На основании анализа материалов натурных наблюдений и исследовании статической работы крупнейших бетонных плотин СССР даны рекомендации по улучшению системы контроля за состоянием и безопасностью сооружений с позиций расчета по предельным состояниям. Рассчитана на инженеров-гидротехников — проектировщиков, строителей, эксплуатационников и исследователей. Будет полезна также студентам вузов соответствующих специальностей. 

Предисловие

Глава 1. Натурные исследования бетонных плотин — источник информации об их статической работе
1.1. Организация натурных наблюдений и исследований
1.2. Оценка достоверности и надежности натурных наблюдений с помощью струнных преобразователей

Глава 2. Результаты наблюдений за статической работой гравитационных плотин
2.1. Плотина Усть-Каменогорской ГЭС на р. Иртыше
2.2. Плотина Мамаканской ГЭС на р. Мамакане
2.3. Плотина Бухтарминской ГЭС на р. Иртыше
2.4. Плотина Братской ГЭС на р. Ангаре
2.5. Плотина Красноярской ГЭС на р. Енисее
2.6. Плотина Усть-Илимской ГЭС на р. Ангаре
2.7. Плотина Токтогульской ГЭС на р. Нарыне
2.8. Плотина Курпсайской ГЭС на р. Нарыне

Глава 3. Результаты наблюдений за статической работой массивно-контрфорсных плотин
3.1. Кировская плотина на р. Таласе
3.2. Андижанская плотина на р. Карадарье
3.3. Плотина Зейской ГЭС на р. Зее

Глава 4. Результаты наблюдений за статической работой арочно-гравитационных и арочных плотин
4.1. Плотина Ладжанурской ГЭС на р. Ладжанури
4.2. Плотина Чиркейской ГЭС на р. Сулаке
4.3. Плотина Ингурской ГЭС на р. Ингури
4.4. Плотина Саяно-Шушенской ГЭС на р. Енисее

Глава 5. Статическая работа скальных оснований бетонных плотин
5.1. Общие положения
5.2. Натурные исследования скальных оснований плотин в бытовых условиях
5.3. Изменения свойств скальных оснований в строительный период
5.4. Деформации и изменения свойств скальных оснований в эксплуатационный период
5.5. Напряжения по контакту скала — бетон в основании плотин
5.6. Исследование фильтрационного противодавления на подошву плотины

Глава 6. Напряженно-деформированное состояние бетонных плотин
6.1. Общие сведения
6.2. Модельные испытания
6.3. Нормальные напряжения и главные сжимающие напряжения в низовом клине
6.4. Деформация основания и перемещение гребня плотины
6.5. Монолитность и водонепроницаемость бетонных плотин

Глава 7. Результаты исследования физико-механических свойств бетона и напряжений в арматуре и закладных стальных конструкциях
7.1. Общие положения
7.2. Исследования физико-механических свойств бетона плотин
7.3. Напряжения в арматуре и закладных стальных конструкциях

Заключение
Приложение 1. Краткие сведения о средствах и методике измерений напряженно-деформированного состояния бетонных
плотин и скальных оснований
Приложение 2. Перечень плотин
Список литературы

Предисловие

Поставленная XXVI съездом КПСС задача ускорения технического прогресса в энергетике в полной мере относится к гидроэнергетике как к одной из наиболее эффективных, но одновременно и наиболее капиталоемких ее отраслей.

СССР занимает ведущее место в мире по количеству и размерам больших бетонных плотин, возведенных в районах с суровым климатом, высокой сейсмичностью, в сложных геологических условиях. Токтогульская гравитационная плотина высотой 215 м, Андижанская массивно-контрфорсная высотой 115 м, Ингурская и Чиркейская арочные высотой 271 и 233 м, построенные в горных районах с расчетной сейсмичностью до 9 баллов, па слабых скаль¬ных основаниях, арочно-гравитационная Саяно-Шушенская высотой 242 м, Братская, Красноярская, Усть-Илимская, Зейская плотины высотой более 100 м, возведенные в суровых климатических условиях Сибири, являются хорошей иллюстрацией достижений отечественного гидротехнического строительства.

Для осуществления намеченной широкой программы гидроэнергетического строительства: Богучанской плотины на р. Ангаре (89 м), Бурейской на р. Бурее (142 м), Худонской на р. Ингури (170 м), Миатлинской на р. Сулак (86 м), чрезвычайно важно критически осмыслить накопленный опыт и на этой основе наметить пути повышения эффективности и качества плотин. Наилучшим средством для достижения этой цели является изучение данных натурных наблюдений и исследований.

В настоящей книге излагаются результаты обобщения и анализа материалов натурных наблюдений за статической работой 15 крупнейших бетонных плотин СССР разных типов, построенных в основном в последнее время. Натурные наблюдения и исследования выполняли ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева, НИС Гидропроекта имени С.Я. Жука, Гидроспецпроект Всесоюзного объединения Гидроспецстрой, МИСИ имени В.В. Куйбышева, Союзгипроводхоз, Союзводпроект, Средазгипроводхлопок и эксплуатационный персонал гидроэлектростанций.

Обобщение и анализ этих материалов стали возможны только в настоящее время, когда большинство рассматриваемых плотин приняли проектный напор и вступили в период нормальной эксплуатации (кроме Саяно-Шушенской, Ингурской и Токтогульской).

Основной объем материалов по натурным наблюдениям относится к строительному периоду. Статическая работа плотин в этот период практически не поддается расчетам и теоретическим исследованиям из-за вероятностного характера воздействия многих силовых факторов и нестабильности температурного поля в строящемся сооружении. В связи с этим в проектах плотин, за редким исключением, отсутствуют расчеты напряжений и деформаций для промежуточных стадий строительства.

