Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Матвеенков Федор Викторович

Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов
<
Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Матвеенков Федор Викторович. Разработка мер повышения эксплуатационной надежности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.23.07 / Матвеенков Федор Викторович;[Место защиты: Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева].- Москва, 2016

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обеспечение эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений (гтс) и их комплексов 9

1.1. Общие положения безопасности гидроузлов в России 9

1.1.1. Влияние законодательного фактора на управление безопасностью гидротехнических сооружений 20

1.1.2. Взаимосвязь экономико-социального фактора и требований к безопасности гидротехнического сооружения 21

1.1.3. Применение современных технологий для решения поставленных задач 25

1.2. Обзор существующего программного обеспечения в области безопасности гидротехнических сооружений 28

1.3. Теоретические подходы в области безопасности ГТС 29

1.4. Выводы по главе

1 31

ГЛАВА 2. Факторы влияния изменения физико-механических свойств грунта на срок эксплуатации грунтовых ГТС

2.1. Основные виды природных и техногенных факторов, влияющих на безопасность грунтовых гидросооружений 33

2.2. Процессы старения сооружений и их оснований под влиянием фактических нагрузок и воздействий природного и техногенного характеров.

2.2.1. Грунтовые гидротехнические сооружения 35

2.2.2. Основания грунтовых гидротехнических сооружений

2.3. Определение границ вариации прочностных и деформационных характеристик грунтового материала ГТС 40

2.4. Расчет температурных полей в грунтовых ГТС и их основаниях 44

2.5. Расчет фильтрационных полей в грунтовых гидротехнических со

оружениях и их основаниях 47

2.6. Выводы по главе 2 50

ГЛАВА 3. Модели безопасности и методики продления срока службы гидротехнических сооружений 53

3.1. Статистика количества гидросооружений, отработавших установ

ленный срок эксплуатации. 53

3.2. Повреждения ГТС, приводящие к возможным авариям 57

3.2.1. Основные причины повреждений грунтовых ГТС 57

3.2.2. Основные причины повреждений водопроводящих ГТС 59

3.2.3. Основные причины социально-экологических нарушений 60

3.3. Общие требования методики по продлению установленного срока эксплуатации гидротехнических сооружений. 61

3.3.1. Принципиальный подход к требованиям методики по продлению установленного срока эксплуатации гидротехнических сооружений 62

3.3.2. Основные этапы продления установленного срока эксплуатации гидротехнического сооружения 64

3.4. Методика продления установленного (нормативного) срока эксплуа тации грунтовых гидросооружений 70

3.4.1. Общие положения по продлению срока эксплуатации гидротехнического сооружения 72

3.4.2. Основные этапы и условия продления срока эксплуатации грунтовых гидротехнических сооружений 74

3.4.3. Интервалы жизненного цикла гидротехнического сооружения.. 95

3.5. Выводы по главе 3 98

ГЛАВА 4. Применение метода продления срока службы гид ротехнического сооружения 100

4.1. Грунтовая плотина головного гидроузла III класса на р. Терек 102

4.2. Грунтовая насыпная плотина головного узла на р. Мзымта 110

4.3. Дамба подводящего канала гидроузла на р. Егорлык. 120

4.4. Лужковский гидроузел на р. Черепеть 126

4.5. Выводы по главе 4 131

Заключение 133

Список литературы .

Введение к работе

Актуальность темы исследования. В России большое внимание уделяется безопасности проектируемых, строящихся и эксплуатируемых гидротехнических сооружений (ГТС) в различных отраслях экономики: энергетике, промышленности, сельском, рыбном и водном хозяйстве и др.

Эксплуатационная надежность ГТС и их комплексов является неотъемлемой частью общей безопасности Российской Федерации. В настоящее время в России действуют: Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений»; Технический регламент безопасности зданий и сооружений; нормативные и правовые документы, отражающие основы безопасности гидротехнических сооружений.

В рамках реализации Технического регламента разработан Свод Правил (СП 58.13330.2012), который является актуализированной редакцией СНиП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения», где изложены основные положения проектирования, строительства и эксплуатации ГТС.

Следует отметить, что в соответствии с пунктом 5.3.7 подраздела 5 «Обоснование надежности и безопасности гидротехнических сооружений» раздела 5 «Основные расчетные положения» указанного СНиП, сроки службы ГТС зависят от класса сооружения и принимаются не более расчетных сроков службы: I и II класс - 100 лет; III и IV класс - 50 лет.

