Глава 1. Зачем понадобилась реконструкция
Причалы №34 и №35 морского порта Восточный в городе Находка являются частью действующего грузового терминала, работающего в непрерывном режиме. Эти сооружения обеспечивают перевалку навалочных и генеральных грузов и изначально проектировались под определённые глубины и параметры судов. Однако с течением времени требования к портовой инфраструктуре изменились: потребовалось принимать суда более крупных размеров.
Еще больше материалов про морскую гидротехнику доступно бесплатно в моем Telegram-канале:
👉 https://t.me/gidrotehnika
Ключевой инженерной задачей реконструкции стало увеличение проектных глубин у причалов и на подходном канале. Это решение было необходимо для приёма судов большего водоизмещения и повышения эксплуатационных характеристик терминала. При этом реконструкция не должна была привести к сокращению ширины операционной акватории и не могла сопровождаться выводом причалов из эксплуатации, поскольку остановка работы порта означала бы прямые экономические потери.
Таким образом, проект изначально формировался в условиях жёстких ограничений:
- работы необходимо было вести в пределах существующей линии кордона причалов;
- реконструкция должна была выполняться в стеснённых условиях действующего предприятия;
- любые решения должны были учитывать непрерывность грузовых операций;
- требовалось обеспечить устойчивость сооружений при последующем дноуглублении.
С инженерной точки зрения это означало, что простое углубление дна у стенки причала без предварительных мер по усилению основания являлось недопустимым. Снижение отметок дна изменяет напряжённое состояние грунтов основания, уменьшает пассивное сопротивление у лицевой стенки и может привести к росту деформаций, потере устойчивости или аварийным ситуациям.
В этих условиях реконструкция переставала быть задачей просто гидротехнической в узком смысле и превращалась в комплексную геотехническую проблему, где ключевым элементом становилось состояние грунтов обратной засыпки и основания причалов.
С учетом ограничений, указанных выше, проведение искусственного закрепления грунтов стало центральным техническим решением всей реконструкции.
Глава 2. Исходная конструкция причалов
До начала реконструкции причалы №34 и №35 представляли собой классические гидротехнические сооружения типа заанкеренного больверка. Их основой являлась лицевая стенка из металлического шпунта Ларсена V, выполненного из стали марки Ст3кп. Шпунт был погружён на отметки порядка минус 16,9 м на причале №34 и минус 17,9 м на причале №35 (в Балтийской системы высот).
За лицевой стенкой располагалась анкерная система, предназначенная для восприятия горизонтальных нагрузок от грунта обратной засыпки и эксплуатационных нагрузок от подкрановых путей и складируемых грузов. Анкерная стенка также была выполнена из шпунта Ларсена V, имела высоту около 4 м и была связана с лицевой стенкой анкерными тягами из круглой стали диаметром 80 мм. Длина анкерных тяг составляла около 18 м, а шаг их установки изменялся в зависимости от расчётной схемы и составлял 0,84; 1,68 и 2,52 м.
Таким образом, конструктивная схема причалов включала:
- лицевую шпунтовую стенку;
- анкерную стенку;
- систему анкерных тяг, объединяющих обе стенки в единую расчётную конструкцию;
- массив обратной засыпки, воспринимающий нагрузки и обеспечивающий устойчивость системы.
Подобная схема широко применяется в портовом строительстве и хорошо работает при условии сохранения проектных отметок дна и условий эксплуатации (действующих нагрузок). Однако при изменении внешних условий - глубины у стенки, ее надёжность начинает определяться состоянием окружающего грунтового массива.
За годы эксплуатации причалы испытывали следующие нагрузки и воздействия:
- вес перегрузочного оборудования;
- нагрузки от складируемых грузов;
- динамические воздействия при швартовке судов;
- влияние морской среды, приводящее к коррозионному износу металлоконструкций.
Дноуглубление у причалов приведёт к изменению условий работы всей конструкции:
- уменьшится пассивное сопротивление грунта перед лицевой стенкой;
- возрастёт активное давление грунта обратной засыпки;
- увеличатся деформации шпунтовой стенки и анкерных тяг;
- появится риск развития неравномерных осадок и потери устойчивости.
Таким образом, инженерная проблема заключалась не в самой конструкции причалов, а в изменении условий её работы. Причалы были рассчитаны на одни глубины и напряжённые состояния грунта, а после реконструкции должны были эксплуатироваться при принципиально иных параметрах.
