Строительство на шельфе

Наиболее ценные морские побережья в России, обладающие уникальными природными условиями для улучшения здоровья и обеспечения отдыха трудящихся, имеют сравнительно небольшую протяженность и площадь; кроме того, бальнеологическое и рекреационное освоение берега осложняется сложным рельефом прибрежной части, высокой стоимостью инженерной защиты. Реальный резерв рекреационного развития, обеспечения возрастающей демографической емкости — создание сооружений на шельфе, в том числе приурезовых, мелководных прибрежных и приглубого берега прибрежной зоны шельфа). Новые искусственные сооружения позволят существенно увеличить площадь рекреационных территорий и одновременно улучшить условия очистки воды и воспроизводства марикультур. Могут быть рекомендованы такие сооружения в прибрежной зоне моря и на неглубоком шельфе (рис. 6.33): -искусственные рифы — для разведения подводной флоры и фауны и увеличения самоочистительного потенциала прибрежной зоны моря;

— точечные (отдельно стоящие) здания на одной опоре или на ряде опор (на платформе) — для размещения климатопавильонов или специальных корпусов санаториев с климатолечением; -искусственные острова-пляжи с соляриями и бассейнами с морской водой; -океанариумы с бассейнами и вольерами для аттракционов и содержания морских животных; -объекты: познавательного характера (морские аквариумы, подводные гостиницы и др.), научно — исследовательского назначения (подводные лаборатории и др.), требующие больших или протяженных территорий (например, аэропорты). Для транспортной связи с берегом их следует оборудовать причалами. Возможна коммуникационная связь с помощью подвесной канатной дороги, подводного тоннеля.

Перечисленные здания (сооружения) снабжают коллекторами для выращивания мидий с линейными носителями. Носители с коллекторами длиной 8… 10 м крепят непосредственно к подводной части объектов. Одно из нетрадиционных назначений зданий и сооружений в зоне шельфа — инженерная канализация природного механизма самозащиты берега, состоящая в морфодинамическом развитии элементов побережья путем искусственной трансформации, регенерации и протезирования тел береговых форм или фрагментов. Искусственная трансформация заключается в преобразовании элементов дна (морфологии и топографии), чтобы обусловить оптимальное проявление самозащитных тенденций. Регенерация предполагает искусственное управление развитием береговых форм. Протезирование — воссоздание недостающих частей береговых форм, которые не могут сформироваться естественным путем.

Искусственные территории в прибрежной зоне можно создавать, сооружая насыпи (отсыпкой или намывом) на примыкающих к берегу участках мелководья, и платформы, поднятые над уровнем воды с учетом максимальной высоты волн и опирающиеся колоннами (опорами) на фундаменты на дне или плавающие платформы, заанкеренные к дну моря. В качестве опор используют стальные или железобетонные оболочки, ячеистые конструкции. Метод поднятия уровня созданием насыпи рекомендуется при глубинах до 10… 15 м. Для больших глубин этот метод экономически нецелесообразен. Основное требование к конструкционному железобетону и другим материалам — долговечность. В морской воде содержание кислорода незначительно, поэтому арматура практически не корродирует, а химическое воздействие на бетон велико, могут разрушаться заполнитель и цементный камень. Заполнитель должен быть стоек к сульфатной коррозии и не иметь щелочной реакции; необходимо подбирать портландцемент с низким водоцементным отношением; организовывать тщательный уход за бетоном. При изготовлении рекомендуется тепловая обработка, дополнительное выдерживание в воде, сушка. Эффективно использование напряженных конструкций с повышенной трещиностойкостью, особенно — самонапряженных конструкций на НЦ. На мелководье железобетонная конструкция под воздействием песка или гравия при движении воды, как правило, подвергается истиранию. В этих условиях требуется высококачественный плотный бетон с повышенным содержанием цемента, небольшим В/Ц, с твердым и противостоящим истиранию заполнителем. Предусматривают также увеличение толщины защитного слоя.

В зоне прибоя, ударов волн возможна кавитация, поэтому бетон должен быть повышенной плотности, кроме того, необходима тщательная отделка поверхности или специальное покрытие, например, стеклотканью. В зоне брызг над поверхностью воды в наибольшей степени проявляется коррозия арматуры и бетона, в том числе и электрохимическая, конструкции подвержены попеременному замораживанию и оттаиванию, высушиванию. Необходим очень плотный водонепроницаемый бетон с повышенным содержанием цемента и воздухововлекающими добавками, малым В/Ц. Рекомендуется увеличивать защитный слой, применять облицовки (покрытия) из естественного камня, керамики. В зоне «выше брызг», где конструкции подвержены воздействию влажного соленого воздуха, следует предусматривать плотный бетон с низким В/Ц, увеличивать защитный слой.

