П-836-85. Рекомендации по определению предельно допустимых значений показателей состояния и работы гидротехнических сооружений

бесплатная нормативная документация

ГИДРОПРОЕКТ ИМ. С.Я. ЖУКА МИНЭНЕРГО СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ И РАБОТЫ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

П-836-85

Гидропроект

Рекомендации по определению предельно допустимых показателей работы гидротехнических сооружений разработаны во исполнение приказа Минэнерго СССР от 11.10.79 г. № 262 и приказа института «Гидропроект» от 10.02.81 г. № 65 "О мерах по дальнейшему усилению надзора за гидротехническими сооружениями электростанций и обеспечению их безопасной эксплуатации", в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Минэнерго СССР» и других нормативных документов /1-7/. Рекомендации имеют целью обеспечить оперативный контроль и единый подход к оценке состояния напорных гидротехнических сооружений эксплуатационным персоналом. Предлагается определять значения показателей состояния сооружения по результатам расчетов, выполненных в соответствии со СНиП, и уточнять их на основе результатов натурных наблюдений.

Рекомендации разработаны Научно-исследовательским сектором Гидропроекта им. С.Я. Жука: начальник канд. техн. наук Золотов Л.А., исполнители: канд. техн. наук Царев А.И., Блинов И.Ф., Аникеев Ф.Г. и канд. техн. наук Ронжин И.С.

Рекомендации предназначены проектным подразделениям института «Гидропроект» им. С.Я. Жука для проектируемых и эксплуатируемых гидротехнических сооружений. Отдельные положения рекомендаций, касающиеся длительно эксплуатируемых гидросооружений, могут использоваться инженерно-техническим персоналом электростанций.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие рекомендации являются методическим документом для определения предельно допустимых значений показателей работы напорных гидротехнических сооружений I, II и III классов. Рекомендации предназначены для оперативного контроля состояния строящихся и эксплуатируемых сооружений и используются при проектировании сооружений, разработке программ натурных наблюдений, составлении проектов размещения контрольно-измерительной аппаратуры, при обработке и анализе данных натурных наблюдений. Рекомендации имеют целью повысить безопасность напорных гидротехнических сооружений.

1.2. Под предельно допустимыми значениями показателей имеются в виду такие, при достижении которых устойчивость или прочность сооружения, его основания или их отдельных элементов еще соответствуют нормативным требованиям. Превышение фактической (измеренной на сооружении) величины одного или нескольких показателей над их заданными предельно допустимыми значениями будет указывать на то, что состояние сооружения не отвечает требованиям СНиП. В этих случаях рекомендуется выполнить анализ результатов всех измерений для обоснования мероприятий по ремонту или усилению сооружения.

1.3. Оперативная оценка состояния сооружений производится на основе сравнения установленных проектом предельно допустимых показателей с результатами измерений этих же показателей по контрольно-измерительной аппаратуре, размещенной на сооружениях.

1.4. Оценка состояния сооружений с использованием предельно допустимых показателей не заменяет проведения периодического комплексного анализа состояния и работы сооружений и регулярных визуальных и водолазных осмотров.

1.5. Рекомендации не распространяются на гидротехнические сооружения, расположенные в районе залегания вечномерзлых грунтов и не регламентируют предельно допустимых показателей состояния и работы сооружений при сейсмических воздействиях.

2. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

2.1. Основные показатели работы гидротехнических сооружений характеризуют напряженно-деформированное состояние, фильтрационный и гидравлический режимы в сооружениях, их основаниях и береговых примыканиях (8, 9).

2.2. Значение основных показателей определяется расчетом при проектировании, а состояние сооружения контролируется инструментальными и визуальными наблюдениями непосредственно на сооружении.

К основным показателям состояния и работы гидротехнических сооружений относятся:

осадки и горизонтальные смещения сооружений и их оснований;

деформации температурно-осадочных и межблочных швов бетонных сооружений;

поровое давление и интенсивность его рассеивания в водоупорных элементах грунтовых плотин и оснований;

напряжения в материалах сооружений и оснований (бетон, арматура, скала, грунт и др.);

контактные напряжения в подошвах, на вертикальных и наклонных поверхностях бетонных сооружений;

фильтрационные деформации грунтовых плотин и их оснований;

фильтрационное давление на подошвы бетонных сооружений;

пьезометрические градиенты фильтрации;

отметки депрессионной поверхности фильтрационного потока;

фильтрационный расход воды, поступающий в дренажные устройства или выходящий на дневную поверхность;

размыв русла в нижнем бьефе;

отложения наносов в водохранилище.

2.3. При оценке состояния гидротехнических сооружений на основе значений основных показателей учитывается также повреждения, непредвиденные процессы в сооружениях и их основаниях. Повреждения и непредвиденные процессы связаны с недостаточным объемом инженерно-геологических изысканий, качеством проекта и строительных работ, старением материалов и износом сооружений. К ним относятся: местные оползания и размыв откосов плотин и береговых примыканий, подмыв основания, контактная фильтрация в сопряжениях сооружений, нарушение шпонок, эрозия бетона, снижение прочностных характеристик материалов и т.п.

2.4. Состав контролируемых натурными наблюдениями основных показателей определяется при проектировании в зависимости от класса сооружения, вида конструкций, особенностей основания, условий работы т. п.

3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

3.1. Для проектируемых сооружений предельно допустимые значения показателей работы гидротехнических сооружений определяются на основании расчетов сооружения по непригодности к эксплуатации (предельные состояния первой группы) и по непригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы) в соответствии с действующими СНиП по проектированию бетонных плотин, плотин из грунтовых материалов их оснований и других видов напорных гидротехнических сооружений принимаются равными расчетным их значениям, соответствующим действующим на систему сооружение-основание нагрузкам основного или особого сочетаний.