Большинство гидросооружений III и IV классов в Российской Федерации построены 30-70 лет назад, соответственно, их нормативный срок эксплуатации исчерпан на 60-100%, а количество ГТС III и IV класса составляет 98,7% от общего количества гидросооружений. По данным Российского регистра ГТС, большинство сооружений III и IV класса либо отработали свой установленный срок службы, либо этот срок заканчивается.

Одновременно с этим в СП 58.13330.2012 порядок и методы продления установленного (нормативного) срока эксплуатации ГТС не регламентированы.

Ответственность за эксплуатацию гидросооружений за пределами установленного (нормативного) срока эксплуатации лежит на собственнике, так как проектная организация, давшая гарантийный срок, ответственности уже не несёт, и строительные организации в данном случае также не несут ответственности, так как срок эксплуатации обосновывается, в том числе, физико-механическими свойствами строительных материалов, которые отслужили установленный срок

эксплуатации.

Учитывая сказанное выше, необходимо детально исследовать проблему эксплуатационной надёжности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов, заключающуюся в продлении установленного срока эксплуатации таких сооружений, которая является недостаточно изученной. Поэтому разработка подходов и мер по продлению установленного срока эксплуатации грунтовых гидросооружений III и IV классов является актуальной задачей.

Степень её разработанности. Вопросам безопасности гидротехнических сооружений посвящено много работ российских и зарубежных учёных, но до сих пор отсутствуют единые подходы к методике по продлению нормативного (установленного) срока эксплуатации ГТС, как в нормативной, так и правовой документации. В этой связи наиболее актуальным является вопрос продления срока эксплуатации гидросооружения на завершающем этапе жизненного цикла.

Настоящая диссертация посвящена разработке мер повышения эксплуатационной надёжности грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов в части разработки методики продления установленного (нормативного) срока эксплуатации таких сооружений.

Цели и задачи. Цели: разработать научно обоснованные решения, обеспечивающие повышение эксплуатационной надёжности ГТС в части продления установленного срока эксплуатации грунтовых сооружений III и IV классов, включая рекомендации по составу и методике проведения экспертизы таких сооружений.

Основными задачами исследования являются:

  1. выполнить количественный и качественный анализ состояния гидроузлов, расположенных на территории России, и условий их эксплуатации;

  2. разработать новые подходы к определению границ вариации прочностных и деформационных характеристик грунтового материала гидротехнических сооружений III и IV классов, а также к расчёту температурных полей в грунтовых ГТС и их основаниях;

3) разработать методику продления установленного срока эксплуатации
грунтовых гидросооружений III и IV классов, отработавших установленный срок
эксплуатации;

4) апробировать предлагаемую методику на действующих гидроузлах с це
лью продления срока эксплуатации ГТС.

Научная новизна:

  1. Произведена современная количественная и качественная оценка состояния ГТС на территории России, отработавших установленный (нормативный) срок эксплуатации.

  2. Разработана методика проведения экспертизы безопасности грунтовых гидросооружений III и IV классов для целей продления срока эксплуатации.

  3. Впервые разработаны уровни соответствия гидротехнических сооружений, отработавших установленный срок эксплуатации, решению о дальнейшей эксплуатации таких сооружений.

Методика апробирована на действующих ГТС, отработавших более 60 лет в составе гидроузлов: грунтовая плотина головного гидроузла III класса на р. Терек, грунтовая плотина Краснополянской ГЭС, дамба подводящего канала гидроузла на р. Егорлык, сооружения Лужковского гидроузла.

Теоретическая и практическая значимость работы:

предложенные методы продления установленного срока эксплуатации грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов позволяют повысить эксплуатационную надёжность сооружений, которые отработали установленный срок эксплуатации;

основные положения разработанной методики использованы при выполнении научно-исследовательской работы ФБУ «НТЦ Энергобезопасность» по теме: «Разработка методологических основ много факторных исследований технического состояния и безопасности высоконапорных гидротехнических сооружений» в части требований к много факторным обследованиям ГТС и оборудованию гидроэлектростанций для оценки возможности продления проектного (нормативного) срока их эксплуатации;

результаты работы использованы при решении вопросов определения остаточного ресурса ГТС за пределами установленного срока эксплуатации:

1) на грунтовой плотине головного гидроузла III класса, находящейся
на р. Терек и отработавшей установленный срок эксплуатации (фактический срок
эксплуатации - 62 года);

  1. на грунтовой плотине III класса Краснополянской ГЭС (срок эксплуатации 62 года);

  2. на дамбе подводящего канала гидроузла, расположенного на р. Егорлык (срок эксплуатации - 62 года).

