3.5 Визуальные наблюдения
3.5.1 Визуальные наблюдения являются основным методом контроля сооружений, на которых КИА либо отсутствует, либо имеется в ограниченном количестве. На сооружениях, оснащенных КИА, роль визуальных наблюдений не снижается, поскольку ряд признаков неблагополучного состояния сооружения, его основания, береговых примыканий или бетона как материала могут быть обнаружены только визуальными наблюдениями (проявление выходов фильтрации, выщелачивание, трещинообразование).
3.5.2 Визуальные наблюдения заключаются в систематических осмотрах сооружения и его элементов для оценки их состояния, выявления дефектов и неблагоприятных процессов, снижающих эксплуатационную надежность сооружения, а также определения видов и объемов ремонтных работ.
3.5.3 Состав визуальных наблюдений на сооружении назначается с учетом его конструктивных особенностей, природно-климатических, геологических и технологических условий, требований эксплуатации, наличия дефектов и неблагоприятных явлений в сооружении и его основании, береговых примыканиях.
3.5.4 В общем случае визуальные наблюдения на бетонных плотинах должны включать:
контроль за трещинообразованием и состоянием швов;
выявление и оценку выходов фильтрации через бетонную кладку, основание и берега;
фиксирование зон ослабленного бетона;
регистрацию и оценку фильтрационно-суффозионных выносов из бетона сооружений, основания и берегов;
контроль состояния бетонных поверхностей, в особенности находящихся в зонах замораживания-оттаивания и в зоне переменного уровня, а также поверхностей водосливов;
контроль состояния боковых поверхностей контрфорсов, для чего необходимо предусмотреть соответствующие мостики и другие приспособления;
контроль за мутностью воды, профильтровавшейся через бетонную кладку (швы, трещины, собственно бетон), основание и берега;
наблюдения за ледовым режимом бьефов;
наблюдения за эрозией берегов водохранилища;
наблюдения за размывами в нижнем бьефе.
3.5.5 Объектами визуальных наблюдений на бетонных плотинах в общем случае являются:
верховая грань плотины выше НПУ, а также в зоне переменного уровня воды;
низовая грань плотины;
водосливы и глубинные водосбросы;
водобойный колодец и водобойная стенка;
турбинные водоводы;
бычки и раздельные устои;
зоны примыкания бетонных сооружений к грунтовым и берегам;
стенки, своды и днища галерей, устроенных в теле плотины, а также на контакте с основанием;
воронка размыва в нижнем бьефе (при отсутствии водобойных сооружений);
берега со стороны верхнего и нижнего бьефов;
зона водохранилища и вся территория в районе гидроузла;
ледовые образования и майны в верхнем и нижнем бьефах.
3.5.6 Помимо перечисленного выше, визуальным осмотрам должны подвергаться:
дренажные устройства в основании и теле плотины (дрены, шахты, колодцы);
контрольно-измерительная аппаратура, установленная на плотине (марки, репера и т.п.);
механическое оборудование ГТС (затворы, краны, сороудерживающие решетки, лебедки и т.п.), повреждения которых могут отразиться на состоянии плотины.
3.5.7 Систематические визуальные наблюдения сопровождаются описаниями наблюдаемых явлений, зарисовками, фотоснимками и простейшими замерами. Кроме этого, при проведении визуальных наблюдений следует фиксировать в журнале наблюдений уровни воды в бьефах, температуру воздуха и воды. После неординарных событий, таких как землетрясение, ураган, ливень, паводок с высоким расходом, гидравлический удар и т.п., следует проводить внеочередные визуальные обследования.
Визуальные наблюдения бетонных сооружений проводятся специалистами-гидротехниками, при этом должны выполняться следующие требования: систематичность наблюдений во времени, тщательность осмотров сооружений и сравнимость результатов, полученных на различных временных стадиях для различных этапов состояния и работы сооружения.
Периодичность осмотров рекомендуется принимать в пределах одного цикла в месяц. В случае развития неблагоприятных или не вполне объяснимых процессов, частота осмотров и сравнительных оценок увеличивается вплоть до ежедневных.
