книги из ГПНТБ / Мирцхулава, Ц. Е. Надежность гидромелиоративных сооружений

в скалистом грунте на одном или обоих берегах. В действительности длина водослива была уменьшена до 21,5 м, что при расчетной толщине перели­ вающегося слоя воды около 2,5 м привело к уменьшению пропускной спо­

285 м3/с- Для пропуска этого количества воды через водослив напор на его по­ роге должен был быть около 4 м. Так как пропускная способность водослива была недостаточной, приступили к срочному сооружению дополнительного

канал был размыт до ширины 7,83 м и глубины 0,5 м. Уровень воды в водо­ хранилище быстро поднимался — примерно на 0,25 м в час. Несмотря на при­

по всей длине. Понадобилось лишь 45 мин, чтобы все водохранилище было полностью опорожнено.

Ниже плотины узкая речная долина длиной 22,5 км имела значительный продольный уклон к г. Джонстауну. Поток воды пронесся по долине с боль­ шой скоростью и смыл все на своем пути, при этом высота волн достигала

нили проект плотины и неоправданно уменьшили пропускную способность во­

дослива.

Плотина Уэлнот Грув на р.' Хассейампал в штате Аризона (США), по­ строенная в 1888 г. и прослужившая менее двух лет, обрушилась 22 февраля 1890 г. [32]. Плотина имела высоту 33,6 м, ширину по основанию 32,1 и по гребню 3 м; длина гребня 120 м. Конструкция плотины представляла собой

ние щитом водоспуска было крайне ненадежным и трудно осуществимым, и, когда наступила необходимость спуска воды из водохранилища, щит не могли

ки были заведомо недостаточны; крутые откосы не обеспечивали устойчивости плотины. При затоплении водохранилища до гребня плотины коэффициент ее устойчивости на сдвиг оказался равным 0,75. Естественно, что при переливе воды через плотину она полностью разрушилась, и поток воды произвел боль­ шие опустошения. Погибло 129 человек.

27 апреля 1895 г. во Франции, близ Эпиналя в Вогезском департаменте, обрушилась каменная плотина Бузейского водохранилища [32]. Прорыв воды

рога повреждена. Плотина была построена в 1879—L881 гг. и до дня крушения

ня 4, а наибольшая ширина основания 14,8 м. Плотина основана на верхних слоях сильно трещиноватого песчаника, и поэтому под напорной гранью пло­

10

Установлено, что недостаточность сечения плотины послужила основной причиной катастрофы. Кроме этого, катастрофе способствовала разность тем­ ператур поверхности плотины с верховой и низовой сторон в зиму 1894/95 г.: +4° с верховой и —25° с низовой стороны. Температурный перепад увеличил ширину трещин с низовой стороны плотины.

Вероятной непосредственной причиной обрушения Бузейской плотины счи­ тают также динамическое воздействие волн.

Согласно данным расследования, в течение трех дней, предшествовавших катастрофе, волны, распространявшиеся в водохранилище с юга на север, бы­ ли направлены нормально к поверхности плотины. Утром в день катастрофы волнение у плотины достигло значительной интенсивости.

7 апреля 1900 г. большой паводок на р. Колорадо смыл часть плотины Аустин, разрушил машинное здание гидростанции и причинил много других повреждений [32]. Плотина из каменной кладки на цементном растворе была построена в 1890—1893 гг. Длина гребня плотины 390 м, наибольшая высота 18,3, ширина по низу 20,7 м. Ниже водослива русло р. Колорадо не имело никакого крепления, по-видимому, потому, что основанием служил скалистый известняковый грунт. ,

Частичное повреждение плотины произошло еще ,в период постройки: оно было вызвано размывом слабого слоя карстующих известняков в основании плотины. В кладке ниже поверхности грунта появилась трещина.

Два месяца спустя было произведено обследование русла в створе пло­ тины. Обследование показало, что в разрушенной части плотины водой раз­

во основания, на котором плотина, была возведена без достаточно обстоятель­ ного геологического обследования. Незацементированные трещины известняка под плотиной способствовали фильтрации, особенно усилившейся под напором воды верхнего бьефа; при этом фильтрация ускорила процесс выщелачивания в основании плотины. Развившиеся карстовые явления вызвали образование

тонная плотина [32]. В результате разрушения погибло около 100 человек.

было. Этим объясняется появление в теле плотины трещин еще до заполнения водохранилища водой. Второй причиной, непосредственно вызвавшей катастро­ фу, считают неустойчивость основания. Плотина была построена на толще чередующихся глинистых сланцев и песчаников. Подошва плотины была зало­ жена на слое песчаника толщиной всего лишь 60 см, и основание плотины не было цементировано. Поэтому основные пути фильтрации сосредоточились в трещиноватых песчаниках, по которым и был облегчен сдвиг смоченных гли­ нистых сланцев вместе с плотиной.