Методология и методы исследования. В работе были использованы методы математического и численного моделирования; методики лабораторного определения физико-механических характеристик грунтов; статистические методы обработки информации.

Положения, выносимые на защиту:

результаты количественного и качественного анализа состояния гидроузлов, расположенных на территории России, и условий их эксплуатации;

новые подходы к определению границ вариации прочностных и деформационных характеристик грунтового материала гидротехнических сооружений III и IV классов, а также к расчёту температурных полей в грунтовых ГТС и их основаниях;

методика продления установленного срока эксплуатации грунтовых гидросооружений III и IV классов, отработавших установленный срок эксплуатации;

результаты апробации предложенной методики на действующих гидроузлах.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов заключается в расчете на прочность и устойчивость грунтовых сооружений при помощи расчетных сертифицированных программ; сопоставлении полученных результатов с проектными решениями и действовавшими на момент проведения исследований строительными нормами и правилами в области гидротехнического строительства.

Результаты диссертационного исследования докладывались на Международном учебном курсе по безопасности гидротехнических сооружений для руководителей высокого уровня из стран Центральной Азии, организованном Европейской экономической комиссией Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) (Москва, 2010 г.); Международной конференции «Надзор за обеспечением промышленной безопасности», проводимой в рамках Соглашения между Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) и Управлением по техническому надзору Республики Польша (УТН) в части сотрудничества в области надзора за обеспечением промышленной безопасности (Москва, 2012 г.), а также на Международном научном форуме «Проблемы управления водными и земельными ресурсами» (Москва, 2015 г.) и на заседаниях кафедры «Гидротехнические сооружения» Московского государст-

венного университета природообустройства (2011-2013 гг.) и ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева (Москва, 2015 г.).

По теме диссертационной работы автором опубликованы пять печатных работ, четыре из них в научных периодических печатных изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объём работы. Диссертационная работа включает в себя: введение, четыре главы, заключение и список литературы из 125 наименований; содержит 148 страниц основного текста, в том числе 29 рисунков и 16 таблиц.

Применение современных технологий для решения поставленных задач

Практически во всех развитых странах мира осуществляется надзор за безопасностью сложных технических объектов и опасных производств при их проектировании, строительстве и эксплуатации. Одной из важнейших задач организации такого надзора является рациональное разделение ответственности между государством и собственником, проектными и научными организациями, строителями (подрядчиками, субподрядчиками) и заказчиком (эксплуатирующей организацией) [14].

Вопросами безопасности гидротехнических сооружений, их эксплуатационной надёжности, разработки состава и последовательности обследований и оценки уровня безопасности занимались такие учёные как Арефьев Н.В., Богословский П.А., Блинов И.Ф., Бронштейн В.И., Василевский А.Г., Векслер А.Б., Волков В.И., Волосухин В.А., Газиев Э.Г., Гордон Л.А., Добрынин С.Н., Дурчева В.Н., Епифанов А.П., Жарницкий В.Я., Золотов Л.А., Ивашинцов Д.А., Иващенко И.Н., Каганов Г.М., Кондратьев Л.И., Косиченко Ю.М., Малаханов В.В., Марчук А.Н., Мгалобелов Ю.Б., Моисеев С.Н., Носова О.Н., Орехов В.В., Радкевич Д.Б., Рассказов Л.Н., Розанов Н.Н., Рубин О.Д., Савич А.И., Серков В.С., Стефанишин Д.В., Тихонова Т.С., Филиппова Е.А., Хейфиц В.З., Цыбин А.М., Шульман С.Г., Щербина В.И. и др. В работах Малаханова В.В. и соавторов [56-60] исследованы вопросы обеспечения безопасности гидротехнических сооружений. На протяжении длительного периода по инициативе Малаханова В.В. продолжаются уникальные исследования в области повышения эксплуатационной надёжности гидротехнических сооружений, но вопросы продления установленного срока эксплуатации гидротехнических сооружений им не поднимались.