Выявленные и зарегистрированные визуальным способом повреждения или неблагоприятные явления на сооружении следует по возможности детально обследовать для установления причин их возникновения. Обследования проводятся как непосредственно на сооружении (путем постановки простейших опытов, регулярных измерений отдельных параметров, отбором и испытанием проб и т.п.), так и в камеральных условиях (путем изучения проектной документации, результатов инструментальных наблюдений и исследовательских работ, годовых отчетов о состоянии сооружения, дневника наблюдений и других документов).
В местах наиболее крупных повреждений и неблагоприятных явлений и процессов (трещины, выщелачивание бетона, значительная фильтрация через бетон или основание и т.п.) при необходимости устанавливаются простейшие средства измерений (маяки, марки) или контрольно-измерительная аппаратура (щелемеры) для наблюдений за развитием этих процессов и их влиянием на надежность сооружения.
Анализ результатов визуальных наблюдений и обследований, а также данных инструментальных наблюдений выполняется, как правило, одновременно. На основании этого анализа производится оценка состояния сооружения.
Визуальные наблюдения за поверхностью бетона выявляют трещины, очаги фильтрации, подтеки, налеты и напластования продуктов выщелачивания, раковины, пустоты, отслаивание и выкрашивание бетона, обнажение арматуры и др. Подводные части сооружения осматриваются водолазами, и результаты оформляются актами. При водолазных осмотрах следует использовать подводные телевизионные установки.
Обнаруженная при осмотре бетонной поверхности трещина должна быть заинвентаризирована: на трещину заводится специальная отдельная карточка (или журнал), ей присваивается порядковый номер, индекс, записывается дата появления (обнаружения). Трещина зарисовывается и делается ее привязка в плане и по высоте; указываются границы ее распространения, измеряется и записывается величина раскрытия трещины. Если трещина обнаружена в потерне, делается развертка по периметру потерны с зарисовкой на ней хода трещины.
Наблюдения за трещинами с применением простейших инструментов заключаются в изучении закономерности "жизни" трещины во времени, определении ее длины и ширины раскрытия. Длина трещин и их местоположение определяются с помощью рулетки с точностью 0,1 м. Простейшим методом качественного определения состояния трещины являются специальные гипсовые или стеклянные маяки, устанавливаемые на трещину.
Визуальные наблюдения за состоянием межсекционных и строительных швов сводятся к периодическим осмотрам швов в доступных для этого местах и фиксации их состояния: сухой, мокрый, имеется или отсутствует фильтрация (капельная, струйчатая), имеются или отсутствуют натеки, следы выщелачивания и т.п. Для количественной оценки состояния шва он может быть оборудован одноосным, двухосным или трехосным щелемером.
В эксплуатационный период визуальные наблюдения (осмотры) за трещинами и швами должны производиться не реже одного раза в месяц. При этом следует фиксировать также фильтрационные проявления и наличие или отсутствие коррозии бетона в зоне шва или трещины. Инструментальные наблюдения начинаются сразу же после установки соответствующей КИА и продолжаются весь период эксплуатации.
Если шов или трещина являются заметно фильтрующими, измерения их раскрытия должны одновременно сопровождаться измерениями фильтрационного расхода.
Визуальные наблюдения за фильтрацией воды через бетонную кладку проводятся для выявления участков дефектного бетона (трещиноватость и пористость), качества строительных швов, суффозионных процессов, интенсивности выщелачивания бетона фильтрующейся водой и других коррозионных воздействий окружающей среды (вода - воздух).
Систематические визуальные наблюдения, проводимые в зоне водохранилища, должны оценивать следующее:
переработку берегов;
засорение акватории вблизи гидроузла лесом, торфом и другим мусором;
заиление и зарастание водохранилища;
температурный и ледовый режимы;
качество воды;
соблюдение природоохранных требований в пределах водоохранных зон.
