ВНИИГ имени Б. Е. Веденеева. Чтобы порт стоял надежно

Здание Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники имени Веденеева в Санкт-Петербурге. Фото: предоставлено ВНИИГ.

Что такое порт? Это место, куда доставляют грузы и пассажиров. Это связь между разными странами и континентами. Это экономика, это независимость. Сегодня в России множество морских и речных портов. Их грузооборот достигает сотен миллионов тонн в год, а количество рабочих мест исчисляется в десятках тысяч. Но ни один порт нельзя качественно построить и успешно эксплуатировать наобум, без детальной проработки проекта и обоснования выбора оптимальных технических решений. Чего стоит порт построить и каково будущее развития водных путей нашей страны, спросили у генерального директора Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники имени Веденеева Романа Орищука.

ЗАДАЧА № 1. СПРОЕКТИРОВАТЬ

МОРЕ ВОЛНУЕТСЯ РАЗ

Строить на воде в разы сложнее, чем возводить объекты на суше, пусть даже самые непростые.

- Водная поверхность - это динамическая среда с множеством неопределенностей, - поясняет Роман Орищук. - Одновременно на объект воздействуют волны, течения и твердый сток - влекомые водным потоком наносы.

Роман Орищук: «Подходить к проектированию портовых сооружений надо комплексно». Фото: личный архив.

Портам важно выстоять под натиском воды. Добиться этого помогают грамотно подобранные крепления, материалы, фундаменты и конструкции причальных сооружений.

Но просто устоять под воздействием волн и течений мало: портовым объектам нужно, несмотря на стихию, продолжать функционировать. Справиться со стихией помогают специальные защитные конструкции, которые ограждают портовую акваторию и дают возможность судам безопасно швартоваться, разгружаться и загружаться.

- Подходить к проектированию портовых сооружений, как и любых гидротехнических объектов, надо комплексно, - добавляет Роман Орищук. - ВНИИГ может решать такие комплексные задачи, начиная от инженерных изысканий и заканчивая сопровождением строительства и эксплуатации.

НА ДНЕ

При сопровождении проектирования особо ответственных объектов специалисты применяют различные методы исследований, среди которых математическое и физическое моделирование. Во ВНИИГ широкое распространение получили методы гибридного моделирования, когда математическую модель «калибруют» на физической.

- В распоряжении института есть уникальная установка - волновой стенд, где одновременно моделируется воздействие на объект и волн, и течений, - отмечают в НИИ. - Дальнейшая работа идет с математической моделью, но только после того, как мы проверили ее достоверность.

Волновой стенд помогает узнать, как на мосты, дамбы и другие объекты влияют волны и течения. Фото: предоставлено ВНИИГ.

Лаборатории института занимают площадь больше целого футбольного поля. Одна из передовых - лаборатория механики грунтов и геотехники, в которой используют уникальное оборудование, в том числе разработанное по собственным чертежам ВНИИГ.

- Здесь можно исследовать крупнообломочные грунты в мерзлом состоянии (такие задачи сегодня в стране никто не решает), - отмечает Роман Орищук. - Чтобы «приготовить» льдокомпозит, в помещениях с установками поддерживается отрицательная температура воздуха. Зачем это нужно? Нередко портовые сооружения в морях приходится ставить на мерзлом основании, потому что воздействия моря недостаточно для растепления грунта. Именно поэтому так важно спрогнозировать, что будет происходить с этим мерзлым грунтом на этапе эксплуатации объекта, не будет ли растепляющего воздействия на него, иначе основание может деформироваться, что повлечет за собой негативные последствия для самого сооружения.

Более детальное изучение инженерно-геологических условий - важная задача научных исследований.

- На сегодня мы отошли от выпуска традиционного инженерно-геологического отчета, который заключает в себе просто описание скважин и инженерно-геологических элементов, для особо ответственных объектов, - рассказывают в НИИ гидротехники. - Институт продвинулся дальше: теперь мы выпускаем геотехнический отчет. Помимо прочего, он включает комплекс расчетов, где мы моделируем и само основание, и совместную работу основания и объекта с учетом всех проектных нагрузок. Фактически такой отчет говорит заказчику, насколько площадка пригодна для размещения объекта, и позволяет ему принять правильное решение.

Так выглядит геотехнический отчёт. Фото предоставлено ВНИИГ.

НЕ НАВРЕДИ

Одна из важнейших задач исследований - предугадать, как новый объект повлияет на природу. Изменение течений, появление нового профиля дна, формирование наносов - все это оставляет отпечаток на окружающей среде, а потому результаты, полученные в ходе научных исследований, ложатся в основу оценки экологического воздействия.

- Вопросам экологии необходимо уделять самое пристальное внимание, - подчеркивает Орищук. - Но зачастую строительство гидротехнических сооружений (например, создание водохранилища) может улучшить экологическую ситуацию и обеспечить возможность управления экологической обстановкой.

ЗАДАЧА № 2. ПОСТРОИТЬ

При создании особо сложных и уникальных объектов важно обеспечить соблюдение цепочки «научные разработки - проект - реализация». Если в цепочке происходит сбой, то нет гарантии достижения положительного результата. В институте Веденеева этот вопрос решен.

- Получается, что работа научных и проектных специалистов, лабораторий идет под одной крышей, - добавляет Орищук. - Это наше конкурентное преимущество. Мы имеем возможность глубоко погрузиться в проект и предложить наиболее оптимальные для него технические решения.

