במסגרת תכנית לשיקום וייצוב המבנים הסמוכים לקו המים, שהחלה כמה חודשים קודם לסערה בדצמבר 2010, נערכו סדרות של קידוחי בדיקה עמוקים ורדודים שנועדו לספק מידע על תת הקרקע בתחומי הנמל הפנימי. לאחר הסערה נערכו קידוחים ובדיקות נוספות לאורך הטיילת (איור 1ב: קידוח C) ובתחומי הנמל הפנימי (איור 1ב: קידוחים A ו-B). באפריל 2012 החלו עבודות לשיקום המסלעה שלאורך הטיילת (ר' איור 1ב), נערך חתך בדיקה בעורף החוף ולמרגלות המסלעה ונחפרו בורות בדיקה.

בתאריכים 11–13 בדצמבר 2010 פקדה את חופי ישראל סופה עזה שבמהלכה נמדדו משבי רוח במהירות 100–110 קמ"ש וגלים בגובה מרבי של 13.7 מ' (7.2 מ' גובה גל ממוצע על פי נתוני המכון לחקר ימים ואגמים). הסערה גרמה להרס רב במבנים ומתקנים עתיקים ובני זמננו בקיסריה. בחוף שמצפון לנמל נחשפו ונפגעו מבנים עתיקים רבים: יסודות אמת המים הגבוהה נחשפו וארבע הקשתות הדרומיות נמצאו בסכנת התמוטטות; קטע ממוצא נקבת הביוב מהתקופה הביזנטית (6–8 מ' אורך) התמוטט ונשטף לים יחד עם קטע מהפינה המערבית של החומה הצפונית מהתקופה הביזנטית; פגיעה קשה נגרמה לקצה המערבי של החומה הצפונית מהתקופות ההלניסטית/ההרודיאנית; ומבנים ומתקנים במצוק החוף סמוך לקו המים נחשפו והתמוטטו לחוף ונותרו מהם ערמות של אבני בנייה מסותתות, חלקי פסיפסים וחרסים רבים. הרס ניכר נגרם בשטח הנמל הפנימי למבנים היסטוריים ובני זמננו, המשמשים היום למסחר, ולטיילת החוף: הובחנה התחתרות משמעותית ביסודות של המסעדות הלנה והצלבנים, שחלקים מהן קרסו עוד קודם לסערה (ר' איור 1ב); בשטח הנמל העתיק נחשפו בורות וחתכי בדיקה שנחפרו בעבר סמוך למגדלים העגול והמרובע (רבן תשנ"ו: איור 2); המזח המערבי המודרני נשבר לכמה חלקים וקיר הים שנבנה עליו מבטון מזוין (1 מ' עובי) נשבר ונשטף לקרקעית הים ממזרח למזח; ובשטח הנמל העתיק ומחוצה לו נשטפה מקרקעית הים שכבת חול (כ-2 מ' עובי) ונחשפו ממצאים עתיקים רבים.

ממזרח וממערב לקידוחי הבדיקה חפרה בעבר המשלחת המאוחדת לחפירות קיסריה. לאחר עיבוד וניתוח ממצאי החפירות בשטח I שממזרח לנמל הפנימי ובשטח T במערב המגדל העגול (ר' איור 2), העריכו חופרי המשלחת כי בתקופה ההרודיאנית השתרע הנמל הפנימי בשטח של כ-150 × 250 מ"ר (רבן תשנ"ו; רבן והולום 1991). במהלך החפירות בנמל הפנימי נערכו בעבר 12 קידוחי גלעין באמצעות מקדח יד (Raban 1996:635). נמצא כי השליש העליון של כיסוי החול שבמרכז הנמל ובדרומו הוא חול מנושב (איאולי), ושני השלישים התחתונים הם ממקור ימי. נתונים אלה מרמזים על היווצרותה של דיונה בחלקו הצפוני של השטח, בעוד שבחלקו המרכזי והדרומי נוצרה לגונה רדודה שהייתה נתונה להצפות חוזרות. בשנת 2000 נערך מחקר גיאו-ארכיאולוגי בחסות משלחת קיסריה ובניהול רבן וגודמן-צ'רנוב במטרה לבדוק אפשרות להצפות ופגיעה בקו החוף על ידי גלי צונאמי. בשנים האחרונות נמשך מחקר זה על ידי משלחת משותפת של בית הספר למדעי הים באוניברסיטת חיפה, הנטר קולג' ניו-יורק והיחידה לארכיאולוגיה ימית ברשות העתיקות. ממצאים ראשוניים מהמחקר מצביעים על האפשרות כי לגלים אלה קשר משמעותי להצפות הימיות של הנמל הפנימי ולסתימתו (Holum et al. 1992; Goodman-Tchernov et al. 2009).