Вместе с тем Волосухиным В.А. и соавторами поднимались вопросы проведения мониторинга и определения остаточного ресурса водопроводящих сооружений [16-17], что существенно упрощает задачу, поставленную перед автором настоящей работы, связанную с разработкой мер повышения эксплуатационной надежности именно грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов.

В соответствии с Федеральным законом «О безопасности гидротехнических сооружений» [110] за обеспечение безопасности эксплуатируемого объекта несет ответственность собственник или эксплуатирующая организация. Проектные и строительные организации, выполнив заказ, как правило, снимают с себя прямую ответственность за надежность и безопасность объекта. В то же время практика показывает, что во многих случаях чрезвычайные ситуации на объектах были связаны с теми или иными ошибками изысканий, научного обоснования, проектирования и строительства.

В данном случае ошибки, допущенные при проектировании и строительстве потенциально опасных объектов, к которым относятся гидротехнические сооружения, согласно статье 48.1 Градостроительного кодекса Российской Федерации [31], компенсируются за счет административного надзора за безопасностью гидротехнических сооружений и усиления производственной дисциплины среди персонала. В результате такого подхода к решению поставленной задачи контроль за безопасностью объекта полностью находится в руках персонала, который не всегда обладает достаточными знаниями по структуре объекта и основам технологического процесса, последствиям неработоспособных и аварийных режимов, а также не обладает необходимыми правами для принятия решений при рассмотрении вопросов безопасности. Нередко вопросы техногенной безопасности пере 11 кладываются на инженеров по технике безопасности, поэтому среди эксплуатационного персонала под безопасностью до сих пор понимается обеспечение соблюдения правил техники безопасности на производстве [14, 107].

Стратегический подход к решению задачи безопасности гидротехнических сооружений предусматривает подключение к решению этой проблемы государственных органов исполнительной власти, проектных и научных организаций, страховых компаний. Необходимость их должного участия в выработке решений на всех стадиях жизненного цикла объекта (изысканий, проектирования, строительства, эксплуатации, реконструкции, ликвидации) является мерой по предупреждению чрезвычайных ситуаций в отличие от устаревающей концепции борьбы с их последствиями [14].

Ввиду оценки указанной проблемы ниже в тексте диссертации представлена статистика гидротехнических сооружений, качественная характеристика состояния, уровень подготовки обслуживающего персонала, произошедшие чрезвычайные ситуации, а также перечислены и проанализированы различные факторы, влияющие на безопасность гидротехнических сооружений.

Разнообразие гидросооружений по функционалу и отраслевой принадлежности создает определенные трудности в решении задач их безопасности [34].

Учитывая важность гидротехнических сооружений для экономики страны, следует обратить особое внимание на безопасность таких сооружений, большинство из которых построены более 40-70 лет назад. Поэтому задача оценки эксплуатационной надежности таких сооружений актуальна на сегодняшний день. В доказательство этого положения автором ниже приведены чрезвычайные ситуации и их последствия, произошедшие на гидротехнических сооружениях III и IV класса и отработавших установленный (нормативный) срок эксплуатации за период с 2012 по 2014 гг.

В 2012 году на ГТС произошло 7 аварий [21]. 10 апреля 2012 г. в результате резкого спуска воды с ГТС в с. Муслюмкино Чистопольского муниципального района, стоящего выше по течению, сильных проливных дождей и резкого повышения температуры воздуха размыло и разру 12 шило грунтовую плотину возле с. Четыре Двора Чистопольского района [21]. 10 апреля 2012 г. в результате резкого увеличения объема паводковых вод произошел размыв тела плотины ООО «Техноснаб», расположенной в 2 км западнее с. Архаровка в Иссинском районе Пензенской области. Ширина размыва - 20 м., глубина – 9 м. В результате обрушения тела плотины разрушены трубы водосбросного сооружения. Подтоплены жилые дома в р.п. Исса и в с. Каменный Брод [21]. 12 апреля 2012 г. в результате резкого увеличения притока паводковых вод началось размытие железобетонных плит водосбросного сооружения, расположенного в 800 м западнее сельсовета с. Вирга Нижнеломского района Пензенской области, с последующим его полным разрушением. В теле плотины образовался проран [21].

