Научная статья на тему 'Анализ состояния конструкций шлюза № 3 Новинкинского гидроузла'

Анализ состояния конструкций шлюза № 3 Новинкинского гидроузла Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
209
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СУДОХОДНЫЙ ШЛЮЗ / ФИЛЬТРАЦИЯ В ГРУНТЕ / ДЕПРЕССИОННАЯ КРИВАЯ / ОСАДКИ КОНСТРУКЦИЙ / ВЗАИМНЫЕ СМЕЩЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ / NAVIGABLE GATEWAY / FILTRATION IN SOIL / DEPRESSION CURVE / DRAFT SLUDGE / MUTUAL DISPLACEMENT OF STRUCTURES

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Моргунов Константин Петрович, Рябов Георгий Георгиевич, Красникова Марина Валерьевна

Представлены основные результаты исследований состояния судоходного шлюза № 3 Новинкинского гидроузла ФБУ «Администрация «Волго-Балт». Проведен анализ проектной, строительной и эксплуатационной документации, данных натурных измерений и наблюдений, результатов предыдущих исследований. Выполнена оценка фильтрационного режима в грунтах основания и обратной засыпки, зафиксирована несимметричность кривых депрессии с левой и правой стороны камеры. Оценены осадки и горизонтальные перемещения конструкций шлюза, их взаимное смещение. Отмечено, что наибольшим перемещениям как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях подверглись секция № 13 камеры и нижняя голова шлюза. Зафиксировано наличие трещины в бетонном массиве левого устоя нижней головы шлюза. Проанализирована динамика развития трещины с момента её обнаружения до настоящего времени. Описаны процессы выноса грунта внутрь камеры в процессе её наполнения и опорожнения через разрушенную осевую шпонку в днище в районе секции № 13. Отмечено, что мероприятия по цементации основания камеры с целью прекращения выноса грунта внутрь камеры до настоящего времени не привели к положительному результату. Обсуждены возможные причины сверхпроектных перемещений секции № 13 и нижней головы шлюза, а также возникновения и развития трещины в устое нижней головы. Такими причинами могли быть многочисленные просадки грунта на территории гидроузла, вызванные, по-видимому, изменением в процессе эксплуатации характеристик грунтов основания слабых песчаных грунтов, в которых при развитии суффозионных процессов могли возникать разуплотнения. Другая возможная причина заключается в низком качестве выполнения работ на этапе строительства шлюза некачественном выполнении работ по обратной засыпке (невыполнение послойного уплотнения, использование непроектных грунтов), а также низком качестве бетона, вызванном применением в качестве заполнителя местных грунтов и нарушением технологии бетонирования. Даны рекомендации по направлениям дальнейших исследований состояния конструкций гидроузла.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Моргунов Константин Петрович, Рябов Георгий Георгиевич, Красникова Марина Валерьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF CONSTRUCTION STATUS OF NAVIGABLE GATEWAY № 3 OF NOVINKINSKY HYDROELECTRIC COMPLEX

The main results of investigations of the state of the navigable lock No. 3 of the Novinkinsky hydrounit of the FBU«Administration «Volgo-Balt» are presented. The analysis of design, construction and operational documentation, field measurements and observations, results of previous surveys was carried out. The evaluation of the filtration regime in the base and backfill soils was carried out; the asymmetry of the depression curves was recorded on the left and right sides of the chamber. Sediments and horizontal movements of the gateway structures, their mutual displacement, are estimated. It was noted that the largest movement, both in the vertical and horizontal directions, was subjected to the camera section № 13 and the lower head of the lock. The presence of a crack in the concrete massif of the left base of the lower head of the lock is fixed. The dynamics of the development of the crack from the moment of its detection to the present time has been analyzed. The processes of soil removal into the chamber during its filling and emptying through the destroyed axial key in the bottom near section № 13 are described. It was noted that the measures for carburizing the base of the chamber with the aim of stopping the removal of soil into the interior of the cell to date have not led to a positive result. The possible causes of super-project movements of Section № 13 and the lower head of the lock are discussed, as well as the appearance and development of a crack in the bottom of the lower head. Such reasons could be the numerous subsidence of the soil on the site of the hydrosystem, caused, apparently, by a change in the process of exploiting the characteristics of the soil of the base-these are weak sandy soils in which decompensation may develop during the development of suffusion processes. Another possible reason is the poor quality of the works at the construction stage of the lock: poor performance of works on backfilling (failure to fill the layer seal, use of non-design soils), as well as poor quality of concrete caused by the use of local soil as a filler and a violation of concreting technology. Recommendations are given on the directions of further studies of the state of the structures of the hydrounit