Это означало, что реконструкция не могла быть сведена к усилению металлоконструкций или локальному ремонту шпунта. Требовалось изменить свойства основания сооружения — то есть работать не столько с бетоном и сталью, сколько с грунтом.
Глава 3. Выбор технологии: почему ставка сделана на закрепление грунтов
После того как была сформулирована основная инженерная задача — обеспечить устойчивость причалов при увеличении глубин — встал вопрос о выборе конкретного способа её решения. Теоретически возможных вариантов реконструкции существовало несколько, однако условия реализации проекта резко сужали круг допустимых решений.
Прежде всего исключались варианты, требующие демонтажа или серьёзной перестройки существующих конструкций. Вынос линии кордона в сторону акватории означал бы уменьшение ширины операционной зоны и нарушение технологии перегрузки. Устройство новой шпунтовой стенки перед существующей требовало бы значительных объёмов работ в акватории и временного ограничения судоходства. Применение массивных гравитационных конструкций потребовало бы масштабных земляных и бетонных работ, что также противоречило условиям непрерывной эксплуатации терминала.
Кроме того, традиционные методы усиления — такие как устройство дополнительных шпунтовых ограждений или грунтовых анкеров — приводили к существенному удорожанию проекта. Они требовали значительных объёмов металла, сложных подводных работ и увеличения сроков строительства.
В этих условиях проектировщики обратились к альтернативному подходу: не усиливать непосредственно шпунтовую стенку, а изменить свойства грунтов обратной засыпки, вовлекая их в работу как элемент несущей системы сооружения.
Такой подход позволял:
- работать в пределах существующего сооружения;
- не затрагивать акваторию дополнительными конструкциями;
- сохранить геометрию причальной линии;
- избежать масштабных монтажных операций в воде.
По результатам анализа проектных решений был выбран вариант реконструкции причалов посредством искусственного закрепления грунтов обратной засыпки и основания. Основополагающими критериями этого выбора стали:
При этом важным обстоятельством было наличие положительного опыта применения аналогичной технологии на других объектах. Ранее метод реконструкции причалов путём изменения характеристик грунтов обратной засыпки был успешно реализован на объектах в порту Санкт-Петербург (причалы ЖБ-1, ЖБ-2, ЖБ-3 ООО «МГС-терминал»). Результаты лабораторных и натурных испытаний, а также эксплуатационные наблюдения подтвердили работоспособность такого подхода.
Таким образом, выбор технологии был основан не только на расчётных соображениях, но и на практическом опыте. Это позволило рассматривать закрепление грунтов не как экспериментальное решение, а как обоснованный и проверенный метод реконструкции.
Следующим этапом стало определение конкретной технологии искусственного улучшения грунтов. Для этого требовался метод, который:
- обеспечивал бы формирование в грунтовом массиве элементов с заданной прочностью и жёсткостью;
- мог быть реализован в стеснённых условиях;
- позволял точно управлять геометрией и характеристиками создаваемых элементов.
Этим требованиям в наибольшей степени соответствовала технология струйной цементации грунтов (Jet Grouting), которая и была принята в качестве основного технического решения проекта.
Глава 4. Jet Grouting как главный инструмент реконструкции
Выбор технологии струйной цементации грунтов стал логическим продолжением принятой концепции реконструкции: изменить не конструкцию причала, а свойства грунтового массива, в котором он работает. Для реализации этой идеи требовался метод, позволяющий формировать в теле грунта элементы с заданными геометрическими и прочностными характеристиками, не прибегая к масштабным земляным работам и не нарушая режим эксплуатации сооружения.
Сущность технологии Jet Grouting заключается в разрушении естественной структуры грунта струёй цементного раствора, подаваемого под высоким давлением, и одновременном формировании на его месте грунтоцементного тела. В процессе бурения и подъёма буровой колонны струя размывает грунт, перемешивает его с цементным раствором и образует вертикальную грунтоцементную колонну — своеобразную «сваю», работающую совместно с окружающим массивом.
В результате в слабом и водонасыщенном грунте формируется искусственный элемент с существенно большей прочностью и жёсткостью. Совокупность таких элементов при определённом шаге и диаметре образует укреплённый массив, который может воспринимать нагрузки от сооружения и ограничивать деформации грунтов основания.