Для наращивания искусственного строительного материала предлагается использовать растворенные в воде соли. Для этого в морскую воду помещают стальную арматуру в форме, соответствующей форме будущей конструкции (рис. 6.34). На нее подают постоянный ток с небольшим напряжением (несколько вольт), безопасный для живых организмов. При этом на арматуре осаждается известковый камень, причем, несмотря на малую скорость осаждения (1…2 мм за 6 мес), можно нарастить достаточное сечение за 1…2 года. Предложено использование солнечной энергии для многомесячной подачи электроэнергии на стальную арматуру. С этой целью над поверхностью воды устанавливают солнечные батареи, опирающиеся на временные опоры или конструкции здания (сооружения) на шельфе. Покрытие, наращиваемое на металлической арматуре, может быть использовано как защищающее от коррозии (при большом сечении металла) или как элемент, работающий подобно железобетонной конструкции.

Рис. 6.34. Подводное сооружения с наращиванием камня из морской воды: а — схема химической реакции; б — расположение анода и катода; вмногослойная дырчатая оболочка биофильтра; г — ремонт свай наращиванием сечения с подводом солнечной энергии; д — искусственные рифы; е — подводный музей — аквариум: 1 — анод; 2 — катод; 3 — морская вода; 4 — каменное покрытие; 5 — солнечная батарея; 6 — свая.

Важная задача строительства искусственных территорий и сооружений на шельфебиологическая мелиорация. Материал подводных конструкций не должен ухудшать химический состав окружающей водной среды. Не рекомендуется применять искусственные материалы: железобетон с добавками, которые могут вызывать изменения химического состава воды в контактном слое; пластмассу; не защищенную от коррозии сталь. Наиболее подходят в этом случае бетон и железобетон без добавок, на портландцементе с заполнителями из естественного песка и камня; камень — естественный (лучше всего известняк как естественный субстрат, оптимальный для прикрепления гидробионтов — обрастателей в условиях морского побережья; искусственный каменный материал, полученный обжигом, спеканием при высокой температуре (керамика и др.). Гладкая поверхность подводных конструкций не способствует прикреплению обрастателей, что обедняет флору и фауну, уменьшает самоочистительный потенциал прибрежной зоны моря и неглубокого шельфа. Вся поверхность подводной части должна быть шероховатой или рифленой, с глубиной рифов не менее 1…2 см. При возможности выполнения более глубоких уступов они могут иметь размеры до 1 — 1,5 м. При этом резко увеличивается площадь, покрываемая обрастателями подводной поверхности. Конструкции подводной части целесообразно выполнять с внутренними омываемыми водой полостями (подводными «скворечниками»). Для этого в теле конструкций при их достаточной толщине устраивают полости, а также искусственные рифы из камня в местах опирания фундаментов сооружений на дно, выполняют накладные «скворечники», прикрепляемые снаружи к тонкостенным конструкциям.

При учете указанных требований в процессе проектирования возможно управление биопродукционными процессами с учетом достижения промысловых концентраций марикуль-тур. Вместе с тем для побережья как рекреационной системы актуальна и другая функция биоценозов — природоохранная. Здесь наиболее интересны широко распространенные обрастаниямидии. Этот вид моллюсков отличается быстрым освоением подходящих субстратов, формированием стабильных и длительно функционирующих сообществ и хорошей способностью к фильтрации морской воды. Как показали исследования, например, в Крыму мидии доминируют в обрастаниях после 6… 12-месячной экспозиции субстрата в зависимости от срока погружения и специфики района. Мидии выращивают на носителях и коллекторах. Согласно расчетам, 10 носителей составят биофильтр производительностью 20 тыс. куб. м в сутки, или около 7 млн т в год при площади в плане 40…50 м². При этом можно рассчитывать необходимое количество систем гидробиологической очистки исходя из примерного количества морской воды в прибрежной зоне, приходящейся на одного человека в летнее время. Так, для района Большой Ялты необходима установка 460 носителей с общим биофильтром 920 тыс. м³ в сутки, или 335,6 млн. т в год. Если принять среднее содержание взвеси в морской воде 3 мг/л, то описанный биофильтр будет удалять ежесуточно 2,8 т взвеси, при этом 1,5 т усваивается мидиями.