3.2. Для сооружений с не достаточно определенной в статическом отношении работой и возводимых в сложных природных условиях, предельно допустимые значения показателей назначаются с учетом результатов экспериментальных исследований моделей сооружения.

3.3. Значение одного и того же предельно допустимого показателя может быть неодинаковым для разных зон или точек сооружения. При этом минимальное значение не имеет каких-либо ограничений, а максимальное значение не должно превышать расчетных значений, определенных по действующим СНиП с учетом коэффициентов условий работы и надежности. Так, например, максимальные предельно допустимые растягивающие напряжения в бетоне определяются

по формуле:

где: R_P - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению,

γ_с - коэффициент условий работы,

γ_n - коэффициент надежности.

3.4. Предельно допустимые показатели для длительно эксплуатируемых сооружений определяются по результатам многолетних натурных наблюдений с учетом старения материалов и расчетов, выполненных при проектировании.

Учитывая трудности расчета таких сооружений по новым СНиПам предельно допустимые показатели, как правило, принимаются равными измеренным значениям показателей, установившимся в течение многих лет.

В отдельных случаях, и, в частности, при аварийном состоянии длительно эксплуатируемого сооружения, выполняются поверочные расчеты, которые должны учитывать требования действующих СНиП, изменения нагрузок и физико-механических характеристик материалов.

3.5. Предельно допустимые показатели определяются и уточняются:

3.5.1. При проектировании сооружения значения предельно допустимых показателей принимаются по результатам расчетов или экспериментальных исследований моделей сооружения. Допускается некоторая разница между назначаемой (Н) и расчетной (Р) величинами показателей, которая зависит от точности расчетов, модельных исследований и класса сооружений. Эту разницу рекомендуется ограничить значениями, приведенными в таблице 1.

Таблица 1.

№№ п/п	Методы расчета или исследований	Максимальная разница (Р-Н) в % для сооружений
№№ п/п	Методы расчета или исследований	I класса	II класса
1.	Расчеты методами теории упругости с учетом нелинейной зависимости между напряжениями и деформациями, пространственной работы, трещин и т.п.	±5	±10
2.	Экспериментальные исследования плоских и пространственных моделей	±5	±10
3.	Расчеты упрощенными методами строительной механики	±10	±15

Расчетные значения предельно допустимых показателей в виде отдельной таблицы с необходимыми пояснениями должны входить в состав проекта.

3.5.2. При сдаче сооружения в эксплуатацию предельно допустимые показатели уточняются и дополняются на основе конструктивных и других изменений проекта, внесенных в ходе строительства, результатов натурных исследований, контрольных расчетов, выполненных с учетом технологических напряжений строительного периода и уточненных физико-механических характеристик материалов сооружения и основания.

Уточнение и дополнение предельно допустимых контролируемых значений показателей должно производиться комиссией с участием исполнителей расчетов, экспериментальных и натурных исследований. В виде отдельного документа они передаются службе эксплуатации для оперативной оценки состояния сооружений.

3.5.3. При каждом очередном обследовании сооружений предельно допустимые контролируемые показатели могут быть уточнены, если в процессе эксплуатации были выявлены новые особенности в работе сооружения. Уточнения предельно допустимых показателей в этом случае могут быть сделаны на основе контрольных расчетов, выполненных с учетом вновь выявленных особенностей в работе сооружения, и результатов длительных натурных наблюдений и исследований сооружения в условиях нормальной эксплуатации.

3.6. Предельно допустимые контролируемые показатели, после 3÷5 лет нормальной эксплуатации сооружения рекомендуется устанавливать по двум параметрам:

- абсолютные значения показателей,

- допустимая интенсивность их изменения во времени.

Необходимость контроля интенсивности изменения показателей обусловлена тем, что в период нормальной эксплуатации в работе сооружений могут возникнуть по разным причинам не предусмотренные проектом негативные явления, которые проявляются в виде резкого увеличения деформаций сооружения (осадки, горизонтальные перемещения), противодавления по подошве, фильтрационного расхода и др.

3.7. По характеру изменений во времени показателей в работе сооружения различается три периода.

3.7.1. В строительный период и при первом наполнении водохранилища рост величин контролируемых показателей не имеет определенной закономерности и зависит от интенсивности и технологии возведения, строительных нагрузок и др. Поэтому допускаемая интенсивность изменения показателей во времени для этого периода не назначается.

3.7.2. После окончания строительства и загружения сооружения нормальными эксплуатационными нагрузками значения одних показателей постепенно увеличиваются (реже - уменьшаются) в результате нарастания неупругих деформаций, перераспределения напряжений, рассеивания порового давления, тепла, трещинообразования и т.п. Другие показатели в этот период могут иметь стабильные колебания под воздействием сезонных колебаний температуры воздуха и уровня воды. Допустимая интенсивность изменения показателей в этот период оценивается по аналогам приближенно.

3.7.3. В эксплуатационный период о нормальном состоянии сооружения свидетельствуют установившиеся колебания величин показателей. Допустимая интенсивность изменения показателей в этот период принимается равной фактической интенсивности в предыдущие годы нормальной эксплуатации. При наличии результатов контрольных расчетов и экспериментальных исследований, выполненных после возведения сооружения, допустимая интенсивность назначается с учетом этих результатов.

3.8. В случаях, когда один из контролируемых на сооружении показателей достигнет предельно допустимого значения или при других нарушениях нормального состояния сооружения, предусмотренных инструкцией по его эксплуатации, службой эксплуатации с привлечением проектной и научно-исследовательской организации, выясняются причины и оцениваются возможные последствия обнаруженного нарушения нормального состояния сооружения. При этом одной из задач научно-исследовательской организации является анализ представительности и достоверности показаний КИА.

