Наведено основні причини руйнування ґрунтових гребель, питання ревізії пропускної здатності гідровузлів з урахуванням змін рядів гідрологічних спостережень і старіння основних фондів. Розглядається проблема оцінки стану гідротехнічних споруд із застосуванням мобільного діагностичного комплексу технічних засобів оцінки реальної сейсмостійкості будівель, споруд та інших будівельних конструкцій

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Юзбеков Н. С.


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2004
    Журнал: Технології громадянської безпеки
    Наукова стаття на тему 'Проблеми оцінки стану грунтових гребель '

    Текст наукової роботи на тему «Проблеми оцінки стану грунтових гребель»

    ?Науково-технічні розробки

    Федеральний центр науки і високих технологій «Всеросійський научноШсследовательскій інститут з проблем цивільної оборони та надзвичайних ситуацій»

    УДК 614.8

    Н.С. Юзбеков, к.т.н..

    ПРОБЛЕМИ ОЦІНКИ СТАНУ грунтової греблі

    Наведено основні причини руйнування ґрунтових гребель, питання ревізії пропускної здатності гідровузлів з урахуванням змін рядів гідрологічних спостережень і старіння основних фондів. Розглядається проблема оцінки стану гідротехнічних споруд із застосуванням мобільного діагностичного комплексу технічних засобів оцінки реальної сейсмостійкості будівель, споруд та інших будівельних конструкцій

    Н.С. Юзбеков

    Простота конструкції і технічно необмежені розміри ґрунтових гребель, широке використання для їх зведення місцевих будівельних матеріалів, можливість споруди майже при будь-яких геологічних умовах місцевості, прийнятна точність розрахунків зумовили широке застосування грунтових гребель в гідротехніки.

    Останнім часом, у зв'язку з тим, що багато грунтові греблі в Росії експлуатуються без реконструкції і ремонту довше розрахункового періоду часу, вони створює небезпеку виникнення аварійних ситуацій. Близько 20% експлуатованих гребель мають вік понад 50 років. Вони проектувалися на основі елементарних розрахунків, які не враховують багато істотні фактори. Спостереження показують, що стан багатьох з цих гребель поступово погіршується. Найбільша кількість аварій відбувається на грунтових греблях. Процентне співвідношення аварій різних типів гребель наведено на рис. 1, а процентне співвідношення причин руйнування гребель наведено на рис. 2.

    Як видно з малюнка 1 на частку ґрунтових гребель потрапляє близько 53% всіх аварій. Унаслідок руйнування підстав відбувається близько 40% аварій грунтових гребель. Це видно з рис. 2.

    Можна виділити наступні чотири характерні групи причин аварій гребель:

    1. Недостатня міцність або стійкість споруд, підстав і берегів на зрушення, а також великі деформації-опади, зміщення, пучения, незворотні деформації.

    2. Тривала дія поверхневого і фільтраційних потоків, що викликають механічну суфозія, ерозію матеріалів споруд і підстав; внутрішній тиск води (поровое, фільтраційне засунений), поверхневе тиск води, в тому числі хвильовий; хімічна суфозія, дія агресивних вод, старіння матеріалу споруд, погіршення його властивостей з часом, вивітрювання порід, засмічення дренажів.

    3. Порушення нормального функціонування споруд гідровузлів, наприклад, через затримку пропуску витрат при відмовах затворів або неправильному маневруванні ними, при засміченні водопропускних отворів плаваючими тілами, донними наносами, при перевищенні рівня води (переливи через гребінь дамби).

    4. Екстраординарні впливу типу землетрусів, вибухів, різних природних катастроф, ураганів і тому подібних явищ, а також при перевантаженнях, викликаних аваріями гідровузлів, розташованих вище за течією.

    Багато аварії є наслідком серйозних помилок, допущених в проектуванні і будівництві гідровузлів, а також в процесі їх експлуатації.

    25% всіх руйнувань гребель обумовлено переливом води через гребінь.

    Після аварій з переливом води через гребінь дамб в ряді країн була проведена ревізія пропускної здатності гідровузлів. Так, в США на початку 1980-х таке коригування скидних витрат була

    виконана майже на 2000 гідровузлів. Аналогічна робота проводилася на великому числі об'єктів в інших країнах. На жаль, перегляд розрахункових витрат в РФ здійснюється нерегулярно навіть для досить великих гідровузлів, що пов'язано з двома обставинами:

    1. На більшій частині території Росії останні десять-п'ятнадцять років були відносно маловодні і на більшості водоскидів пропускалися витрати істотно менше розрахункових. Лише в останні роки спостерігалися значні повені на півдні Росії: в Краснодарському краї і Калмикії.

