Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Швайнштейн А.М. Водосбросы зарубежных гидроузлов с высокими бетонными плотинами

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
9.94 Mб
Скачать

В некоторых случаях образование в нижнем бьефе бара может угрожать даже затоплением здания гидроэлектростанции.

Учет разрушения коренных скальных пород, развития во времени ямы размыва и гряды отложении продуктов разрушения, имеет существенное зна­ чение как при строительстве гидроузлов, так и во время их постоянной экс­ плуатации. Конечно, на основании приведенных примеров установить общие закономерности указанных выше сложных явлений не представляется возмож­ ным. Но на основании имеющегося опыта натурных наблюдений иногда удается выявить некоторые причины значительных разрушений коренных скальных пород в ннжтіих бьефах гидроузлов, а также разработать .-'еропрня- тпя, устраняющие возможность их дальнейшего развития.

 

Наиболее значительные разрушения коренных скальных пород наблюда­

лись при сбросе паводковых расходов

«а

гидроузле

Кариба [185, 299]. При

пропуске через

шесть

глубинных

водосбросов

в течение

пяти

лет паводко­

вых

расходов,

достигающих 8500—9500

м3/сек,

в

нижнем

бьефе гидро­

узла Кариба (рис. 67) образовалась яма размыва

глубиной 45—50 м (от кров­

ли

коренных

скальных

пород).

Из

воронки

размыва

было

вынесено до

200 тыс. м3 скалы, которая отложилась ниже по течению. Несмотря на то, что размыв сейчас стабилизировался, для усиления короткого крепления за плоти­ ной была выполнена цементация скалы.

По-видимому, такие значительные разрушения коренных скальных пород за плотиной Кариба не влияли сколь-нибудь существенно па условия эксплуа­ тации гидроузла. Эти разрушения не создавали угрозу устойчивости склонов, так как гидроузел сооружен в довольно широком створе (/.-/Я около 5,0); здание же гидроэлектростанции расположено на довольно большом расстоя­ нии от плотины.

При сбросе паводков через водосброс гидроузла Пикотэ [155, 303, 304] несмотря на то, что и глубина воронки розмыва, и объем вынесенного мате­ риала был меньше, чем па гидроузле Кариба, последствия разрушений нижнего бьефа были значительно более серьезными. Этот гидроузел (рис. 58) располо­ жен в значительно более узком створе (/,-//7 = 0,93), а выход из отсасывающих труб гидроэлектростанции размещается выше по течению места падения струй, отбрасываемых иоскамн-трамилипамн в нижний бьеф сооружения.

В течение пяти лет эксплуатации через водослив гидроузла Пикотэ про­ пускались расходы от 1000 до 7000 м3/сек (при максимальном расчетном рас­ ходе 10400 м3!сек). Проведенный по истечении этого периода осмотр нижнего бьефа показал, что там образовалась воронка размыва глубиной до 20 лі; фокус этой воронки был расположен на расстоянии 40 м от водослива. Из ямы размыва было вынесено около 40 тыс. м3 гранита, который вблизи сооружения образовал гряду отложений высотой около 12—15 м. В результате разрушений берега реки в створе воронки размыва (рис. 107) стали практически вертикаль­ ны ми.

После осмотра разрушений -нижнего бьефа гидроузла Пикотэ в натурных условиях в результате гидравлических модельных исследований, проведенных в Лиссабоне, было установлено, что размыв не стабилизировался. Ввиду того, что дальнейшее увеличение глубины воронки размыва угрожало подмывом берегов, на этом гидроузле был осушен инжмпй бьеф, проведены берегоукрепи­ тельные работы -и разобран бар.

Разрушения коренных скальных пород наблюдались и на некоторых фран­ цузских гидроузлах, где сопряжение бьефов осуществлялось посредством от­ броса струй от сооружения носками-трамплинами. Воронка размыва глубиной от поверхности воды около 20 м образовалась на гидроузле Мареж [38, 256]. Размывы на этом гидроузле стабилизировались (расходы воды сбрасывались до осмотра нижнего бьефа в течение 15 лет). У левого берега реки в нижнем бьефе гидроузла Мареж наблюдался бар высотою около 6 ,ц, сложенный от­ дельностями гранита.