3.9. В случае, если комиссией по обследованию сооружения, состоящей из представителей службы эксплуатации, проектной и научно-исследовательских организаций, будет признана возможность возникновения аварийной ситуации, разрабатываются предложения по ее исключению. Служба эксплуатации после согласования предложений с проектной организацией немедленно приступает к выполнению организационно-технических мероприятий по реализации этих предложений.

3.10. Методика определения основных показателей приведена в рекомендуемых приложениях 1¸7. В справочном приложении 8 приведены примеры определения предельно допустимых показателей состояния и работы некоторых сооружений.

4. ТРЕБОВАНИЯ К НАТУРНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ И СРАВНЕНИЕ ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ С ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ

4.1. Ниже приводятся только те требования к натурным наблюдениям, выполнение или учет которых необходим для обеспечения оперативности и эффективности контроля состояния сооружений с использованием предельно допустимых показателей.

4.2. Размещение измерительной аппаратуры в сооружении рекомендуется таким, чтобы для каждого расчетного предельно допустимого показателя имелась соответствующая ему измеренная величина показателя.

4.3. Измерительные преобразователи устанавливаются в первую очередь в тех зонах или точках, которые наиболее "чувствительны" к изменениям состояния конструкции или в которых по данным расчетов показатели имеют максимальные значения.

К таким зонам можно отнести: трещины и разломы в скальных основаниях; участки слабых пород; контакт бетон-скала; примыкания к скальным бортам плотин; температурно-осадочные и блочные швы бетонных и железобетонных сооружений; гребни и зоны сопряжения с основанием наиболее высоких участков плотин; дренажные устройства; противофильтрационные элементы плотин из грунтовых материалов; зоны возможной контактной фильтрации; сопряжения бетонных и земляных сооружений и др.

4.4. Учитывая возможность преждевременного выхода из строя отдельных измерительных преобразователей, а также с целью повышения достоверности данных измерений в неоднородных материалах, в указанных зонах сооружений и их основаниях измерительные преобразователи рекомендуется устанавливать группами по 2÷3 шт., дублировать измерения разными способами.

4.5. Измерения показателей работы сооружений выполняется возможно более простыми и надежными средствами. В случае применения недостаточно долговечных измерительных средств предусматривается возможность их замены.

4.6. Для упрощения сопоставления измеренных показателей с предельно допустимыми составляется специальная таблица для всех сооружений гидроузла. В этой таблице для строительного периода приводятся следующие материалы (см. справочное Приложение 8, таблица 1):

- наименование всех показателей состояния сооружений, контролируемых натурными наблюдениями;

- первоначальные расчетные значения показателей, взятые из проекта;

- способы определения значения каждого показателя по данным измерений;

- значения показателей по данным измерений на характерные периоды работы сооружений.

4.7. Во время нормальной эксплуатации в таблицах дополнительно помещаются уточненные по данным измерений значения предельно допустимых контролируемых показателей (абсолютная величина, интенсивность измерения во времени) и значения показателей по данным измерений в характерные периоды работы сооружений. Значения показателей, измеренные во время строительства и временной эксплуатации, как правило, не приводятся.

Приложение 1

Рекомендуемое

ОСАДКИ СООРУЖЕНИЙ

1. Расчеты быстро затухающих осадок сооружений на скальных и песчаных основаниях дают, как правило, результаты, удовлетворяющие требованиям оперативного контроля безопасности сооружений с использованием предельно допустимых показателей. В случае большой разницы между расчетными и фактическими осадками в конце строительства, или после первого наполнения водохранилища, выполняются повторные расчеты, по результатам которых и данным измерений корректируются первоначальные расчетные значения предельно допустимых осадок.

2. Расчеты длительных осадок оснований из неоднородных глинистых и иловатых грунтов не позволяют получить достаточно точные закономерности их изменения в течение периода строительства и первых лет эксплуатации, необходимые для определения предельно допустимых показателей сооружения. Изменение осадки во время строительства зависит от ряда производственных факторов, и, в большинстве случаев, не поддается прогнозу. Прогноз дальнейшего изменения осадок в условиях нормальной эксплуатации, отражающий предельно допустимые осадки на любой момент времени, выполняется в соответствии с нижеизложенными в п. 3¸6 рекомендациями /10/.

3. График изменения измеренных осадок за первые 2÷3 года вторичного уплотнения грунтов основания апроксимируется методами математической статистики по гиперболической зависимости вида:

, (1)

где

S_t - осадка в момент времени t,

S_∞ - конечная осадка при t = ∞,

t₀ - период загрузки основания и стабилизации фильтрации, предшествующий периоду вторичного уплотнения основания,

a - параметр уравнения.

4. По зависимости (1) подсчитывается предельно допустимая осадка на любой момент времени предстоящей эксплуатации или строится кривая осадок до момента времени, когда скорость осадок будет составлять 2¸3 мм в год, т.е. практически до полного затухания осадок.

5. Предельно допустимые значения осадок определяются для секций и участков сооружения, отличающихся величинами нагрузок на основание или инженерно-геологическими свойствами основания, и оснащенных средствами измерения осадок.

6. В случаях, когда осадка основания, особенно равномерная по длине сооружения, не вызывает каких-либо опасений за безопасность сооружения, основное внимание уделяется контролю изменений интенсивности осадок во времени с целью обнаружения возможного развития непредвиденных неблагоприятных процессов в основании (изменение характеристик грунта, химическая или механическая суффозия и т.п.).

7. Измерения осадок производится геодезическими методами с помощью поверхностных и глубинных марок различных типов.

Приложение 2

Рекомендуемое

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРЕБНЯ БЕТОННЫХ ПЛОТИН

1. Горизонтальные перемещения гребней бетонных гравитационных и контрфорсных плотин являются одним из важнейших показателей прочности и устойчивости плотин, поскольку они характеризуют статическую работу сооружений и оснований в целом.