Системы гидробиологической очистки вдоль побережья целесообразно устанавливать в местах расположения наиболее крупных возможных очагов загрязнения воды, где требуется первоочередное проведение природоохранных мероприятий — там, где находятся санатории, городские пляжи, районы сброса канализации и сточных вод, порты. При этом следует учитывать, что обычная ширина зоны морского водопользования, в которой необходимо обеспечить высокое качество морской воды, составляет около 4…5 км. Особенно необходима система гидробиологической очистки в месте установки рассеивающих выпусков для сброса стоков в море. Здесь рекомендуется выполнение морских придонных биофильтров-банкетов, очищающих сточные воды с помощью биоценоза в искусственно созданных условиях. Конструктивные особенности биофильтра выбирают в зависимости от сезонной промывки, аэрации с использованием волновой энергии, с учетом использования его для защиты берега от волновых воздействий.

В последние годы в ряде стран разрабатываются и готовятся к осуществлению крупномасштабные проекты освоения шельфа. Надводное строительство предусматривается путем возведения искусственных островов для обитания и работы жителей, для размещения экологически негативных объектов — электростанций, аэропортов. В условиях недостатка свободных площадей для размещения растущего населения японского архипелага группой ученых Токийского университета под руководством проф. К. Тэран предложено строительство искусственного острова «Ocean City» в 110 км к востоку от Токио. Остров площадью 9 кв. миль будет расположен на 10 тыс. стальных свай, соединенных под водой крестообразными связями. На четырех этажах проектируются благоустроенные жилые дома на 1 млн жителей, научный океанографи ческий центр, конторы, торговые учреждения, аэропорт, а также стадионы, клубы, автодороги для электротранспорта. Связь с берегом этого города на сваях стоимостью около 200 млрд долл. должна осуществляться самолетами и быстроходными судами.

Стремление к удалению производственных объектов от мест расселения привело к появлению в Италии проекта строительства электростанции в море. После рассмотрения трех вариантов платформ (опирающихся на грунт с помощью свай, вбитых в морское дно; плавучих с закреплением якорями и комбинированных) был выбран последний. Плавучие пустотелые железобетонные конструкции воспримут 85% веса электростанции, а 15% придется на сваи. Многотопливные электростанции мощностью 2500 Мвт, которые будут сооружены в Адриатическом море, на 25% дороже, чем аналогичные на суше. Они будут расположены на расстоянии 10…30 км от берега, на шельфе с глубиной моря около 20…40 м. Конструктивно они представляют собой железобетонные модули, монтируемые полностью на берегу и буксируемые по воде к месту строительства. Максимальный квадратный модуль будет иметь размеры 180×180 м при массе до нескольких сот тыс. т. Модули соединяются закрытыми трубчатыми переходами с гибкими стыками, чтобы исключать влияние небольших колебаний отдельных блоков. Персонал для обслуживания будет доставляться быстроходными судами.

Голландский инженер Ван дер Берг разработал план создания подводных городов, чтобы, с одной стороны, получить возможность строительства в тех странах, где свободной земли практически нет (например, Монако), а с другой, — уйти от загрязненной среды обитания на земле. Первый подводный город на морском дне вблизи Монте-Карло должен включать в себя, помимо жилья, центр отдыха, рыбную ферму, экологически чистые установки очистки стоков. В плане город представляет собой круг диаметром 10 км, по периметру которого амфитеатром размещен кольцевой 30-этажный дом шириной 572 м, где размещается 300 тыс. квартир, учреждения, магазины, кинотеатры, спортзалы, плавательные бассейны и т. д. Все это огромное сооружение находится под куполом из высокопрочного стекла, опирающегося на сваи.

Отметим в заключение, что градостроительное освоение шельфа должно быть «мягким», природосберегающим, учитывающим важнейшую роль шельфовой зоны в зарождении всего живого в море. Поэтому все, в том числе и описанные выше, крупномасштабные проекты освоения шельфа согласно постулатам экологии должны подвергаться тщательной проверке с возведением вначале небольших фрагментов и изучением взаимодействия природной среды и искусственного сооружения на этих фрагментах. Лучшее же решение в соответствии с принципами глубокой экологии — вообще не вмешиваться в естественную среду моря.