На французском гидроузле Эгль [256] под действием сбрасываемого потока воды в нижнем бьефе были смыты аллювиальные отложения, кото­ рые образовали гряду. Кроме того, при нарушении схемы маневрирования за­

120

творами сбрасываемый поток отклонился к правому берегу, из которого были вырваны отдельности скалы весом до 100 т, обнаруженные затем у гряды от­ ложений. Следует отметить, что вырванные потоком отдельности скалы ранее выступали над дном реки. Для предупреждения таких же явлений у левого берега вблизи места падения струп в нижний бьеф сооружения он был усилен железобетонной облицовкой. Хотя гряда отложений на гидроузле Эгль состоя­ ла в основном из аллювиальных отложений, опа вызвала заметное уменьше­ ние действующего напора гидроэлектростанции. Поэтому пришлось осушить нижний 'бьеф и разобрать бар.

Разрушения нижнего бьефа на водосбросе деривационного капала Кондо­ пожской ГЭС были столь значительными, что поставили вопрос о необходи­ мости ремонта этого сооружения [305—307].

Рис. 107.

Разрушения

коренных

скальных пород на

гидроузле

а —поперечные

 

 

 

Пнкотэ

 

 

профили

воронки н

бара; о—продольные профили

размыва;

/ —данные 1952

г.;

2 данные

1964

г.;

3 модельные данные

для

расхода

 

 

 

7000 л(31сек\

4 то же для 10000 м31сек.

 

 

При отбросе

струй

воды от

водосбросных сооружений разрушения корен­

ных скальных пород, вполне естественно, наблюдались и в тех случаях, когда водосбросы выполнялись вне тела плотины. Опасность таких разрушений не столь значительна, так как они удалены от плотины. Такого рода разрушения

наблюдались,

например, за туннельными водосбросами

плотины Фонтана

[95,

96,

308,

309].

 

 

При пробном пропуске через водосбросы этого гидроузла расхода, равно­

го 570 м3/сек

(максимальный расчетный расход 2840 м3/сек),

разрушение ложа

реки наблюдалось уже через относительно короткий промежуток времени. Из воронки размыва через несколько часов оказались вынесенными около 11 тыс. м3 материала, который отложился ниже по течению. На основании лабораторных исследований предполагалось, что при максимальном расчетном расходе объем вынесенного материала будет составлять 45 тыс. м3. Так как гряда отложений такого объема вызывала бы существенное уменьшение напора гидроузла Фон­ тана, была предусмотрена возможность разборки бара.

До сих пор указывались примеры водосбросов с сопряжением бьефов посредством отброса струй носками-трамплинами, разрушения скального осно­ вания в нижних бьефах которых были существенными. Но имеются случаи, когда при такой схеме сопряжения бьефов разрушения были не столь значи­ тельными. Так, на Днепровской гидроэлектростанции им. В. И. Ленина [302] после четырех лет эксплуатации размывы гранитогнейса не превышали 1,5 м. На высокой плотине Пайи Флет (см. § 7) разрушения русла реки за водо­ сбросом были глубиной около 5 м [310]. Размывов нижнего бьефа при перели­ ве струй через гребень плотимы и свободном их падении в нижний бьеф соору­ жения, как правило, не наблюдается. В данном случае отсутствие крепления нижнего бьефа допускается лишь при очень небольших удельных расходах и хорошем состоянии основания.

121

Сколь опасными могут быть разрушения при такой схеме сопряжения бье­ фов н отсутствии крепления, можно убедиться иа примере плотины Колдервуд [ЗП]. Во время строительства этой арочной плотимы, высота которой 56,5 м, до пропуска паводка не успели возвести предусмотренное в нижнем бьефе крепление, и паводковые расходы, достигавшие 300 лА/сек, пришлось сбрасы­ вать па скалу нижнего бьефа. Эта скала имела выраженную слоистость и сбросовые трещины. В результате на расстоянии 22,5 м от плотины образова­ лась воронка размыва глубиной 15 м с плановыми размерами 9ХІ5 лі. После пропуска паводка ее пришлось заполнить бетоном.

Известные из практики эксплуатации гидроузлов разрушения скалы в нижних бьефах при донном режиме сопряжения бьефов наблюдались в основ­ ном на гидроузлах с небольшими напорами. Тем не менее полезно остановиться на рассмотрении некоторых примеров.

Рис. 108. Разрушения скалы за резервным водосбросом Сунхуи-

ского

гидроузла

завеса; 3—Во­

/ —понижение грунта перед плотиной;

2 —протнвофильтрацноннап

ронин рэзмыііа; 4 ~первоначальные отметки скалы. Размеры

в метрах.

Одним из немногих примеров разрушения скалы за креплением высоконапорного гидроузла являются разрушения за строительными водосбросами Красноярского гидроузла. На этом сооружении наблюдались самые различные режимы потока, подробно описанные в [301]'.

