Организация эксплуатации гидротехнических сооружений

Визуальные наблюдения (общие положения).

Базовыми контролирующими мероприятиями для оценки состояния и работы гидротехнических сооружений с целью обеспечения их безопасной эксплуатации являются обследования и систематические осмотры, регулярные инструментальные наблюдения, а в случае необходимости – специальные исследования и испытания сооружений.

Основными задачами надзора и натурных обследований гидротехнических сооружений являются: своевременное выявление недостатков в состоянии и работе гидротехнических сооружений и разработка мероприятий по их устранению; контроль соблюдения действующих норм и правил проектирования, строительства и эксплуатации; своевременное выполнение ремонтных и других мероприятий, обеспечивающих безопасное состояние и работу гидротехнических сооружений.

Вопросы, решаемые в процессе технической эксплуатации гидротехнических сооружений, зависят от их состава, состояния, готовности, назначения, топографических условий и других факторов. Основными задачами службы эксплуатации являются:

1. обеспечение исправного состояния, нормальной (безаварийной) работы сооружений и оборудования;

2. ежедневное оперативное управление техническими устройствами гидроузла с целью создания необходимого запаса воды и обеспечение возможностей подачи ее водопотребителям;

3. систематическое выполнение визуальных наблюдений за состоянием сооружений и уход за ними;

4. проведение измерений с помощью КИА в соответствии с правилами технической эксплуатации, нормативами, инструкциями, положениями;

5. своевременная обработка и анализ полученных данных наблюдений и измерений;

6. обобщение опыта эксплуатации;

7. своевременное выявление дефектов, повреждений или аварийного состояния сооружений и оборудования;

8. разработка и осуществление мероприятий по приведению в надлежащее состояние сооружений и оборудования;

9. усовершенствование и реконструкция в целях повышения надежности, высвобождения дополнительных водных ресурсов;

10. определение необходимости проведения специальных наблюдений, исследований или уменьшения объема наблюдений;

11. выполнение ремонтно-восстановительных работ;

12. ведение технической документации по эксплуатации, составление годовых отчетов, внедрение передового опыта, достижений науки и техники;

обеспечение охраны окружающей среды, основных сооружений

Визуальные наблюдения должны проводиться на сооружениях всех классов, а для гидротехнических сооружений IV класса наблюдения, позволяющие получить представление о работе сооружений они являются основным инструментом получения необходимой информации об их техническом состоянии. Визуальные наблюдения являются составной частью натурных обследований и нередко – основными для первоначального обнаружения того или иного неблагоприятного для состояния сооружения явления. На их основе намечается состав последующих инструментальных исследований. Оба эти способа наблюдений призваны дополнять друг друга. Соотношение объёмов наблюдений, выполняемых каждым из способов, зависит от ответственности сооружения, от его конструкции, условий, в которых оно возведено, а также от состояния сооружения.

Визуальные обследования являются составной частью любых общих осмотров гидротехнических сооружений после зимней эксплуатации, паводка, стихийных явлений или аварий, а так же во время или после значительных сработок водохранилища. Они выполняются путём осмотра сооружений и их элементов в соответствии с инструкциями, составленными для этой цели.

При организации и проведении наблюдений во время обследований гидротехнических сооружений должны соблюдаться следующие общие требования:

• наблюдения за различными явлениями, которые могут находиться во взаимной связи (например, деформация сооружения и фильтрация через его основание), должны производиться в одни и те же календарные сроки;

• наблюдения усиливаются при установлении впервые в верхнем бьефе нормального подпорного уровня, а так же уровней, превышающих нормальный;

• все результаты обследований, наблюдений, замеров должны заноситься в соответствующие журналы и акты типовой формы. В них должны указываться: дата, уровни воды в бьефах, температура воздуха и воды, местонахождение и привязка обнаруженных дефектов, характеристика, размеры, предполагаемая причина обнаруженных отклонений, повреждений и дефектов, эскиз или зарисовка, принятые меры или предложения, данные о неординарных событиях (ливни, землетрясения, гидравлический удар, большой расход и т.п.).

