Варианты укрепления берега: классификация берегоукрепительных сооружений и современные решения

Что такое берегоукрепление и для чего оно нужно

Берегозащитные сооружения – это комплекс инженерных мер и конструкций, предназначенных для защиты береговой линии водоемов от разрушительных природных факторов. Проще говоря, берегоукрепление – это комплекс мероприятий по защите и повышению прочности береговой линии рек и водоемов. Под воздействием волн, течения, колебания уровней воды, подтопления грунтовыми водами и ледовых нагрузок берега постепенно размываются и осыпаются. В результате возникает проблема берегоукрепления: размыв берегов ведет к потере земель, обрушению прибрежных склонов, повреждению построек и коммуникаций вблизи воды, а также к обмелению и загрязнению акватории. Чтобы предотвратить такие негативные последствия, проводят специальные мероприятия по берегоукреплению – от простых природных методов до сложных инженерных решений.

Нередко возникает вопрос: правильно в профессиональной среде? Принято употреблять термин «берегоукрепление», подразумевая весь комплекс работ по укреплению и защите берега от размыва и обрушения.

Укрепление берега еще по-другому может называться «берегозащита» и «берегозащитные сооружения». Берегозащитные сооружения – это различные гидротехнические конструкции, которые служат для предотвращения размыва и укрепления берега. Таким образом, укрепление берега – современный инструмент инженерной защиты территорий, позволяющий сохранить целостность береговой линии и предотвратить аварийные ситуации.

Назначение берегоукрепления заключается в обеспечении устойчивости берегового склона и предотвращении процессов эрозии. Главные задачи берегоукрепительных работ: защитить берег от подтопления и размыва, стабилизировать откосы от оползней, сохранить прилегающие сооружения и коммуникации, а также благоустроить прибрежную зону. Проще говоря, для чего выполняется берегоукрепление – это для безопасности территорий и людей, сохранения инфраструктуры и экологического баланса. Правильно спроектированное берегоукрепление повышает надежность эксплуатации гидротехнических и прибрежных объектов, предотвращает потерю грунта и обеспечивает долгосрочную стабилизацию берега.

Классификация и виды берегоукрепительных сооружений

Существует множество вариантов укрепления берега – от простых природных до сложных инженерных. Чтобы ориентироваться в них, важно понимать типы берегоукреплений и их классификацию. Берегоукрепительные конструкции различаются по принципу действия, конструктивному исполнению и применяемым материалам. Ниже рассмотрены основные способы берегоукрепления.

I. По характеру взаимодействия с водой берегоукрепительные сооружения делятся на пассивные и активные:

• Пассивные берегозащитные сооружения. Это инженерные конструкции или покрытия, которые противостоят разрушительному воздействию волн и течений, не изменяя существенно естественный режим воды. К пассивным берегоукрепительным сооружениям относят различные береговые покрытия (так называемые «береговые одежды») и береговые стенки. Пассивные конструкции просто защищают береговой откос от удара волн и размыва своей прочностью и массой. Примеры: уклон берега, укрепленный каменной наброской по фильтрующему слою; монолитные или сборные железобетонные плиты на откосе; берегоукрепление откосного типа (пологий склон, покрытый защитным материалом). Также сюда относятся прибрежные волноотбойные стенки – вертикальные или наклонные стенки, окаймляющие берег. В портах и на реках при умеренном волнении чаще применяют пассивный метод береговой защиты, поскольку он непосредственно укрепляет склон и способен долго противостоять разрушающим факторам.
• Активные берегозащитные сооружения. Это гидротехнические устройства, которые активно изменяют движение воды, уменьшая ее разрушающее действие и способствуя накоплению наносов. К активным берегоукреплениям относятся различные волноломные и руслоформирующие конструкции: поперечные буны (специальные дамбы, выступающие перпендикулярно берегу) и продольные берегозащитные волноломы (ограждения, параллельные берегу). Они гасит энергию волн на расстоянии от берега или перенаправляют поток, вызывая отложение наносов и формируя пляж перед берегом. Например, серия бун задерживает наносы и формирует широкий пляж, а подводный волнолом уменьшает высоту прибойной волны, защищая берег. Также активным методом можно считать искусственное намывание пляжей (подсыпка песка) – мягкое решение, при котором волны гасят энергию на созданном пляже.