Весьма значительные разрушения, угрожающие подмывом сооружения, были зафиксированы иа водосбросе Фархадского гидроузла [302, 312—314]. При проектировании плотины в нижнем бьефе гидроузла предусматривалось ковшеобразное крепление, но во время строительства от него отказались, пред­ полагая, что значительных размывов скалы не произойдет. В дальнейшем ниж­ ний бьеф сооружения неоднократно разрушался; его разрушения пытались приостановить различными конструктивными мероприятиями, но, в конце концов, пришлось выполнить в нижнем бьефе сплошное бетонное крепление.

Катастрофические разрушения при отсутствии крепления скалы в нижнем

бьефе наблюдались на резервном водосбросе

Супхунского

гидроузла [315].

Этот водосброс (рис. 108) был рассчитан на

пропуск 8000

лА/сек воды при

напоре на гребне 10 м и па 13000 лА/сек при напоре 13,5 м.

Водослив длиной

237 м был разделен бычками на 20 прблетов, перекрываемых плоскими затво­ рами размером 9хЮ ли1

 

1 В результате воздействия потока на коренные скальные по­

>■

роды

(размеры отдельностей

от 0 ,1 X 0 ,1 X 0 ,0 5

до 0 , 5 X 0 , 5 x 0 , 5 лі)

в нижнем бьефе этого гидроузла они оказались разрушенными па

'

глубину в основном 10— 14 м,

а на некоторых

участках па глуби­

 

ну до

25 ли

 

 

122

В первый год после заполнения водохранилища для пропуска эксплуата­ ционного паводка были открыты семь средних пролетов; расход при этом со­

ставлял 2800 лР/сек. После трех дпеіі работы водосброса было обнаружено, что

за

работающими пролетами русло размыто на глубину около 20

м при шири­

не

воронки 80 м и длине 60 м. После некоторого подъема дна

(рис. 108) за

этой воронкой образовалась вторая воронка еще больших размеров (глубина 23 м, ширима 100 м и длина 180 иі). Всего в результате размыва нижнего бьефа было вынесено 5 млн. л(3 породы. Воронка размыва распространилась под сооружение, и флютбет водосброса нависал над иен с вылетом 2 м. Кроме того, подмыв сооружения существенным образом увеличил фильтрационные и суффознониые явления и привел к образованию в грунте перед флютбетом во­ ронок глубиной до 2 м и диаметром до 5,0 м. Основными причинами такого катастрофического состояния сооружения явились значительная трещинова­

тость гранитов и гранитопорфн-

 

 

ров в основании водосброса, ко­

 

 

торый

был возведен

на

водо­

 

 

разделе, и отсутствие каких-ли­

 

 

бо устройств для гашения из­

 

 

быточной кинетической энергии.

 

 

Разрушения

в нижнем

бьефе

 

 

Супхунского

резервного

водо­

 

 

сброса

были

столь

значитель­

 

 

ными,

что его восстановление,

 

 

па основании последующих про­

 

 

ектных

проработок,

оказалось

 

 

экономически

нецелесообраз-

 

 

 

 

 

 

Рис. 109. Поперечным разрез по плоти-

Даже для относительно не-

пе RαΚ0 (США’)

высоких сооружении

иедоста-

{

>

точный объем инженерно-гео­

реки за водосбросом,

а также от­

логических

изысканий

основания

сутствие инженерных мероприятий по гашению избыточной кинетической энергии и защите нижнего бьефа от значительных разрушений скального рус­ ла неоднократно являлись причинами аварий гидротехнических сооружений. Так, в 1900 г. разрушилась водосливная плотина Аустин в США [37] Основа­ ние этого сооружения, высота которого была 20,3 м, а перепад 18,3 м, — мяг­ кий известняк, фильтровавший и разрушавшийся под действием сбрасываемой воды. В результате этого при пропуске через сооружение паводка с удельны­ ми расходами 15 м2/сек (максимальные расчетные удельные расходы по проек­ ту — 20 мг/сек) сооружение было подмыто у левого берега и сдвинулось в сто­ рону нижнего бьефа после семи лет эксплуатации.

Интенсивный размыв сланцев за плотиной Вако [37, 316], которая эксплуа­ тировалась 16 лет, был причиной разрушения водобоя плотины. Глубина раз­ мыва сланцев составляла 6,7 м от отметки водобоя; общий объем вынесенного материала (бетой и сланцы) достигал 38 тыс. лР. Так как была подмыта и пло­ тина, то ее разрушение удалось предотвратить лишь устройством расположен­ ного на более низких отметках водобоя (рис. 109).