• первичная обработка результатов обследований, заполнение журналов наблюдений и построение графиков должны производиться после каждого обследования или цикла наблюдений, сравнивая их с предыдущим описанием и с критериями безопасного состояния гидротехнических сооружений. При таком подходе могут быть обнаружены медленно развивающиеся процессы, которые на протяжении коротких отрезков времени кажутся стабильными. Полезно фотографирование участка обследования и приложение фотографий к журналу наблюдений.

• результаты наблюдений должны сравниваться с предыдущими, между собой и при проведении обследований гидротехнических сооружений (в рамках осуществления их инвентаризации и установления технического состояния для принятия мер с целью обеспечения их дальнейшей безопасной работы), эксплуатирующихся в своем значительном большинстве более 20 лет без осуществления надлежащих ремонтных работ (особенно это касается многочисленных сравнительно небольших сооружений), необходимо выполнять измерения ряда основных параметров с помощью простейших измерительных устройств.

Для проведения наблюдений каждое сооружение разбивается на участки осмотра, которые могут быть различными по размерам, исходя из местных условий. Для каждого участка составляется схема, на которую наносятся ориентиры, а затем и все повреждения, обнаруженные при осмотре. Выделяются так же зоны осмотра и на территории вне сооружений в нижнем и верхнем бьефах, в береговых примыканиях сооружений. Эти зоны целесообразно закреплять на местности опорными знаками.

Для быстрой ориентации надзорщика во время осмотра все гидросооружения оборудуются знаками-указателями, показывающими на поверхности земли положение оси сооружения, закрытых дренажей, экранов, шпунтов и других элементов, скрытых от визуального наблюдателя. На грунтовых сооружениях, имеющих значительную протяженность (каналах, плотинах, дамбах), устанавливают также пикетные знаки через 100м или 50м (полупикетные) в виде бетонных, металлических или деревянных столбиков с надписью на них, обозначающей расстояние до данного знака от начала сооружения.

Систематические визуальные наблюдения должны проводить техники–гидротехники или специально подготовленные надзорщики, которые и подписывают все результаты визуального обследования. При вступлении в должность надзорщик обязан принять сооружение по акту с указанием в нём фактического состояния сооружения на период приёмки. Иначе в дальнейшем будет трудно установить причину несвоевременных мер, принятых для устранения повреждений, а иногда и существенных разрушений.

Во время визуальных обследований дефекты, замеченные надзорщиком, наносятся на специально подготовленную схему с применением условных обозначений или условной классификацией повреждений, которая должна быть описана в приложении к журналу. О возникших повреждениях или отклонениях от нормальной работы элементов сооружений надзорщик обязан немедленно докладывать своему руководству.

Особым видом визуальных обследований является подводный осмотр сооружений. Основные принципы его организации: деление сооружения на участки осмотра, составление описания результатов осмотра со схемами, на которых обозначаются обнаруженные дефекты и повреждения, подводные выходы фильтрации, участки размыва, участки бетона, повреждённого коррозией или эрозией и т.д.

Водолаз, производящий обследование, должен хорошо знать конструкцию и условия работы сооружения, чётко представлять намеченный маршрут осмотра.

Для возможности сопоставления результатов осмотров, проводимых в разное время разными людьми, маршруты осмотра должны быть постоянными. Описание должно составляться по возможности более подробно, а окончательное оформление результатов осмотра – производиться сразу же по его окончании. При этом по каждому дефекту указывают его точное местоположение, возможно полную его количественную характеристику: площадь и глубину просадок, размывов, разрушений, раковин, длину и глубину заиления, размеры очагов фильтрации и т.д., его качественную характеристику: наличие или отсутствие фильтрации при местных деформациях сооружения, наличие выноса грунта водой, запах и прозрачность фильтрующей воды и т.д.