Плотина Ислам - на р. Сетледж в Пенджабе (Индия) с напором 5 м в 1914 г. потерпела катастрофу [321. Она была железобетонной конструкции, состоявшей из фундаментной плиты толщиной 0,31 м с зубом с напорной

выход воды через дренирующие отверстия в фундаментной плите значительно

11

усилился. В день катастрофы из-под фундаментной плиты близ одного из контрфорсов выходил уже большой поток воды, а уровень воды в водохра­ нилище понизился на 0,6 м. Открыть щит было невозможно. В 9 ч 20 мин произошла катастрофа: фундаментная плита провалилась в промоину, под­

та под зубом и под фундаментной плитой на участке, где зуб был заложен недостаточно глубоко и не прорезал водопроницаемых грунтов основания. Предварительные геологические изыскания в створе плотины были недостаточ­ но подробными, и поэтому запроектированные противофильтрационные меро­

в верхнем бьефе впервые достигла проектного уровня 22 октября 1923 г. Катастрофа произошла через 9 дней.

Согласно утвержденному проекту, плотину должны были строить гравита­ ционной. Частная компания, строившая плотину, возбудила ходатайство о разрешении применить многоарочный тип. При катастрофе разрушилось девять

ло переполнение водохранилища и, естественно, увеличение давления воды на плотину. В одном из контрфорсов средней части плотины были замечены, трещины, которые быстро расширялись и вскоре вызвали разрушение всей средней части плотины.

Анализируя причины катастрофы, прежде всего следует отметить, что бу­ товый массив в нижней центральной части плотины был сложен вместо це­

не был предусмотрен. Бетон арок контрфорсов был плохого качества. Конструкция плотины оказалась неспособной воспринять срезывающие уси­

лия: фильтрация воды через кладку бутового массива средней части плотины явилась причиной выщелачивания известкового раствора и ослабления проч­ ности массива. В результате фильтрации наблюдались осадка и скольжение массива по поверхности скального грунта, что еще больше ухудшило условия работы контрфорсов и, в конце концов, привело к разрушению плотины.

Основными причинами разрушения сооружения-; были почти полное от­ сутствие строительного, контроля и выполнение работ с самыми грубыми нарушениями элементарных требований строительной техники.

Бетонная гравитационная плотина Сан-Френсис (США) имела криволи­ нейную форму в плане. Средняя часть плотины очерчена по дуге круга ра­ диусом около 150 м [32]. Длина плотины по гребню 186 м, высота 62,5 и ши­

вниз, по долине, потоком глубиной до 30 м и смыла все на своем пути, при­ чинив огромный ущерб. Вся плотина, за исключением -центральной части длиной 30 м, была смыта, склоны ущелья также смыты. Бетонные блоки раз­ рушенной плотины, несмотря на их колоссальные размеры (до 2500 м3), да­ леко отнесены течением, некоторые на расстояние до 800 м. От правой части плотины на месте ничего не осталось, часть блоков левой половины плотины осталась на месте.

12

Признаки, свидетельствующие о наступающей катастрофе, обнаружились задолго до разрушения плотины. Особенно зловещей была фильтрация из водохранилища. Еще до окончания строительства, как только началось напол­ нение водохранилища, в основании появилась фильтрация с расходом воды не более 0,056 м3/с. С течением времени фильтрация увеличивалась.

Судя по обнажившейся поверхности скалы под правым крылом плотины, комиссии, расследовавшие причины катастрофы, пришли к заключению, что вода, просочившаяся под плотину,, подмыла в этой части основание. В об­

минут. Центральная часть была основана на более прочном скальном осно­ вании и поэтому не была снесена.

Второй, не менее существенной, причиной рассматриваемой катастрофы являлись недостатки проекта, особенно несоответствие запроектированной кон­ струкции плотины свойствам грунтов в ее основании.

Наконец, третьей, весьма важной, причиной крушения было полное отсут­

тона; в плане она имела прямолинейное очертание. Длина гребня 80 м,

роны нижнего бьефа, и первым обрушился потерявший устойчивость крайний левый блок. Ринувший поток воды оказался настолько сильным, что было снесено машинное здание гидроэлектростанции, находившейся на расстоянии 10 км от плотины; полностью было снесено пролетное строение железнодо­

ная пропускная способность водосбросных устройств.