Существенные разрушения скалы в нижнем бьефе, потребовавшие специ­ альных мероприятий, которые обезопасили сооружение от дальнейшего разру­ шения, наблюдались на плотине Вильсон, возведенной иа р. Теннеси [37, 317]. Эта плотина имела заанкерениое крепление длиной на разных участках от 30 до 60 м, бетон в которое укладывался на стратифицированный известняк после его очистки. Толщина крепления равнялась 1,22 м. Пропуск паводков через пло­ тину осуществлялся в течение 16 месяцев; при этом она работала и частью фронта, что не было предусмотрено проектом. В результате произошло раз­ рушение скалы за водобоем на глубину до 4 м\ вырванные из основания от­ дельности весом до 150 т были смещены вниз по течению реки; иа расстоянии 90—150 м от крепления образовался бар нз крупного материала. Чтобы в даль­ нейшем ие произошло разрушений, прежде всего была обеспечена возмож­

123

ность работы водосброса плотимы Вильсон при частичных открытиях затворов па гребне, а за креплением плотины был выполнен зуб. Для того, чтобы пре­ дотвратить опрокидывание к сдвиг этого зуба, ои был заанкерен вертикаль­ ными и наклонными стержнями.

Как показано на ряде примеров, разрушение коренных скальных пород в нижнем бьефе гидроузлов за водосбросными сооружениями может затруд­ нить их эксплуатацию, поставить перед необходимостью ремонта нижнего бье­ фа, а иногда и быть причиной невозможности дальнейшей эксплуатации гидро­ узла. Ввиду изложенного надежный прогноз разрушений коренных скальных пород в нижнем бьефе гидроузлов становится совершенно необходимым.

Задача исследований и расчета разрушений скальных пород является весь­ ма сложной из-за большого количества влияющих па это явление параметров потока и особенностей скального основания. К. числу этих особенностей отно­ сятся [318]:

1) наличие трещин различного происхождения и размеров, разбивающих весь массив скалы на отдельности и блоки неодинаковых размеров и формы и ориентированных в пространстве в зависимости от характера расположения пластов скалы;

2) наличие сил сцепления, связывающих в той или иной степени отдель­ ности скалы в массив;

3) относительная высокая прочность материала скалы в монолите по срав­ нению со сцеплением между отдельностями и прочностью заполнителя трещин.

Необходимо отметить, что в условиях реального сооружения скальный массив может отличаться значительной неоднородностью в пространстве, что также существенным образом затрудняет прогнозирование размыва.

Анализ явлений, происходящих при воздействии потока на скальное осно­ вание, позволяет считать [319—321], что процесс размыва скальных коренных пород происходит в такой последовательности:

а) под действием пульсирующей нагрузки и усталостных напряжений раз­ рушаются связи между отдельностями (иногда, если в трещинах имеется за­ полнитель, то предварительно происходит разрушение заполнителя);

б) отдельности вырываются из основания, когда взвешивающие их силы превышают по величине удерживающие силы.

Подхваченные потоком отдельности могут выноситься из ямы размыва. Часть их может отложиться вблизи ямы размыва и образовать гряду отложе­ ний, а часть — уноситься потоком на значительное расстояние. Объем гряды отложений (бара) в значительной степени определяется интенсивностью разви­ тия .размыва во времени. Отдельности большого размера, которые поток не в состоянии выбросить из воронки, могут распадаться на более мелкие части вследствие абразивных воздействий и уже затем уноситься потоком. Особенно существенно абразивные воздействия должны проявиться, когда размеры ямы размыва близки к стабилизированным [304, 322, 323 и др.].

Таким образом, процесс разрушения скалы в нижнем бьефе под воздейст­ вием потока сопровождается весьма сложными явлениями. Многие же реко­ мендуемые в литературе формулы для расчета параметров воронки размыва скальных пород не учитывают в достаточной мере физику явления, а иногда имеют размерные коэффициенты [324—328]. Некоторые формулы, составленные сравнительно недавно, учитывают лишь часть факторов, влияющих иа разру­ шение скалы [318, 329—331]. Поэтому в последнее время значительное внимание уделяется вопросу воспроизведения размывов скального основания на моделях гидроузлов.