16 апреля 2012 г. в результате весеннего паводка произошел перелив через гребень плотины, расположенной в 2 км выше дер. Луковицы Ленинского района Тульской области, с последующим разрушением тела плотины (проран шириной около 20 м.). Общий объем воды в водоеме составлял 360 тыс. м3. Пострадавших нет. Ущерб понесли несколько личных хозяйств жителей дер. Луковицы (2 км ниже плотины) [21].

18 апреля 2012 г. в условиях резкого подъема уровня воды произошло разрушение водосбросного сооружения на гидроузле водохранилища на р. Авгура возле с. Старая Авгура в Краснослободском муниципальном районе Республики Мордовия. В результате разрушения водосброса произошел подмыв тела плотины, высота обрушений 10-12 м. Из зоны затопления эвакуировано 16 чел. При обрушении плотины в зоне возможного затопления оказалась часть территории с. Старая Авгура, с. Новая Авгура и автодорога федерального значения Р-180 [19].

Определение границ вариации прочностных и деформационных характеристик грунтового материала ГТС

Основными этапами проведения работ по изучению процессов старения грунтов гидросооружений и их оснований являются: - составление технического задания с определением примерного объема исследований (экспертизы) гидротехнического сооружения; - обобщение литературных источников и данных натурных наблюдений, исследований грунтовых ГТС III и IV классов с учётом видов старения грунтовых материалов тела и основания сооружений (скальных и нескальных); - изучение влияния различных факторов воздействий на процессы старения грунтов в лабораторных и натурных условиях скальных и нескальных грунтов; - обследование грунтовых плотин III и IV классов, скальных и нескальных оснований в различных климатических зонах и инженерно-геологических условиях для установления процессов старения грунтов и грунтовых материалов с целью продления установленного срока эксплуатации; - разработка моделей старения грунтов в зависимости от различных факторов влияния; установление функциональной зависимости физико-механических и иных показателей свойств (вид грунта, напряжения, температуры, градиентов напора, агрессивности фильтрующейся воды и т.п.).

Перечисленные этапы являются лишь вектором направления в обширном поле неопределённости задачи, связанной с продлением установленного срока эксплуатации грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов.

С целью продления установленного срока эксплуатации ГТС автором настоящей работы предлагается остановиться на определении границ диапазонов вариации прочностных и деформационных характеристик грунтового материала, уложенного в тело сооружения [64].

При определении границы области вариации гранулометрических составов грунта, уложенного в тело сооружения, необходимо учитывать перемешивание и частичное усреднение состава грунта при его разработке, доставке к месту строительства и укладке в тело плотины [70].

Определение границы области вариации гранулометрических составов вычисляется при помощи усредненного параметра ар-н к) по формуле (2.1) [70]: тРнс=рн, 4пс (2.1) где ар-н ак) - среднеквадратичное отклонение (СКО) функции распределения н; Пс - количество перемещения грунта при разработке, доставке к месту строительства и укладке в тело плотины. Следует отметить, что при разработке, доставке к месту строительства и ук 42 ладке в тело плотины происходит отделение крупных и мелких фракций, которое учитывается с помощью усечения в отдельности среднего и граничных гранулометрических составов строительной грунтовой смеси. Суммарное содержание частиц в строительной грунтовой смеси или значение функции распределения усеченного гранулометрического состава определяется по формуле (2.2) [70]: t (d.) r0 FM) F,-F0 (2.2) где F(di ) – суммарное содержание в неусеченном составе частиц мельче di ; F0 – суммарное содержание в неусеченном гранулометрическом составе частиц мельче dM,U , то есть самых мелких частиц в усеченном гранулометриче ском составе; Fx суммарное содержание в неусеченном гранулометрическом составе частиц мельче к-и, то есть самых крупных частиц в усеченном гранулометрическом составе. Размеры частиц грунтового материала MJJ и к-и обычно определяются заданием или известны заранее из экспериментальных работ. Если экспериментов не проводилось, то заданный размер к-и относят к правой границе составов, а для левой границы назначают размер частиц в 2-3 раза меньше. Размер частиц MJJ определяется с помощью следующего алгоритма: выбирается какой-либо размер мелких частиц м , по которому оценивается качество отделения мелких частиц [70]. Максимальное значение гранулометрического состава необходимо относить к левой границе, которое вычисляется по формуле (2.3) [70]: l Fu(dM ) (2.3) Среднее значение из максимального и минимального значений гранулометрического состава для среднего состава принимаются как контрольные значения. Учитывая огромную практику применения вышеуказанных формул, следует отметить, что прогноз гранулометрических составов строительного материала, уложенного в тело плотины, выполняется достаточно точно. При обследованиях ГТС III и IV классов выявлено, что в большинстве слу чаев на таких сооружениях отсутствует проект производства работ. В целях уп рощения применения формулы (2.1) предлагается количество перемещения грун та принять равным четырём, т.е. по следующей формуле (2.4): разработка + погрузка + доставка + укладка = 4 (2.4) Принимая принятое упрощение знаменатель формулы (2.1) будет равен 2. Подставляя в формулу (2.1) полученное значение получаем: (2.5) Фактор старения грунтового материала также следует оценивать по прочностным характеристикам этих грунтов, гранулометрические составы которых совпадают с границами области вариации составов и для среднего гранулометрического состава. В качестве границ диапазона изменения характеристик необходимо выбирать наименьшее и наибольшее значения.