Авария бетонного донного водоспуска гидроузла Гостице (Югославия) [155] произошла вследствие осадки выходной части оголовка водоспуска.

Водоспуск был расположен на тонкой илистой и песчаной прослойках (подстилаемых скальным основанием), в результате произошла неравномер­ ная осадка и раскрытие деформационных швов, что вызвало суффозию мел­

соты 15 м. После изучения обстановки пришли к заключению о возможности восстановления разрушенной части плотины. Это свидетельствует о необхо­

роена в 1868 г. В 1951 г. после очень дождливой осени самая высокая часть плотины сползла в сторону нижнего бьефа, [1411. При анализе работы этой плотины устанавливается любопытный факт: сначала показатели надежности плотины растут, а после окончательной консолидации тела плотины они ста­ новятся с каждым годом все меньше.

М. С. Вызго в своей работе [20] приводит примеры повреждений и аварий сооружений, обусловленных местным размывом нижних бьефов. Приведем не­ которые из них.

Бетонная гравитационная плотина Вако в штате Техас США была пост­ роена в 1930 г. Основанием плотины служат плотные сланцевые глины. Во­

13

добой порога на 13 м ниже водосливного порога плотины и заканчивается бетонным зубом, врезанным в грунт на глубину 5 м. При пропуске в 1946 г. паводка с расходом около 2500 м3/с (удельный расход 19 м2/с) полностью разрушился водобой на длине 45 м и было подмыто основание плотины.

Плотина Гранд Кули в США имеет длину сливного фронта 503 м, удель­ ный расход 55,6 м2/с при высоте плотины 169 м. Разрушение водобоя про­ изошло перебросом глыб разрушенной скалы из русла в чашу водобоя.

Плотина Юба близ Калифорнии (США) высотой 1,8 м, длиной 37 м

лось 700 тыс. м3. Уклон в верхнем бьефе уменьшился до 0,002. В 1905 г. пло­ тина была реконструирована. С повышением высоты до 4,2 м дополнительное заиление в верхнем бьефе составило 1300 тыс. м3, паводок размыл русло ниж­ него бьефа; глубина местного размыва достигла 6 м. В 1907 г. плотина раз­

нижнего бьефа углубилось на 1 м на длине 35 км. Местный размыв непо­ средственно за плотиной достиг 8 м и понизил горизонт воды на 2,13 м.

и водобой были-бетонные, рисберма из бетонных блоков и тяжелой каменной наброски. Русло песчаное, уклон реки 0,0002. Размывы в нижнем бьефе на­

2 м. Горизонт воды в реке за плотиной снизился на 1,2 м ниже ее подошвы. Рухнуло шесть пролетов плотины.

вработе [143].

Влитературе освещен также ряд разрушений, повреждений и аварий па

различных сооружениях гидромелиоративного, гидроэнергетического назначе­ ния в СССР, приведем некоторые из них.

Зимой 1935/36 г. были обнаружены подмывы двух зубьев в нижнем бьефе Малокабардинской плотины на р. Тереке [21]. Длина плотины по гребню 287,5 м. Длина плотины в поперечном сечении вместе с понуром, рисбермой и водобоем 32.5 м. Высота плотины 2,59 м. В основании плотины фильтрующий песчаногалечниковый грунт.

Плотина работала в аварийных условиях значительный период времени. Проверочный расчет показал неоправданно высокий запас прочности, при­ нятый при проектировании и строительстве, это и спасло плотину от разру­ шения.

14

1955 г., соответствующая самым невыгодным гидравлическим условиям про­ странственного потока при недостаточной глубине нижнего бьефа и степени

хранилище. Левый берег водохранилища низкий, и для сохранения посевных

ская дамба сооружена вдоль ранее существовавшей дамбы обвалования, ог­ раждавшей посевные площади от затопления паводковыми водами. В некото­ рых местах дамба обвалования вошла в тело Ново-Гаварлинской дамбы.

Причиной аварии дамбы считают несовершенство конструкций, фильтра­ цию и суффозию грунтов.

Кургартский водозаборный узел (р. Кургарт, правобережный приток р. Ка-

волны по р. Кургарт-сай упал один из промежуточных бычков щитовой части Кургартской плотины, а через неделю упал соседний с ним бычок. К концу

ляной плотины малой мощности на Лужской ГЭС № 2 (р. Быстрица, Ленин­

32 м; водохранилище полностью опорожнено. Между устоем и зданием ГЭС

емом около 50 тыс. м3. Сооружение дамбы JVs 8 шло к завершению, осталось досыпать верх дамбы на высоту порядка 2,4 м. К этому моменту из общего объема насыпей 2,593 млн. м3 было выполнено около 2 млн. м3. Крепление от­ косов еще не началось.

