Гексабиты в гидротехническом строительстве

В статье представлен краткий исторический обзор применения гексабитов в практике гидротехнического строительства. Показаны конструкции гидротехнических сооружений с гексабитами, опыт их применения на современном этапе. Обоснована необходимость разработки ГОСТ «Гексабиты для берегозащитных и оградительных сооружений. Технические условия», рассмотрены ключевые положения действующего ГОСТ.

Исторический аспект

С середины прошлого века в гидротехнике ведется неофициальный отсчет применения фигурных/фасонных бетонных блоков в сооружениях, подверженных волновым воздействиям. До этого на протяжении веков для защиты от волн применялся камень и каменные блоки в том или ином виде, затем во второй половине XIX в. к арсеналу средств добавились призматические массивы из бетона [1].

И только в 1950 г. во Франции была придумана самая известная в мире форма фигурного берегозащитного блока — тетрапод (рис. 1, а). Нельзя сказать, что она была новинкой: еще в 1930–1940-х гг. похожие «четырехногие» (-рогие) бетонные блоки применялись в качестве противотанковых заграждений [2]. Но в море преимущества формы раскрылись наилучшим образом: повысился один из самых важных критериев волногашения наброски — пористость, а сами тетраподы, за счет устойчивой формы и хорошей зацепляемости, позволили сократить расход строительных материалов и облегчили производство работ, по сравнению с традиционными методами крепления [3]. С тех пор разные фирмы и страны соревнуются в изобретении еще более экономичных фигурных массивов. Всевозможные гексалеги, гексаподы, долосы, гассе, стабилоподы, акмоны, клингеры, пентаконы, стабиты, аккроподы, экоподы значительно пополнили словарный запас инженеров. В [4] можно ознакомиться с примерным перечнем берегозащитных блоков, изобретенных до 1984 г. Более современный, но тоже далеко не полный перечень можно увидеть в презентации [5]. По известным причинам в этих источниках не нашли отражения разработки СССР, хотя и там работа над усовершенствованием методов берегозащиты велась активно [6, 7].

Наиболее известными исследователями и разработчиками решений по берегозащите были ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, институт «Союзморниипроект» и его филиал «Ленморниипроект», ЦНИИС Минтрансстроя, МИСИ, ЛИВТ, профильные институты Минобороны (ВВИСУ, в/ч 13073) и др. Эти организации в разное время выпускали как собственные рекомендации и руководства [3, 8, 9, 10, 11, 12], так и создали совместно общесоюзный СНиП 2.06.04-82 [13].

В 1978 г. специалисты в/ч 13073 (позднее НИЦ 26 ЦНИИ) в составе В. К. Завьялова (отв. исполнитель), А. М. Жуковца, С. С. Мищенко, Б. А. Мялкина подали авторскую заявку на «Фасонный блок для гидротехнических сооружений» и в 1979 г. получили авторское свидетельство SU685748 [14]. Новый фигурный блок, получивший название гексабит (рис. 1, в), с 1980 г. начал постепенно внедряться в отечественном гидротехническом строительстве, обрастая методической основой. Также были разработаны рекомендации по изготовлению опалубки, различные виды специальных захватов, варианты армирования. При этом продолжали уточняться соотношения размерений гексабитов и предлагались наиболее оптимальные способы их укладки на откосе, в 1982 г. были получены еще два авторских свидетельства.

Результаты исследования и опыт применения

Гексабит — не единственный фигурный блок, разработанный отечественными инженерами, но, наряду с тетраподами, он относится к наиболее распространенным в России типам фасонных массивов, применяемых для строительства берегоукрепительных и оградительных гидротехнических сооружений (ГТС). Гексабиты используют при строительстве волногасящих прикрытий (берм) из фасонных массивов, предназначенных для защиты от волновых воздействий (ударов, всплесков и подмыва) естественных береговых уступов (в том числе откосов дюн), откосных укреплений, волноотбойных стен и других объектов, расположенных в прибойной и приурезовой зонах моря. Прикрытия из гексабитов на участках, сложенных неразмываемыми грунтами и не используемых для курортных целей, по эффективности волногашения эквивалентны пляжам, но, в отличие от последних, обладают большей устойчивостью и практически не требуют периодических пополнений объемов, поскольку гексабиты не переносятся волнениями.