Важным является вопрос, из чего строить. Далеко не все материалы подходят для строительства на воде. А когда стоит задача возвести порт на побережье Северного Ледовитого океана, стройматериалы приходится буквально изобретать. В институте работает специализированная лаборатория, которая разрабатывает составы бетона с учетом всех особенностей возводимого сооружения.

- Самые суровые природно-климатические условия для бетонов - в морях Арктики: бетоны сильно разрушаются от попеременного замораживания и оттаивания, - объясняет глава ВНИИГ. - У нас есть опыт разработки и внедрения в практику строительства бетона с уникальной морозостойкостью. Он гарантированно выдерживает тысячу переходов от замерзания к оттаиванию без разрушений.

Бетон, претендующий на то, чтобы стать частью порта на северном побережье, должен быть не только устойчивым к морозу, но и плотным и водонепроницаемым. Ученые изучают и биологическое воздействие на бетонные и металлические конструкции в условиях Арктики. Исследования проводят в том числе и на опытном полигоне.

Залить бетонную конструкцию - отдельное искусство. Ученые следят за соблюдением рецептуры смеси и технологии на сложных объектах прямо на месте. Вообще разработка технологий подводного бетонирования и скоростного бетонирования с применением самоуплотняющихся смесей - отдельное направление работы ВНИИГ.

ЗАДАЧА № 3. ПРОДЛИТЬ СРОК СЛУЖБЫ

Быть в ответе за то, что соорудили, - еще одна задача специалистов. При необходимости, ученые могут сопровождать эксплуатацию объекта и продлить срок его безремонтной работы, провести качественный ремонт или модернизацию. Проводит ВНИИГ и детальную оценку технического состояния уже существующих портов.

- На этапе строительства и эксплуатации можно внедрить в объект систему автоматизированной диагностики, - добавляют ученые. - Мы работаем с современной приборной базой, используем волоконно-оптические датчики и программно-технические средства собственной разработки. Такая система позволяет следить за состоянием объекта в режиме реального времени.

МЕЧТЫ ОБ АРКТИКЕ

Развитие Северного морского пути для теоретиков и практиков, участвующих в освоении Арктики, - задача повышенной сложности. Зарубежного опыта, на который можно было бы ориентироваться, нет.

- Ледовые и инженерно-геологические условия, вечная мерзлота в основании - со всем этим нам нужно уметь справляться, - отмечает Орищук. - В числе технологий, которые были разработаны в советское время и сейчас переживают второе рождение, - наплавной способ строительства объектов шельфового освоения, заводов, причальных сооружений, защитной портовой инфраструктуры. Сооружение целиком возводят в инфраструктурно развитой зоне, в сухом доке. Там же его насыщают всеми системами жизнеобеспечения. А дальше его выводят из дока и транспортируют к месту дальнейшей эксплуатации по воде. Эта технология позволяет существенно сократить стоимость и сроки развития транспортной инфраструктуры в арктической зоне.

Платформа в сухом доке. Фото: предоставлено ВНИИГ.

3 ВАЖНЫХ ВОПРОСА О ПОРТАХ РОССИИ

1. Имеет ли значение, какой строится порт? Важно ли, какой у него будет трафик?

- Тут есть свои нюансы, связанные с воздействием на место, где стоит объект, - на так называемое основание гидротехнического сооружения. Перемещение судов в портовой акватории может приводить к переформированию дна. Соответственно, чем судов больше, тем переформирование может происходить активнее. Именно поэтому важно в рамках подготовки проекта делать прогноз воздействия при любых режимах работы порта.

2. Есть ли разница между морскими и речными портами в вопросе их долговечности?

- Соленая вода агрессивнее для портовых сооружений или пресная, в целом однозначно ответить сложно. Зачастую можно столкнуться с более агрессивным воздействием на бетонные конструкции и речной воды. Каждые условия уникальны, и ответ на этот вопрос лежит в области детальной оценки условий размещения объекта. Конечно, нерешаемых проблем нет, просто важно учитывать особенности условий при проектировании, при выборе материалов. Если мы хотим обеспечить длительную безопасную эксплуатацию, длительный межремонтный период, снизить эксплуатационные затраты, то стоит вдумчиво проходить первую, проектную стадию реализации проекта.

3. Любая ли площадка пригодна для строительства на ней порта?

- Подобрать место для порта - задача сложная, и в лоб ее не решишь. Конечно, технически возвести объект можно где угодно, но вопрос в рациональности и соответственно затратах. Наша работа как раз направлена на поиски рационального технического решения, баланса экономики проекта и условий его размещения: инженерно-геологических, топографических, гидрологических, гидробиологических, а также наличия транспортной и энергетической инфраструктуры.

СПРАВКА

Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б. Е. Веденеева - ведущий комплексный научный центр России по проблемам гидротехнического и гидроэнергетического строительства, а также эксплуатации гидротехнических объектов.

Институт был основан почти век назад, в 1921 году, для решения мелиоративных и водохозяйственных вопросов. Разработки специалистов ВНИИГ активно использовались при реализации плана ГОЭЛРО и строительстве первых отечественных ГЭС. На счету института более 160 ГЭС, свыше 60 ТЭС и АЭС. Сегодня ВНИИГ активно участвует в создании атомных и тепловых электростанций, объектов освоения шельфа, терминалов и платформ для нефте- и газодобычи, объектов транспортной инфраструктуры. Входит в Группу «РусГидро».