בשנת 2009 נערכה סדרת קידוחים על ידי חברת אגסי רימון מהנדסים, במימון החברה לפיתוח קיסריה ובפיקוח היחידה לארכיאולוגיה ימית ברשות העתיקות. סדרת הקידוחים נחלקה לשתי קבוצות שכללו עשרות קידוחים רדודים עד לעומק של כ-1 מ' מתחת לפני הים, וקידוחי גלעין עמוקים עד לעומק של 10 מ' מתחת לפני הים. לאחר הניתוח הסדימנטולוגי של הגלעינים הוגשו דוחות הממצאים לחברה לפיתוח קיסריה ולרשות העתיקות לצורכי התכנון ההנדסי (דוחות קידוח קרקע: מס' 18944/2009, 19083/2010, 9645/2011, ארכיון רשות העתיקות). הקידוחים נערכו מרצפת הטיילת (גובה מוחלט 4.5 מ' מעל לפני הים) שנקבעה כנקודת ה-0 שממנה החלה המדידה. בשטח הפנימי של מסעדת הצלבנים נערכו שלושה קידוחים עד לעומק של 1 מ' מתחת לפני הים, ובתחתיתם נמצאה שכבת חול נקי. במסעדת הלנה וסביבתה נערכו קידוחים עד לעומק של כ-1 מ' מתחת לפני הים, וגם בתחתיתם נמצאה שכבה של חול נקי. בקידוחים העמוקים (איור1ב: A, B) נמצא כי עד לעומק של כ-3 מ' מתחת לפני הים הופיע חול דק נקי. בעומק של 3.0–3.5 מ' מתחת לפני הים הופיעה שכבה של חול חרסיתי, ובתוכה כלי חרס מהתקופה הביזנטית. בעומק של 3.5–6.0 מ' מתחת לפני הים נמצאה שכבה של חול נקי. מעומק של 6 מ' ועד כ-7 מ' מתחת לפני הים התגלה סלע הכורכר הטבעי, חול כורכר ועדשות כורכר. בעקבות תוצאות הקידוחים הוחלט על בניית קיר תמך (slurry wall) תת-קרקעי המורכב מכלונסאות הצמודות זו לזו; הן נקדחו ונוצקו עד לעומק של 10 מ' מתחת לפני הים (דוח קידוח קרקע מס' 18944/2011, ארכיון רשות העתיקות). שלושה קידוחים נוספים נערכו ברציף הדרומי ממערב למצודה, ובהם נמצא כי בעומק של 1.0–4.5 מ' מתחת לפני הרציף יש פלטות של כורכר ושכבות ביניים של חול (ר' איור 1ב: C). בעקבות הנזק הגדול שנגרם למבנה מסעדת הצלבנים הוחלט על פירוק המבנה עד למפלס הטיילת ובנייתה מחדש. לאחר הפירוק נערכו עשרות קידוחי כלונסאות בפיקוח ובתיעוד היחידה הימית ברשות העתיקות. הקידוחים נערכו במרחק של כ-3 מ' זה מזה לעומק של 3 מ' מתחת לפני הים דרך שכבת חול נקי שמתחתיה חרסית. נוסף על כך נערכו קידוחים עמוקים (קידוחים 10–50; איור 3) לאורך הקיר המערבי שעל קו החוף, במטרה לבנות קיר תמך (slurry wall). יש לציין כי בכל הקידוחים בעומק של 6–7 מ' מתחת לפני הים נמצאו אותן שכבות בתת הקרקע וסלע האם.          

בתחילת העבודות לשיקום המסלעה שלאורך הטיילת נערך חתך בדיקה בעורף החוף ולמרגלות המסלעה, עד לעומק של 3.0–3.5 מ' מתחת לפני הים. מתוך החתך הוצאו אבני כורכר מסותתות, שרידי מפולת וחומר שהצטבר על החוף במהלך הסערות. מתחת לשכבת האבנים נחשפה שכבה של חול ים נקי ומתחת, בעומק של 3.0–3.5 מ' מתחת לפני הים נמצאה שכבה חומה אפורה של חול, חרסית מעורבת באבנים קטנות ושברי כלי חרס מהתקופה הביזנטית. בשל חדירה של מי תהום שמוטטו את דופנות החתך הופסקה החפירה לעומק והוחל בחפירת בורות בדיקה (כ-5 × 7 מ' כל בור). בכל הבורות נחשפה שכבה של חול נקי עד לעומק של 3.0–3.5 מ' מתחת לפני הים, ומתחתיה שכבה חומה אפורה של חול וחרסית. משכבת החול הנקי הוצאו אבני גזית רבות, שברים של עמודי שיש ושברים של אגני אבן גדולים המתוארכים לתקופה הביזנטית. מעומק 3.5–7.0 מ' מתחת לפני הים הוצאו בעיקר שברים של כלי חרס מהתקופה הביזנטית, ובהם בסיס קערה (איור 1:4), סירי בישול (איור 2:4, 3), שפות קנקנים (איור 4:4–6), שפות של קנקני עזה (איור 7:4–9), שפת פך (איור 10:4) ובסיס אמפורה (איור 11:4). לאחר פינוי שכבות החול וחשיפת שכבת הקרקע החרסיתית שמתחת, הונחה יריעת בד גיאוטכנית ועליה נבנתה סוללת אבנים משופעת (10–15 מ' אורך, 7 מ' רוחב; איור 5). מעליה נבנתה מסלעה חדשה מגושי סלע גדולים במשקל של כ-4 טון כל אחד.

