Водный транспорт

Водные пути

Обширная территория нашей страны и бездорожье издавна обусловливали необходимость использования широко разветвленной сети водных путей. Однако лишь немногие реки в своем естественном состоянии имеют глубины, достаточные для движения современных судов. Даже на такой магистрали, как Волга между Нижним Новгородом (ныне Горький) и устьем Камы, естественные глубины на перекатах в маловодные периоды навигации снижались до 60 см, а на реках, подобных Вятке и верховьям Днепра, - до 25-30 см.

В дореволюционной России основное внимание уделялось улучшению судоходных условий таких рек, как Волга, Кама, Ока и Днепр. Северной Двиной и Доном начали заниматься только в связи с первой мировой войной. Главным способом улучшения судоходных условий было землечерпание.

Основоположниками отечественной системы улучшения судоходных условий русских рек - инженером В. Г. Клейбером и профессором В. Е. Тимоновым [59] доказана нецелесообразность сплошного выправления рек и предложена разработка перекатов землечерпанием, что давало возможность небольшим количеством земснарядов добиться существенного увеличения судоходных глубин (Эта система была значительно усовершенствована после Октябрьской революции, но основные положения ее сохранились до настоящего времени.). Улучшению судоходных условий рек Сибири уделялось недостаточное внимание. На реках Средней Азии имелась лишь судоходная обстановка; работы же по углублению фарватера не проводились.

В 1913 г. из 64,6 тыс. км эксплуатируемых водных путей 10 тыс. км были с гарантируемыми глубинами: на Волге 1,4 - 2,15 м, Каме 0,9 - 1,3 км, нижнем Дону 0,9 м, Иртыше 1,6 м, Оби 1,2, Енисее 1,5 м и т. д. Однако ширина судового хода редко превышала 30-40 м. Для поддержания глубин работало 130 земснарядов общей производительностью 20,5 тыс. м³/час (из них на реках Сибири - 18 снарядов). Обстановку имели 39,9 тыс. км (в том числе освещаемую 25,9 тыс. км) [60].

Строительство искусственных водных путей в нашей стране особенно широко началось в первой половине XIX в., когда были открыты три шлюзованные системы, соединяющие Неву с Волжским бассейном, - Вышневолоцкая, Мариинская и Тихвинская.

11. Забивание свай под основание деревянного шлюза при переустройстве Мариинской системы

В 90-х годах было произведено дальнейшее улучшение Мариинской системы, позволившее пропускать суда грузоподъемностью до 700 т (рис. 11 и 12). В эти же годы началось строительство шлюзов в верхней части р. Шексны [61].

12. Установка железных ворот в каменном шлюзе на р. Шексне

При переустройстве Мариинской системы для дноуглубительных работ использовалась землечерпательная техника, изготовленная Путиловским, Сормовским и Коломенским заводами (рис. 13 и 14).

13. Одночерпаковая землечерпательница 'Свирская-11' для работы в каменистых грунтах

Кроме шлюзованных систем и каналов Волжско-Балтийского направления в XIX в. строились системы и каналы для связи с Балтийским морем других бассейнов. В 1866 г. построен Днепробугский канал, соединивший Днепр с Балтийским морем через Припять и Пину (притоки Днепра), Мухавец и Западный Буг (притоки Вислы). Днепробугский канал с одиночными разборчатыми плотинами (полушлюзами) был приспособлен лишь для караванного судоходства.

14. Землечерпательница 'Сиговец' для работы в крепких грунтах. За ней - жилое судно для команды

К искусственным водным системам, построенным в XIX в., относятся также Северо-Двинская и Москворецкая.

Северо-Двинская система, соединяющая реки Шексну и Сухону, была построена в 1828 г. и носила название "система герцога Виртембергского". Она имела 13 шлюзов, пять водоподъемных и две водоудержательные плотины. Система была реконструирована в 1916-1917 гг. под руководством инженера И. В. Петрашеня: на Шекснинском склоне дополнительно построены три гидроузла и на склоне к Кубенскому озеру - также три гидроузла. Кроме того, был построен гидроузел "Знаменитый", запирающий исток р. Сухоны из Кубенского озера.