Текст научной работы на тему «Анализ состояния конструкций шлюза № 3 Новинкинского гидроузла»

ВЕСТНИК«)

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ^^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-1-135-148

ANALYSIS OF CONSTRUCTION STATUS OF NAVIGABLE GATEWAY № 3 OF NOVINKINSKY HYDROELECTRIC COMPLEX

K. P. Morgunov, G. G. Ryabov, M. V. Krasnikova

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, St. Petersburg, Russian Federation

The main results ofinvestigations ofthe state ofthe navigable lock No. 3 ofthe Novinkinsky hydrounit ofthe FBU «Administration «Volgo-Balt» are presented. The analysis of design, construction and operational documentation, field measurements and observations, results ofprevious surveys was carried out. The evaluation of the filtration regime in the base and backfill soils was carried out; the asymmetry of the depression curves was recorded on the left and right sides of the chamber. Sediments and horizontal movements of the gateway structures, their mutual displacement, are estimated. It was noted that the largest movement, both in the vertical and horizontal directions, was subjected to the camera section № 13 and the lower head of the lock. The presence ofa crack in the concrete massif of the left base of the lower head of the lock is fixed. The dynamics of the development of the crackfrom the moment of its detection to the present time has been analyzed. The processes of soil removal into the chamber during its filling and emptying through the destroyed axial key in the bottom near section № 13 are described. It was noted that the measures for carburizing the base of the chamber with the aim of stopping the removal of soil into the interior of the cell to date have not led to a positive result. The possible causes of super-project movements of Section № 13 and the lower head of the lock are discussed, as well as the appearance and development of a crack in the bottom of the lower head. Such reasons could be the numerous subsidence of the soil on the site of the hydrosystem, caused, apparently, by a change in the process of exploiting the characteristics of the soil of the base-these are weak sandy soils in which decompensation may develop during the development of suffusion processes. Another possible reason is the poor quality of the works at the construction stage of the lock: poor performance of works on backfilling (failure to fill the layer seal, use of non-design soils), as well as poor quality of concrete caused by the use of local soil as a filler and a violation of concreting technology. Recommendations are given on the directions of further studies of the state of the structures of the hydrounit

Keywords: navigable gateway, filtration in soil, depression curve, draft sludge, mutual displacement of structures

For citation:

Morgunov, Konstantin P., Georgiy G. Ryabov, and Marina V. Krasnikova. "Analysis of construction status of navigable gateway № 3 of Novinkinsky hydroelectric complex." Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova 10.1 (2018): 135-148. DOI: 10.21821/2309-51802018-10-1-135-148.

УДК 626.4

АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ШЛЮЗА № 3 НОВИНКИНСКОГО ГИДРОУЗЛА

К. П. Моргунов, Г. Г. Рябов, М. В. Красникова

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»,

Санкт-Петербург, Российская Федерация

Представлены основные результаты исследований состояния судоходного шлюза № 3 Новинкинского гидроузла ФБУ «Администрация «Волго-Балт». Проведен анализ проектной, строительной и эксплуатационной документации, данных натурных измерений и наблюдений, результатов предыдущих исследований. Выполнена оценка фильтрационного режима в грунтах основания и обратной засыпки, зафиксирована несимметричность кривых депрессии с левой и правой стороны камеры. Оценены осадки и горизонтальные перемещения конструкций шлюза, их взаимное смещение. Отмечено, что наибольшим перемещениям как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях подверглись секция № 13 камеры и нижняя голова шлюза. Зафиксировано наличие трещины в бетонном массиве левого устоя нижней головы шлюза. Проанализиро-