В прибрежной полосе контролируются места фильтрационных утечек воды из водохранилища и заболачивание прилегающей территории.
На водохранилищах, расположенных в зоне вечной мерзлоты, должны контролироваться также криогенные процессы, деформации ложа и берегов в зоне сработки водохранилища.
3.5.20 После сбора данных визуальных наблюдений и обследований в необходимом для оценки состояния сооружения количестве проводится ретроспективный (за весь период наблюдений) сравнительный анализ изменений во времени контролируемых показателей и параметров. На основании этого анализа делается вывод о динамике развития наблюдаемых процессов, периодичности повторения того или иного явления, изменении какой-либо дефектной зоны и т.п.
3.6 Старение плотин
3.6.1 Бетонные гидротехнические сооружения и их основания, находящиеся в длительной эксплуатации, подвергаются процессам старения. Эти процессы охватывают как системы плотина - основание в целом, так и материалы сооружений и их оснований, что может привести к снижению надежности и безопасности сооружений.
3.6.2 Старение сооружений как конструкций и их оснований в целом проявляется в изменении характера их статической работы, старение материалов сооружения и основания - в изменении их физических свойств, ведущих к потере прочности и несущей способности, уменьшении водонепроницаемости.
3.6.3 Основными признаками старения системы плотина - основание являются:
возобновление осадки, горизонтальных перемещений плотины и каньона;
увеличение фильтрационных расходов и пьезометрических напоров;
увеличение немонолитности рабочего профиля плотины вследствие дополнительного раскрытия швов, трещинообразования, перераспределения напряжений;
коррозионные процессы в бетоне, связанные с уменьшением его прочности, коррозионной стойкости;
нарушение нормальной работы элементов инженерной защиты плотин (цементационная завеса и дренажные устройства), приводящее к снижению надежности плотины за счет изменения действующих нагрузок и схемы работы сооружения (повышение градиентов напора, противодавления);
разрушения в зонах попеременного замораживания-оттаивания бетона (зоны переменного уровня, поверхности водосбросов).
3.6.4 Параллельно с деструктивными процессами в бетоне плотин могут развиваться и конструктивные, приводящие к упрочнению структуры бетона. Его прочность может намного увеличиться по сравнению с марочной. В практике эксплуатации плотин нет данных об обязательном ослаблении с возрастом структуры массивного бетона. Обычно разрушение наблюдается в поверхностных слоях бетона.
4 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
4.1 Перемещения
4.1.1 Перемещения тела плотины являются одной из основных характеристик, позволяющей контролировать свободные деформации эксплуатируемой плотины.
Горизонтальные перемещения имеют сезонный характер, обусловленный влиянием колебания УВБ и температуры наружного воздуха, а также зависят от жесткости контролируемой секции, связанной с ее конструктивными особенностями, геологией основания и состоянием контактного шва под напорной гранью и т.д.
4.1.1.1 Анализ перемещений начинается с установления календарных сроков их экстремальных значений, величины размаха (амплитуды), характера изменения во времени (степень обратимости перемещений), сопоставления этих параметров для разного вида контролируемых секций.
4.1.1.2 По результатам регрессионного анализа следует определить влияние на перемещения:
сезонных колебаний уровня воды водохранилища и температуры наружного воздуха;
сезонной немонолитности (раскрытие строительных горизонтальных швов);
вида секций (станционные, глухие, водосливные);
состояния контактного шва под напорной гранью.
4.1.1.3 При наличии необратимой составляющей, используя методы статистического анализа, необходимо определить ее характер и причины появления необратимых явлений (геологическая среда, изменение действующих нагрузок, увеличение немонолитности контролируемой секции и т.д.).
4.1.1.4 В гравитационных и контрфорсных плотинах анализируются горизонтальные перемещения в направлениях по потоку и поперек потока, в арочных - радиальные и тангенциальные. По виду эпюр перемещений, построенных по результатам измерений радиальных и тангенциальных перемещений во всех контролируемых точках, можно судить о степени симметричности работы арочных плотин.