Таким образом, для строительного периода возможность проведения сравнений результатов натурных наблюдений с проектными расчетами (кроме частных вопросов) ограничена. Большой объем натурных исследований в процессе возведения плотины необходим главным образом по условиям контроля качества, поскольку в этот период закладываются основы надежности и долговечности сооружения. Кроме того, весьма ответственным является период наполнения водохранилища при недостроенной плотине. На основании наблюдений в этот период могут быть внесены существенные коррективы в технологию возведения ее элементов для улучшения напряженного состояния и повышения качества. Так, для Братской плотины, например, было рекомендовано перекрыть расширенные швы и закрыть напорные трубопроводы для уменьшения больших температурных напряжений, для Усть-Илимской — ликвидировать глубокое штрабление низовой грани станционных секций, вызвавшее увеличение раскрытия контакта в основании напорной грани, для Саяно-Шушенской плотины — фиксировать цементацию межстолбчатых швов и возвести четвертый столб для предотвращения появления растягивающих напряжений на напорной грани и т. д.

Результаты натурных наблюдений по средствам измерения эксплуатационного контроля должны дать оценку осуществленному проекту, но возможность такого сопоставления часто остается ограниченной вследствие выхода части приборов из строя, а также из-за трудностей, связанных с разделением измеренных величин на отдельные составляющие, обусловленные действием различных факторов.

Анализ собранных материалов натурных наблюдений по 15 бетонным плотинам осложнили следующие обстоятельства:
1) отсутствие четко поставленных целей наблюдений, стандартов, единой методики и общего подхода к номенклатуре, размещению, методам установки средств измерения, способам фиксации их показаний, методам их обработки и интерпретации;
2) ограниченность и избирательность отчетной информации, отсутствие в ряде случаев первичных данных о влиянии строительного периода на состояние сооружения;
3) недостаточное использование результатов натурных наблюдений для оценки правильности нормативных документов. Хотя в СНИП П-54-77 сформулированы положения, основанные на данных натурных наблюдений (температурные воздействия, раскрытие швов на низовой грани, появление под напорной гранью зоны растяжения), эти данные редко привлекаются для оценки методов расчета и конструирования, принятых в проекте, способов моделирования, примененных для исследования данного сооружения.

Несмотря на отмеченные трудности объем накопленной информации является достаточным для того, чтобы оценить достоверность результатов натурных наблюдений, сделать необходимый анализ и выводы по ряду принципиальных вопросов проектирования и статической работы бетонных плотин.

Строительство высоких бетонных плотин в СССР ведется в сложных условиях, связанных с суровым климатом, неблагоприятными геологическими и сейсмическими условиями, вводом в действие гидроэлектростанций при недостроенных плотинах, которые воспринимают расчетный напор в несколько этапов.

Натурные исследования сыграли важную роль при решении проблем зимнего бетонирования, омоноличивания плотин, борьбы с трещинообразованием, изучения деформаций на контакте плотин со скальным основанием, свойств замороженного бетона, особенностей поэтапного нагружения плотин и ряда других вопросов.

Эти исследования отразили процесс творческого поиска в определении оптимального типа бетонной плотины в условиях сурового климата, рациональных методов ее возведения и способов обеспечения ее долговечности. Они получили признание за рубежом и внесли значительный вклад в развитие мировой гидротехнической науки.

Накопленный опыт позволяет также критически оценить существующие методы организации натурных исследований, надежность и качество средств измерения, полноту и полезность полученной информации.

И, наконец, анализ имеющейся информации по плотинам, описываемым в книге, помогает выработать рекомендации для совершенствования плотиностроения и очертить круг научных проблем, требующих дальнейшего углубленного исследования для достижения этой же цели.

Изложение материала в книге дается таким образом, чтобы на основе анализа результатов наблюдений по каждой плотине и по отдельным видам плотин можно было выявить некоторые общие закономерности в их статической работе с точки зрения надежности, соответствия расчетной схеме, степени использования несущей способности скальных оснований, бетона и арматурной стали.

Автор надеется, что использование рекомендаций настоящей работы в проектах и строительстве новых плотин поможет получить экономический эффект и повысить их надежность.

Считаю своим долгом выразить глубокую признательность докторам техн. наук Н.С. Розанову и С.Я. Эйдельману за помощь в процессе работы над рукописью, сотрудникам ВНИИГ В.Н. Дурчевой, Н.И. Чалому, А.П. Епифанову, Д.Д. Сапегину, Гидропроекта С.Ф. Кепалас и А.И. Цареву за предоставление материалов. Выражаю также благодарность А.А. Боровому, А.Л. Можевитинову, Г.И. Чоговадзе, А.П. Кириллову за пожелания, высказанные ими при обсуждении материалов будущей книги.

Большое значение для улучшения книги имели критические замечания доктора техн. паук А.А. Храпкова, которые с благодарностью были приняты автором.

С чувством глубокой признательности отмечаю значительный вклад в окончательную доработку рукописи, который внесла канд. техн. наук В.Н. Дурчева, взявшая на себя большой труд по редактированию книги.

Материал натурных наблюдений получен в результате кропотливого труда рабочих, операторов и специалистов, обеспечивающих монтаж и функционирование измерительных систем в сложных условиях крупных строек. Автор рассматривает свою работу как дань уважения этому благородному труду.

Поскольку предлагаемая книга является первой попыткой обобщить результаты натурных наблюдений по многим крупным отечественным плотинам, она, естественно, не лишена недостатков.