2. Горизонтальные перемещения гребня бетонной плотины наскальном основании в эксплуатационный период обусловлены:

воздействием водохранилища на плотину;

температурными изменениями в теле плотины, зависящими от изменения температуры внешней среды (воздух, вода);

неупругими деформациями скального основания и материала плотины.

3. В качестве первого приближения за предельно допустимое горизонтальное перемещение гребня плотины принимается величина, полученная расчетом методами строительной механики при принятых в проекте модуле упругости бетона и модуле деформации основания.

4. Предельно допустимая величина горизонтальных перемещений гребня плотины должна быть уточнена в процессе эксплуатации на основе контрольных расчетов с учетом фактических модулей упругости бетона и модулей деформации основания, а также выявленных закономерностей работы реального сооружения и количественной оценки всех факторов, влияющих на перемещения плотины.

5. Для уточнения предельно допустимых контролируемых величин горизонтальных перемещений гребня бетонных плотин используют статистический метод с целью установления эмпирической зависимости горизонтальных перемещений от уровня воды в водохранилище (Н), температуры внешней среды (t) и времени (Т) в соответствии с «Рекомендациями по прогнозированию экспериментальных перемещений гребня бетонных гравитационных плотин в период их эксплуатации» /11/

(1)

где: u - горизонтальные перемещения гребня плотины

H - уровень верхнего бьефа

t - температура

Т - время, сутки

6. За уточненные предельно допустимые величины горизонтальных перемещений принимаются величины их прогнозируемых экстремальных значений, вычисленных по методике указанных рекомендаций, в предположении что максимальные и минимальные перемещения от действия воды водохранилища совпадают по фазе с максимальными и минимальными перемещениями от температурных воздействий.

7. Измерения горизонтальных перемещений производятся с помощью прямых и обратных отвесов, а также методом триангуляции.

8. Измеренные перемещения гребня плотины во всех случаях не должны превышать предельно допустимых величин. Превышение измеренных над прогнозируемыми перемещениями будет свидетельствовать о появлении аномалии в работе сооружения.

Приложение 3

Рекомендуемое

НАПРЯЖЕНИЯ В БЕТОНЕ

1. Для бетонных плотин за предельно допустимую величину напряжений принимаются величины напряжений, полученные расчетом или испытанием моделей в контролируемых точках. Величины напряжений в бетоне плотин определяют методами сопротивления материалов (плотины высотой до 60 м), методами теории упругости по схемам плоской или объемной задачи, экспериментальными методами (неразрезные плотины, работающие в сложных пространственных условиях) в соответствии с СНиП II-54-77.

2. Для бетонных конструкций, прочность сечений которых определяется сопротивлением бетона на растяжение и по условиям эксплуатации в бетоне не допускаются трещины, за максимальное значение предельно допустимого напряжения в бетоне принимается расчетное сопротивление бетона на растяжение для предельных состояний первой группы с учетом коэффициентов условий работы и коэффициента надежности /2/.

3. Для бетонных конструкций, прочность сечения которых определяется сопротивлением бетона сжатию за максимальное значение предельно допустимого напряжения в бетоне принимается расчетное сопротивление бетона сжатию для предельных состояний первой группы с учетом коэффициентов условий работы и коэффициента надежности /2/.

4. Действительные напряжения в бетоне плотин определяют по измеренным деформациям бетона и физико-механическим характеристикам, полученным испытаниями бетона, с использованием теории упруго ползучего тела. Вычисление напряжений рекомендуется производить на ЭВМ.

5. Измерение деформаций бетона производится преобразователями линейных деформаций типа ПЛДС, устанавливаемых в контролируемых точках сечений плотин группами (плоские или объемные "розетки") или одиночно.

6. Измерения линейных деформаций бетона сопровождаются погрешностями, обусловленными взаимодействием преобразователя с бетоном /12,13/. Действительные значения деформаций бетона определяют по зависимости

(1)

где: ε_д - действительное значение деформаций

ε_изм - измеренное значение деформаций

К - коэффициент, учитывающий погрешность измерений (для используемых при натурных наблюдениях ПЛДС К = 0,8).

7. Во всех случаях напряжения, вычисленные по измеренным деформациям не должны превышать предельно допустимых, принятых по п. 1, 2 и 3 настоящего приложения.

Приложение 4

Рекомендуемое

НАПРЯЖЕНИЯ В АРМАТУРЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ СООРУЖЕНИЙ

1. Для железобетонных конструкций, прочность сечений которых определяется по растянутой арматуре, и которые рассчитываются по раскрытию трещин, за предельно допустимую величину напряжений в арматуре принимаются напряжения в арматуре, вычисленные по формуле (58 ) СНиП II-56-77 исходя из предельной ширины раскрытия трещин.

2. Для железобетонных конструкций, прочность сечений которых определяется по растянутой арматуре и по условиям эксплуатации которых не вводятся требования ограничения ширины раскрытия трещин и деформаций, за максимальную предельно допустимую величину напряжений в арматуре принимаются расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы с учетом коэффициентов условий работы арматуры по СНиП II-56-77 и коэффициента надежности, по СНиП II-50-74.

3. Измерение усилий (напряжений) в арматуре выполняются в настоящее время, преимущественно, преобразователями силы типа АД или ПСАС, устанавливаемыми в количестве двух-трех штук в каждой измерительной точке. При измерении двумя преобразователями величина усилия определяется как среднеарифметическое из двух значений. При измерении тремя преобразователями, когда их показания близки между собой, величина усилия определяется как среднее из трех значений.

В случаях, когда показания одного из трех преобразователей значительно отличаются от показаний двух других, показания первого из них не учитываются, а величина усилия определяется как среднее из показаний двух последних преобразователей.