С целью определения установленного срока эксплуатации грунтовых гидротехнических сооружений III и IV классов следует проводить испытания на прочность грунтового строительного материала по ГОСТ 12248-2010 [26].

В соответствии с указанным выше ГОСТом [26] испытания грунтов на прочность состоят из двух этапов: уплотнение образца грунта заданным сочетанием нагрузок; разрушение образца с помощью изменения сочетания нагрузок. В разделе 5 ГОСТ 12248-2010 [26] приведены шесть методов по определению прочностных характеристик грунтов: метод однополосного среза; метод одноосного сжатия; метод трехосного сжатия; метод компрессионного сжатия; метод суффозионного сжатия; метод определения набухания и усадки.

При проведении исследования грунтовой плотины с целью определения остаточного ресурса и возможности продления установленного срока эксплуатации такого сооружения на основании отобранных из тела сооружения проб на плотность и гранулометрический состав и координат точек их отбора необходимо оценивать наличие в теле сооружения зон с пониженными прочностными характеристиками. Величина и расположение таких зон влияют на оценку степени их опасности для грунтового ГТС.

На напряженно-деформированное состояние грунтовых гидротехнических сооружений существенное влияние оказывают нестационарные температурные воздействия, вызывающие изменение физико-механических характеристик материалов, слагающих сооружение и его основание. Диапазон возникающих в грунте напряжений в большинстве практических случаев не превышает пороговых величин, при которых следует учитывать влияние напряженного состояния на перераспределение поля температуры. По отношению к полям перемещений и напряжений поле температуры первично, поскольку на его основе формируются значения физико-механических характеристик грунта, являющиеся функциями температуры [69].

Воздействие сезонных, в том числе отрицательных температур окружающего воздуха, контакт сооружения с мерзлыми грунтами основания, фильтрация воды по порам грунта вызывают изменения фазового состояния поровой влаги, что следует учитывать при расчете температурного режима грунтовых гидротехнических сооружений.

Принципиальный подход к требованиям методики по продлению установленного срока эксплуатации гидротехнических сооружений

Определение остаточного срока эксплуатации гидротехнического сооружения до прогнозируемого наступления предельного состояния должно проводиться на основании технического задания, в котором определяется примерный объем исследований (экспертизы) ГТС, указываются сведения об объекте исследования, наличии технической документации, сроке и условиях эксплуатации сооружения на момент проведения экспертизы.

Организацию исследования гидротехнического сооружения необходимо проводить в соответствии с порядком продления срока безопасной эксплуатации, который включает в себя: - ознакомление с техническим заданием; - проработку программы проведения исследования гидроузла; - исследование гидротехнического сооружения; - рассмотрение полученных материалов; - подготовка результатов исследования с выводами о вероятности возможности дальнейшей эксплуатации гидротехнического сооружения, а также перечень мероприятий, направленных на безопасную эксплуатацию сооружения; - принятие решения о дальнейшей эксплуатации (или прекращении эксплуатации) гидротехнического сооружения; - проведение собственником гидротехнического сооружения мероприятий, указанных в отчете по исследованию такого сооружения; - отслеживание выполнения указанных выше мероприятий.