Очень часто в практике берегозащиты комбинируют активные и пассивные меры: например, перед укрепленным откосом дополнительно строят буны или волноломы для большего эффекта. Такая комбинированная концепция берегоукрепления позволяет достичь максимальной эффективности защиты берега в сложных условиях.

II. По конструктивному типу берегоукрепительные сооружения подразделяют на несколько видов:

• Сооружения откосного типа. Это берегоукрепления на основе наклонного откоса (склона). Пологий береговой откос покрывается защитным укрепляющим слоем – например, каменной наброской, матрацами Рено, железобетонными плитами, георешеткой с заполнением и т.д. Откосное относительно простое и дешевое берегоукрепление в сравнении с капитальными стенками, поэтому широко применяется на реках и озерах при умеренных глубинах и волнах. Важно правильно обустроить элементы берегоукрепления откосного типа: многослойный обратный фильтр под каменной наброской или плитами (чтобы грунт откоса не вымывался), надежный нижний упор (пояс из крупного камня, шпунтовая шпора или бетонный призмовый упор у подножия откоса), а также при необходимости дренаж для отвода грунтовых вод из откоса. Берегоукрепление откосного типа хорошо гасит энергию волн за счет пористой структуры покрытия (например, камень или решетка с грунтом) и сохраняет природный вид берега. Однако для крутых берегов или при сильном волнении откосное укрепление требует значительной полосы отвода и может оказаться недостаточным.
• Вертикальные стенки (береговые стенки). Это берегоукрепительные конструкции в виде вертикально расположенных стен, непосредственно окаймляющих береговую линию. Они часто применяются в городских набережных, портах, на крутых берегах, где нет места для откоса. Стенки выполняются из монолитного железобетона, шпунтовых свай (стальные, железобетонные или даже пластиковые шпунты), габиона-парапета и др. Вертикальное берегоукрепление эффективно отражает волну, особенно если лицевая грань стенки имеет криволинейный (волноотбойный) профиль, отбрасывающий всплеск воды обратно в сторону акватории. За стенкой обязательно устраивают дренаж (например, перфорированные трубы и фильтрующий материал) с выпуском воды наружу, чтобы разгрузить гидростатическое давление грунтовых вод на конструкцию. Уязвимость стенок в том, что отраженная волна может размывать основание у подошвы стенки, поэтому обычно перед стенкой на дне тоже укладывают защитную каменную наброску или другие берегозащитные сооружения для гашения энергии волн. При правильном проектировании береговая стенка служит надежной защитой, а также позволяет проводить вертикальную планировку территории (создание ровной набережной). Однако стоимость таких сооружений выше, а без укрепления основания существует риск подмыва.
• Сооружения полуоткосного типа. Это комбинированные конструкции, сочетающие откос и вертикальный профиль. Проще говоря, часть профиля берега имеет наклонный укрепленный откос, а часть – вертикальную стенку. Например, нижняя зона может быть выполнена как откос с каменной наброской, переходящий выше по уровню воды в вертикальную подпорную стенку. Либо стенка комбинируется со ступенчатым откосом. Берегоукрепительные сооружения полуоткосного типа позволяют снизить ширину требуемой полосы укрепления по сравнению с чисто откосным методом, но при этом уменьшить нагрузку волн на стенку по сравнению с чисто вертикальной схемой. Ступенчатые береговые конструкции (откос сделан террасами или ступенями) можно также отнести к полуоткосному типу – ступенчатый профиль уменьшает энергию прибоя и повышает устойчивость берега.
• Комбинированные и специальные решения. В некоторых случаях используются смешанные типы берегоукрепления. Например, устройство берегового откоса с бермой (горизонтальной банкетой) посредине высоты, что тоже комбинирует откос и элементы стенки.

