Скорость потока у мостовых опор снизили с 2,44 до 0,06 м/с: в Китае испытали комбинированную защиту фундаментов от размыва

Китайские исследователи представили результаты применения комбинированной технологии защиты свайного фундамента автомобильного моста через Янцзы от руслового размыва. Решение объединяет водоудерживающую стенку, габионный коффердам, геотекстиль и закреплённый грунт. По данным натурных измерений, средняя скорость течения в защищаемой зоне снизилась с 2,44 до 0,06 м/с, а потери закреплённого материала при устройстве защиты составили 9,92%.

Исследование опубликовано 12 октября 2026 года в журнале Journal of Hydraulic EngineeringАмериканского общества инженеров-строителей ASCE. Авторами работы выступили Shuaikang Wang, Qiusheng Wang, Yunpeng Qi и Junnian Shang. В качестве объекта рассмотрен автомобильный мост через Янцзы в районе Цзянцзинь города Чунцин.

Русловой размыв относится к наиболее опасным процессам, воздействующим на основания мостов. При обтекании опор и свайных групп естественная структура потока изменяется. Возникающие локальные ускорения, нисходящие струи и вихревые движения способны выносить частицы донного грунта из приопорной области. По мере развития размыва изменяются условия бокового обжатия свай, уменьшается глубина их заглубления относительно поверхности дна и может нарушаться первоначальная расчётная схема взаимодействия фундамента с грунтовым массивом.

Особую сложность представляет защита групповых свайных фундаментов в реках с устойчивым направленным течением. Водный поток взаимодействует не с одной изолированной опорой, а с системой конструктивных элементов, между которыми возникают дополнительные зоны ускорения и вихреобразования.

Традиционные способы защиты оснований часто предусматривают устройство каменной наброски, укладку массивных защитных элементов или укрепление донной поверхности. Однако при высоких скоростях течения устойчивость самого защитного материала становится самостоятельной инженерной проблемой. Кроме того, выполнение подводных работ осложняется потерями материала при укладке и затруднённым контролем фактического состояния создаваемого защитного слоя.

В китайском исследовании предложена система, элементы которой должны выполнять разные, но взаимосвязанные функции.

Габионный коффердам формирует ограждающий контур вокруг защищаемой части фундамента. Геотекстиль ограничивает вынос мелких частиц закреплённого грунта через пустоты между каменными заполнителями. Закреплённый грунт используется для формирования защитного массива в приопорной зоне. Водоудерживающая стенка, расположенная выше по течению, предназначена для изменения гидравлических условий и уменьшения воздействия потока на остальные элементы системы.

Основная трудность заключается в том, что габионный контур, даже обладающий значительной собственной массой, остаётся проницаемой конструкцией. При сильном течении на него действуют гидродинамические силы, а локальные вихри способны создавать условия для смещения отдельных элементов, размыва основания или выноса заполнителя.

Поэтому авторы не ограничились увеличением массы защитных конструкций. Они предложили изменить характер течения непосредственно перед фундаментом.

С помощью численного гидродинамического моделирования исследователи оценили возможность формирования зоны пониженных скоростей при установке водоудерживающей стенки. Расчёты показали, что при высоте стенки, превышающей глубину воды, в защищаемой области можно создать гидравлические условия, существенно отличающиеся от исходного течения.

Здесь необходимо учитывать, что речь идёт о выводе расчётного исследования для рассмотренной конфигурации сооружения. Он не означает, что аналогичная стенка будет обеспечивать одинаковое снижение скоростей на других реках. Результат зависит от расхода воды, геометрии русла, формы опор, глубины потока, положения защитного сооружения и характера течения в паводковые периоды.

Натурная проверка комбинированного решения дала особенно интересный результат. По опубликованным данным, средняя скорость потока в защищённой зоне уменьшилась с 2,44 до 0,06 м/с. Это соответствует снижению примерно на 97,5%, то есть более чем в 40 раз.