В соответствии с техническим заданием на проведение исследования гидротехнического сооружения научно-исследовательской организацией разрабатыва 75 ется программа исследования, подлежащая согласованию с владельцем сооружения.

Программа исследования гидросооружения должна содержать: - выбор требующихся нормативных и методологических актов; - изучение сведений о надежности исследуемого гидроузла, а при неимении таких сведений, подобных ему; формирование списка объектов исследования; - сбивка сетевого графика проведения исследования; - подготовка выводов о безопасности гидротехнических сооружений по результатам выполненных работ в части продления срока эксплуатации; разработка программы выполнения процедур по обеспечению безопасности гидросооружений на вновь установленный срок эксплуатации. Владелец гидротехнического сооружения по итогам исследования обязан восполнить недостающие технические материалы в соответствии с действующим законодательством в области безопасности гидротехнических сооружений. Исследование гидротехнического сооружения следует проводить по блок-схеме (рисунок 3.4) с целью установления его технического состояния и выявления меры реальной амортизации, в том числе определения причин, послуживших к снижению безопасности. Для обеспечения эффективной и независимой экспертизы гидротехнического сооружения в обследовании должны участвовать специалисты по расчету строительных конструкций, в том числе имеющие опыт проектирования аналогичных ГТС. При исследовании и для оценки остаточного ресурса гидротехнического сооружения необходимо произвести: - рассмотрение фондовых материалов при проектировании, строитель стве и эксплуатации сооружения; ознакомление с документацией предыдущих обследований (исследований), в том числе в преддверии периодов ремонтов, модернизации и т.д.; - исследование специфики эксплуатации, в условиях специфики клима та и гидрогеологии состояния системы «сооружение - основание»; изучение действующих нагрузок и воздействий на сооружение в период эксплуатации; - определение меры агрессивности внешней среды (грунтов, грунтовых и технических вод, натечных образований и пр.); - исследование химической агрессивности среды в масштабе грунтов основания и тела сооружения, а так же его строительных конструкций; - оценка температурно-влажностных характеристик при эксплуатации гидроузла; - визуальное обследование гидротехнического сооружения; - проведение геодезической съёмки для установления реального положения грунтового сооружения проектному решению (при наличии проекта); - расчеты устойчивости сооружения с учетом выявленных повреждений; - определение степени раскрытия трещин, детекция источника их появления и наблюдение над динамикой их развития; расчет осадки гидротехнических сооружений; анализ состояния противофильтрационных устройств (при наличии); установление физико-механических и физико-химических свойств грунтов сооружения неразрушающими методами на объекте и в лабораторных условиях; - определение границ вариации прочностных и деформационных характеристик грунтового материала гидротехнического сооружения; - оценку водонепроницаемости сооружения; - анализ характеристик грунтов основания, подвергнувшихся изменению; - выяснение возможных причин повреждений; естественноисторические условия района створа. Исследуя грунтовое сооружение с целью определения его остаточного ресурса и возможности продления установленного срока эксплуатации, следует учитывать результаты систематических наблюдений за таким сооружением, а именно: а) соответствие фактических геологических, гидрологических и водохозяй ственных параметров сооружения, принятым в проекте; б) оценку запаса прочности и устойчивости гидросооружения в целом и от дельных его элементов с учетом фактического состояния. Расчёты остаточного ресурса грунтового гидросооружения по критериям предельных состояний необходимо производить согласно нижеизложенной методики, основанной на работах [6, 12, 15, 37, 39, 107]:

Грунтовая насыпная плотина головного узла на р. Мзымта

Информационный блок. Отметка гребня дамбы - 153,8 м; заложение мокрого откоса - 1:2; заложение сухого откоса - 1:2,5; ширина по гребню - 4,0 м; ширина по основанию - 19,7 м; максимальная высота дамбы - 3,5 м; напор на дамбу - 2,7 м.

Крепление дамбы выполнено железобетонными монолитными плитами толщиной 0,150,25 м.

