• Сегодня: Четверг, Ноябрь 23, 2017

Инженерная защита Сочи. Этап второй – эксплуатация

Инженерная защита Сочи. Этап второй – эксплуатация
1

Аннотация

Инженерная защита в рамках проекта Сочи-2014 среди прочего призвана защитить инвестиции с олимпийскую стройку и обеспечить безопасность эксплуатации объектов. Для работ горном кластере в бассейне реки Мзымты было проведено комплексное полевое исследование селевых процессов. Защитные конструкции, установленные в этом районе, уже прошли проверку стихией. В ряде случаев было выявлено, что проектные характеристики прочности должны быть пересмотрены. В процессе строительства набережной и береговых укреплений в Имеретинской низменности шторм дважды повреждал конструкции.Сейчас работты возобновлены, но требуется взять поправку на изменение стока Мзымты после строительства в ее устье грузового порта.


Опыт возведения олимпийских объектов в Сочи показал, что государственные усредненные стандарты строительства не универсальны. Сложные гидро- и геологические условия северо-восточного побережья Черного моря стали одной из причин роста первоначальной сметы. И одной из самых крупных статей расходов стала инженерная защита сооружений.

Селевая и сейсмическая активность, штормовая угроза со стороны моря – строителям пришлось делать поправки на эти факторы уже в процессе работ. В итоге олимпийский проект 2014 года стал во многом полигоном для испытания инженерных защитных технологий, так как на кону были не только миллиардные капиталовложения и человеческие жизни, но и престиж страны.

Инженерная защита сооружений в районах со сложной гидро- и геологической обстановкой всегда связана с высоким уровнем финансовых затрат. Но в определенной степени она окупается, так как не только обеспечивает безопасность дальнейшей эксплуатации конструкций, но и защищает инвестиции, вложенные в их возведение и ремонт. Хотя эту статью сопутствующих расходов часто относят к второстепенным, в итоге в процессе строительства «природа берет свое»: строителям приходится корректировать планы, пересматривать чертежи, привлекать дополнительные рабочие силы, увеличивать сроки работ – все это соответственно влияет и на бюджет предприятия.

С подобной ситуацией столкнулись строители спортивных и инфраструктурных объектов к Олимпиаде Сочи-2014. Для сочинского региона характерны грунты с высокой подвижностью, особенно в бассейне реки Мзымта, где предполагалось строительство объектов горного кластера, и на Имеретинской низменности, куда поместили главные стадионы соревнований. Кроме того, северо-западное побережье Черного моря периодически подвержено сильным штормам мощностью в 5-7 баллов. В первоначальном проекте новой набережной этот фактор не учитывался, что соответственно отразилось на строительстве: в 2010 и 2013 годах стихия значительно повредила береговые укрепления, а в некоторых местах отодвинула береговую линию на расстояние до 100 метров вглубь материка.

Ряд затруднений был связан и со слабой изученностью уникальной специфики местной геологической обстановки: проект такого масштаба предпринимался на территории города Сочи впервые, в результате обнаружилось, что для его осуществления необходимо подробное изучение гидро- и геодинамики отдельных районов. Изыскания проводились уже в процессе строительства, что в свою очередь отодвинуло сроки сдачи объектов и увеличило их стоимость.

Стадион в Сочи

Бассейн реки Мзымта: неустойчивое равновесие

Селевая угроза – это постоянный фактор, воздействующий на жизнь людей и инфраструктуру бассейна реки Мзымта. Примерно с середины 1980-х годов район находился под постоянным наблюдением «Росгидромета», поэтому к моменту проведения в Сочи в 2014 году Олимпийских игр собранные сведения позволяли обеспечить строителей спортивных объектов как минимум общей информацией о геологической угрозе в Горном кластере. Но для гарантии полной безопасности строительства и эксплуатации олимпийских объектов лаборатория лавинных и селевых процессов Сахалинского филиала Дальневосточного геологического института ДВО РАН и АНО НИЦ «Геодинамика» провела отдельное объемное и системное полевое исследование селевых процессов в бассейне Мзымты, завершенное в 2010 году. Оценка селевой опасности и спектр мероприятий по противоселевой защите были представлены строителям. Ориентируясь на эти данные, «Олимпстрой» должен был обеспечить объекты, в частности, санно-бобслейный комплекс, Верхнюю Медиадеревню, комплекс трамплинов и водозабор на реке Бешенке, соответствующим уровнем инженерной защиты.