Столь значительное изменение скорости имеет принципиальное значение для сохранности защитного материала. При уменьшении скорости потока снижается его способность переносить донные частицы и перемещать недостаточно закреплённые элементы. Однако зависимость между скоростью течения и интенсивностью размыва нелинейна, поэтому приведённое снижение скорости нельзя автоматически приравнивать к такому же процентному уменьшению глубины размыва.

Вторая важная группа результатов касается потерь закреплённого грунта при его укладке в воду. Использование габионов и геотекстиля позволило ограничить вынос материала, но не исключило его полностью. По данным исследования, доля потерь при строительстве составила 9,92%.

Этот показатель имеет не только технологическое, но и экономическое значение. При подводном заполнении пространства вокруг свай часть смеси может уноситься течением до набора требуемых характеристик. В результате увеличивается фактический расход материала, усложняется контроль геометрии защитного массива и возникает риск образования участков с недостаточной плотностью или неполным заполнением.

Геотекстиль в предложенной системе играет роль разделительного и фильтрующего элемента. Он препятствует свободному выносу твёрдых частиц через габионную конструкцию, одновременно взаимодействуя с водой, проходящей через поры материала.

Для подобных решений принципиально важны размер пор, фильтрационная способность, механическая прочность и устойчивость геотекстиля к повреждениям при монтаже. Неправильный выбор материала способен привести к потере грунта либо, напротив, к нежелательному развитию фильтрационного давления вследствие засорения пор.

Исследователи также рассмотрели применение технологии закрепления грунта для переработки отходных материалов. Такой подход позволяет использовать материалы, которые иначе потребовали бы удаления или отдельного размещения. Однако применимость закреплённого грунта зависит от его конечной прочности, водостойкости, деформационных свойств и экологических характеристик.

В гидротехнической конструкции недостаточно добиться только требуемой прочности после твердения. Материал должен сохранять устойчивость к длительному воздействию воды, циклическим изменениям гидравлических условий и возможным деформациям основания.

В работе отмечается, что взаимодействие закреплённого грунта с фундаментом мостовой опоры позволяет улучшить согласованность жёсткости руслового основания и конструкции опоры. С инженерной точки зрения это связано с изменением распределения контактных напряжений и деформаций в зоне свайного основания.

Однако опубликованная аннотация не содержит значений модуля деформации закреплённого массива, его прочности при сжатии, состава вяжущего, водоцементного отношения или результатов длительных испытаний. Поэтому делать выводы о конкретных механических свойствах используемой смеси без полного текста исследования было бы преждевременно.

Авторы сопоставили предложенную систему с традиционной защитой из каменной наброски. По их оценке, для рассмотренного моста комбинированное решение обеспечивает более эффективную защиту при меньших затратах.

Это сравнение относится к условиям конкретного объекта. При переносе технологии на другие мосты потребуется учитывать стоимость материалов, условия доставки, сложность подводных работ, необходимость возведения водоудерживающей стенки и последующего обслуживания.

Важнейшим вопросом остаётся долговременная надёжность конструкции. Существенное снижение средней скорости в защищённой зоне не исключает возникновения локальных ускорений по краям водоудерживающей стенки. Перенос зоны активного размыва за пределы защищённого участка также необходимо учитывать при проектировании.

Поэтому полноценная оценка технологии должна включать анализ трёхмерной структуры течения, локальных касательных напряжений у дна, устойчивости габионного контура и состояния грунта под защитной системой.

Представленное исследование интересно прежде всего сочетанием расчётной гидродинамической оптимизации и натурных измерений. Авторы не ограничились предложением новой компоновки конструкций, а проверили её влияние на скорость течения и потери материала в реальных условиях.

Для российских мостов на крупных реках, особенно при наличии размываемых русловых отложений и сложных условий подводного строительства, подобный подход может представлять практический интерес. Вместе с тем перенос китайского решения потребует самостоятельных гидравлических и геотехнических расчётов, подтверждения устойчивости при расчётных паводках и проверки долговечности материалов.

Главный результат работы заключается в демонстрации того, что эффективность противоразмывной защиты можно повышать не только за счёт массы и прочности защитных элементов, но и путём целенаправленного изменения гидравлических условий в приопорной области.