2 О

8

<кВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

вана динамика развития трещины с момента её обнаружения до настоящего времени. Описаны процессы выноса грунта внутрь камеры в процессе её наполнения и опорожнения через разрушенную осевую шпонку в днище в районе секции № 13. Отмечено, что мероприятия по цементации основания камеры с целью прекращения выноса грунта внутрь камеры до настоящего времени не привели к положительному результату. Обсуждены возможные причины сверхпроектных перемещений секции № 13 и нижней головы шлюза, а также возникновения и развития трещины в устое нижней головы. Такими причинами могли быть многочисленные просадки грунта на территории гидроузла, вызванные, по-видимому, изменением в процессе эксплуатации характеристик грунтов основания — слабых песчаных грунтов, в которых при развитии суффозионных процессов могли возникать разуплотнения. Другая возможная причина заключается в низком качестве выполнения работ на этапе строительства шлюза — некачественном выполнении работ по обратной засыпке (невыполнение послойного уплотнения, использование непроектных грунтов), а также низком качестве бетона, вызванном применением в качестве заполнителя местных грунтов и нарушением технологии бетонирования. Даны рекомендации по направлениям дальнейших исследований состояния конструкций гидроузла.

Ключевые слова: судоходный шлюз, фильтрация в грунте, депрессионная кривая, осадки конструкций, взаимные смещения конструкций.

Для цитирования:

Моргунов К. П. Анализ состояния конструкций шлюза № 3 Новинкинского гидроузла / К. П. Моргунов, Г. Г. Рябов, М. В. Красникова // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2018. — Т. 10. — № 1. — С. 135-148. DOI: 10.21821/23095180-2018-10-1-135-148.

Введение (Introduction)

Шлюз № 3 Новинкинского гидроузла расположен на северном склоне Волго-Балтийского канала, в 29,7 км от Онежского озера (рис. 1 и 2). Шлюз является сооружением II класса [1] и предназначен для пропуска судов и плотов, частичного сброса паводковых вод и поддержания подпорного уровня воды.

Начало строительства гидроузла — 1952 г., ввод шлюза № 3 в постоянную эксплуатацию — 27 октября 1964 г.

Рис. 2. Общий вид шлюза № 3 Новинкинского гидроузла

ВЕСТНИК«)

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ^^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Шлюз № 3 — однониточный, однокамерный, расположен в нижнем бьефе, напорный фронт проходит по верхней голове шлюза. Максимальный расчетный напор на шлюзе — 13,10 м. Камера шлюза разделена температурно-осадочными швами на 13 секций, верхняя и нижняя головы — массивные железобетонные монолиты. Система наполнения — головная, из-под опускных рабочих ворот, опорожнение камеры производится через обходные водопроводные галереи в устоях нижней головы.

Методы и материалы (Methods and Materials)

Эксплуатационным персоналом гидроузла осуществляются наблюдения [2], основными из которых в гидротехнической части являются инструментальные измерения уровней воды в пьезометрах, осадок высотных марок, горизонтальных перемещений конструкций и относительных смещений соседних элементов сооружения. Контролируется также фильтрационный расход в дренажах и глубины в подходных каналах.

Для оценки состояния конструкций шлюза № 3 Новинкинского гидроузла в 2017 г. специалистами ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова» был выполнен комплекс исследований [3], включающий анализ данных многолетних наблюдений и материалов предыдущих обследований, выполнение работ по исследованию состояния бетона конструкций шлюза, проведение расчетов напряженно-деформированного состояния конструкций.