Москворецкая шлюзованная система (от Москвы до Коломны) была построена в 1874-1877 гг., переустроена в 20-х годах XX в. и не потеряла своего значения в наши дни. Общее падение реки в 16,23 м было распределено между шестью плотинами разборчатого типа с нормальным подпором 2,3-3,1 м и отверстием 85-117 м. Судоходные глубины увеличились до 90 см, а грузооборот возрос примерно в 1,5 раза. Судоходные шлюзы расположены в деривационных каналах с земляной откосной камерой и каменными головами. Плотины действовали до 1923-1924 гг., когда вследствие ветхости их деревянных флютбетов (искусственных подводных оснований плотин и других гидротехнических сооружений) приступили к постройке плотин на новых местах, но в составе тех же гидроузлов, с оставлением и использованием имеющихся шлюзов. Новые плотины, подобные прежним, разборчатого типа с поворотными фермами, были построены с бетонными устоями и флютбетами и до настоящего времени исправно работают.

В первых десятилетиях XX в. велось шлюзование Оки ниже Коломны (1911-1914), Северного Донца (1911-1914), Дона (1913-1914), Шексны (1913-1914) и шла реконструкция Северо-Двинской системы (1916-1917).

Вопрос об улучшении судоходных условий Оки на участке от Коломны до Рязани возник в 1901 г. Начальник строительства профессор Н. П. Пузыревский внес изменения в проект; в плотинах он назначил вместо двух одно отверстие с пониженным порогом и поворотными формами (рис. 15), а в камерах шлюзов - вертикальные железобетонные стенки. Гидроузел в Кузьминском был закончен ранее Белоомутского и введен в эксплуатацию в 1914 г.

15. Схема флютбетов разборчатых плотин на р. Оке. Белоомутская плотина с тонким устоем - вверху; Кузьминская плотина для твердого грунта - внизу.

Железобетонные контрфорсные стенки шлюзов оказались легкими и экономичными. В Белоомутском шлюзе они исправно работают до настоящего времени, простояв более полувека.

При проектировании плотин в те годы еще не выполняли расчетов на фильтрацию под основанием сооружения. Такие расчеты стали делать впервые после крупной аварии на Белоомутской плотине в 1915 г., когда при достижении проектного напора образовался пролом шириной 35 м, глубиной 18 м до известняка, подстилавшего пески Белоомутского переката. В результате аварии Белоомутский гидроузел бездействовал 16 лет.

К работам по шлюзованию Северного Донца на участке от Гундоровской до устья, длиной 229 км, приступили в 1911 г. За три года построено шесть гидроузлов с разборчатыми плотинами (с поворотными фермами, укладывающимися на флютбет, и затворами между фермами) и судоходными шлюзами. Камеры шлюзов построены с вертикальными стенками. Сооружения вступили в эксплуатацию в 1914 г.

Шлюзование Дона началось во время первой мировой войны и до Октябрьской революции не было завершено. Из намеченных к строительству четырех гидроузлов к 1921 г. построен один Кочетовский, состоящий из судоходного шлюза и разборчатой плотины. Три гидроузла остались недостроенными.

На р. Шексне по проекту, составленному под руководством инженера И. В. Петрашеня в 1912 г., предполагалась постройка дополнительно к существовавшим ранее трем гидроузлам (Деревенька, Ниловцы, Черная гряда) еще пяти (Ковжа, Судьбицы, Череповец, Черепаново, Ягорба), каждый с плотиной с укладывающимися на флютбет фермами и судоходным шлюзом. Строительство в Ковже и Судьбице было начато в 1913 г. и закончено в 1917-1918 гг. Постройка остальных гидроузлов велась уже после революции.

Первая мировая война резко сократила водное строительство. В то время Архангельский порт оказался единственным, открытым для иностранных судов. Поэтому потребовалось быстрое увеличение транзитных глубин на Северной Двине от Архангельска до Котласа. На Северную Двину были переброшены землечерпательные снаряды с обслуживающим их самоходным и несамоходным флотом. Работа этих снарядов обеспечила небывалые до этого транзитные габариты судового хода, отвечавшие интенсивному движению груженых составов судов от Архангельска до Котласа.