Причиной аварии считают наличие в основании дамбы слабых иловатых грунтов, в порах которых при их быстрой загрузке появилось избыточное, так называемое поровое давление, которое способствовало уменьшению коэффи­ циента устойчивости низового откоса до величины, меньшей единицы.

Для обеспечения водой нижнего бьефа Иркутской ГЭС и лесосплава в пе­ риод строительства гидроэлектростанции после перекрытия Ангары производи­ лись холостые сбросы воды из водохранилища [86]. Объем сбросов доходил до 1700—2200 м3/с. 1 июля 1958 г. для холостого сброса открыли пять отверстий водосбросов совмещенных агрегатов, а 2 июля в связи с неожиданной оста­ новкой работы одного агрегата открыли еще одно отверстие. Сбрасываемый расход был неравномерно распределен по фронту водобойного колодца, что

го канала было размыто и углублено по сравнению с проектным на 8,85 м. Образовался непредусмотренный проектом ковш глубиной до 6 м. Крепление

15

неравномерного распределения расходов по фронту водосбросного колодца. Сооружения большого Карагандинского водохранилища вступили в эксп­ луатацию в 1939 г. Паводок 1941 г. разрушил облицовку воронки водосбро­ са [19]. Образовались котлы-выбоины глубиной 3,5 м, а в неукрепленном сброс­ ном канале они достигли 6 м. Последующие паводки 1943—1945 гг. продол­ жали разрушать облицовку воронки водосброса, кроме того в разных местах

носит чрезвычайно бурный сбойный характер с большими скоростями.

На одном из шлюзов обнаружено повреждение затвора из низколеги­ рованной стали водопроводной галереи [1081. Затвор плоский сварной, ригель­ ной конструкции размером 3,5x5,7 м в свету перекрывает донное отверстие.

Основными причинами разрушения затворов считают недоучет проекти­ ровщиками всех факторов, влияющих на прочность затвора, несоблюдение ре­

ней Азии, а также в других районах СССР, описаны, кроме упомянутой ра­ боты М. С. Вызго, и в работах В. В. Пославского, А. М. Мухамедова, А. В. Еф­ ремова и др. [20, 70, 981.

ведения большого объема ремонтно-восстановительных работ. Недопустимая фильтрация под бетонной плотиной Тбилисского водохранилища была обна­ ружена вскоре после начала эксплуатации. В состав сооружений Тбилисского водохранилища входят две бетонные плотины, перекрывающие понижения

Недостаточное инженерно-геологическое обоснование проектов позволило начать эксплуатацию водохранилища без каких-либо противофильтрационных мероприятий, что привело к недопустимой фильтрации через основания плотин и по контактным зонам, а также к значительной деформации блоков второй

женерно-геологические исследования, которые показали необходимость при­ менения противофильтрационных мероприятий. Были устроены трехрядные цементационные завесы в центре плотин глубиной до 28 м. После цементации расход фильтрации сильно снизился, деформации блоков плотин прекратились и с 1960 г. эксплуатация водохранилища на этом участке ведется нормально.

Одной из самых крупных катастроф считается катастрофа у плотины Вайонт. В результате обвала водохранилище, образованное плотиной, было за­ валено скальными породами и землей, общий объем которых составил 250 млн. м3. Плотина фактически осталась невредимой, за исключением не­ больших повреждений части гребня.

Для удаления оползня, заполнившего водохранилище Вайонт, некоторые специалисты [1441 предлагали применить взрыв водородных бомб под землей. Считают не без основания, что удаление подобного объема может опустить долину, повредить плотину и вызвать новые катастрофы. В литературе [145]

16

рекомендуется извлечь уроки из происшедшего: полагают, что следовало эва­

авариях и отказах, сокращении долговечности гидросооружений вследствие

бочая арматура бычков и устоев установлена на расстоянии 15—25 см от наружной поверхности плит.