Классификация берегоукрепительных сооружений включает и другие специальные типы: береговые устои мостов и труб (укрепление у водопропускных сооружений), противоэрозионные покрытия каналов, ледозащитные берега в районах ледохода и т.д. В каждом проекте берегоукрепительные сооружения выбираются исходя из местных условий: рельефа, типа грунтов, уровня и режима воды, волновой нагрузки, наличия льда, а также от целей использования берега (рекреация, судоходство, застройка). Инженер анализирует все эти факторы и подбирает оптимальный тип или сочетание типов укрепления берега.

III. По используемым материалам и конструкциям берегоукрепления условно делятся на «жесткие» и «гибкие» системы:

• Жесткие берегоукрепления. К жестким решениям относят монолитные и сборные конструкции, образующие единую твердую оболочку или каркас на берегу. К жестким берегоукреплениям относятся прежде всего бетонные и железобетонные элементы: массивные плиты, блоки, шпунтовые стенки, монолитные подпорные стенки. Также сюда можно отнести укрепления из грунтоцемента – например, устройство грунтоцементных подпорных элементов, созданных методом струйной цементации. Иногда практикуется полное бетонирование берегового склона, хотя это дорого и ухудшает экологию. Жесткие системы очень прочны и долговечны, но менее адаптивны к деформациям грунта. При просадке или подмыве основная конструкция может повреждаться трещинами, поэтому жесткие решения требуют особенно тщательного расчета основания.
• Гибкие и полужесткие берегоукрепления. К гибким системам относят конструкции, способные немного деформироваться без разрушения, подстраиваясь под осадку грунта. Пример – каменная наброска (разрозненные валуны) на берегу: если грунт чуть просядет, слой камней просто сместится, сохраняя общую защиту. Другой пример – габионы (сетки, заполненные камнем) или гибкие матрасы Рено, которые могут адаптироваться к рельефу. Материал для укрепления берега в гибких системах может быть природным (камень, гравий, древесина) или синтетическим (геотекстильные мешки, геоматериалы). Также системы укрепления берегов с использованием георешеток и геоматов считаются гибкими: решетчатый каркас из полимерных лент укладывается на склон, фиксируется анкерами и заполняется грунтом или щебнем, образуя армированный откос. Такая структура одновременно прочна и пластична, позволяя берегу сохранять форму даже при подвижках грунта. Гибкие биотехнические методы (например, засев трав, укладка кокосовых матов с растительностью) тоже относятся к мягкому берегоукреплению. Их плюс – экологичность и низкая стоимость, однако применять их можно лишь при небольшом волнении и на малых водоемах.

Многие современные проекты комбинируют жесткие и гибкие элементы: например, берега рек часто укрепляют гибкими габионами у подошвы откоса и жесткой бетонной плитой сверху, добиваясь оптимальной устойчивости.

Таким образом, существует множество видов укреплений берегов, и выбор конкретной технологии зависит от природных условий и требований проекта. При невысоких нагрузках можно ограничиться относительно простым решением, например, георешеткой с озеленением как дешевое берегоукрепление для небольшого пруда. Но на больших реках и водохранилищах с сильным волнением чаще требуются капитальные гидротехнические сооружения – шпунтовые или бетонные берегоукрепления. Важно помнить, что любое инженерное укрепление берега – это объект повышенной ответственности. Рассмотрим, какие нормы и правила регламентируют их проектирование и строительство.

Нормативные требования и статус берегоукрепительных сооружений (НТД)

Берегоукрепительные гидротехнические сооружения (ГТС) подлежат обязательному проектированию в соответствии с государственными стандартами и строительными нормами. В российской классификации берегоукрепление относится к линейным объектам капитального строительства. Иными словами, длинный участок берегоукрепления рассматривается как линейное сооружение, подобно дороге, набережной или трубопроводу, а сами работы официально считаются объектом капитального строительства. Это имеет два важных следствия. Во-первых, для реализации таких проектов требуется разработка полной проектной документации (проект берегоукрепительных сооружений) и прохождение экспертизы, как для любого капитального объекта. Во-вторых, при планировании берегоукрепления необходимо соблюдение земельного и водного законодательства: получение разрешений в водоохранной зоне, отвод земли вдоль берега под линейный объект и пр.