Результаты (Results)

Анализ данных о фильтрационном режиме грунтовых вод в основании и обратной засыпке камеры шлюза. Фильтрационный режим в грунтах основания шлюза № 3 контролируется грунтовыми пьезометрами и определяется характеристиками грунтов, особенностями рельефа и уровнями воды в бьефах [4] - [8]. Для улучшения оттока фильтрующейся в грунте воды с правой и левой стороны камеры шлюза понизу обратной засыпки устроены дренажные канавы. Характерные кривые депрессии приведены на рис. 3.

Рис. 3. Депрессионные кривые в грунте шлюза № 3 Новинкинского гидроузла в ноябре 2016 г.

2 О

8

Из рис. 3 видно, что депрессионные кривые, фиксируемые пьезометрами, расположенными с левой и правой стороны камер шлюза, в некоторой степени отличаются друг от друга (уровни с правой стороны выше). Наблюдения фиксируют также полное отсутствие воды в левой дренажной канаве, в течение последних лет наблюдения (с 1993 г.) она сухая. Это можно объяснить дополнительным притоком фильтрационных вод с правой, более высокой стороны гидроузла, а также дренированием фильтрационного потока в сторону расположенной слева долины реки Вытегры.

Напорным фронтом верхней головы гасится в среднем около 70 % общего напора на шлюз, что соответствует критериям безопасности гидроузла [2].

Гш]

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Осадка конструкций шлюза. Вертикальные перемещения (осадки) конструкций камеры шлюза определяются по отметкам геодезических марок, установленных на стенках камеры и устоях голов шлюза [9] - [11]. Анализ изменения отметок высотных марок показывает, что в период 1993 - 2017 гг. осадки всех секций стен камеры шлюза, за исключением секции № 13, а также левой стороны нижней головы весьма незначительны.

Декларацией безопасности определена интенсивность безопасного остаточного перемещения конструкций шлюза (критерий К1) не более 2 мм/г. Данные по осадкам марок секции № 13 камеры шлюза приведены в табл. 1.

Таблица 1

Осадка марок секции 13 шлюза № 3

Сторона Марки Осадка с 1993 г. (за 23 года), мм Интенсивность за 23 года, мм/год Осадка за последние 10 лет, мм Интенсивность за последние 10 лет, мм/год Осадка за за последние два года, мм Интенсивность за последние два года, мм/год

Левая М77 30,0 1,30 22,5 2,25 8,0 4,0

М79 20,0 0,87 15,5 1,55 8,0 4,0

Правая М78 20,0 0,87 13,0 1,30 4,0 2,0

М80 25,0 1,09 16,0 1,60 5,0 2,5

График осадок конструкций тринадцатой секции камеры шлюза приведен на рис. 4.

Рис. 4. Осадки марок тринадцатой секции шлюза № 3 в период 1993 - 2016 гг.

Фактические значения осадок нижней головы в период 1993 - 2016 гг. (за 23 года) приведены в табл. 2. Причем в течение последних лет наблюдается интенсификация осадок некоторых марок нижней головы.

Таблица 2

Осадка марок нижней головы шлюза № 3

Сторона

Марки

Абсолютные перемещения (осадки), мм

Интенсивность, мм/год

Левая

М81

10,0

0,43

М83

13 0

0,57

М89

19 0

0,83

Правая

М82

2,0

0,09

М84

4,0

0 17

М90

6,0

0,26

ВЕСТНИК«)

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ^^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Продольный разрез по оси шлюза № 3 Новинкинского гидроузла показан на рис. 5, эпюры осадок конструкций этого шлюза приведены на рис. 6. Так, осадка марки М81 (левый устой) за последние два года составила 5 мм, из них за последний год — 4 мм (рис. 6, а). Осадка марки М82 (правый устой) за последние два года составила 3 мм, из них за последний год — 2 мм (рис. 6, б).

Рис. 5. Продольный разрез по оси шлюза № 3 Новинкинского гидроузла

Рис. 6. Эпюры осадок конструкций шлюза № 3 Новинкинского гидроузла: а — левая сторона; б — правая сторона

Из рис. 6 видно, что наиболее существенные неравномерности осадок развились на стыках секции № 13 с соседними конструкциями: секцией № 12 и нижней головой.