На основании результатов наблюдений, физического моделирования (рис. 2) и опытного строительства волногасящих прикрытий в приурезовой зоне установлено, что основными факторами, определяющими волногасящий эффект прикрытий из гексабитов, являются: тип фасонного массива; крутизна и высота морского откоса; процент пустот в теле прикрытия.

За время своего существования гексабиты нашли в России применение повсеместно — от Балтийска до Камчатки (рис. 3). Специалисты ООО «Морстройтехнология» занимались проектированием части этих объектов. Гексабиты применялись в самых разных видах: как крепление оградительных сооружений, как защита корневых частей пирсов, как элементы подпричальных откосов [15] и берегоукреплений. Большинство сооружений были запроектированы при научном сопровождении НИЦ «Морские берега», организации, ведущей свою историю со времен ЦНИИС Минтрансстроя СССР.

Национальный стандарт по гексабитам

Несмотря на многолетнее широкое применение и популярность гексабитов, до последнего времени отсутствовал национальный стандарт РФ, устанавливающий технические требования к гексабитам, в т. ч. правила приемки изделий, методы испытаний, требования к маркировке, хранению и транспортировке. Лишь в приложениях к отдельным ведомственным документам приводились в качестве рекомендаций основные геометрические параметры гексабитов и способы их укладки.

Достаточно длительный опыт проектирования и эксплуатации сооружений с гексабитами показал, что необходим ряд уточнений касательно их применения с точки зрения долговечности конструкции. Накопились разночтения и в терминологии, что также требовало разъяснения: характерный пример — термины наброска/укладка. Также в существующих рекомендациях никак не освещался вопрос армирования, хотя сами авторы предполагали в ряде случаев применение арматуры. К тому же за прошедшее время даже имеющиеся рекомендации устарели (например, в части требований к бетону), а технологии строительства продвинулись вперед: к примеру, появились композитная и дисперсная арматура, современные грузозахваты, средства позиционирования и пр.

Для дальнейших перспектив применения гексабитов при строительстве ГТС единый стандарт был необходим. При его разработке необходимо было отразить следующие аспекты:

• форма, марки и основные размеры гексабитов;
• правила приемки и методы испытаний;
• маркировка, хранение и транспортирование.

В 2019 г. ГОСТ Р «Гексабиты для берегозащитных и оградительных сооружений. Технические условия» был разработан авторами в рамках государственного задания (шифр темы ПНС 1.13.465-1.130.19), утвержден приказом № 847 Росстандарта от 27.08.2021 г. и действует с 01.09.2021 г. В ходе общественных обсуждений большой вклад в разработку документа внесли специалисты филиала 31 ГПИСС — 23 ГМПИ, в структуру которого входит НИЦ 26 ЦНИИ, изначально работавший с гексабитами.

ГОСТ Р 59657-2021 «Гексабиты для берегозащитных и оградительных сооружений. Технические условия» (далее — ГОСТ Р 59657-2021) состоит из следующих разделов:

1 Область применения;
2 Нормативные ссылки;
3 Термины и определения;
4 Технические требования;
5 Правила приемки;
6 Методы испытаний;
7 Маркировка, хранение и транспортирование.

При разработке ГОСТ Р 59657-2021 были использованы следующие исходные документы:

• рекомендации по проектированию и строительству волногасящих прикрытий (берм) из фасонных массивов;
• пособие к СНиП 3.07.02-87 «Пособие по производству и приемке работ при строительстве новых, реконструкции и расширении действующих гидротехнических морских и речных транспортных сооружений»;
• СП 277.1325800.2016 Сооружения морские берегозащитные. Правила проектирования;
• ВСП 33-03-07 МО РФ Инструкция по проектированию откосных и сквозных оградительных сооружений и специальных подводных стендов;
• СП 416.1325800.2018 Инженерная защита берегов приливных морей. Правила проектирования.