С точки зрения прочности и безопасности берегоукрепительные сооружения относятся к гидротехническим сооружениям. Согласно актуализированным нормативам (СП 58.13330.2019 – актуализация СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения»), берегоукрепления обычно классифицируются как сооружения III класса по уровню ответственности. Это означает, что разрушение берегоукрепления не должно приводить к катастрофическим последствиям, однако в отдельных случаях, например, если береговой обвал угрожает плотине, жилому району и т.д., класс может быть повышен до II. Берегоукрепление подчиняется требованиям технического регламента о безопасности гидротехнических сооружений: необходимо обеспечивать устойчивость конструкции при расчетных нагрузках волн, льда, течения, а также учитывать сейсмичность района и прочие факторы. В Правилах классификации ГТС установлено, что берегозащитные сооружения являются одним из видов гидротехнических и подлежат учету в реестре ГТС.

Нормы и стандарты (ГОСТ, СНиП, СП) регламентируют все основные аспекты берегоукрепления. Берегоукрепление ГОСТ 20425-2016 определяет стандарты на материалы: например, регламентирует тетраподы для берегозащитных сооружений, ГОСТы на тяжелый бетон устанавливают требования к качеству железобетонных изделий, геосинтетические материалы также должны соответствовать профильным стандартам. Берегоукрепление СНиП и СП содержат методики расчета нагрузок: так, СНиП 2.06.04-82 (актуализирован как СП 38.13330.2018) задает расчетные требования по волновым и ледовым воздействиям на берегоукрепления. В СП 58.13330 указано, что при проектировании берегоукрепительных сооружений нужно руководствоваться специальным разделом норм, где приводятся типы берегоукреплений и условия их применения (рекомендуемые конструкции для разных условий берега). Кроме того, проектировщики должны соблюдать Водный кодекс РФ и природоохранные нормы: берегоукрепление не должно нарушать экологическое состояние водоема, препятствовать судоходству или доступу к воде.

Важнейший документ – СП 116.13330.2012 (актуализированный СНиП 22-02-2003 «Инженерная защита территорий от опасных геологических процессов»), где берегоукрепление рассматривается как мероприятие инженерной защиты от опасных геопроцессов (эрозия, оползни). Согласно этому СП, при берегоукреплении необходимо учитывать природные процессы и применять комплексный подход, комбинируя берегозащитные сооружения с водорегулирующими мерами, например, отвода ливневых вод, укрепления склонов выше уреза воды. Также часто упоминают СП 277.1325800.2016 – специальные правила проектирования морских берегозащитных сооружений, применимые для берегов морей и крупных водохранилищ.

Таким образом, требования к берегоукреплению предъявляются высокие: нужны грамотные инженерные расчеты, выполнение норм прочности и долговечности, согласование проекта со службами и контроль качества строительства. Нормативная база постоянно обновляется, отражая современные материалы и способы берегоукрепления. Например, новые СП учитывают применение геосинтетики, закрепление грунтов и другие современные инженерные решения. При реализации подобных проектов рекомендуется обращаться к специализированным геотехническим компаниям, обладающим опытом проектирования берегоукрепительных гидротехнических сооружений в соответствии с действующими стандартами.

Современные технологии и инженерные решения для берегоукрепления

Современные технологии позволяют эффективно укреплять берега даже в сложных геологических условиях, минимизируя объемы тяжелых конструкций и сохраняя природный ландшафт. Ниже рассмотрим несколько инновационных подходов.

Применение геосинтетических материалов

Геотекстиль, георешетки, геоматы и другие синтетические материалы сегодня широко используются в берегозащите. Технологии укрепления берега с помощью георешетки заключаются в армировании прибрежного склона легким полимерным каркасом. Например, георешетка раскладывается по откосу и закрепляется анкерами, образуя жесткую ячеистую структуру, которую заполняют щебнем или грунтом с посевом трав. Корни растений затем прорастают через ячейки, дополнительно связывая грунт. Такой метод экологичен и визуально сохраняет зеленый берег, при этом существенно повышая стойкость откоса к размыву. Геоматы и биоматы (материалы из кокосового волокна, джута) применяются для защиты верхней части откоса от поверхностной эрозии – их раскатывают по земле, засевают травой, и они удерживают почву от смыва дождями, пока не укоренится растительность. Системы укрепления берегов с геосинтетикой особенно эффективны на малых реках, прудах, каналах, где применение тяжелой техники затруднено. Они относятся к т.н. природоподобным технологияам и отвечают современному тренду «Nature-Based Solutions» в берегозащите.