 

בחפירות שנערכו בעבר ברציף המזרחי נמצא כי הרציף ההרודיאני נבנה ממסד של מלט ימי שנוצק לתוך תבניות עץ שהונחו ישירות על סלע כורכר מפולס, בעומק של כ-1.4 מ' מתחת לפני הים; המסד התנשא לגובה של עד 0.8 מ' מעל פני הים. על גבי המסד היצוק הונחו נדבכים של אבני גזית שיצרו רציף, שגובהו המרבי הגיע ל-1.7 מ' מעל פני הים (שטח I; 137Raban 1989:131). בחפירות המשך שנערכו בשנים 1989–1990 (Holum et al. 1992:92, Fig. 20) ציינו החופרים שעומק האגן ממערב לרציף לאחר שהועמק הוא כ-2 מ' מתחת לפני הים. בהתבסס על נתונים מחפירת הרציף המזרחי וחפירת המגדל העגול הטבוע (שטח T) הציעו החופרים שחזור טופוגרפי של הנמל הפנימי המציג קרקעית רדודה, בעומק אחיד של 2.0–2.5 מ' מתחת לפני הים. מכאן ניתן היה להניח כי אל הנמל הפנימי יכלו להיכנס ספינות בעלות שוקע קטן בלבד, קרי סירות שירות קטנות (Reinhardt and Raban 2008: 169, Fig.12).

ממצאי הקידוחים ובורות הבדיקה שנערכו לאורך הטיילת וחוף הים מרחיבים את המידע ומלמדים כי ממרכז הנמל הפנימי ואזור הפתח, הסלע הטבעי מצוי בעומק של כ-6 מ' מתחת לפני הים (איור 1ג). ממצא זה מצביע על אפשרות כניסה, תמרון ועגינה של כלי שיט בעלי שוקע גדול בנמל הפנימי, אולם בשל עומק המים הרדוד, העגינה צמוד לרציף התאפשרה רק לספינות עם שוקע קטן. על גבי הסלע הצטברו שכבות של סדימנטים מהתקופות שלפני בניית נמל סבסטוס והתקופות שלאחר שקיעתו וסתימתו. במסגרת הכנת התשתית לבניית הרציף המזרחי נעשו עבודות ההעמקה ופילוס הסלע המזרחי הרדוד. בעבודות אלו פונו מרבית השרידים הבנויים הקדומים לנמל ההרודיאני. בהסתמך על תיאורו של יוסף בן מתתיהו (קדמוניות היהודים 147:16), רבן הציע כי להורדוס היה צי צבאי קטן, שנבנה באי רודוס ושימש להגנה מפני ספינות ופלישות פירטים (רבן תשע"א:97–100). יש להניח כי צי זה עגן בנמל הפנימי של קיסריה שהיה המוגן ביותר. בדומה להיום, הקמתו של נמל גדול ועמוק בים הפתוח לא הייתה מתאפשרת ללא שטח התארגנות גדול על החוף הכולל מעגן או נמל זמני שייתן מחסה לכלי השיט שהשתתפו בבניית הנמל. בריכת העגינה הגדולה והעמוקה בשטח המזוהה כנמל הפנימי בקיסריה נוצלה על ידי הורדוס לשמש את הספינות והסירות ששימשו להובלת כוח אדם ולגרירת רפסודות ותבניות עץ, ששימשו תשתית לבניית שוברי הגלים (רבן תשנ"ו). ייתכן כי פעולות אלו נעשו רק לאחר התאמות ובניית המתקנים הדרושים לכך, וכי הנמל הפנימי הוא למעשה שטח העגינה העתיק ביותר במכלול נמל סבסטוס.

במהלך הבדיקות נאסף מידע חשוב להבנת הנמל הפנימי ולשחזורו. בנייתה מחדש של המסלעה ללא שימוש בבטון נועדה לאפשר שיחזור של הנמל הפנימי והצפתו במים בעתיד, בדומה לתכנית המקורית של משרד התיירות משנת 1992.