4.1.1.5 Перемещение гребня плотины обычно выбирается в качестве параметра, диагностирующего работу плотины. Для этой цели по многолетним данным наблюдений разрабатывается статистическая прогнозная модель, связывающая перемещения с действующими силами и состоянием системы плотина - основание.
4.1.1.6 По характеру распределения перемещений по высоте плотины можно судить о монолитности напорной грани. При ее нарушении наблюдается излом в эпюре горизонтальных перемещений по потоку.
4.1.1.7 При обработке данных измерений вертикальных перемещений (осадки) плотины, полученных разными способами (геометрическое, гидростатическое нивелирование), необходимо учитывать их соответствующие допустимые погрешности.
4.2 Фильтрационный режим
4.2.1 При анализе инструментальных и визуальных наблюдений за фильтрационным режимом (работа подземного контура плотины и водонепроницаемость ее тела) необходимо располагать информацией о наличии заиления водохранилища, влиянии скорости наполнения водохранилища на формирование фильтрационного потока в основании, взаимосвязи между состоянием контактного шва под напорной гранью и противодавлением в основании и фильтрационными расходами, зависимости фильтрации через тело плотины от ее напряженно-деформированного состояния.
4.2.2 На основании этих данных необходимо установить:
основные закономерности сезонных изменений фильтрационного режима в основании и теле плотины;
характер изменения пьезометрического напора в основании, его связь с УВБ и НДС плотины и основания;
причины фильтрации через напорную грань;
распределение фильтрации через бетонную кладку по отметкам;
характер фильтрации (сезонный, постоянный).
4.3 Напряженное состояние
4.3.1 Перевод измеренных деформаций в напряжения следует выполнять после анализа показаний тензометра, установленного в свободном объеме бетона («конус»). Этот анализ заключается в выявлении в зависимости «деформация-температура» наличия или отсутствия необратимой компоненты, не связанной с сезонными изменениями температуры.
4.3.1.1 По указанной зависимости определяется:
коэффициент линейного расширения (к.л.р.) бетона при положительной и отрицательной температуре;
температура замораживания бетона;
наличие необратимой составляющей, обусловленной влажностными и структурными изменениями в бетоне как материале.
4.3.1.2 При анализе напряженного состояния плотины следует увязывать между собой напряжения в различных измерительных точках для оценки статической работы всего сооружения. Например, изменение напряжений по обе стороны межстолбчатых швов и характер эпюры напряжений в горизонтальных сечениях показывают степень монолитности профиля.
Сопоставление изменений напряжений на одном горизонте в арочных плотинах определяет схему работы сооружения. Сопоставление деформаций (напряжений) в прискальном бетоне и скале показывает условия работы береговых примыканий.
Сопоставление характера и значений напряжений в одинаково расположенных измерительных точках различного вида секций позволяет выявить специфику работы этих секций.
4.3.1.3 Итогом анализа НДС должно быть:
выявление наиболее напряженных зон в плотине и выяснение причин их возникновения;
определение фактической схемы НДС всего сооружения и его элементов;
определение роли действующих факторов (гидростатическое давление, температурные воздействия, сезонная немонолитность тела плотины, влияние трещин и т.д.) в сезонных изменениях напряжений по результатам статистического анализа данных;
составление прогнозных моделей для оценки напряжений в наиболее характерных измерительных точках;
обоснование проведения новых наблюдений или исследований для уточнения схемы работы плотины;
оценка конструкционной прочности плотины;
корректировка критериальных значений диагностических показателей надежности.
4.3.1.4 При переводе измеренных деформаций в напряжения используют модуль упруго-мгновенных деформаций, полученный по результатам испытаний бетона плотины. В математических моделях определяют напряжения с учетом конструкционного модуля, величина которого всегда меньше. В расчетной практике следует использовать конкретные значения коэффициента линейного расширения бетона при положительной и отрицательной температуре, полученные по измерениям деформаций в свободном объеме бетона «конусе».
|