Струйная цементация грунтов (Jet Grouting)

Это передовой метод геотехники, применяемый в том числе для берегоукрепления и стабилизации береговых склонов. Методы укрепления берега традиционно предполагали возведение внешних сооружений (стенок, откосов). В отличие от них, струйная цементация работает изнутри грунта: в слабый прибрежный грунт бурится скважина, затем под сверхвысоким давлением через специальный монитор подается цементный раствор, который разрушает структуру грунта и перемешивается с ним на месте. После затвердевания получается монолитный столб грунтоцемента диаметром до 1–1,5 м. Такие колонны могут формироваться как вертикально, так и наклонно, создавая подпорную стену в грунте либо армируя массив склона изнутри. Укрепление берега струйной цементацией позволяет создавать скрытые берегоукрепительные элементы – например, ряд перекрывающихся грунтоцементных колонн вдоль линии берега образует сплошной противофильтрационный экран и подпорную стенку внутри склона. Это предотвращает фильтрационный размыв основания берега и увеличивает устойчивость откоса к обрушению. В случаях, когда открытое строительство стенки затруднительно (например, берег уже застроен или доступ техники ограничен), метод Jet Grouting предоставляет отличное решение: все работы выполняются буровой установкой с берега или плавсредства, без устройства котлованов.

Геотехническая компания «ГеоБилдинг» специализируется на таком закреплении грунтов и успешно применяет метод струйной цементации (Jet Grouting) для укрепления береговых склонов, устройства подпорных грунтоцементных стен и ликвидации фильтрации воды через грунт берега. Струйная цементация относится к жестким системам берегоукрепления, но при этом она гибко адаптируется к любому рельефу и глубине залегания прочного слоя. Такое современное укрепление берега позволяет продлить жизнь существующих сооружений (например, усилить основание старой набережной) без ее полной перестройки.

Инъекционное закрепление грунтов (глубинное инъектирование)

Еще одна технология, тесно связанная с берегоукреплением – инъекционное крепление грунта. Суть метода в нагнетании специального раствора (цементного, силикатного, смоляного) через систему инъекционных скважин в толщу берегового грунта. Раствор заполняет пустоты, поры и трещины, уплотняя и связывая грунт без радикального разрушения его структуры. Таким образом можно закрепить грунты берегового откоса, повысить их прочность и водонепроницаемость. Инъекционное закрепление грунтов (Deep Injection) используется, например, для остановки просадок и вымывания грунта из-под фундаментов гидротехнических сооружений, для герметизации берега вокруг подводных переходов трубопроводов, а также для аварийного устранения фильтрационных окон в дамбах. В контексте берегозащиты инъектирование эффективно дополняет поверхностные укрепления: к примеру, после устройства шпунтовой стенки береговой грунт за ней часто цементируется инъекциями, чтобы связать разрозненные участки и предотвратить просачивание воды.

Компания «ГеоБилдинг» предлагает инъекционное крепление грунтов в комплексе с другими мерами берегоукрепления – такой подход обеспечивает всестороннюю устойчивость объекта. В отличие от Jet Grouting, классическое инъектирование действует более локально и щадяще: раствор распространяется по трещинам, улучшая свойства грунта, но не перемешивает его полностью. Основные методы химического закрепления – цементация, силикатизация и смолизация – подбираются в зависимости от типа грунта. Например, рыхлые водонасыщенные пески можно укрепить силикатизацией, а скальные породы – цементацией трещин. Эти берегозащитные сооружения невидимы снаружи, но существенно повышают надежность комплекса берегоукрепления.