До сих пор «а моделях скальное основание чаще всего воспроизводится с помощью несвязного материала (гравий или щебень). В некоторых случаях такой способ может дать глубину размыва, близкую по величине к натурной (гидроузлы Коновинго [323, 332], Эльмали [323], Ринкон дель Бопет [333], Пнкотэ [155, 303]). Другие же параметры воронки размыва [323] в этом случае воспроизвести невозможно. В натурных условиях фокус воронки размы­ ва может располагаться значительно ближе к сооружению, чем по данным ла­ бораторных исследований с применением несвязного материала; существенно,

124

как правило, отличается в натуре и на модели крутизна откосов ямы размыва и т. д. Следует отметить, что па упомянутых выше гидроузлах Ринкон дель Боиет и Пнкотэ несвязный материал подбирался исходя из предварительных натурных наблюдений размыва таким образом, чтобы глубины размыва в на­ туре и на модели примерно совпадали. В основном же, как правило, крупность несвязного материала принимается такой, чтобы на модели объем зерна этого материала в пересчете па натуру равнялся бы объему отдельности скального основания. Необходимо сослаться па работу [334], авторы которой полагают, что такой способ моделирования скального основания может быть справедлив лишь в случаях, когда условия потока на сооружении близки к условиям плос­ кой задачи. Кроме того, воспроизведение основания с помощью гравия или щебня не дает возможности учесть особенности геологического строения русла реки: форму отдельностей, толщину и направление пластов, неоднородность структуры в пространстве и т. д.

Необходимо указать, что при проведении на моделях исследований гидро­ узлов размыв несвязного материала, даже в том случае, когда коренными по­ родами в русле реки являются скальные породы, может служить хорошим по­ казателем для качественного сопоставления различных вариантов конструкции водосбросов с точки зрения оценки гидродинамического воздействия потока на дно реки. Такие исследования размывов не нужно отождествлять с исследова­ ниями, в которых делаются попытки получить количественные оценки разру­ шений скального основания русла при пропуске паводковых расходов. Основ­ ным достоинством качественных сопоставлений по размыву несвязного мате­ риала является их простота и мобильность. Ввиду того, что моделирование разрушения скального основания с помощью несвязного материала типа гравия или щебня не может дать надежных результатов для проектирования, интен­ сивно ведутся дальнейшие проработки, касающиеся вопроса воспроизведения в лабораторных условиях структуры скального оонования и сцепления между отдельностями скалы.

Подробные исследования влияния иа размыв скалы размеров и формы от­ дельностей и направления напластований применительно к схеме сопряжения бьефов посредством отброса струй описаны в уже упоминавшейся выше работе [ 3 1 8 ] Попытки учесть сцепление между отдельностями скалы предпринимались еще ранее (например, при выполнении гидравлических исследований гидроузла Фонтана [95]). В работах, выполненных сравнительно недавно, применялись и более совершенные способы воспроизведения сцепления между отдельностями скалы. Так, были попытки моделировать разрушаемое скальное основание с помощью песчано-цементных н алебастрово-цементных растворов [323], которые укладывались единым массивом или по участкам, стыки между которыми вос­ производили трещины и разломы натурного массива. При таком же воспроиз­ ведении скального массива для разбивки его на отдельности между слоями песчано-цементного раствора помещали негашеную известь, при гашении ко­ торой появлялась система трещин [334]. В обоих случаях контролировалась прочность на сжатие затвердевшего раствора.

Более трудоемкие, но позволяющие воспроизводить более точно систему трещин способы использовались, когда скала воспроизводилась в виде отдель­ ностей, как уже указывалось выше [318], а сцепление между отдельностями создавалось с помощью раствора тонкомолотого мела с водой [319] или глиноцементного раствора [320]. С помощью первого из указанных способов была создана модель скального основания при проведении лабораторных исследова­ ний разрушений скалы в нижнем бьефе Могилев-Подольского гидооузла [321]. Коренные скальные породы в этом случае состояли из чередующихся слоев, сложенных из отдельностей разной крупности, п имели кроме трещин, опреде­ ляющую блочную структуру скалы, ряд трещин большей ширины, которые были заполнены отдельностями скалы сравнительно небольших размеров. При1

1 Впервые такого рода исследования, насколько нам известно, были проведены во ВНИИГ применительно к конкретным гидро­ узлам М. Э. Факторовнчем и Ді- Ф. Складиезым.

125

выполнении этого опыта мелкие отдельности воспроизводились с помощью гра­ вия, а большие — с помощью специально изготовленных блоков.

Другая попытка воспроизвести основные характеристики скального осно­ вания: временное сопротивление сжатию монолита, направление основных трещин и расстояние между ними, сцепление между отдельностями и объемный вес— была предпринята при проведении лабораторных исследований водо­ сброса гидроузла Эль-Мате на р. Контра-Маэстре (Куба) [334]. Временное сопротивление сжатию материала, имитирующего скалу па модели, должно было составлять в этом случае 6 кГ/см2. Такой материал был получен на основе песка, строительного гипса и цемента с добавкой сульфитноспиртовой барды. Объемный вес этого материала оказался несколько ниже объемного веса скалы и составлял 2.1—2.2 т/м3. Между слоями материала на модели вводилось машинное масло, которое обеспечило сцепление между ними, равное 0,2 кГ/см2.