    2. Вимоги вітчизняних нормативних документів за призначенням розрахункових витрат уже тривалий час, принаймні більше 40 років, є досить високими.

    У зв'язку з тим, що значна частина гідровузлів РФ експлуатується вже тривалий час (30 - 40 років), назріла необхідність перевірки значень розрахункових витрат з урахуванням збільшення рядів гідрологічних спостережень і мінливих умов експлуатації. Така перевірка своєчасна в зв'язку з виходом в 1997 р Федерального закону «Про безпеку гідротехнічних споруд» і необхідністю розробки для них декларацій безпеки. Перевірка тим більше актуальна, що закордонні норми щодо визначення розрахункових витрат, особливо прийняті в США, останнім часом істотно посилилися. У США в багатьох випадках рекомендується передбачати розрахунок споруд гідровузлів на пропуск вероят-

    ного максимального паводку (РМР). Витрата такого паводка встановлюється виходячи з пропозиції про збіг несприятливих метеорологічних і гідрологічних умов. Стандартний проектний паводок ^ РР) приймається рівним 0,5 РМР. У представлених стандартах безпеки, що визначають повторюваність розрахункових витрат, враховується ступінь ризику. У разі низького ступеня ризику фінансових втрат повинні бути невеликі, а загибель людей малоймовірна; при значній мірі ризику можливі людські жертви і відчутних збитків; високий ступінь ризику передбачає загибель людей і значні економічні втрати.

    Можна навести безліч прикладів руйнування ґрунтових гребель з різних причин у вітчизняній і зарубіжній практиці, що приводили до величезних матеріальних і людських втрат. Для запобігання руйнуванню грунтових гребель необхідно провести послідовно ряд моніторингових і прогнозних оцінок стану гребель, оцінити можливі наслідки їх руйнування, оцінити ступінь ризику для населення, що потрапляє в зону катастрофічного затоплення.

    Слід зазначити, що крім гребель і дамб, які в разі руйнування можуть затопити населені пункти, є ще тисячі відстійників - невеликих закритих водойм з хімічними та радіоактивними відходами. Попадання цих об'єктів під паводок може привести до витоку небезпечної суміші в річки і погубити в них все живе, а заодно позбавити населення питної води. Яскравий приклад такого сценарію стався на початку 2000 року, коли повінь в

    Мал. 1. Процентне співвідношення аварій різних типів

    Науково-технічні розробки

    Науково-технічні розробки

    20 30 40

    Мал. 2. Причини руйнувань грунтових гребель

    Румунії змило в річку Тису кілька відстійників хімічних заводів з сильними отрутами (ціанідами), це призвело до загибелі флори в припливі Дунаю.

    В останнє десятиліття значно підвищився ризик можливих терактів на ГТС. Всім відомо трагічна подія з вибухом в житловому мікрорайоні в Волгодонську. Тепер з'ясовується, що терористи спочатку планували підірвати греблю Цимлянського водосховища, але план завадила реалізувати посилена охорона греблі. Якби план терористів був реалізований, то мільйони кубометрів води принесли б незрівнянно більші втрати. Безліч ГТС знаходяться взагалі без нагляду. Набагато менше уваги приділяється безпеці об'єктів ГТС, що належать Мінтрансу Росії, регіонах і місцевим органам влади.

    У січні 2001 р запобігли теракту, який мав на меті руйнування греблі Волзької ГЕС.

    Але найбільша загроза безпеки ГТС пов'язана зі старінням основних фондів, знос яких прискорився з початком приватизації. Так сталося тому, що власники прагнули купити об'єкти ГТС за низькою ціною і для цього навмисно занижували їх вартість. Звідси і сума відрахувань на капремонт, складова щорічно 2,5% від вартості об'єкта, стала значно менше і ніяк не відповідає реальним витратам. Тут велику тривогу викликає стан Волзько-Камського каскаду. Термін експлуатації частини його гідровузлів становить 50 - 60 років. До того ж вони коштують на м'яких грунтах. Весняний паводок, посилений дощами і снігом, цілком здатний перекинути одну з гребель, що може привести до ефекту «доміно». Питання в тому, хто буде ремонтувати ГТС? Відповідальність розмита між декількома власниками. Наприклад, на одному і тому ж об'єкті ГТС шлюзи належать Мінтрансу Росії, але у нього немає грошей на ремонт. за-

    градітельние дамби - на балансі суб'єктів РФ, але вони використовують гроші на виплату зарплати бюджетникам. Будинки ГЕС належать РАО «ЄЕС Росії», але вони вже багато років не зупиняли ні однієї електростанції на Волзі для планового ремонту. А справа рухається до того, що застарілі ГЕС Волзько-Камського каскаду при проведенні реформи електроенергетики, можуть бути скинуті з балансу РАО «ЄЕС Росії».