Согласно [73] в геологическом строении участка размещения дамбы деривационного канала расположены (сверху вниз): современные техногенные насыпные грунты – tQIV, смесь почвы, глины, суглинка, строительного мусора и щебня - ИГЭ-1 мощностью 1,0-9,2 м; верхнечетвертичные делювиальные отложения - dQIII, представленные глиной легкой пылеватой, темно-серой, твёрдой, слабонабухающей, с остатками корней растений, со слабым гнилостным запахом - ИГЭ-2, мощностью 2,1 м; верхнечетвертичные аллювиально-делювиальные отложения adQIII, представленные глиной тяжелой, полутвердой, с гнездами песка - ИГЭ-3, мощностью 8,2 м; нерасчлененные четвертичные аллювиальные отложения - аQ, представленные глиной легкой пылеватой, светло-серой, мягкопластичной, без видимых включений, с прослойками песка - ИГЭ-4, вскрытая мощность 4,8 м; неогеновые отложения среднесарматского подъяруса – N13S2, представленные песком пылеватым средней плотности, серовато-желтым, с прослоями известняка до 10 см, с прослоями глины, малой степени водонасыщения - ИГЭ-5, мощностью 6,0 м и песком пылеватым средней плотности, серовато-желтым, с прослоями серой глины, с прослоями известняка, насыщенный водой - ИГЭ-6, вскрытая мощность 12,0 м.

Специальные инструментальные и лабораторные исследования. При первичном визуальном осмотре сооружения и ознакомлении с его проектной и эксплуатационной документацией было принято решение об отсутствии необходимости проведения специальных и лабораторных исследований, так как в 2011 году на объ 121 екте произведена комплексная модернизация и реконструкция ГТС, в ходе которой проведены инженерно-геологические изыскания и лабораторные тесты.

Оценка технического состояния. На гребне значительных трещин, способных повлиять на эксплуатационную надёжность сооружения; проседаний; оплывов; деформаций крепления откосов, мокрых пятен на низовом откосе, наледей не отмечено. Местами имеются повреждения швов между плитами крепления с частичным выносом заполнителя. Также, при визуальном осмотре было выявлено следующее: 1. Разрушение деформационного шва в месте примыкания подпорной стенки и откоса левого берега в зоне переменного уровня воды; 2. Частичное разрушение 3-ей плиты в районе опоры ограждения в зоне переменного уровня воды со стороны левого берега; 3. Частичное разрушение 2-ой плиты и температурно-осадочного шва между 2 и 3-ей плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 4. Разрушение температурно-осадочного шва между 5 и 6-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 5. Разрушение температурно-осадочного шва между 9 и 10-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега, и частичное разрушение плит в зоне переменного уровня воды до крупного заполнителя; 6. Разрушение температурно-осадочного шва между 11 и 12-ой плитами, частичное разрушение 12 плиты в зоне переменного уровня воды; 7. Разрушение температурно-осадочного шва между 12 и 13-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 8. Разрушение температурно-осадочного шва между 12 и 13-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны левого берега; 9. Разрушение температурно-осадочного шва между 14 и 15-ой плитами, частичное разрушение 15-ой плиты в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 122 10. Разрушение температурно-осадочного шва между 15 и 16-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 11. Разрушение температурно-осадочного шва между 18 и 19-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 12. Разрушение температурно-осадочного шва между 19 и 20-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 13. Разрушение температурно-осадочного шва между 20 и 21-ой плитами, частичное разрушение 20 и 21 плит в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 14. Разрушение температурно-осадочного шва между 21 и 22-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 15. Разрушение температурно-осадочного шва между 22 и 23-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 16. Разрушение температурно-осадочного шва между 23 и 24-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега; 17. Разрушение температурно-осадочного шва между 25 и 26-ой плитами в зоне переменного уровня воды со стороны правого берега.

Соответствие требованиям проекта физико-механических характеристик грунтов тела и основания ГТС, полученных в ходе инженерно-геологических изысканий и лабораторных тестов при комплексной модернизации и реконструкции ГТС каскада ГЭС, проверить не удалось вследствие утраты проектной документации.

Таким образом, в настоящий момент, эксплуатационное состояние дамбы подводящего канала гидроузла на р. Егорлык оценивается как работоспособное.

Установление критериев предельного состояния. Ниже в тексте автором настоящей работы на основании имеющейся технической документации установлены количественные и качественные критерии состояния исследуемого сооружения, а также произведена оценка фактических параметров ГТС с критериями (таблицы 4.7 -4.8).