Новые конструкции и материалы

Также стоит отметить появление новых готовых решений для берегов. На рынке доступны модульные берегоукрепительные конструкции из долговечных полимеров – например, ПВХ-шпунт (пластиковые шпунтовые сваи) как альтернатива стальному шпунту для невысоких берегов. Они устойчивы к коррозии и достаточно легкие, что упрощает монтаж в труднодоступных местах. Применяются и композитные материалы: геополимерные блоки, имитирующие природный камень, бетон с полимерными добавками повышенной трещиностойкости для тонких плит и др. Конструкции полуоткосного типа ступенчатого профиля тоже эволюционируют – сейчас производят железобетонные блоки-парапеты сложной формы, которые собираются как конструктор, образуя одновременно ступенчатый откос и набережную. Технологии укрепления берега постоянно совершенствуются: появляются новые противоэрозионные покрытия, системы мониторинга и прогнозирования размыва берегов с помощью датчиков и дронов, что позволяет превентивно планировать берегоукрепление.

В заключение следует подчеркнуть: выбор метода укрепления берега – ответственный инженерный процесс. Нужно учесть множество факторов (гидрологию, геологию, климатические нагрузки, экономическую целесообразность), а также соблюдать ГОСТ и СП. Проект берегоукрепительных сооружений должен выполнять квалифицированный проектировщик-гидротехник, а само строительство берегоукрепительных сооружений лучше доверить опытной специализированной организации. Современный профессиональный подход обеспечит надежное и долговечное береговое укрепление, максимально адаптированное под местные условия. Благодаря комбинации классических методов и инновационных технологий, можно решить даже самые сложные задачи берегоукрепления – от укрепления крутых склонов и набережных в городе до защиты берегов крупных рек и водохранилищ. Это залог безопасности прибрежных территорий и эффективного использования береговой зоны.

Как делают берегоукрепление: основные этапы

1. Изыскания и проектирование. Проводится обследование берега, инженерно-геологические изыскания, гидрологические расчеты. Разрабатывается оптимальный вариант берегоукрепления: выбор типа сооружений, материалов, схемы расположения. Проект проходит необходимую экспертизу.
2. Подготовительные работы. Очищается прибрежная полоса, планируется профиль откоса, при необходимости производится выемка или досыпка грунта для придания требуемой формы склону. Устраиваются временные дороги, подвозят материалы и конструкции.
3. Устройство берегоукрепительных конструкций. Выполняется основной комплекс работ: например, монтаж шпунтовых свай или свай-стоек, укладка геотекстиля и обратного фильтра, отсыпка каменной наброски слоями, установка габионов либо бетонирование плит на откосе. На этом же этапе могут выполняться инъекции цементного раствора в грунт, бурение и заливка грунтоцементных колонн и другие специальные операции, предусмотренные проектом.
4. Благоустройство и контроль. После завершения строительства проводится обратная засыпка пазух, устройство дренажей, отсыпка грунта поверх георешеток и посев травы. Береговая линия планируется до проектных отметок. Готовое берегозащитное сооружение сдается в эксплуатацию с ведением паспорта ГТС. В дальнейшем организуется мониторинг состояния берега – регулярный осмотр, инструментальный контроль осадок, при необходимости текущий ремонт.

Следуя этим этапам и применяя комплексный подход, можно качественно и надежно укрепить берег любой сложности. Правильно реализованное берегоукрепление прослужит десятилетия, защищая территорию от стихии и позволяя полноценно использовать прибрежную зону.

 

Источники:

1. СП 416.1325800.2018 Инженерная защита берегов приливных морей. Правила проектирования — docs.cntd.ru (https://docs.cntd.ru/document/554403251).
2. [PDF] СНиП 2.06.04-82 (https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4294854/4294854722.pdf).
3. СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения — docs.cntd.ru (https://docs.cntd.ru/document/1200095540).
4. СП 277.1325800.2016 Сооружения морские берегозащитные. Правила проектирования — docs.cntd.ru (https://docs.cntd.ru/document/456055940).
5. ГОСТ 20425-2016 Тетраподы для берегозащитных и оградительных сооружений — cntd.ru (https://docs.cntd.ru/document/1200141110).