4. Применяемые для измерения усилий (напряжений) в арматуре железобетонных конструкций преобразователи силы (АД, ПСАС) из-за своих конструктивных особенностей отличаются по форме от арматуры периодического профиля, в которую они устанавливаются. Из-за разной величины сцепления с бетоном корпуса преобразователя и арматуры в сечениях с трещинами для раскрывшимися блочными швами, измеренные усилия (напряжения) отличаются от усилий в арматуре.

5. Значения силы растяжения арматуры в контролируемой группе стержней определяют по формуле:

F_д = F_изм при F_изм £ F_в

F_д = F_изм + D при F_изм ³ F_в (1)

F_д - значение силы в арматуре,

F_изм - измеренное значение силы,

F_в - верхний предел измерений,

D - абсолютная величина погрешностей измерений /12, 13/.

6. Во всех случаях измеренные напряжения в арматуре не должны превышать предельно допустимых, принятых по п.п. 1, 2 и 3 настоящего приложения.

Приложение 5

Рекомендуемое

ДЕФОРМАЦИИ И УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ ПЛОТИН ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. В состав контролируемых показателей на плотинах из грунтовых материалов, кроме осадок основания могут быть включены:

- вертикальные и горизонтальные перемещения гребня и берм низового откоса плотины, местные деформации в теле плотины, неравномерность деформаций в продольном и поперечном направлениях, поровое давление в элементах плотины из связных грунтов.

2. Для однородных плотин из несвязных грунтов предельно допустимые деформации для всех характерных сечений плотины и неравномерности общих и местных деформаций принимаются равными их расчетным значениям.

При этом следует учитывать, что во время строительства плотины, до стабилизации деформаций уплотнения, расчетные показатели могут существенно превышать их измеренные значения.

3. Для плотин с противофильтрационными элементами из глинистых грунтов (ядра, экраны), деформации которых могут продолжаться в течение многих лет, предельно допустимые показатели деформаций, их неравномерности и поровое давление принимаются равными прогнозируемым. Прогноз изменения этих показателей во времени выполняется на основе результатов измерений этих показателей в первые годы эксплуатации плотины аналогично прогнозу осадок оснований из связных грунтов (см. приложение 1).

Во время возведения таких плотин и в первые годы их эксплуатации разница между измеренными показателями состояния неконсолидированных элементов плотины и заданными проектом предельно допустимыми показателями может быть значительной и, следовательно, контроль состояния плотины недостаточно эффективным.

4. Устойчивость откосов плотин из грунтовых материалов контролируется с помощью ряда показателей, к основным из которых относятся: положение депрессионной поверхности фильтрационного потока (см. приложение 6), наличие выноса грунта из тела плотины (см. приложение 7), неравномерность осадок гребня и берм низового откоса. В случае обнаружения опасности оползания откоса производится контрольный расчет устойчивости откоса в котором учитываются измеренные значения указанных выше контролируемых параметров и возможное снижение прочностных свойств грунтов.

5. Измерение вертикальных и горизонтальных деформаций производится геодезическими методами и с помощью закладной дистанционной КИА (инклинометры, деформометры, гидростатические системы и др.).

Приложение 6

Рекомендуемое

ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ РЕЖИМ

1. Фильтрационное противодавление. За предельно допустимые значения фильтрационного противодавления на подземный контур бетонных плотин принимаются расчетные величины ординат эпюр противодавления, при которых обеспечивается устойчивость плотины. Последние зависят от напора, типа и конструкций плотины, геологического строения основания, а также от физико-механических свойств материала плотины и пород (грунтов) основания. Расчетные значения эпюр фильтрационного противодавления достигаются устройством требуемых размеров противофильтрационных элементов (понур, завеса, зуб) и дренажей подземного контура плотины /14/.

Предельно допустимые значения ординат эпюр фильтрационного противодавления, также как и другие показатели фильтрационного режима, принимаются равными расчетным их величинам без учета коэффициентов условий работы и надежности, так как последние вводятся в расчеты устойчивости сооружения.

Действительные значения ординат эпюр фильтрационного противодавления определяются изменением уровней воды в пьезометрах с водоприемниками, заложенными под подземным контуром плотины.

2. Депрессионная поверхность фильтрационного потока.

За предельно допустимые значения заглубления депрессионной поверхности в теле грунтовой плотины и в береговых примыканиях гидросооружений от поверхности земли принимаются их расчетные величины, при которых обеспечивается устойчивость плотины, а также предотвращается высачивание фильтрационного потока на низовой откос плотины и на береговые склоны за гидросооружением.

Действительные величины заглубления депрессионной поверхности определяются измерением уровней воды в пьезометрах, установленных в теле грунтовой плотины и в береговых примыканиях гидросооружений.

3. Пьезометрический градиент фильтрации. При фильтрации через грунтовую плотину гидродинамические силы фильтрационного потока в верховой части и ее основании направлены вниз и способствуют уплотнению грунтов, в средней части плотины эти силы действуют горизонтально от верхнего бьефа к нижнему и у низовой грани (откоса) плотины под дренажем они действуют снизу вверх, полностью или частично взвешивая грунт и ухудшая устойчивость плотины. Поэтому, для однородных плотин наиболее важным является контроль пьезометрических градиентов фильтрации при выходе потока в дренаж или в нижний бьеф. Для плотин с противофильтрационными устройствами, кроме контроля за выходными пьезометрическими градиентами фильтрации, необходим контроль за градиентами в этих противофильтрационных устройствах и на контакте их с грунтами оснований. Для плотин со слоистыми основаниями также необходим контроль за пьезометрическими градиентами фильтрации при выходе потока из слоя с мелкозернистым грунтом в слой, представленный более крупнозернистым грунтом и градиентами фильтрации продольного потока в слое сильнопроницаемого грунта на контакте со слабопроницаемым.