Применение ГОСТ Р 59657-2021 обеспечивает:

• снижение уровня опасности при эксплуатации берегозащитных и оградительных сооружений из гекабитов;
• уменьшение риска возникновения аварийных ситуаций;
• повышение надежности берегозащитных и оградительных сооружений из гексабитов;
• снижение затрат на ремонт и реконструкцию берегозащитных сооружений из гексабитов;
• повышение волногасящей эффективности конструкций из гексабитов.

Регламентируемые данным стандартом требования к гексабитам, применяемым при строительстве и реконструкции берегозащитных и оградительных сооружений, будут способствовать осуществлению поэтапного отказа от использования устаревших технологий в проектировании и строительстве. Применение ГОСТ Р 59657-2021 позволит повысить надежность и долговечность волногасящих берегозащитных и оградительных сооружений путем назначения требований к изготовлению гексабитов.

Список источников

1. Нюберг А. Г. Курс портовых сооружений по программе института инженеров путей сообщения Императора Александра I. Чертежи. СПб.: Тип. Ю. Н. Эрлих, 1895.
2. Усков В. Н. Долговременные укрепления Чехословакии. М.: Вестник ВИА, 1941.
3. ВСП 33-03-07 МО РФ Инструкция по проектированию откосных и сквозных оградительных сооружений и специальных подводных стендов (разработан НИЦ 26 ЦНИИ). М., 2007.
4. Shore Protection Manual, Vol II, Department of the Army, Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, Coastal Engineering Research Center, USA, 1984.
5. Overview of Breakwater Armour history. Delta Marine Consultants. 2009.
6. Смирнова Т. Г., Правдивец Ю. П., Смирнов Г. Н. Берегозащитные сооружения, М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2002.
7. Завьялов В. К., Манойлин С. В., Миронов М. Е. Конструирование и расчет набросных гидротехнических сооружений из фасонных блоков и массивов, Л.: ЛВВИСУ, 1990.
8. П 58-76/ВНИИГ Руководство по определению нагрузок и воздействий на гидротехнические сооружения (волновых, ледовых и от судов). Л., 1977.
9. СП 32-103-97 Проектирование морских берегозащитных сооружений. Корпорация Трансстрой, 1998.
10. ВСН 80-80 Минобороны Инструкция по проектированию откосных и сквозных оградительных сооружений и специальных подводных стендов. М., 1980.
11. Рекомендации по проектированию и строительству волногасящих прикрытий (берм) из фасонных массивов. М.: ВНИИТС, 1979.
12. РД 31.31.86-85 Минморфлот СССР Рекомендации по проектированию и технологии строительства оградительных сооружений из наброски с жестким экраном. Л., 1986.
13. СНиП 2.06.04-82 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов), 1984.
14. Жуковец А. М., Завьялов В. К., Мищенк С. С., Мялкин Б.А. Авторское свидетельство SU685748. Фасонный блок для гидротехнических сооружений. 1979.
15. Горгуца Ю. В., Дяченко В. А., Ключарев Н. Д., Златоверховников Л. Ф., Пузанков В. И. Авторское свидетельство RU 2 119 004 C1. Причальное сооружение. 1998.
16. Аристов В. От «Второго Кронштадта» к «Второму Роттердаму». История мореплавания и портостроительства в Лужской губе Финского залива, С-Пб., 2010.

Информация об авторах

Тлявлина Галина Вячеславовна — к. т. н., зав. лабораторией моделирования, расчетов и нормирования в гидротехническом строительстве, ОП АО ЦНИИТС «НИЦ «Морские берега». SCIENCE INDEX: 5516-9241. Author ID (РИНЦ): 604630

Тлявлин Роман Маратович — к. т. н., заместитель генерального директора АО ЦНИИТС, директор ОП АО ЦНИИТС «НИЦ «Морские берега». Author ID (РИНЦ): 123325

Горгуца Роман Юльевич — к. т. н., генеральный директор ООО «Морстройтехнология»

Крекнин Денис Вилленович — директор по производству ООО «Морстройтехнология»

Информация о статье

Статья поступила в редакцию 21.02.2022; принята к публикации 1.03.2022.