Если при профилактических осмотрах будет установлено, что какие-то дефекты сооружения прогрессируют, то за ними необходимо обязательно установить учащённые наблюдения.

В процессе визуальных обследований убеждаются в исправности установленной на объекте КИА и отсутствии её повреждений, тем самым облегчается организация инструментальных исследований, так как уточняются или выявляются места для установки КИА, причины происходящих явлений.

Например, для оценки безопасности работы плотин из грунтовых материалов важнейшими показателями, которые могут быть легко измерены, являются:

По гребню плотины:

1. Фактическое (минимальное) превышение гребня плотины над расчетным уровнем верхнего бьефа (определяется с достаточной точностью с помощью обычного уровня), который устанавливается при проведении обследований и сравнивается с допустимым запасом гребня плотины (устанавливается по проекту, а при отсутствии проектной документации или, если изменились условия работы плотины, например, повысился класс плотины на момент проведения обследований, наращена отметка порога водосброса и т.п., определяемым расчетами в соответствии с положениями СНиП).

2. Фактическая ширина гребня плотины устанавливаются с помощью рулетки и сравнивается с минимально допустимой величиной.

По верховому откосу:

3. Фактическое значение коэффициента заложения верхового откоса (определяется с достаточной точностью с помощью уровня с угломером), которое также устанавливается при проведении обследований и сравнивается с проектной величиной, а при отсутствии проектной документации – с осредненными рекомендуемыми заложениями в зависимости от типа грунта и высоты плотины.

По низовому откосу:

4. Фактическое значение заложения низового откоса (устанавливается и проверяется аналогично, как и для верхового откоса).

В сочетании с другими выявляемыми при проведении визуальных обследований потенциально возможными неблагоприятными процессами, такими как фильтрационные проявления, формирование воронок проседания, образование трещин и т.п. эти легко устанавливаемые количественные параметры позволят достаточно точно охарактеризовать техническое состояние сооружения и его пригодность для дальнейшей эксплуатации или сформулировать рекомендации для проведения соответствующих ремонтных работ.

В соответствии с рассмотренной классификацией гидротехнических сооружений можно сделать вывод о том, что все они могут быть подразделены на:

• грунтовые (плотины, дамбы),

• бетонные (плотины, водосбросы, трубчатые сооружения, облицовки каналов , различные конструктивные части этих сооружений и др.);

• металлоконструкции (затворы, закладные части, мосты, эстакады и т.п.).

В задачи службы эксплуатации входит систематическое выполнение визуальных наблюдений за состоянием сооружений и проведение измерений с помощью КИА, своевременная обработка и анализ полученных данных наблюдений и измерений, обеспечение исправного состояния, нормальной (безаварийной) работы сооружений и оборудования;

Визуальные наблюдения за грунтовыми сооружениями

Деформации грунтовых сооружений подразделяются на местные и общие. В процессе визуальных наблюдений выделяют: (это уже отмечалось в лекции)

• обвалы – отрыв и падение отдельных масс грунта под воздействием дополнительных нагрузок:

• оползни – оползание масс грунта под влиянием сильного насыщения водой;

• осыпи – оползание или осыпание сухого сыпучего грунта откосов или крутых склонов;

• трещины – разрыв грунта на поверхности сооружения вследствие неравномерной его осадки, возникновение обвалов, оплывов, оползней или от действия внешней нагрузки;

• борозды – смыв грунта с откосов потоками дождевой воды;

• просадки – образование местных впадин на поверхности сооружения из-за местного уплотнения грунта или его суффозии;

• просадочные трещины – то же, что и общие трещины, но обусловленные просадкой;

• выпор – местный подъем грунта в теле грунтового сооружения или у его основания под давлением сооружения или фильтрационного потока;

• пучение – мастный подъем грунта, вызванный его промерзанием и оттаиванием;

• размывы – смыв грунта с откосов или горизонтальных участков текущей водой;

• полосы прибоя – границы смыва грунта под воздействием волн;

• полосы навала льда или плавающих тел – смещение грунта под воздействием навала льда или плавающих тел на склонах или откосах;

• осадка – вертикальные перемещения грунта в результате его уплотнения.