Современное оборудование для Jet Grouting позволяет реализовывать несколько вариантов струйной цементации, отличающихся способом разрушения грунта и формирования грунтоцементной колонны:
- Jet-1 — однокомпонентная система, при которой разрушение грунта и его перемешивание осуществляется только струёй цементного раствора;
- Jet-2 — двухкомпонентная система, в которой к струе цементного раствора добавляется воздушная струя, увеличивающая радиус разрушения грунта;
- Jet-3 — трёхкомпонентная система, использующая одновременно цементный раствор, воздух и воду.
Выбор между этими системами определяется требуемым диаметром колонн, характеристиками грунта и условиями производства работ. Чем сложнее грунтовые условия и чем больше требуемый диаметр колонны, тем более энергичная схема струйного разрушения применяется.
В рамках реконструкции причалов №34 и №35 на этапе проектных проработок рассматривались первые две системы — Jet-1 и Jet-2. Это было связано с необходимостью подобрать оптимальное соотношение между диаметром формируемых колонн, расходом цемента и достижимыми прочностными характеристиками грунтоцемента.
Принципиальным преимуществом струйной цементации по сравнению с традиционными методами усиления заключался в том, что формирование укреплённого массива происходило без выемки грунта и без устройства массивных конструкций. Работы могли выполняться со стороны территории причала, буровыми установками, не перекрывая акваторию и не вмешиваясь в процесс швартовки судов.
Однако перед переходом к основным работам требовалось убедиться, что выбранная технология действительно позволяет получить грунтоцемент с необходимыми характеристиками именно в конкретных инженерно-геологических условиях участка. Это потребовало выполнения специального этапа — устройства опытного участка.
Глава 5. Опытный участок: как подбирались параметры технологии
Несмотря на наличие положительного опыта применения струйной цементации при реконструкции причалов, использование этой технологии на конкретном объекте всегда требует адаптации к местным инженерно-геологическим условиям. Грунты обратной засыпки, их гранулометрический состав, степень водонасыщения и неоднородность существенно влияют на формирование грунтоцементных колонн и их прочностные характеристики. Поэтому перед началом основного этапа реконструкции было принято решение о выполнении опытного участка.
Целью устройства опытного участка являлось не подтверждение самой принципиальной возможности применения Jet Grouting, а подбор конкретных технологических параметров, обеспечивающих достижение проектных характеристик укреплённого массива. В задачи опытных работ входили:
- определение оптимального способа струйной цементации;
- подбор расхода цементного раствора;
- уточнение диаметра и шага грунтоцементных колонн;
- проверка воспроизводимости результатов в реальных условиях площадки;
- проведение натурных и лабораторных испытаний с мониторингом состояния массива.
Опытное закрепление грунтов основания выполнялось на двух участках, расположенных в пределах причалов №34 и №35. Такое решение позволило оценить влияние локальных различий грунтовых условий и проверить устойчивость результатов при повторяемости технологии.
В пределах каждого опытного участка были выполнены грунтоцементные колонны по двум технологическим схемам:
- по однокомпонентной системе струйной цементации (Jet-1);
- по двухкомпонентной системе (Jet-2).
По каждой технологии было устроено по шесть колонн, что в сумме дало 24 опытные грунтоцементные колонны. При этом варьировались основные технологические параметры, в первую очередь расход цемента и режимы струйного воздействия. Это позволяло сопоставить получаемые диаметры колонн, их однородность и механические характеристики.
Визуальные наблюдения за головами сформированных колонн показали существенные различия между результатами применения различных схем. Для технологии Jet-1 формировались колонны меньшего диаметра, однако отличавшиеся более компактной структурой. При применении Jet-2 за счёт дополнительной воздушной струи достигался больший диаметр колонн, но при этом возрастала чувствительность процесса к неоднородности грунта и режимам подачи раствора.
После завершения устройства опытных колонн была развернута программа контроля качества. Она включала в себя:
- отбор образцов грунтоцемента для лабораторных испытаний;
- выбуривание кернов из сформированных колонн;
- полевые испытания массива закреплённого грунта.
Всего было изготовлено и испытано 98 образцов грунтоцемента в возрасте 28 суток. Испытания проводились в независимой испытательной лаборатории и включали определение прочности на сжатие и растяжение, а также оценку деформационных характеристик.
Дополнительно был выполнен полевой контроль деформативности массива закреплённого грунта посредством штамповых испытаний. Эти испытания позволили оценить не только прочность материала отдельных колонн, но и работу всего укреплённого массива как единого инженерного элемента.