При воспроизведении скалы па модели существенной, трудностью является то обстоятельство, что исследователь-гидравлик часто располагает весьма скудными сведениями о геологических характеристиках скалы, влияющих на развитие размыва. Этот вопрос также рассматривается в последних работах [333].

Краткое перечисление ряда исследований, касающихся прогнозирования разрушения скалы за водосбросами, показывает, что этому направлению уде­ ляется сейчас большое внимание. Хотя в большинстве случаев можно получить пока лишь качественные оценки разрушения скалы, есть основания полагать, что дальнейшее проведение исследований даст, в конце концов, положитель­ ные результаты.

23. ПОВРЕЖДЕНИЯ ВОДОСБРОСНЫХ ТРАКТОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Причины таких разрушений водосбросного сооружения могут быть самыми различными: ошибки в проекте, обусловленные несовершенством знаний о ка­ ком-либо из видов нагрузки; эксплуатация сооружения по схеме, не предусмот­ ренной проектом; недостаточный объем инженерных изысканий и т. п.

Повреждения элементов водосбросного тракта наблюдались как при пре­ вышении осреднениых нагрузок по сравнению с принятыми в проектах, так и в случаях, когда не учитывалось действие пульсациопных составляющих нагру­ зок, либо когда имели место резонансные колебания элементов водосбросных устройств.

Весьма существенные разрушения, связанные с неправильным определе­ нием нагрузок на плиты крепления водобоя, а также с низким качеством выпол­ нения строительных работ наблюдались на Супхун'ском гидроузле (описание этого гидроузла приведено в § 5). На этом гидроузле [60] в течение двух сезо­ нов через водосбросные устройства пропускались значительные расходы. В пер­ вый сезон (семь месяцев) расходы достигали 12200 м3/сек, а во второй сезон (четыре с половиной месяца) — 8 900 м3/сек. Несмотря па то, что эти расходы были значительно меньше максимального расчетного расхода, произошли зна­ чительные разрушения водобоя плотины. При этом в первый год было вынесе­ но около 17 тыс. м3 бетона, во второй год — около 4200 м3, глубины разруше­ ний достигали соответственно 3,6 м и 4,8 м.

Основные разрушения плит водобоя наблюдались в левобережной части русла, где после строительства сохранилась неразобранной бетонная перемыч­ ка. которая возвышалась над носком, установленным в конце водобоя, па 4.8 м. Толщина плит водобоя была неравномерной по ширине русла, в левобережной его части она не превышала 6,0 м, а некоторые плиты имели толщину даже 1,5 м. Ввиду того, что отметки основания в правобережной части русла были ниже, чем в левобережной, толщина плит водобоя достигала здесь 7—11 м.

126

Выполненные уже после разрушения водобоя Супхунского гидроузла рас­ четы показали [60, 336], что плиты толщиной меньше 6,0 м в условиях этого гидроузла не могут быть устойчивыми на всплытие. Расположенная же у ле­ вого берега перемычка не оказывает какого-либо отрицательного влияния на устойчивость плит водобоя.

Следует подчеркнуть, что разрушению водобоя способствовало низкое качество выполнения строительных работ. Бетон в водобойную плиту уклады­ вался, когда плотина была возведена на высоту 100 м и 'водохранилище было наполнено. Поэтому после вскрытия котлована под водобойную плиту он был заполнен фильтровавшей из верхнего бьефа водой, и бетон укладывался прямо в воду. Цемент в нижних слоях плит оказался вымытым, и под плитой образо-

6)

і - г

' -

Рис. ПО. Отрыв и разрушение плит-оболочек

а —разрушение нижнего края плиты-оболочки

на раздельном

бычке

водосброса;

б —поперечный разрез раздельного бычка;

с—разрушение плиты-оболочки

рагд.мыюго бычка в другом во­

досбросе; / —сквозная раковина,

совпадающая

со строительным

швом;

2 раковина;

3 —закрытый пролет водосброса; 7—плиты-

оболочки; 5—пролет водосброса, через который пропускались расходы воды; б —участок неплотного соединения облицовки с бе­

тонным массивом;

7—раковина в плите-оболочке; <9—следы выр­

ванной арматуры;

9 пустоты за плитой;

/б —концы оторванной

арматуры плиты-оболочки;

/ / —раковины

в монолитном бетоне,

заполненные илом;

рабочая арматура бычка.

