружения. Проверка эффективности тех или иных технических решений может быть выполнена в волновых бассейнах НИЦ «Морские берега» в Сочи.

Сегодня в НИЦ «Морские берега» работают специалисты высшей квалификации, из них один доктор наук и 7 кандидатов наук.

В состав НИЦ «Морские берега» входят:

- лаборатория полевых исследований;

- лаборатория защиты берегов;

- лаборатория испытаний и научного сопровождения строительства;

- экспериментальный участок.

Основными направлениями деятельности НИЦ «Морские берега» являются:

- топобатиметрические изыскания и гидролитодинамические исследования береговой зоны с анализом состояния и эффективности работы берегозащитных сооружений;

- расчёт волн, волновых течений, транспорта наносов на конкретных участках прибрежной зоны моря;

- экспериментальные исследования на гидравлических моделях в волновых бассейнах и лотках гидро- и литодинамических процессов в прибрежной зоне моря;

- проектирование гидротехнических сооружений;

- расчёт волновых нагрузок на берегозащитные сооружения в прибрежной зоне моря;

- разработка эффективных берегозащитных сооружений;

- научное сопровождение и контроль качества строительства сооружений, в т.ч. гидротехнических.

Сотрудники НИЦ «Морские берега» имеют оригинальные разработки в области гидротехнических сооружений и технологии их строительства, гидравлического моделирования, расчетов гидро- и литодинамических процессов в прибрежной зоне моря. Многие из этих разработок защищены авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, изданы как нормативные и методические документы.

Вот некоторые объекты, проекты которых разработаны на основе изысканий и исследований специалистов НИЦ «Морские берега» за последние годы:

- конструкции крепления морских откосов мостового перехода на о. Русский на акватории пролива Босфор Восточный (строительство мостового перехода, приуроченного к саммиту Организации Азиатско-Тихоокеанского экономического сотрудничества, который пройдет в 2012 г.);

- морской участок газопровода «Южный поток»;

- конструкции оградительного мола пункта базирования Черноморского флота в порту г. Новороссийска;

-  рекреационные зоны и набережные в Анапе и Геленджике;

- берегоукрепление в составе проектов реконструкции объектов СКЖД (участок Туапсе-Адлер, ст. Ейск и др.);

- сохранение и защита береговой полосы в районе аэропорта Варандей (Печорское море);

- берегоукрепление и защита участков берега оз. Байкал в Северобайкальском р-не Республики Бурятия;

- продуктопровод сжиженных углеводородных газов в Туапсе;

- прибрежный участок подводного трубопровода морского терминала Каспийского трубопроводного консорциума в пос. Южная Озереевка;

- пункт перевалки аммиака ОАО «Тольяттиазот» в Темрюкском районе Краснодарского края;

- нефтегавань Шесхарис в Цемесской бухте.

Наиболее крупными заказчиками Центра являются организации: ПитерГазИнжиниринг, НПО Мостовик», Инжиниринговая корпорация «Трансстрой», Новоморниипроект,  Кавгипротранс,  НПЦ  «Берегозащита»,  Гидропроект, ФГУП ГУБПР, Спецфундаментстрой, Тоннельный отряд-44, Мостотрест, Ленметрогипротранс, Гипротюменнефтегаз и др.

Сотрудники НИЦ «Морские берега» постоянно повышают свою квалификацию,  осваивают современные методы обследований с применением аппаратуры и оборудования  нового поколения, методов расчета и математического моделирования. 

 

Статья опубликована в журнале «Транспортное строительство», № 6, 2010г., стр. 20-23