Значительное количество атмосферных осадков и крутые склоны, в основе которых – молодые горные породы и легкоразмываемые сланцы, являлись и являются основными факторами селеобразования в бассейне Мзымты. В периоды интенсивного таяния снега и затяжных дождей насыщенные крупными обломками горных пород пласты устремляются вниз, захватывая все новые и новые массивы грунта со дна и бортов устоявшихся селевых русел, что обусловливает высокую частоту бедствий, большую дальность выброса и крупные объемы селей. Наблюдения, сделанные в этом регионе в период с 1978 по 2010 годы, позволили определить повторяемость бедствий. Так сели объемом до 1000 м³ происходят в среднем 1 раз в 1 – 3 года, объемом до 50 000 м³ – раз в 5 – 7 лет, объемом до 100 000 м³ – раз в 10 – 12 лет. Самые масштабные сходы, вовлекающие более 100 000 м³ грязи случаются раз в 15 лет.

Река Мзымта

Всего бассейн Мзымты вместе с ее притоками имеет более 100 селевых бассейнов, из которых девятнадцать относятся к категории особо опасных. По результатам более чем 30 лет наблюдений сели в бассейне Мзымты формировались преимущественно в августе-сентябре и декабре-январе. Но последний крупный селевой поток в бассейне Мзымты был зафиксирован в июне 2007 года. Тогда в селевом бассейне ручья Салымовского (приток Мзымты) со склонов сорвалось до 40 000 м3 грунта и скальных обломков. В результате русло Мзымты оказалось перегорожено, поврежден один из переездов через ручей. В период проведения строительных работ к Олимпиаде количество селевых оползней возросло и их график изменился по антропогенным причинам, из-за отвала строительных грунтов.

Меры по инженерной защите от селей: изменение русел рек, строительство селеуловителей, направляющих дамб и пр. – в определенном объеме были предприняты при строительстве олимпийских объектов. Так, в Красной Поляне были сооружены противоселевые дамбы, канализированные селевые лотки, галереи, установлены селевые сетки. Следует заметить, что эффективность сооружений инженерной защиты обусловливается не только качеством строительных работ, но и постоянным поддержанием объектов в рабочем состоянии.

О том, как обеспечивалась инженерная защита в бассейне Мзымты, можно судить по мероприятиям, реализованным на ручье Сулимовском. Там в нижней части зоны транзита были установлены противоселевые сети. Через определённое время сети были повреждены селем, при этом расчистка сеток после схождения не производилась. В результате, после схождения серии из пяти селей, вызванных ливневыми дождями, селевые сетки оказались переполненными. Сетки выдержали удар стихии, но ручей изменил русло и размыл технологическую дорогу.

Тем не менее, переполненные барьеры селевой массой помогли избежать схода селевых масс на основные кабельные линии электроподстанции «РОЗА-ХУТОР».

Горы в Сочи

Другой пример – противоселевая галерея на федеральной автомобильной трассе от Эсто-Садок до устья реки Пслух. В апреле 2012 года она дважды подверглась испытанию на прочность: в первый раз металлогофрированная конструкция была повреждена на ширину до 50 м, а во второй – пробита и разрушена на ширину до 80 м.

Уже в ходе олимпийских строительных работ постоянная селевая угроза вносила коррективы в планы инженерной защиты территории. Сложная ситуация возникла при строительстве железнодорожной линии Адлер – Аэропорт Сочи. Весной 2011 года оползень нарушил возведение одной из опор на входе в железнодорожный туннель. Это потребовало от строителей после анализа ситуации внести коррективы в проект. Была рассчитана новая модель динамики склона: анализ полученных после происшествия данных показал, что объект возводился на крайне неустойчивом, насыщенном влагой участке. Необходимо было спрогнозировать дальнейшие возможные подвижки склона и заново рассчитать расположение и прочность удерживающих его конструкций. Как выяснилось, расчеты, использованные при первичном расчете конструкции, были основаны на действующем стандарте ГОСТ для подобных сооружений, когда реальное состояние и особенности грунта в данной местности требовало более комплексного укрепления. В итоге в проект были внесены коррективы, что позволило сдать объект в срок и обеспечить безопасность движения на данном участке железной дороги.

Постоянный геотехнический мониторинг новых сооружений и контроль за состоянием склонов в бассейне Мзымты будет необходим как минимум в течение ближайших нескольких лет. Наблюдения, полученные в ходе первоначальной эксплуатации объектов, позволят оценить эффективность конструкций в полной мере и составить прогноз дальнейшего развития селевой ситуации в регионе.

Имеретинская низменность: море наступает

Имеретинская низменность – другой пример сложных геологических условий строительства в Сочинском регионе. В отличие от гористой территории между реками Мзымта и Псоу, это приморская равнина, ограниченная устьями обеих рек. Но для нее также характерна неустойчивость грунтов, обладающих низкой несущей способностью; в некоторых местах нестабильные грунты простираются на глубину до 20 м. Высоты низменности колеблются от от 0 до 50 м над уровнем моря, поэтому территория регулярно подтапливается. Наравне с другими районами Северного Кавказа, она находится в сейсмоактивной зоне, но только здесь основная геологическая угроза исходит не от селей и оползней, а от возможности грунтов превратиться в жидкую массу и растечься даже при небольшом землетрясении в 3-4 балла могут. В таком случае все объекты строительства рискуют буквально утонуть в грязи.