По результатам опытно-изыскательских работ, проведённых совместно с подрядной строительной организацией АО «Нью Граунд», были уточнены требования к технологии производства работ. В частности, были окончательно определены:
- способ закрепления грунта методом струйной цементации (принята система Jet-1);
- оптимальный расход цемента;
- диаметр грунтоцементных колонн;
- шаг их размещения в укрепляемом массиве.
Таким образом, опытный участок стал не формальной стадией проекта, а полноценным этапом инженерного проектирования, в ходе которого расчётные предпосылки были проверены и скорректированы на основании фактических данных. Это позволило перейти к основным работам с чётко заданными технологическими параметрами и прогнозируемым результатом.
Глава 6. Организация работ в действующем порту: как совместили стройку и эксплуатацию
Одной из ключевых особенностей реконструкции причалов №34 и №35 являлось то, что все работы выполнялись в условиях действующего портового терминала. Это означало, что строительный процесс должен был быть встроен в существующую производственную среду, где одновременно велись грузовые операции, работала перегрузочная техника и эксплуатировались подкрановые и железнодорожные пути.
Стеснённость площадки и плотность инженерных коммуникаций накладывали серьёзные ограничения на размещение строительной техники и организацию фронта работ. Использование буровых установок для устройства грунтоцементных колонн требовало свободных зон на территории причалов, которые приходилось поэтапно освобождать и затем восстанавливать для дальнейшей эксплуатации.
Для обеспечения безопасности сооружений в период реконструкции были предусмотрены специальные мероприятия по контролю их состояния. В частности, выполнялись смотровые траншеи, позволявшие визуально контролировать состояние грунтов обратной засыпки и элементов конструкции. Параллельно велся мониторинг деформаций и состояния анкерных тяг и шпунтовых стенок.
Работы по закреплению грунтов и дноуглублению были организованы таким образом, чтобы они дополняли друг друга. Сначала формировался укреплённый массив за лицевой стенкой причала, после чего производилось понижение отметок дна в акватории. Это позволяло исключить ситуацию, при которой дноуглубление опережало усиление основания и могло привести к неблагоприятным деформациям.
Важным элементом стало сочетание различных видов работ в ограниченном пространстве. Одновременно выполнялись:
- буровые работы по устройству грунтоцементных колонн;
- демонтаж и восстановление подкрановых и железнодорожных путей;
- разработка котлованов и траншей;
- прокладка инженерных сетей;
- дноуглубительные работы в акватории.
Таким образом, реконструкция причалов представляла собой не только инженерную, но и организационно-технологическую задачу. Требовалось не просто реализовать проектное решение, а встроить его в сложную систему функционирующего порта.
После отработки технологии на опытном участке и выстраивания схемы производства работ стало возможным развернуть основной объём работ по формированию укреплённого массива грунта.
Глава 7. Основной фронт работ: устройство грунтоцементных свай
Основной объём закрепления грунтов был выполнен в зоне причала №34. Здесь формировался массив из грунтоцементных колонн, располагаемых по заранее заданной сетке с определённым шагом и диаметром. Колонны устраивались методом струйной цементации по принятой технологии Jet-1, обеспечивавшей устойчивое формирование грунтоцемента в условиях водонасыщенных и неоднородных грунтов обратной засыпки.
Грунтоцементные колонны располагались в теле обратной засыпки за лицевой стенкой причала, образуя протяжённую укреплённую зону.
По данным исполнительной документации, в пределах причала №34 было устроено более 2500 грунтоцементных свай.
Технологически процесс включал в себя следующие основные операции:
- бурение скважины до проектной глубины;
- подачу цементного раствора под высоким давлением;
- разрушение структуры грунта и его перемешивание с раствором;
- формирование грунтоцементной колонны при подъёме буровой колонны;
- контроль параметров процесса (давление, расход раствора, скорость подъёма).
После завершения формирования укреплённого массива становилось возможным выполнение следующей, не менее важной части проекта — дноуглубительных работ, которые теперь уже опирались на созданную геотехническую «подушку безопасности».
Глава 8. Дноуглубление и промеры: вторая часть одной операции
Формирование укреплённого массива грунта за лицевой стенкой причалов являлось необходимым, но не самоцельным этапом реконструкции. Его основное назначение состояло в том, чтобы создать условия для безопасного выполнения дноуглубительных работ и дальнейшей эксплуатации сооружений при увеличенных глубинах. Поэтому закрепление грунтов и дноуглубление рассматривались как две части единого технологического процесса.
