3.1.29. В сроки, установленные местной инструкцией…должны вестись наблюдения за:
3.1.29. В сроки, установленные местной инструкцией, и в предусмотренном ею объеме на всех гидротехнических сооружениях должны вестись наблюдения за:
осадками и смешениями сооружений и их оснований;
деформациями сооружений и облицовок, трещинами в них, состоянием деформационных и строительных швов, креплений откосов грунтовых плотин, дамб, каналов и выемок, состоянием напорных водоводов;
режимом уровней бьефов гидроузла, фильтрационным режимом в основании и теле грунтовых, бетонных сооружений и береговых примыканий, работой дренажных и противофильтрационных устройств, режимом грунтовых вод в зоне сооружений;
воздействием потока на сооружение, в частности за размывом водобоя и рисбермы, дна и берегов; истиранием и коррозией облицовок, просадками, оползневыми явлениями, заилением и зарастанием каналов и бассейнов; переработкой берегов водоемов;
воздействием льда на сооружения и их обледенением.
При необходимости должны быть организованы наблюдения за вибрацией сооружений, сейсмическими нагрузками на них, прочностью и водонепроницаемостью бетона, напряженным состоянием и температурным режимом конструкций, коррозией металла и бетона, состоянием сварных швов металлоконструкций, выделением газа на отдельных участках гидротехнических сооружений и др. При существенных изменениях условий эксплуатации гидротехнических сооружений должны проводиться дополнительные наблюдения по специальным программам.
В местных инструкциях для каждого напорного гидротехнического сооружения должны быть указаны критерии безопасности, с которыми должны сравниваться результаты наблюдений по КИА.
Первоначальные (проектные) критерии безопасности гидротехнических сооружений должны систематически уточняться по мере накопления данных натурных наблюдений.
Правилами технической эксплуатации [6] наблюдения за гидротехническими сооружениями разделяются на два вида: обязательные и специальные.
Обязательные контрольные наблюдения проводятся постоянно с целью текущего эксплуатационного контроля за общим состоянием всех гидротехнических сооружений. Специальные наблюдения и исследования проводятся при необходимости уточнения отдельных явлений с целью выбора наилучших условий эксплуатации или определения состояния отдельных конструктивных элементов сооружений.
Основным методом определения осадки гидротехнических сооружений является геометрическое нивелирование. Наблюдения проводятся на основе специальной высотной опорной сети (в виде кустов фундаментальных реперов, заложенных в коренных берегах вне активной зоны деформации грунта, или в виде кустов обратных отвесов с глубоким заложением якорей в основании) и сети контрольных высотных марок.
Горизонтальные смещения сооружений определяются геодезическими методами: створными, комбинированными и геодезических засечек. Наблюдения за относительными смещениями, т.е. перемещением отдельных секций одна относительно другой, наклоном, изгибом, углом поворота отдельных элементов, выполняются с помощью щелемеров, клинометров, прямых и обратных отвесов, гидростатических нивелиров (рисунок 3.1.6) и других приборов.
Наблюдения за трещинами в сооружениях осуществляются методами как визуального, так и инструментального контроля с использованием щелемеров, а в отдельных случаях (при контроле трещин в массивном бетоне) — струнных преобразователей линейных деформаций ПЛПС и ПЛДС. При контроле должно обращаться внимание на возникновение трещин и развитие их во времени. Аналогично осуществляются наблюдения за состоянием и раскрытием деформационных и строительных швов.
Состояние земляных откосов и их креплений контролируется, как; правило, методами визуальных наблюдений. При осмотрах должно обращаться внимание на наличие просадок, подвижек, оползней, трещин и других нарушений.
Рисунок 3.1.6 – Схема гидростатического нивелира
1 – секции сооружения; 2 – деформационные швы между секциями; 3 — галерея; 4 — труба; 5 — уровень воды в трубе; 6 — фиксированные марки на стене галереи; z1 z2… — измеряемые расстояния от марок до уровня воды в трубе
Цели и методы контроля за состоянием открытых напорных водоводов описаны в пункте 3.1.14 ПТЭ [6]. Закрытые (подземные) водоводы периодически осматриваются изнутри с целью определения степени износа их внутренней поверхности (истирание, трещины и т.п.). С поверхности земли должны быть организованы визуальные наблюдения за выходами фильтрационных вод и наблюдения за грунтовыми водами для выявления обводнения территорий в случае появления протечек из напорных водоводов; в том случае если возможна фильтрация извне внутрь водовода (при его опорожнении или работе в безнапорном режиме), нужно следить за просадкой грунта в зоне водовода, свидетельствующей о его суффозии (выносе) внутрь водовода.
Контроль за фильтрационным режимом в теле грунтовых сооружений и в основании и береговых примыканиях всех сооружений осуществляется с помощью напорных и безнапорных пьезометров (уровень грунтовых вод) и расходомеров разнообразных видов (мерные водосливы, дифманометры, вертушки и т.д.), устанавливаемых на дренажных устройствах и в местах выхода фильтрационных вод. Фильтрационный расход должен контролироваться также и в напорных бетонных сооружениях; для этого устраиваются водосборные и водоотводящие лотки, дренажные трубы, которые снабжаются стационарными или переносными приспособлениями для измерения расходов фильтрации. Периодичность контроля фильтрационного режима регламентируется местными инструкциями.
Воздействие потока на сооружения проявляется в размывах дна и откосов искусственных русл, повреждениях (истирании, вымыве грунтовой подготовки) креплений дна и откосов в результате действия текущей воды и волн. Контроль за воздействием потока осуществляется визуальными методами с воды, льда или подводными водолазными осмотрами. Периодичность и объем наблюдений устанавливаются с учетом интенсивности процессов.
Контроль за просадками и оползневыми явлениями должен обязательно сопровождаться контролем за фильтрационным режимом территории, на которой происходят отмеченные явления.
При наблюдениях за заилением и зарастанием водоемов и каналов должны быть установлены места заиления и зарастания, интенсивность процесса и вероятные последствия. Наблюдения осуществляются промерами глубин, обмерами площадей, а также анализом состава отложений (заиление) и гидробиологических анализов (зарастание) с привлечением специалистов этого профиля.
Наблюдения за переработкой берегов осуществляются путем промеров переработанных участков; для определения интенсивности и прогноза переработки производятся наблюдения за характером течения, волновыми процессами, геологические и гидрогеологические обследования.
Контроль за воздействием льда на сооружения осуществляется путем регулярных визуальных и инструментальных наблюдений в морозный период. Они должны обеспечить получение данных о начале и особенностях протекания ледостава, появлении шуги, о начале таяния ледяного покрова и его особенностях. Помимо этих гидрометеорологических данных необходим контроль непосредственно за воздействием льда на сооружения: ударным — при ледоходе, статическим — при воздействии ледяного поля, истиранием – при ледоходе и подвижках ледяного поля, обледенением. Необходимо установить контроль за состоянием (наличием) полыньи у сооружений, не рассчитанных на давление льда, за подпором от кромки льда в нижнем бьефе, температурой воды для прогнозирования шуговых явлений. Объем зимних наблюдений во многом зависит от местных условий и сначала определяется на основании проектных данных, а в дальнейшем уточняется на основании опыта эксплуатации.
Все наблюдения за гидротехническими сооружениями должны сопровождаться обязательными гидрологическими (уровни воды в бьефах гидроузла, температура воды, расход водотока) и метеорологическими наблюдениями (осадки, сила и направление ветра, температура воздуха).
На электростанциях, расположенных в зонах вечной мерзлоты, должны быть организованы с помощью закладной аппаратуры регулярные наблюдения за температурой многолетнемерзлых пород в основании и в примыкании к сооружениям, а также и в теле сооружений с целью получения сведений, необходимых для текущего контроля за их монолитностью, водонепроницаемостью и для оценки процессов промерзания и растепления (см. также пояснения к пунктам 3.1.8-3.1.10 ПТЭ).
Специальные наблюдения выполняются по программам, разрабатываемым проектными и научно-исследовательскими организациями; для их выполнения, как правило, предусматривается установка во время строительства специальной закладной КИА (рисунок 3.1.7). Ряд специальных наблюдений (исследований) выполняется с использованием высокоточной аппаратуры с привлечением специализированных организаций.
Рисунок 3.1.7 – Схема размещения основных видов эксплуатационной КИА в бетонной арочной плотине
I — тело плотины; 2 — цементационная завеса в основании плотинвг; 3 — галереи в теле плотины; 4 — галереи в скальном примыкании; 5 — помещение центрального измерительного пульта КИА; I — зоны установки геодезических знаков и специальных приборов для контроля за осадками и смещениями плотины, приспособлений для контроля за фильтрацией сквозь тело плотины
II— горизонтальные створы установки аппаратуры для контроля за напряженно-деформированным состоянием и температурным режимом тела плотины; III — зоны установки аппаратуры для контроля за деформациями контакта искала – бетон», напряженным состоянием и температурой скального основания, пьезометрическим напором в основании плотины; IV — зоны установки аппаратуры для контроля за напряженно-деформированным состоянием скального примыкания; V — вертикальный створ отвеса для контроля за прогибом вертикальной оси плотины
Вибрационный контроль осуществляется с целью определения воздействия на сооружения со стороны высокоскоростного потока, пропускаемого через сооружения или гидравлические машины; измерения вибрации должны сопровождаться измерениями колебаний гидродинамического давления в водоводах и водосбросах. Измерения производятся с помощью специальной виброизмерительной аппаратуры. Наиболее важен вибрационный контроль сборных и сборно-монолитных конструкций, причем не только с точки зрения их прочности, но и с точки зрения условий труда персонала, обслуживающего эти сооружения и оборудование, в них расположенное.
Инженерно-сейсмический контроль осуществляется на крупных гидроузлах, расположенных в высокосейсмичных районах. Контроль имеет целью накопление данных для оценки надежности сооружений в условиях сейсмических нагрузок. Организация и проведение наблюдений осуществляются в соответствии со специальными руководствами (см. также пояснения к пункту 3.1.32 ПТЭ).
Специальные наблюдения за напряженным состоянием и температурным режимом сооружений осуществляются на ответственных сооружениях и имеют целью проверку проектных данных о напряженно-деформированном состоянии бетонных и грунтовых сооружений. Особо важны наблюдения в первые годы работы сооружений; в дальнейшем их необходимость определяется результатами наблюдений в первые годы. Некоторые такие наблюдения могут стать постоянными в том случае, если выяснится близость фактических напряжений и деформаций к допустимым по условиям устойчивости и прочности элементов сооружений. Для анализа результатов наблюдений следует пользоваться специальными руководствами.
Состояние металла трубопроводов контролируется методами дефектоскопии.
На ряде электростанций отмечены случаи выделения газа из основания сооружений; наиболее интенсивное выделение происходит вместе с фильтрующейся водой из дренажей, а также из пьезометров во время слива воды из них. Выделение газа свидетельствует о протекании в грунтах основания сооружений физико-химических процессов; необходимо выяснять характер этих процессов и их влияние на физико-механические характеристики этих грунтов (в частности, на плотность и пластичность), определяющие сопротивление трению и деформативность. Явления эти сложны и оценки их противоречивы. Однако выявлять наличие газа в выделяемой из основания воде и интенсивность его образования, определять его химический состав необходимо для постановки дальнейших вопросов.
Требование ПТЭ [6] о постановке специальных исследований при существенных изменениях условий эксплуатации определено главным образом недостаточностью проектных проработок по оценке состояния сооружений в нерасчетных условиях. Это требование относится к случаям: подъема уровня верхнего бьефа (повышения напора); появления существенных деформаций после землетрясений или вследствие взрывных воздействий; выявления фактического изменения и несоответствия проектным прочностных характеристик конструкции или материала сооружения и т.п. Во всех подобных случаях требуются исследования, которые позволили бы установить реальную надежность состояния сооружений при их работе в изменившихся условиях. Наиболее часто возникает желание повысить напор на сооружениях (увеличить запас воды в водоеме или увеличить выработку электроэнергии на гидроэлектростанции). В этом случае необходимо предварительно выполнить большой объем исследований, направленных на подтверждение прочности сооружений (см. также пояснения к пункту 3.1,13 ПТЭ).
Вопрос о подходе к критериям безопасного состояния гидротехнических сооружений был изложен в пояснении к пункту 3.1.26 ПТЭ [6].