1. Нарушение креплений откосов выражается:

для верхового откоса в повреждении креплений, их просадке, сползании, перемещении и разрушении плит крепления; раскрытии деформационных швов, появлении трещин; смещении под действием волн камней к урезу воды; выносе из-под крепления частиц подстилающего слоя»

для низового откоса – в нарушении травяного покрова землеройными животными, размывами и деформациями (просадки, борозды и т.п.), поперечными трещинами.

Кроме того, на низовом откосе могут быть осадки обратных засыпок, пазух устоев, зон контакта земляных и бетонных частей сооружений из-за их плохого уплотнения во время строительства.

2. К наиболее опасным явлениям, вызывающим деформации и ведущим к потере прочности и устойчивости отдельных элементов грунтовых плотин, относятся:

выход фильтрационных вод на откос, в береговых примыканиях, выше дренажных устройств;

• фильтрационные деформации грунтов (суффозия и т.п.);

• выпор грунта из-под сооружения на низовом откосе;

• появление мутной профильтровавшейся воды из основания в нижний бьеф;

• ощутимые просадки, образуемые в зонах усиленной суффозии;

• образование очагов фильтрации и т.п.

3. При определении характера внешней фильтрации необходимо пользоваться следующими понятиями:

• мокрые пятна – слабая фильтрация в виде пятен на сухом грунте;

• просачивание – слабая фильтрация в виде отдельных капель;

• протечки – фильтрация в виде слабых струй воды, выходящих из грунта или лужиц;

• свищи – появление сосредоточенной фильтрации в виде отдельных струй, выходящих из тела плотины или на контакте грунтового сооружения с бетонным;

• грифоны – то же, но в виде небольших фонтанчиков смеси несвязанного грунта с водой («кипение» грунта), могут наблюдаться за пределами низового откоса, в зоне выхода фильтрационных вод из основания сооружения;

• ключи – выходы сосредоточенной фильтрации в виде отдельных струй воды на берегах, откосах, котлованах, в «сухом» русле нижнего бьефа или за низовым откосом плотины на склонах.

Возможно разжижение грунта или противофильтрационных устройств.

4. Общая осадка плотины складывается из осадки ее тела и осадки подошвы вследствие уплотнения грунта основания. Поэтому в особых случаях, предусмотренных проектом Плотины высотой более 15 м на сжимаемых грунтах), производят наблюдения за послойной осадкой в толще грунтов основания плотины.

5. Систематические наблюдения за осадками и послойным сжатием в период эксплуатации помогают обнаружить развитие суффозионных процессов, так как на участках суффозионными процессами осадка больше, чем в других местах. Незатухающие в эксплуатационный период осадки и горизонтальные смещения свидетельствуют о нежелательных процессах, происходящих в теле плотины и требуют мероприятий по предотвращению дальнейшего развития деформаций.

6. Следует больше внимания уделять горизонтальным смещениям как поверхности плотины, так и ее ядра из грунтовых материалов, так как горизонтальные смещения совместно с осадками позволяют получить сведения о напряженном состоянии плотины и тем самым о взаимодействии образующих плотину элементов – ядра, переходных зон и т.д.

Анализ осадок и горизонтальных смещений основания плотин дает характеристику устойчивости основания и позволяет корректировать конечную ожидаемую осадку плотины на сжимаемых грунтах.

В среднем осадки в эксплуатационный период составляют 0.5-0.6% высоты плотины, но в ряде плотин достигают 1% и зависят от способа и сроков укладки грунта, высоты плотины, характера материала тела и основания и т.п.

7. При визуальных обследованиях следует обратить внимание на деформации и дефекты ливнесбросной сети на гребне, бермах и откосах плотины засорение, зарастание, заиление, разрушение, деформация откосов, кюветов, водосбросных канав.