Горизонтальные перемещения стен камеры шлюза. Наблюдения за горизонтальными деформациями стен камеры и устоев голов шлюза ведутся эксплуатационным персоналом путем замеров с помощью инварной проволоки расстояний между гнездовыми центрами, установленными на парапетах левой и правой стены камеры, на левых и правых устоях голов шлюза. При сравнении измеренных значений этих расстояний со значениями, зафиксированными на момент окончания строительства (1964 г.), определяется изменение ширины камеры шлюза и расстояний между устоями голов. Помимо этого с помощью щелемеров, установленных на стыках конструкций (соседних секций и голов), контролируются взаимные смещения соседних конструкций шлюза. В перечень критериев безопасности шлюза № 3 включены следующие данные: изменение ширины шлюза по верху и интенсивность относительных перемещений соседних элементов шлюза перпендикулярно его продольной оси. Эти данные показывают, что основные проблемы со взаимным смещением конструкций сосредоточены на стыках секций № 12 и 13, а также секции № 13 и нижней головы. Кроме того, анализ данных замеров инварной проволокой и щелемерных наблюдений показывает, что существует наклон левой стены секции № 13 относительно секции № 12 и нижней головы в сторону оси камеры.

Развитие трещины на левом устое нижней головы шлюза № 3. На левом устое нижней головы шлюза № 3 в 1985 г. была обнаружена трещина в бетонных конструкциях. Условное схематичное расположение трещины приведено на рис. 7. Для наблюдения за состоянием и динамикой

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

развития трещины тогда же, в 1985 г., на ней был установлен рамочный щелемер (рис. 8). Снятие показаний щелемера производится шесть раз в год, в навигационный период — при наполненной и опорожненной камере. График изменения продольных размеров трещины (вдоль оси шлюза), построенный по июльским замерам, приведен на рис. 9.

Рис. 7. Схема расположения трещины Рис. 8. Трещина с установленным

на левом устое нижней головы шлюза № 3 на ней щелемером

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Анализ этих измерений показывает, что с июля 1985 г. по апрель 1987 г. раскрытие трещины составило 2,6 мм, при этом в эксплуатационных отчетах за 1987 г. [12] персоналом шлюза отмечалась тенденция к движению «отколовшейся» части устоя в режиме «наполнение - опорожнение». Далее в период 1991 - 2011 гг. трещина развивалась со средней интенсивностью 0,27 мм/год, достигнув к 2011 г. размеров 5,4 мм. В последующие годы интенсивность раскрытия трещины уменьшилась. Максимального размера 7,8 мм трещина достигла в мае - июле 2015 г., затем её размеры начали уменьшаться. По состоянию на ноябрь 2016 г. размер трещины составил 6,3 мм. При опорожненной камере размеры трещины на 0,3 - 0,8 мм больше, чем при наполненной, однако летом эта тенденция либо проявляется весьма слабо, либо вообще отсутствует. По-видимому, это связано с прогревом бетонных конструкций в летнее время.

Раскрытие трещины на левом устое нижней головы шлюза № 3

Л

у

УЧ

к

Л

л Л Л Л |> >!> ф ф # <# «£> <£ Ф о?

^ # # ^ # / / ^ # ^ # # # 4 4 Рис. 9. График раскрытия трещины на НГ шлюза № 3 в течение 1991 - 2016 гг.

ВЕСТНИК«)

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ^^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Обсуждение (Discussion)

Можно предположить, что причины аномальных перемещений секции № 13 и нижней головы, а также возникновения и развития трещины в бетоне левого устоя одни и те же. Эксплуатационным персоналом шлюза № 3 в процессе наблюдений неоднократно были зафиксированы просадки грунта на территории, прилегающей к конструкциям шлюза. В результате было констатировано следующее:

- просадки грунта обратной засыпки за период эксплуатации наблюдались повсеместно: у голов и вдоль стен камеры шлюза;

- распределение объема просадок вдоль оси шлюза за период 1990 - 2015 гг. следующее: примерно одинаковое количество у верхней головы и вдоль камеры (около 8 - 9 м3), у нижней головы примерно вдвое ниже;

- по сторонам шлюза объем просадок приблизительно одинаков (несколько больше по левой стороне), при этом у правого устоя НГ просадки практически не фиксировались.