Одной из основных задач для строителей Олимпиады было укрепление береговой линии, в том числе и создание портовой инфраструктуры в устьях рек. Побережье Сочи регулярно подвергается ударам стихии, особенно сильные штормы приходят в декабре – январе.

Сооружение набережной началось вместе с прочими работами по подготовке Сочи к Зимней Олимпиаде-2014. Предполагалось, что этот проект не только станет новой достопримечательностью города, но и обеспечит защиту комплексу спортивных стадионов в прибрежном кластере. Данный объект возводился при сотрудничестве Федерального агентства морского и речного транспорта, ФГУП «Росморпорт» и корпорации «Трансстрой». Но в декабре 2009 года шторм размыл строящийся грузовой порт в устье Мзымты – повреждения составили 90%. Как было позже установлено, по проектной документации вероятность большой волны составляла 1%, но прогноз оказался неверным.

16 февраля 2010 года в результате шторма был полностью затоплен пляж напротив Ледового дворца, размыта дорога, а береговая линия сократилась на 100 м. Ситуация повторилась в весной 2013 года. В ночь с 23 на 24 марта 7-балльный шторм смыл берегоукрепительные сооружения заново. Те конструкции, которые остались на месте, волны перехлестывали, проникая на расстояние от 50 до 100 метров вглубь материка.

Для того, чтобы понять причины неудач на разных этапах данного строительного проекта, необходимо обратиться к геологии сочинского берега. Здесь песчано-галечная пляжная полоса сформирована преимущественно за счет твердого стока из реки Мзымта. Морской склон Нижне-Имеретинской террасы изобилует подводными каньонами, и на расстоянии 50 м и 200 м от берега достигает 10 м и 100 м соответственно. Естественные наносы образуются вдоль берега в междуречье Мзымты и Псоу с северо-запада на юго-восток. Они же и засыпают подводные каньоны, препятствуя естественной эрозии. Но в процессе олимпийской стройки выборка гравийного грунта со дна нарушила эту сбалансированную систему.

В наследство от СССР Имеретинской низменности досталась такая система берегозащиты, при которой было необходимо поддержание естественной ширины пляжа по всей длине междуречья, а для защиты от штормового воздействия требовалось создание пологой насыпной дамбы из инертного материала. Эта система сдержек и противовесов работала вплоть до начала строительства порта в устье Мзымты к Олимпиаде. Когда сток реки претерпел изменения, твердый материал перестал поступать в отдаленные от устья подводные каньоны, что увеличило эрозию дна, подмыло уже существующие береговые укрепления и увеличило силу прибоя.

Берегоукрепительные сооружения Имеретинской низменности, построенные в Советский период были призваны регулировать перемещение наносов и перераспределять стоки, тем самым достигались снижение силы водного потока и его рассеивание. В проектировании учитывалась возможность низового размыва, причем с внушительным запасом прочности, способным принимать удар волны свыше 100 тонн на 1 м2. Но в рамках реконструкции инженерной защиты Имеретинской низменности был использован ростверк на более высокой линии уреза воды. В итоге шторм смог подмыть защитные сооружения, проникая под свайные основания, что вызвало их просадку и разрушение в 2010 и 2013 годах.

Имеретинская низменность

Инженерная защита: «капитальная» задача

Игры в Сочи стали крайне дорогостоящим спортивным проектом для России. Теперь одна из основных задач состоит в том, чтобы сохранить олимпийское наследие. Учитывая сложную гидро- и геологическую обстановку сочинского региона, следует поставить инженерную защиту объектов на первое место.

Летом 2014 года на пляжах Имеретинской низменности в Сочи возобновилось строительство берегоукрепительных сооружений. Можно не говорить, насколько важно завершить этот проект – несколько следующих штормов могут размыть берег настолько, что Олимпийский парк окажется под прямой угрозой затопления. Ключевым вопросом становится переосмысление предшествовавших проектов и выработка новой, комплексной концепции инженерной защиты.

Это в определенной мере касается и олимпийских сооружений горного кластера, а также новой транспортной инфраструктуры в бассейне реки Мзымта. Как минимум в ближайшие несколько лет эти объекты будут требовать постоянного геотехнического мониторинга. Контроль состояния склонов, отслеживание деформации самих сооружений после каждого селеопасного сезона, надзор гидрогеологической обстановки – все это не только сохранит «олимпийский капитал», но и даст материал для научного анализа, который позволит сэкономить денежные средства, время и иные ресурсы и на будущих масштабных стройках.

1