После устройства грунтоцементных колонн и формирования укреплённого массива приступили к понижению отметок дна в акватории причалов и на подходном канале. Работы выполнялись поэтапно, с доведением глубин сначала до промежуточных отметок, а затем до проектных значений. В рамках реконструкции были выполнены дноуглубительные работы:
- в акватории причалов №34 и №35;
- на подходном канале к группе причалов;
- на отдельных участках в зоне торца причалов и сопряжения с каналом.
В процессе реконструкции отметки дна были доведены до минус 12,5 м (на первом этапе до минус 10,5 м в Балтийской системе высот), что обеспечивало возможность захода судов большего водоизмещения.
Особенностью проекта было то, что дноуглубление велось в непосредственной близости от существующих шпунтовых стенок. В обычных условиях такие работы сопровождаются повышенным риском развития деформаций и потери устойчивости сооружений. Однако наличие укреплённого массива из грунтоцементных колонн принципиально меняло условия работы системы «сооружение — основание — акватория». Уменьшение пассивного сопротивления со стороны акватории компенсировалось повышенной жёсткостью массива за стенкой.
После завершения дноуглубительных работ и подтверждения проектных отметок дна наступил следующий этап реконструкции — восстановление и модернизация надводной инфраструктуры причалов.
Глава 9. Сопутствующие работы: пути, покрытия, сети и оснащение
После формирования укреплённого массива грунта и доведения отметок дна до проектных значений потребовалось восстановить и модернизировать надводную часть сооружений, обеспечивающую их полноценную эксплуатацию.
В ходе устройства грунтоцементных свай значительная часть территории причалов временно освобождалась от инженерной инфраструктуры. Подкрановые и железнодорожные пути демонтировались поэтапно, что позволяло обеспечить доступ буровых установок к зоне производства работ. После завершения закрепления грунтов и дноуглубления выполнялось восстановление этих путей с приведением их в проектное положение.
Значительное внимание уделялось инженерным сетям. В процессе реконструкции были устроены и модернизированы системы водоотведения, включая трубопроводы, колодцы и элементы канализационной насосной станции. Эти работы были необходимы для обеспечения нормальной эксплуатации территории причалов при изменённых отметках и конфигурации поверхности.
Одновременно велись работы по восстановлению и устройству железобетонного покрытия территории причалов. Покрытие выполняло не только функцию распределения эксплуатационных нагрузок, но и служило элементом защиты подстилающих слоёв от воздействия влаги и механических повреждений. Его устройство завершало формирование новой надводной части сооружений.
Завершающим этапом стали работы по оснащению причалов. Были установлены новые отбойные устройства, выполнен монтаж швартовных тумб, ограждений и стремянок.
Отдельное место занимали работы по установке и переносу навигационных знаков, а также подключению их к системам электроснабжения.
В результате выполненных мероприятий причалы №34 и №35 получили не только новое искусственное основание и увеличенные глубины, но и обновлённую инфраструктуру, соответствующую изменившимся условиям работы и возросшим требованиям к пропускной способности терминала.
Глава 10. Финал
После выполнения основных работ по закреплению грунтов, дноуглублению и восстановлению инфраструктуры была развернута процедура приёмки объекта.
Ключевым этапом стала проверка соответствия реконструированных причалов требованиям проектной документации и нормативных документов. Ростехнадзором было выдано заключение о соответствии построенного (реконструированного) объекта капитального строительства требованиям технических регламентов и проектной документации. Этот документ фактически подтвердил, что реализованные инженерные решения могут рассматриваться как безопасные и допустимые с точки зрения действующих норм.
Завершающим этапом стала выдача разрешения на ввод реконструированных объектов в эксплуатацию. После получения положительных заключений надзорных органов и оформления исполнительной документации причалы №34 и №35 были официально допущены к эксплуатации в новых условиях — с увеличенными глубинами и обновлённой конструктивной схемой основания.
Причалы №34 и №35 перешли в новую фазу эксплуатации, обладая:
- увеличенными проектными глубинами;
- укреплённым искусственным основанием;
- восстановленной и модернизированной инфраструктурой.
Еще больше материалов про морскую гидротехнику доступно бесплатно в моем Telegram-канале:
👉 https://t.me/gidrotehnika