Наиболее значительная просадка грунта зафиксирована в июне 2011 г. в районе секции № 13, у правой стены камеры шлюза. Для выявления полного объёма просадки было произведено вскрытие асфальта, обнаружен провал грунта первоначальных размеров 2,5 х 3,0 м и глубиной до 3,0 м. По дальнейшим приблизительным оценкам объем провала составил около 50 м3 (рис. 10 а).

Рис. 10. Провал в районе секции № 13: а — после вскрытия асфальта (2011 г.), б — засыпанный провал территории в районе секции № 13 (2017 г.)

После засыпки провала грунтом с гидронамывом (август 2011 г.) просадки были непродолжительными, их объем ориентировочно составил до 30 м3. С 2011 г. осадки провала прекратились. На рис. 10, б приведено состояние засыпанного провала таким, каким оно сохраняется в последние годы.

Кроме того, при опорожнении камеры шлюза в межнавигационные периоды неоднократно фиксировалось проникновение внутрь камеры через осевую шпонку в районе секций № 12 и № 13 фильтрационных вод с выносом грунта (рис. 11).

По информации эксплуатационного персонала, практически при каждой откачке камеры объем выноса в районе осевой шпонки составлял 0,5 - 1,0 м3. В межнавигационные периоды 2007 -2008 гг., 2012 - 2013 гг. и 2013 - 2014 гг. предпринимались попытки цементации основания камеры путем закачивания раствора под днище камеры через пробуренные скважины. Схема расположения очагов выноса грунта и скважин для закачки раствора у осевой шпонки секции № 13 приведена на рис. 12, однако выносы грунта внутрь камеры продолжались.

[141 I

а)

б)

Рис. 11. Вынос грунта на осевой шпонке секции № 13 (а), замер объема выноса (б)

Рис. 12. Схема расположения очагов фильтрации и инъекционных скважин секции № 13 в 2007 - 2008 гг., 2012 - 2013 гг. и 2013 - 2014 гг.

ВЕСТНИК*)

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ......^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА,

Понятно, что деформации (просадки) грунта определяются характеристиками грунта и фильтрационным режимом грунтовых вод в основании и боковых засыпках конструкций шлюза. Информация о составе и параметрах грунтов содержится в проектных материалах по гидроузлу, кроме того, она имеется, например, в материалах «Разработка и реализация комплексного проекта реконструкции Волго-Балтийского водного пути» [13] ОАО «Ленгидропроект». На рис. 13 приведен геологический разрез грунтов в районе шлюза № 3.

Рис. 13. Геологический разрез по оси шлюза № 3 Новинкинского гидроузла

Однако в этих материалах характеристики грунтов приняты по нормативным и проектным документам, а не по результатам современных инженерных изысканий. В соответствии с проектными данными шлюз № 3 врезан на глубину до 20 м от дневной поверхности. Основанием шлюза являются флювиогляциальные отложения, залегающие на валдайской морене. Основание камеры шлюза — пески, переходящие в песок с галькой, ниже — слой глины с линзами суглинка, затем пески. Основание верхней головы — в основном флювиогляциальные отложения, встречаются 0

среднезернистые разности с линзами суглинков, на правых полусекциях — маренные суглинки. оо

Основание нижней головы — пески с примесью гальки толщиной до 7,0 м, ниже — слой суглинка р толщиной до 2,0 м, ещё ниже — песок с примесью гальки. При этом, как раз в районе левого устоя М