вался как бы дренажный слой из инертных материалов толщиной 25 см. Ввиду этого вес плит оказался даже меньшим, чем по проекту.

При правильном определении нагрузок на плиты водобоя Супхунской пло­ тимы разрушения можно было бы избежать при помощи устройства дренажа их основания, а также прикрепляя плиты к основанию анкерами (при выпол­ нении ремонта плиты крепления были только зааикерены). При такой конструк­ ции крепления толщину его плит можно было принять меньше предусмотрен­

ной в проекте.

В результате значительных осредиенных нагрузок произошло повреждение плит-оболочек напорных водосбросов [261]. На выходном участке каждого из этих водосбросов был установлен раздельный бычок, а в конце водосброса — два затвора. Повреждения плит-оболочек в этих водосбросах наблюдались, когда один из затворов был полностью закрыт, а другой полностью открыт. Тогда с одной стороны на раздельный бычок действовали значительные избы­ точные по сравнению с атмосферным давления, а на другой его поверхности наблюдались вакуумы. Ввиду того, что в нижней части бычков (рнс. ПО)

127

имелись раковины, при такой схеме работы водосбросов нагрузки иа плитыоболочки превышали расчетные в 5—7 раз, что вызвало их повреждения, ко­ торые изображены па этом рисунке.

Значительные пульсациопные нагрузки, особенно при работе элементов водосбросных сооружении в кавитационном режиме, являются причиной раз­ рушения металлических облицовок бетонных поверхностен. Можно предполо­ жить, что пульсирующая но величине нагрузка вызывает усталостные .напря­ жения в анкерном креплении облицовки, а разрыв анкеров приводит к разру­ шению облицовки. Часто отрыв облицовки наблюдается за пазами затворов, па

гасителях,

во входных

и

выходных участках закрытых водосбросов [337].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отрыв

облицовки

за

глубинным

 

 

 

 

 

 

 

 

водосбросом имел место на гидроузле

 

 

 

 

 

 

 

 

Миранда [338]. Глубинный

водосброс

 

 

 

 

 

 

 

 

этого гидроузла выходил на сливную

 

 

 

 

 

 

 

 

грань

поверхностного

водосбвоса,

и

 

 

 

 

 

 

 

 

они работали одновременно. Первона­

 

 

 

 

 

 

 

 

чально па выходе из глубинного водо­

 

 

 

 

 

 

 

 

сброса были обнаружены

значитель­

 

 

 

 

 

 

 

 

ные

кавитационные

 

разрушения,

и

 

 

 

 

 

 

 

 

его решили облнцовать металлом, по

 

 

 

 

 

 

 

 

после

пропуска

 

следующего

паводка

 

 

 

 

 

 

 

 

облицовки

была

сорвана.

 

На

водо­

 

 

 

 

 

 

 

 

сбросе такого же типа, входящем в

 

 

 

 

 

 

 

 

состав гидроузла Бемпоста, крепление

 

 

 

 

 

 

 

 

облицовки

выходного

участка

было

 

 

 

 

 

 

 

 

рассчитано

па

большие нагрузки;

в

 

 

 

 

 

 

 

 

этом случае каких-либо разрушений

 

 

 

 

 

 

 

 

металлической облицовки не было за­

Рис.

111.

Разрушение

раздельной

фиксировано.

 

 

 

 

 

 

 

 

стенки в водобойном колодце гид­

 

Значительные

динамические

на­

 

роузла

Тексаркана

(США).

грузки были причиной крупной аварии

сброса

гидроузла

 

 

 

 

вспомогательного

туннельного

водо­

Сан-Эстебан [124, 299].

Этот туннельный

водосброс

был

рассчитан

на работу

в

безнапорном

режиме,

но

при

высоком уровне

нижнего

бьефа

он

был

подтоплен

и

на

части

длины

 

стал

работать

в напорном

режиме с

гидравлическим

прыжком

на

тракте.

На

участке

ниже поворота его в вертикальной плоскости туннель пересекал зону разлома скалы. По-видимому, гидравлический прыжок в водосбросе стал причиной значительных гидродинамических воздействий, которые привели к разрушению обделки туннеля в зоне разлома и завалу водосброса породой.