За предельно допустимые значения пьезометрических градиентов фильтрации принимаются их расчетные величины равные отношению значений критических градиентов к коэффициентам надежности.

Действительные пьезометрические градиенты фильтрации определяются по измеренным пьезометрическим напорам.

4. Фильтрационный расход. Для определения необходимых размеров отводящей части дренажной системы (водосбросных труб и галерей, открытых кюветов, вертикальных скважин и т.д.) и для выбора необходимых противофильтрационных устройств во всех случаях рассчитываются фильтрационные расходы.

За предельно допустимое значение фильтрационного расхода через напорный фронт сооружения принимается расчетная величина расхода для случая нормальной работы противофильтрационных и дренажных элементов гидросооружения.

Действительные фильтрационные расходы определяются измерением фильтрата в отводящей системе дренажа с помощью расходомеров или объемным способом.

Приложение 7

Рекомендуемое

ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ПЛОТИН И ИХ ОСНОВАНИЙ

1. Фильтрационные деформации проявляются в виде: выпора, механической суффозии, выщелачивания, размыва мелкозернистого грунта продольной фильтрацией на контакте с трещиноватыми породами и крупнозернистыми грунтами, размыва грунтового противофильтрационного элемента фильтрацией по трещинам, образовавшихся в нем в результате неравномерных осадок, смещений, а также отслаивания агрегатов связного грунта. Предельно допустимые значения фильтрационных деформаций плотин и их оснований зависят от типа деформации /15/.

2. Выпор грунта восходящим фильтрационным потоком зависит от связности грунта или заполнителя трещин, крупности обратного фильтра, величины пригрузки и динамичности фильтрации. Явление выпора, проявляющееся обычно в виде восходящего ключа (грифона) с выносом грунта, в плотинах недопустимо. Выпор контролируется по предельно допустимым значениям пьезометрического градиента фильтрации при выходе потока в нижний бьеф (п. 3 Приложения 6).

3. Механическая суффозионность грунтов зависит от гранулометрического состава, плотности скелета грунта и пьезометрического градиента фильтрации. Она может возникнуть в местах выхода фильтрационного потока с максимальными скоростями и пьезометрическими градиентами. Механическая суффозионность грунтов контролируется по допустимым значениям пьезометрических градиентов и мутности фильтрационного потока при выходе его в дренажи плотин и в нижний бьеф.

За предельно допустимые их значения принимаются их расчетные величины.

Фактические значения мутности фильтрационного потока определяются путем отбора проб воды из дренажей плотин и из места выхода фильтрационного потока в нижний бьеф.

4. Интенсивность выщелачивания водорастворимых включений в грунтах (породах) оснований плотин зависит от их минералогического состава, степени минерализации фильтрационного потока, водопроницаемости грунтов (пород), их напряженного состояния и пьезометрического градиента фильтрации. Этот вид фильтрационной деформации контролируется по предельно допустимым значениям минерализации фильтрационного потока в зоне водорастворимого включения. Таковыми значениями являются бытовые, имевшие место до возведения гидросооружения.

Фактические значения минерализации фильтрационного потока в районе водорастворимого включения определяются их измерением кондуктомерами и взятием проб воды и их химическим анализом.

Приложение 8

Справочное

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Для иллюстрации изложенной методики ниже приведены предельно допустимые показатели напорных сооружений трех гидроузлов при основных сочетаниях нагрузок.

1. В таблице 1 представлены первоначальные (расчетные) и уточненные по данным натурных наблюдений предельно допустимые показатели напорных сооружений гидроузла, в состав которого входят здание ГЭС и три земляные плотины с напором до 45 м. Показатели здесь уточнялись дважды – в период временной эксплуатации после окончания строительства и в конце 6-летнего периода постоянной эксплуатации.

После второго уточнения одни показатели остались без изменений – равными расчетным, а величины других уменьшены или увеличены. Такое изменение величин предельно допустимых контролируемых показателей является следствием изменений первоначального проекта в процессе возведения сооружений, недостаточным учетом в расчетах технологии возведения сооружений и отличие фактических физико-механических свойств грунтов оснований и земляных плотин от принимавшихся в расчетах. Так, уменьшены предельно допустимые контролируемые величины осадки гребней левобережной и правобережной земляных плотин, а также минимальных потерь напора на цементационной завесе левобережной земляной плотины. Уменьшены величины четырех показателей фильтрационного режима сооружений и, наоборот, увеличены предельно допустимые осадки здания ГЭС и русловой земляной плотины.

Предельно допустимые величины интенсивности изменения показателей во времени приняты по результатам анализа данных многолетних натурных наблюдений.

2. В таблице 2 представлены первоначальные (расчетные) предельно допустимые показатели, их измеренные и рекомендуемые значения для бетонной гравитационной плотины высотой 113 м на завершающей стадии ее возведения. В этой таблице приведены только те показатели, по которым в проекте найдены расчетные значения и имеются удовлетворительные результаты измерений.

На этой стадии, как указывалось выше, предельно допустимые значения интенсивности изменения показателей в большинстве случаев не назначаются.

3. В таблице 3 представлены предельно допустимые показатели работы арочной плотины высотой 70,0 м. В таблице приводятся расчетные и измеренные значения предельно допустимых показателей работы сооружения и уточненные после десяти лет эксплуатации. Как видно из таблицы, в некоторых случаях измеренные значения горизонтальных перемещений гребня плотины и напряжений в бетоне оказались больше проектных. Это объясняется тем, что при проектировании плотины в расчетах не учитывались температурные воздействия. Уточненные значения предельно допустимых контролируемых величин горизонтальных перемещений приняты равными расчетным, полученным с учетом реальных физико-механических характеристик бетона и фактических нагрузок (гидростатика, температурные воздействия) и сниженным на 10 % для учета возможных погрешностей при выполнении расчетов арочной плотины по моментной теории оболочек методом конечных разностей.