Протяжение искусственных водных путей в 1913 г. достигло 1,7 тыс. км и в 1917 г. - примерно 2,2 тыс. км, в том числе: Мариинская система - 706,8 км, Тихвинская-194,8, Вышневолоцкая - 143,8 Северо-Двинская - 62 км.

Самый значительный искусственный водный путь России, соединяющий Волгу (от Рыбинска) с Балтийским морем (Мариинская система) и сохранивший до нашего времени транспортное значение, имел много небольших гидроузлов со шлюзами разных размеров, что лимитировало пропускную способность всей системы. Мариинская система состояла главным образом из деревянных гидротехнических сооружений, а Тихвинский водный путь и путь, соединяющий Шексну с Сухоной (Северо-Двинская система), имели гидротехнические сооружения, построенные исключительно из дерева.

В состав систем входили судоходные каналы, плотины небольшой высоты, камерные шлюзы и другие сооружения. Наибольшее распространение получили деревянные классического русского типа плотины напором до 3-4 м и судоходные разборчатые плотины напором 3-5 м (реки Шексна, Москва, Ока, Северный Донец, Вытегра и др.).

Русские инженеры выработали путем длительного практического изучения целесообразные детали деревянных гидротехнических сооружений, что отмечали и иностранцы, например известный американский инженер Окерсон, проехавший в 1908 г. по водному пути из Петербурга на Волгу.

Деревянные гидросооружения состояли из массы мелких элементов - бревен, брусьев, досок, соединенных между собой разного рода врубками, гвоздями, болтами и поковками. Надлежащая конструкция деревянной плотины или деревянного шлюза вместе с удовлетворительным качеством постройки предрешали их продолжительную, исправную службу, а также и удешевляли их строительство.

В качестве примера отметим шлюз Павла на Вытегре, знаменитый своей плотиной, которая обслуживает три следующих шлюза. Основание этой плотины, сооруженное в 1806 г., ни разу не перестраивалось. Существующая плотина построена на месте бывшей заводской плотины. Все элементы ее в подводной части имеют ряжевую вырубку достигающую значительной высоты во флютбете и сливе. Высота от фахбаума плотины до подпорного горизонта в глубоком русле 4 73 м разница высотных отметок бьефов 9,6 м. Плотина имеет три пролета: один 9,6 м и два по 8,5 м, ширина бычков 3,6 м.

В совершенствовании конструкций деревянных сооружений Мариинской системы за 150-летний период ее существования принимал участие ряд поколений русских инженеров, причем особенно много было сделано в 80-90-х годах прошлого века.

Плотина Мариинской системы состоит из постоянных и разбираемых частей. К первым относятся ряжевые устои и бычки, а также контрфорсные и постоянные стойки, не вынимаемые для пропуска весенних вод и льда. Разбираемыми частями являются съемные стойки и щиты либо шандоры (Шандоры - применяемые при ремонте плотины и служащие для временного удержания воды специальные устройства в виде балок, плотно укладываемых одна на другую в пазы стен гидросооружений или бычков плотины.), закрывающие отверстие плотины.

Перпендикулярно оси плотины забиты три поперечные стенки - шунтовые линии: в начале плотины - понурная, в плоскости затворов - королевая и в конце водобойного пола - флютбетная линия, служащая для сохранения загрузки под полами водобойной части, образованной из размываемого материала (песчано-глинистого, чуристого грунта и т. п.). Пол настилается из двух рядов досок толщиной 6,5 см в закрой, с проконопаткой обоих рядов корабельным швом и прокладкой между рядами войлока по смоленому нижнему полу.

До самого последнего времени деревянные плотины и шлюзы Мариинской системы считались наиболее целесообразными гидротехническими сооружениями. Это было настолько общепризнанным, что когда говорили о деревянных сооружениях обычной конструкции, подразумевали при этом именно мариинские сооружения. Для своего времени они были достаточно совершенной гидротехнической системой. На Всемирной выставке в Ренте в 1913 г. Мариинская система была отмечена Большой золотой медалью как выдающееся достижение русской инженерной мысли.