Динамические нагрузки явились причиной падения раздельной стейки, установленной в водобойном колодце на выходе из трубчатых водосбросов гидроузла Тексаркана на р. Сульфур (США) [310, 339]. Эта стейка (рис. 111), разделяющая водобойный колодец за двумя водосбросами, которые при диа­ метре 6,1 м, были рассчитаны на пропуск до 800 м3/сек, имела высоту 10,7 м, толщину 1,25 м и длину 7.3 м. Максимальные расходы иа сооружении не пре­ вышали 680 м3/секу а наибольшая неравномерность пропуска расхода наблю­ далась в течение 36 ч. Иногда через один водосброс пропускался расход, рав­ ный 138 м3/сек при полностью закрытом другом водосбросе. Эта стенка обру­ шилась после трех лет эксплуатации сооружения. Осмотр арматуры разрушив­ шейся стенки позволил прийти к выводу, что причиной аварии были усталост­ ные явления, так как арматура не имела «шеек», характерных для хрупкого разрушения.

Ввиду интенсивной вибрации были тяжелыми условия работы раздельной стенки в водобойном колодце гидроузла Навейе [300]. На гидроузле Тринити верхняя часть подобной стенки, высота которой 5,2 м, длина 12,5 м и толщи­ на 0,46 м, обрушилась по строительному шву. Предполагают, что причиной раз­ рушения стенки явились резонансные колебания.

128

Взаключение необходимо указать, что методы лабораторного определения осредменных давлении разработаны достаточно хорошо, а в ряде случаев с достаточной степенью точности осредненные давления можно определить и рас­ четным путем. Поэтому при проектировании сооружения задача расчета кон­ струкции на осредненные нагрузки может быть надежно решена, если расчет­ ная схема отвечает реальным условиям работы конструкции.

Расчет конструкции при значительных пульсационных гидродинамических нагрузках особенно, когда частота пульсаций давления в потоке близка к ча­ стотам собственных колебаний конструкции, является более сложным. Но и такие методы расчета сооружений в настоящее время успешно разрабаты­ ваются.

24.ВОДЯНАЯ ПЫЛЬ И БРЫЗГИ, ЗАТРУДНЯЮЩИЕ

ЭКСПЛУАТАЦИЮ ГИДРОУЗЛОВ

Внатурных условиях при сопряжении бьефов и гашении избыточной кине­ тической энергии образуется значительное количество водяной пыли, которая поднимается на большую высоту. При возведении гидроузлов водяная пыль может вызвать при отрицательной температуре воздуха образование наледей

на стенках сооружений, привести к обледенению линий электропередач и т. п. Одной из причин отказа от совмещения гидроэлектростанции с высокой многоарочной плотиной Маннкуаган-5, возведенной в суровых климатических усло­ виях, была возможность обмерзания линий электропередач.

Пропуск расходов через водосбросные сооружения в течение зимнего пери­ ода особенно характерен для периода строительства сооружения до ввода

первых гидроагрегатов. В этот пе­

 

 

риод большое

количество брызг

 

 

может

затруднить

и выполнение

 

 

строительных работ. К сожалению,

 

 

рассматриваемому

здесь

важному

 

 

вопросу

в литературе практически

 

 

•не уделяется внимания. Ряд сведе­

 

 

ний содержится лишь в [340]. В

 

 

этой работе указывается, что над

 

 

водобойным колодцем

Тавакской

 

 

гидроэлектростанции наблюдались

 

 

мощные выплески воды на высоту

 

 

до 6 м, а пропуск расходов в зим­

 

 

нее время на быстротоках Ак-Тепе

 

 

и Ак-Кавак-1 приводил к образо­

 

 

ванию на стенках

наледей.

 

 

Изучение

рассматриваемого

Рис. 112.

Выброс водяных брызг нз

явления затрудняется и тем, что

шахтного

водосброса плотины Оахи.

оно не

воспроизводится

на моде­

лях, о чем свидетельствуют сопо­

 

 

ставления натурных и лабораторных

наблюдений за работой сооружений (см.

например, [95,

33]),.

 

і

 

Внастоящей работе приведен ряд фотографий водосбросных сооружений

впериод пропуска паводковых расходов. На рис. 31, 56, .64, 76, 79, 86 пока­ заны сооружения, где сопряжение бьефов осуществляется посредством отбро­

са струн носками-трамплинами, а на рис.

11. 45 — с помощью гидравлическо­

го прыжка. Несомненно, водяной пыли

и брызг при первом из указанных

типов

сопряжения бьефов будет значительно

больше,

чем при вто­

ром, и брызги будут подниматься на большую высоту.

 

бьефах

Рассматривая вопрос об образовании водяной

пыли в нижннх

гидроузлов, необходимо отметить два следующих обстоятельства.

 

1.

Чем больше высота, на которой могут наблюдаться брызги, тем больше

возможностей для их перемещения воздушными течениями

в самых

различ­

ных направлениях.

 

 

 

9

 

 

 

129

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