Предельно допустимые величины сжимающих и растягивающих напряжений в бетоне определены исходя из фактических расчетных сопротивлений бетона сжатию и растяжению с учетом коэффициентов условий работы и надежности в соответствии с рекомендациями настоящих указаний.

Таблица 1

№№ п/п	Наименование сооружения	Наименование показателя	Способ определения измеренного показателя	Первонач. предельно допустим, величина (расчетная)	Измеренная величина показателя после 6 лет эксплуатации		Уточненная предельно допустимая величина показателя
№№ п/п	Наименование сооружения	Наименование показателя	Способ определения измеренного показателя	Первонач. предельно допустим, величина (расчетная)	абсолютная величина	интенсивность	абсолютная величина	интенсивность
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.	Здание ГЭС	1. Осадки основания	Среднее значение по восьми маркам	90 мм	63,1 мм	1,5 мм/год	150 мм	6 мм/год
		2. Горизонтальные перемещения	Среднее значение по пяти контрольным пунктам	30 мм	8,3 мм	3,6 мм/год	30 мм	8 мм/год
		3. Раскрытие межсекционного шва	Среднее по щелемерам 10,11,12,9,9а, 9в	20 мм	Низ-1,9мм Верх+4,0 мм	0,0 0,4 мм/год	20 мм	4 мм/год
		4. Фильтрационный расход из дренажа	Мерным сосудом	4 л/с	0,09 4л/с	0,03 л/с	0,4 л/с	0,04л/с
		5. Противодавление по пьезометрам в инъекционной потерне	Расчет по данным измерений	-	45,7 % Н	2,6 % Н	50 % Н	3 % Н
		6. То же в сухой потерне	Расчет по данным измерений	50 % Н	25 % Н	10 % Н	5 % Н	3 % Н
2.	Русловая плотина	1. Осадки основания 2. Осадки гребня	По марке 206 Среднее значение по маркам 10-1 и 10-2	90 мм 100 мм	92 мм 135 ми	4 мм/год 7 мм/год	200 мм 300 мм	6 мм/год 15мм/год
		3. Фильтрационный расход	Расчет по данным измерений	250 л/с	11,1 л/с	-	25,0 л/с	2,5 л/с
		4. Положение депрессионной кривой за ядром	По пьезометрам 3-2, 5-1а, 7-1a, 9-1a и 10-1	отм. 267 м	Отм 256,8 м	1,0 % Н	отм. 267 м	3 % Н
		5. Максимальный пьезометрический уровень под инъекционной галереей	Максимальный по группе пьезометров	80 % Н	76 % Н	3 % Н	80 % Н	3 % Н
3.	Левобережная земляная плотина	1. Осадки гребня	Среднее значение по маркам 12-1 и 12-2	300 мм	56 мм	2 мм/г	150 мм	15 мм/г
		2. Суммарный фильтрационный расход по водосливам	По мерным водосливам 1, 2, 3	250 л/с	203 л/с	0,3 л/с	250 л/с	25 л/с
		3. Положение депрессионной кривой за ядром	Максимальные значения по пьезометрам 12-3, 12-4, 16-3, 17-3	отм. 290 м	288,0 м	3,6 % Н	отм. 290 м	3 % Н
		4. Минимальные потери напора на цементационной завесе	Минимальный перепад уровней воды между пьезометрами 12-0 и 12-1, 14-0 и 14-1, 16-0 и 16-1, 17-0 и 17-2	2 м	1,0 м	2,5 % Н.	1,0 м	3 % Н
4.	Правобережная земляная плотина	1. Осадки гребня 2. Фильтрационный расход	По марке 1 Расчет по данным измерений	300 мм 135 л/с	53 мм 5 л/с	7 мм/год 1,0 л/с	150 мм 13,5 л/с	15 мм/год 1,5 л/с
		Положение депрессионной кривой за ядром	Максимальный по пьезометру 1-1	отм. 267 м	258,5 м	2,5 % Н	отм. 267 м	3 % Н

Таблица 2

№№ п/п	Наименование сооружения	Наименование показателя	Способ определения измеренного показателя	Первоначальная предельно допустимая величина (расчетная)	Измеренная величина показателя после 2-х летней временной эксплуатации при напоре 0,8 Н НПУ		Рекомендуемая предельно допустимая величина показателя
№№ п/п	Наименование сооружения	Наименование показателя	Способ определения измеренного показателя	Первоначальная предельно допустимая величина (расчетная)	абсолютная величина	интенсивность	абсолютная величина	интенсивность
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Бетонная гравитационная плотина	1. Горизонтальное смещение подошвы плотины	По показаниям обратного отвеса СГС-5	8,0 мм	4,0 мм	-	8,0 мм	-
		2. Противодавление по пьезометрам в долях от Н	По показаниям пьезометров 1-5, створ 1 1—13, створ 2 2-24, створ 4 2-8, створ 5	0,2 Н НПУ	0,08 Н 0,11 Н 0,13 Н 0,18 Н	-	0,2 Н НПУ	-
		3. Пьезометрический градиент на противофильтрационной завесе	Среднее значение по показаниям пьезометров 1-1 и 1-3 (створ 1) 1-9 и 1-11 (створ 2)	20,0	5,6 6,1	-	20,0	-
		4. Раскрытие межсекционных швов плотины в средней части	По показаниям датчиков линейных перемещений Шов Р₁ Р₂ Р₃ Р₄ Р₅	0,5	0,0 0,1 0,0 0,1 0,1		0,5