За 3 года эксплуатации бетон всех трех бычков и устоев плотины подверг­ ся "эрозии на глубину 60—70 см. Усиленный износ бычков и устоев за столь короткий период эксплуатации объясняется следующими причинами. Плиты облицовки изготовлены из обыкновенного бетона марки 150—200 на извест­ няковом заполнителе с максимальным размером зерен 20—30 мм и пуццолановом портландцементе марки 300. Крупный заполнитель бетона тела бычков содержит примеси низкопрочного песчаника и известняка, то есть материалов, малоустойчивых на износ. Размеры фракций заполнителя не соответствуют требованиям, предъявляемым к износостойкому бетону, а прочность бетона не­ достаточная. Недостаточно высокое качество бетонных работ (наличие рако­ вин на поверхности бычков и устоев, большая шероховатость поверхностей) способствовало интенсивному износу. Причиной износа автор считает также неправильную эксплуатацию 'затворов плотины. Практикуемый часто одновре­ менный сброс воды через промывные галереи и расположенный рядом пролет плотины ведут к отжатию потока с водосброса, а поток из промывных гале­ рей обтекает устои и бычки плотины, истирая их. При смешении двух струн создаются также условия, способствующие кавитации. Сброс воды осуществ­ ляется частичным открытием затворов на высоту 20—30 см; при этом песчаногравелистая пульпа под напором 8—9 м ударяется о бычки и устои.

Эти причины привели, как указывается в работе [27], Цагерскую плотину к аварийному состоянию. Капитальный ремонт узла предусматривает замену бетонной облицовки устоев и бычков облицовкой из металла.

Перед строительством арочной плотины на р. Ладжана был проведен об­ водной строительный тоннель диаметром 6 м, через который пропускался весь

В результате осмотра установлено, что зерна крупного заполнителя в истирав­ шемся бетоне имеют отшлифованную поверхность. Наибольший износ наблю­ дается во входном и выходном порталах тоннеля, так как здесь, кроме исти­

приготовленные на цементах с пуццолановыми и другими добавками, плохо сопротивляются истиранию. Чем выше марка цемента и чем меньше в нем активных минеральных или инертных добавок, тем прочнее цементный камень и износоустойчивее бетон. Бетон обделки тоннеля марки 200 не обеспечивал

хорошее сцепление с цементным камнем. Кроме того, качество бетона и глад­ кость поверхности тоннеля были недостаточны.

Земоавчальская гидроэлектростанция на р. Куре была построена в 1927 г.

цовки канала в выемке 11—16 см, в насыпи 32 см. Состав бетона 1 : 4 : 6 при прочности его на сжатие до 100 кгс/см2. Наружная поверхность бетона зати­ ралась цементным раствором состава 1 :3.

Из водоприемника и с откосов в канал попадает большое количество на­ носов, которые при движении истирают бетонную облицовку. Значительные повреждения в виде выбоин, трещин, осадок облицовки и повреждений арма­ туры наблюдаются по всей трассе деривации. Повреждено также дно водо­

чение последних 15 лет поврежденные части бетонной облицовки приходилось систематически заменять (после того как задержание донных наносов водо­ хранилищем ввиду его заиления резко сократилось). Повреждения бетона про­

но, что принятая марка бетона совершенно недостаточна для обеспечения' нормальной работы.

Водозаборный узел Рионской ГЭС на р. Риони введен в эксплуатацию в 1933 г. Среднегодовой расход реки в створе узла 128 м3/с, а расход паводка 2400 м3/с. Забираемый расход равен 75 м3/с. Река несет большое количество

снега. Бетонная водосливная плотина узла создает подпор 11,6 м. Деривация Рионской ГЭС состоит из трех безнапорных тоннелей, облицованных бетоном марки 170, железобетонной галереи длиной 40 м и канала. Деривация рас­ считана на пропуск расхода 75 м3/с со скоростью 2—3 м/с.

Обследование показало, что в некоторых швах между кольцами обделки

нелях отложилось большое количество донных наносов. Наблюдалось интен­ сивное истирание наносами турбин.

Причиной преждевременного разрушения бетона, и в частности обратного

ставляет около 60 тыс. т, а донных — 20 тыс. т. Крупность донных наносов 1—200 мм при среднем их размере 55 мм. Наибольший размер взвешенных наносов 11 мм. В зимний период по реке передвигается незначительное ко­ личество шуги, льда и снега.

Водозаборный узел состоит из бетонной водосливной плотины, водопри­ емника, отстойника и обводного тоннеля. Узел создает подпор в 11 м с во­ дохранилищем объемом 90 тыс. м3 (полезный объем 70 тыс. м3), используемым для суточного регулирования.

Заиление водохранилища донными наносами происходило быстро — в те­ чение 2—3 паводков. Поэтому для сохранения полезной емкости водохрани­ лища необходимо при каждом паводке его промывать, используя для этого обводной тоннель, уклон дна которого 0,029, а скорость движения' по нему наносов 10,5 м/с.

Обследование сооружений показало, что в обратном своде начального участка деривационного тоннеля произошло обнажение арматуры железоторкрета, вызванное износом и морозами. Износ достигает глубины 2—5 см.

18