нижней головы, проходило бывшее русло реки Вытегры. П

В 2013 - 2014 гг. в ООО «ЭЦБ ГТС «Гидротехэкспертиза» (г. Москва) с привлечением специ- к ализированных организаций был выполнен комплекс работ по оценке состояния грунтов основания и засыпки камеры шлюза № 3 Новинкинского гидроузла и их влияния на состояние конструкций шлюза [14]. Работы включали проведение следующих работ:

- лазерного трехмерного сканирования, определившего формы обратной засыпки, положение стен камеры и голов шлюза;

- комплекса геофизических работ (георадиолокация, сейсмоакустика, вибродиагностика), позволившего обнаружить и локализовать зоны аномальных характеристик грунтов.

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Результаты трехмерного лазерного сканирования показали, что в целом камера шлюза сохраняет свою геометрию, однако был зафиксирован непроектный уклон правой стены секции № 13 в сторону оси камеры. Кроме того, оказалось, что секция № 13 в течение периода эксплуатации (с 1964 г. по 2014 г.) имеет вертикальную осадку на 10 - 20 см больше, чем другие секции.

Геофизические методы не позволяют получить конкретные характеристики грунтов, однако дают возможность оценить сравнительную плотность грунтов, определить зоны грунта с характеристиками, качественно отличными от других: разуплотнение, переувлажнение и т. п. На основании выполненных исследований была составлена схема расположения зон с аномальными (отличными от соседних) характеристиками грунтов (рис. 14).

Рис. 14. Схема зон с аномальными характеристиками грунта на территории шлюза № 3

Обращает на себя внимание то обстоятельство, что зоны с аномальными характеристиками (предположительно зоны разуплотнений и переувлажнений грунта) расположены практически на всей территории вокруг камеры и какой-то системы в их размещении не наблюдается.

Заключение (Conclusion)

Анализ данных наблюдений и специальных исследований позволяет сделать следующие предположения о возможных причинах возникновения разуплотнений, аномальных осадок некоторых конструкций камеры и развития трещины на левом устое нижней головы.

1. В основании и засыпке камеры представлены зоны мелкозернистых и пылеватых песков, а также зоны крупнозернистых и гравелистых песков. При наличии соответствующего градиента фильтрационных потоков между этими зонами весьма вероятно развитие процессов внутренней суффозии, приводящих к возникновению областей с различной плотностью грунтов.

2. Разрушение осевой шпонки днища в районе секции № 13 привело к перемещению внутрь камеры в процессе наполнения / опорожнения объемов грунтовых вод и выносу грунта, что также способствовало возникновению зон разуплотнения в окрестности секции № 13.

3. Нельзя исключить возможность некачественного выполнения работ по обратной засыпке стен камеры при строительстве гидроузла. В этом случае возможно было как некачественное выполнение послойного уплотнения насыпаемого грунта, так и использование для засыпки непроектных грунтов: торфа, песка, попадание мерзлого грунта, льда, снега и т. п. О такой возможности косвенно свидетельствуют бессистемность и хаотичность расположения зон разуплотнений и провалов. Образование разуплотнений и даже пустот в массиве грунта приводит к возникновению провалов, которые фиксировались службами эксплуатации. Аналогичные процессы в районе секции № 13 и нижней головы привели к сверхпроектным осадкам и перемещениям этих кон-

струкций, а неравномерные осадки и деформации конструкций нижней головы могли привести к возникновению и дальнейшему развитию трещины в бетоне левого устоя.

4. Еще одной из возможных причин возникновения трещины в бетоне левого устоя нижней головы может быть невысокое качество бетона вследствие нарушения технологии бетонирования во время строительства. Бетонирование нижней головы шлюза осуществлялось в несколько ярусов отдельными блоками бетонирования, расположенными в шахматном порядке. Во время строительства при бетонировании конструкций нижней головы в качестве несъемной опалубки использовались плиты-оболочки. При этом блоки бетонирования выполнялись из бетона различных марок (графические материалы «Новинкинский гидроузел. Шлюз № 3. Нижняя голова. Монтажная схема армирования» ООО «Ленгидропроект»).