Таблица 3

Наименование сооружения	Наблюдаемые показатели	Способ определения	Предельно допустимая величина (расчетная по проекту)	Измеренные величины после 10 лет эксплуатации		Уточненные предельно допустимые величины
Наименование сооружения	Наблюдаемые показатели	Способ определения	Предельно допустимая величина (расчетная по проекту)	абсолютная величина	интенсивность	абсолютная величина	интенсивность
1	2	3	4	5	6	7	8
Арочная часть плотины	Горизонтальные перемещения гребня:
	а) в ключе арки	по прямому отвесу	41,0 мм	42,2 мм	3,8 мм/мес	51,0 мм	4,1 мм/мес
	б) в правобережной четверти арки	то же	32,0 мм	28,4 мм	2,6 мм/мес	37,0 мм	3,5 мм
	в) в левобережной четверти арки	то же	27,0 мм	23,3 мм	1,25 мм/мес	33,0 мм	1,5 мм/мес
	Нормальные напряжения в бетоне:
	а) консольные максимальные сжимающие	по датчикам деформаций секции 1	4,5 МПа	7,0 МПа	0,3 МПа/мес	10,8 МПа	0,75 МПа/мес
	растягивающие	-“-	1,1 МПа	-	-	1,1 МПа
	б) арочные максимальные сжимающие	датчикам деформаций секции 1	3,6 МПа	7,3 МПа	0,9 МПа/мес	10,3 МПа	1,3 МПа/мес
	растягивающие	-“-	0,97 МПа	0,6 МПа	-	1,0 МПа	-
Примыкания плотины	Фильтрационный расход:
	а) в правобережной дренажной галерее	По расходомеру	2,2 л/сек	0,004 л/сек	-	0,05 л/сек	-
	б) в левобережной галерее	-“-	4,9 л/сек	0,235 л/сек	-	0,5 л/сек	-
Основание плотины	Противодавление за цемзавесой:
	а) под подошвой правобережной части	по датчикам давления Р-15-01 и P-15-02	0,5 Н м	0,6 Н м	-	0,7 Н	-
	б) под подошвой русловой части	по пьезометрам P-1-1, P-1-2, Р-1-5 и Р-1-6	0,3 Н м	-0,25 Н м	-	0,4 Н м	-
	в) под подошвой левобережной части	по датчикам давления Р-20-01 и Р-20-02	0,5 Н м	0,65 Н м	-	0,7 Н м	-
	Потери напора на противофильтрационных элементах
	а) под подошвой правобережной часта	по датчикам давления P-15-01 и P-15-02	0,3 Н м	0,4 Н м	-	0,3 Н м	-
	б) под подошвой русловой части	по пьезометрам P-1-1, P-1-2, P-1-5 и P-1-6	0,6 Н м	0,75 Н м	-	0,5 Н м	-
	в) под подошвой левобережной части	по датчикам давления Р-20-01 и Р-20-02	0,3 Н м	0,35 Н м	-	0,3 Н м	-

ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП II-54-74, Гидротехнические сооружения речные. Основные положения проектирования, М., Стройиздат, 1975 г.

2. СНиП II-54-77. Плотины бетонные и железобетонные, М., /Стройиздат.

3. СНиП II-16-76. ч.II. Основания гидротехнических сооружений, М., Стройиздат. 1976.

4. СНиП 2.06.05-84. ч. II. Плотины из грунтовых материалов.

5. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей, Энергия, М., 1977.

6. Рекомендации по наблюдениям за напряженно-деформированным состоянием бетонных плотин, Энергия, Л., 1982.

7. Временные указания по проведению контрольных наблюдений и исследований на плотинах из местных материалов во время их возведения и эксплуатации ВСН 35-70, Энергия, 197I.

8. Царев А.И. Натурные исследования деформаций и напряжений в гидротехнических сооружениях. Тр. Гидропроекта вып. 44 М.,1975.

9. Царев А.И. и Еникеев Ф.Г. О предельно допустимых показателях безопасной работы гидротехнических сооружений. Гидротехническое строительство, 1981, № 9.

10. Технические указания по наблюдению за осадками бетонных гидротехнических сооружений, возводимых на нескальных грунтах , НИС Гидропроекта, М., 1980.

11. Рекомендации по прогнозированию экстремальных перемещений гребня гравитационных плотин в период их эксплуатации, Энергия,1974.

12. Блинов И.Ш., Гальперин И.Р. и др. Исследования погрешностей измерения деформаций бетона и усилий в арматуре закладными преобразователями. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Натурные исследования как средство оперативного контроля безопасной работы гидротехнических сооружений, Л., Энергия, 1980.

13. Методики выполнения измерений компонентов напряженно-деформированного состояния гидротехнических сооружений струнными измерительными преобразователями. ОСТ 34-72-647 - ОСТ 34-72-652-83, М., Информэнерго, 1983.

14. Ронжин И.С. Методы фильтрационных наблюдений на бетонных сооружениях, располагаемых на^-малопроницаемых основаниях. Тр. координационных совещаний по гидротехнике. Вып. 29, Энергия, 1966.

15. Ронжин И.С. Основные принципы эксплуатационного контроля за фильтрационным состоянием гидротехнических сооружений. Сборник. Эксплуатация гидротехнических сооружений гидроэлектростанций, Энергия, 1977.

16. Ронжин И.С. Комплексный метод изучения фильтрации в гидротехнических сооружениях. Сборник трудов Гидропроекта, 1985.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения

2. Основные показатели работы гидротехнических сооружений

3. Методика определения предельно допустимых показателей

4. Требования к натурным наблюдениям и сравнение их результатов с предельно допустимыми показателями

Приложения:

1. Осадки сооружений

2. Горизонтальные перемещения гребня бетонных плотин

3. Напряжения в бетоне

4. Напряжения в арматуре железобетонных сооружений

5. Деформации и устойчивость откосов плотин из грунтовых материалов

6. Фильтрационный режим

7. Фильтрационные деформации плотин и их оснований

8. Примеры определения предельно допустимых показателей

Список литературы