    Наявність інформації про небезпечні природні події і пов'язаних з ними економічних, екологічних та соціальних втрати дає можливість страховим і перестрахувальним компаніям розробити ймовірні сценарії страхових послуг для кожного регіону і країни в цілому. Для оцінки можливих страхових збитків страховики визначають загальні фінансові зобов'язання, взяті ними за страховими договорами, і множать їх на коефіцієнт збитків, отриманий на основі оцінок небезпеки повені і прогнозованого ризику. У підсумку виходить сума виплат, відповідно до якої коригується величина стягнутих страхових відрахувань. Таким чином, тільки на основі науково обґрунтованої оцінки ризику, страхові компанії можуть домогтися позитивного сальдо балансу доходів і витрат і тим самим гарантувати своє існування.

    У зв'язку з викладеним особливої ​​гостроти набуває проблема оцінки стану гідротехнічних споруд для прийняття превентивних заходів щодо запобігання виникненню на них аварійних ситуацій.

    Оцінка стану грунтової греблі як технічної системи, що складається з безлічі елементів, вузлів і конструкцій і знаходиться під впливом численних навантажень, є складним і відповідальним завданням експлуатації гідротехнічних споруд.

    У процесі контролю виходить як кількісна, так і якісна інформація про стан споруди. Зазначена інформація може бути отримана на основі застосування експериментальних, розрахункових і експертних методів. Більшість з контрольованих параметрів стану греблі не забезпечують достовірної картини про ступінь її ушкодження.

    Поряд з наявними методами контролю стану гідротехнічних споруд в ФГУ ВНДІ ГОЧС (ФЦ) МНС Росії розроблений новий метод контролю реального стану грунтової греблі з застосуванням мобільного діагностичного комплексу технічних засобів оцінки сейсмостійкості будівель, споруд та інших будівельних конструкцій, який забезпечує достатню оперативність отримання інформації про реальну сейсмостійкості будівель і споруд.

    Таке обстеження надзвичайно важливо в сучасних умовах, коли зростає реальна загроза проведення терористичних актів на життєво важливих спорудах.

    Суть методу полягає у визначенні періоду власних коливань ґрунтової греблі шляхом динамічного навантаження тіла греблі і подальшої обробки отриманих сейсмограмм за допомогою комп'ютерних програм.

    Збільшення періоду власних коливань призводить до зміни характеристик міцності, фізико-механічних властивостей ґрунтів і, в кінцевому підсумку, може призвести до певної міри пошкодження або руйнування греблі.

    Гребля розраховується з запасом експлуатаційного навантаження, тобто фактично несе навантаження меншу, ніж та, на яку вона розрахована. Отже, при визначенні ймовірності руйнування грунтової греблі враховується коефіцієнт умов роботи греблі, що враховує вид граничного стану, ступінь точності вихідних даних, тип

    споруди, конструкції або основи, вид матеріалу та інші чинники.

    У зв'язку з відсутністю загальноприйнятих шкал ушкоджень грунтових гребель, ймовірність їх руйнування визначається виходячи зі зміни значення періоду власних коливань з урахуванням коефіцієнта умов роботи греблі. Імовірність руйнування грунтової греблі необхідно для оцінки ризику.

    Експериментальні дослідження зносу греблі з застосуванням мобільного комплексу оцінки реальної сейсмостійкості будівель і споруд були проведені на грунтовій греблі Істрінського гідровузла імені В.В. Куйбишева Істрінського району Московської області. На даній греблі, були також визначені геосейсміческіе особливості греблі, пружні і фізико-механічні характеристики грунтів кореляційним методом заломлених хвиль інженерної сейсморозвідки із застосуванням 24-х канальної цифрової станції «ЛакколітС24».

    В результаті обробки сейсмограмм виходять швидкісні розрізи і геосейсміческіе параметри, на основі яких з урахуванням інженерно-геологічних даних може бути складений геосейсміческій розріз площадки, що відображає будову тіла греблі.

    Дослідження були проведені з інтервалом в один рік.

    Розріз греблі в межах дослідженої глибини є шестишарові геосейсмічес-кую модель.

    Існує прямий зв'язок між змінами періоду власних коливань ґрунтової греблі і зміною її характеристик жорсткості, так як період власних коливань є динамічною характеристикою, яка застосовується для вивчення стану об'єктів і характеризує в основному жорсткість конструкції, а жорсткість включає в себе і міцності, і деформаційні властивості випробовується тіла.

    Науково-технічні розробки


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити