Пособие к методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений рд 153-34. 2-21. 342-00” (стр. 10 из 23)
Показатель Мвдх в зависимости от сезона года может меняться вследствие сезонной изменчивости мутности воды, притекающей в водохранилище. Тогда численные значения приведенных выше критериев должны корректироваться для различных сезонов.
ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
(Приложения Н - Р)
Приложение Н
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ ВОТКИНСКОЙ ГЭС
От значений реакции сооружения, определенной на стадии проекта для условий основного и особого сочетания нагрузок, можно перейти к проектным критериальным значениям К1 и К2 диагностических показателей, в т.ч. контролируемых КИА. Полученные значения используются в начальный период эксплуатации.
В дальнейшем состав диагностических показателей и критериальные значения К1 и К2 подлежат корректировке на основе выявленных особенностей работы сооружения: наличия ослабленных зон и незатухающих процессов в основании и плотине, уровня стабилизации фильтрационных режимов и напряженно-деформированного состояния [1].
Назначение состава диагностических показателей и значений критериальных показателей рассмотрено на примере основных сооружений напорного фронта эксплуатируемого гидроузла.
Водосливная бетонная плотина разделена температурно осадочными швами на четыре секции длиной по 48 м. Особенностью водосливной плотины является то, что она представляет собой пустотелую тонкостенную пространственную контрфорсную конструкцию без сплошной фундаментной плиты под водосливом. Водослив опирается на верховую и низовую фундаментные плиты. Непосредственно под водосливом фундаментная плита заменена тонкой анкерной плитой, толщиной 0,3 м, пригруженной грунтом. Анкерная плита состоит из верховой и низовой частей.
Основание плотины дренируется плоским и глубинным дренажами. Плоский дренаж состоит из одного слоя среднезернистого песка толщиной 0,6 м, расположенного под анкерной плитой и частично под верховой фундаментной плитой между быками и контрфорсами. В каждой секции имеется по четыре вывода из плоского дренажа в галерею верховой фундаментной плиты, которая через коллектор соединена с нижним бьефом. Кроме того, плоский дренаж соединён с нижним бъефом через засыпку, для чего в анкерной плите имеются дренажные отверстия. Вертикальный дренаж выполнен для снятия давления напорных вод в основании и состоит из одного ряда вертикальных скважин с шагом 8 м.
Устойчивость плотины на сдвиг обеспечивается собственным весом, пригрузками воды и грунта, а также совместной работой водосливных секций и прикреплённых к их верховым и низовым плитам анкерного понура и анкерной плиты, соответственно.
Анкерный понур плотины одновременно выполняет функции противофильтрационного устройства и элемента, участвующего в обеспечении устойчивости водосливной части плотины Устройство перед понуром вертикальной противофильтрационной преграды вызвано значительно большей проницаемостью основания в горизонтальном направлении, чем в вертикальном.
В основании водосливной плотины залегают переслаивающиеся алевролитовые глины, алевролиты и песчаники, сменяющие друг друга по глубине. Глины и алевролиты слабоводопроницаемы, их коэффициент фильтрации выражается тысячными долями метров в сутки. Водопроницаемость песчаников, залегающих в виде линз в толще алевролитов и глин, характеризуется коэффициентом фильтрации от 0,5 до 2,7 м/сутки.
1. Контролируемые показатели и технические средства контроля
Контролируемые показатели. Натурные визуальные и инструментальные наблюдения за состоянием сооружений Воткинской ГЭС проводятся за:
уровнями бьефов;
температурой наружного воздуха и в потернах здания ГЭС и водосливной плотины;
температурой воды в бьефах;
размывами русла за рисбермой;
осадками секций водосливной плотины, здания ГЭС, подпорных стенок и плотин из грунтовых материалов;
взаимными смещениями секций бетонных сооружений по вертикали, в плане вдоль потока и за раскрытием межсекционных швов;
противодавлением в основаниях здания ГЭС и водосливной плотины;
пьезометрическими уровнями в теле и основании плотин из грунтовых материалов, а также в береговых примыканиях;
фильтрационными расходами на водовыпусках дренажного коллектора грунтовых плотин;
температурой воды в дренаже;
уровнями мастики в шахтных шпонках;
состоянием волнозащитных креплений напорных откосов грунтовых плотин.
Наблюдение за фильтрационным режимом в основании бетонных сооружений и грунтовых плотин осуществляется с помощью напорных и безнапорных пьезометров ежемесячно.
Замеры расходов в закрытом дренаже грунтовых плотин производятся в контрольных пунктах на водовыпусках с помощью мерных водосливов.
Наблюдения за осадками сооружений и их оснований выполняются путём ежегодного нивелирования от опорной реперной сети высотных марок геодезической КИА (поверхностные и боковые марки, плиты-марки, глубинные марки, марки щелемеров). Нивелирование марок производится с точностью второго класса от реперной сети, состоящей из опорных фундаментных и рабочих реперов. Точность определения марок составляет ± 2 мм.
Наблюдения за взаимными смещениями секций относительно друг друга выполняются ежемесячно с помощью 3-марочных щелемеров, расположенных на межсекционных швах бетонных сооружений. Точность щелемерных измерений ± 0,01 мм.
2. Выбор диагностических показателей для водосливной плотины Воткинской ГЭС
Диагностические показатели уровней воды в пьезометрах
Каждая секция водосливной плотины оснащена пьезометрическим створом (створы № 2, 3, 4 и 5), расположенным по оси секции, а крайняя левая секция № 1 - дополнительным вторым створом (створ № 1), устроенным вдоль внешнего межсекционного шва для контроля сохранности шпонки. В основании каждой секции ведётся контроль за напором в глубинных горизонтах основания водослива.
В качестве ключевых зон подземного контура плотины выбраны области, где пьезометрами контролируется эффективность работы наиболее ответственных противофильтрационных устройств, а эпюры противодавления имеют наибольший вес по данным наблюдения, В состав диагностических показателей уровней воды в пьезометрах включены показания;
пьезометров группы П-3, расположенных в конце понура для контроля состояния понура;
пьезометров группы П-4 - в дренаже основания флютбета за верховым зубом, -контролирующие работоспособность верхового зуба и дренажа;
пьезометров групп ПГ-4а и ПГ-46, контролирующих напорные горизонты песчаника и алевролитов.
Диагностические показатели взаимных смещений секций водосливной плотины
На основе щелемерных измерений контролируются раскрытия межсекционного шва (координата Х), горизонтальные смещения секций по потоку (координата У) и вертикальные взаимные смещения (координата Z), За диагностические показатели приняты раскрытие шва и плановое смещение секций, определяемые по показаниям щелемеров на бычках верхнего и нижнего бьефов и в потерне (створы № 1, 2 и 3). По назначенным диагностическим показателям предполагается оперативно контролировать сохранность шпонок при смещениях секций по плановым координатам.
Вертикальные относительные смещения секций не включены в состав диагностических показателей вследствие затухания осадок секций. В случае появления аномальных неравномерных осадок секций они могут выявляться щелемерными измерениями по координате У.
В качестве диагностического показателя осадки секции водосливной плотины приняты значения осадок секции по верховой и низовой граням, осреднённые по фронтальным высотным маркам, расположенным на бычках верхнего и нижнего бьефа: 
и
Выбор такого показателя обусловлен близкими значениями осадок парных фронтальных марок. Неравномерные осадки секций наблюдались в первые годы эксплуатации, после наполнения водохранилища. В настоящее время осадки бетонной плотины (после 40 лет эксплуатации) стабильны и находятся в пределах точности нивелирования II класса.3. Поверочные расчёты водосливной плотины и корректировка расчётной модели
В соответствии с действующим СНиП 33-01-2003 гидротехнические сооружения следует также рассчитывать по методу предельных состояний. Недопущение предельного состояния обеспечивается системой коэффициентов из условия:
γ1cF ≤ R/γn.
Для выявления соответствия проектных величин запаса и принятым в действующих СНиП сгруппируем коэффициенты γ1с, γn:
R/F ≥ γn γ1c.
Для расчёта устойчивости сооружений II класса:
1,20∙1,00 = 1,20 - для основных сочетаний нагрузок,
1,20∙0,9 = 1,08 - для особого сочетания нагрузок.
Соответствующие проектные коэффициенты запаса «К» выше и равны 1,3 и 1,1.
За годы эксплуатации плотины расчётные значения уровней бьефов практически не изменились, а в работе дренажа и противофильтрационных элементов не замечено аномалий и снижения работоспособности. Тогда в предположении, что параметры сдвига плотины и понура (сцепление и коэффициент трения) не изменились, изменение коэффициента устойчивости следует ожидать в связи с непроектным распределением гашения напора в основании сооружения.
Остаточные напоры на всем протяжении противофильтрационного контура ниже проектных предположений. По показаниям пьезометров, расположенных в понурной части основания, можно утверждать, что эффективность работы шпоры и понура выше проектных предположений. В зоне понура установился фильтрационный поток с параметрами, близкими к стационарному.