Анализ эксплуатационной документации позволяет сделать вывод о том, что еще на этапе строительства, в процессе возведения сооружения, использовался бетон с низкими прочностными характеристиками, обусловленными, прежде всего, применением заполнителя бетонной смеси низкого качества (с использованием местного грунта). Кроме того, отдельные этапы строительства осуществлялись в зимний период, что в совокупности с качеством смеси могло только усугубить снижение прочностных свойств массива. В частности, при укладке «слабого» бетона в период отрицательных температур материал подвергался температурным деформациям, которые (в данном случае) проявились в виде неравномерного распределения вяжущей составляющей и заполнителя.

Инструментальные обследования состояния и качества бетона, выполненные ЗАО «НПЦ материалов и добавок» в 2011 г. [15], свидетельствуют о том, что бетон нижней головы шлюза № 3 Новинкинского гидроузла пористый, трещиноватый и имеет сильно разнородную структуру, отмечено также слабое сцепление цементной составляющей с заполнителем. Выход кернов при выбуривании (отношение длины керна к глубине скважины) [16] для нижней головы шлюза был наименьшим — 44 - 71 % (в среднем 60 %) при среднем выходе по остальным конструкциям — 86 %. По некоторым данным бетонирование ниши осуществлялось после бетонирования основного устоя и установки ворот (неорганизованный холодный строительный шов). Кроме того, нижние ярусы днища и устоя (пол водопроводящих галерей) бетонировались крупными блоками без применения специальных мероприятий (трубное охлаждение, применение цементов с низким тепловыделением и т. п.).

Таким образом, к возникновению аномальных осадок некоторых конструкций камеры и трещины на левом устое нижней головы мог привести комплекс причин, а именно: слабые грунты в основании, суффозионные процессы, низкое качество бетона, несоблюдение технологии на этапе строительства.

Методы и способы устранения или хотя бы стабилизации развития трещины на верховой грани левого устоя нижней головы можно разрабатывать лишь на основе максимально полного изучения причин её возникновения. Для этого представляется целесообразным выполнение комплекса исследований, включающих:

- анализ строительной документации для получения максимально полной информации о качестве строительных материалов, использованных в конструкциях нижней головы, а также порядке, очередности и объемах работ по армированию и бетонированию конструкций;

- исследование характеристик грунтов основания, засыпки нижней головы шлюза и фильтрационных режимов в них в настоящее время, а также оценка влияния этих характеристик на устойчивость и перемещения конструкций.

Научно-исследовательская работа «Проведение исследовательских работ, поверочно-теорети-ческих расчетов прочности и устойчивости железобетонных конструкций судоходных шлюзов ФБУ «Администрация «Волго-Балт» (Верхне-Свирский шлюз, Нижне-Свирский шлюз, шлюзы № 1 - 7)» финансировалась Федеральным агентством морского и речного транспорта Минтранса Российской Федерации.

Г145 I

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. О классификации гидротехнических сооружений. Постановление Правительства РФ от 2 ноября 2013 года № 986.

2. Декларация безопасности Новинкинского гидроузла. — СПб.: ФБУ «Администрация «Волго-Балт», 2013. — 143 с.

3. Проведение исследовательских работ, поверочно-теоретических расчетов прочности и устойчивости железобетонных конструкций судоходных шлюзов ФБУ «Администрация «Волго-Балт» (Верхне-Свирский шлюз, Нижне-Свирский шлюз, шлюзы №№ 1 - 7). Шлюз № 3 Новинкинского гидроузла // Отчет по НИР. — СПб.: ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова», 2017. — 232 с.

4. Полубаринова-Кочина П. Я. Теория движения грунтовых вод / П. Я. Полубаринова-Кочина. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Наука, 1977. — 664 с.

5. Басниев К. С. Подземная гидромеханика / К. С. Басниев, И. Н. Кочина, В. М. Максимов. — М.: Недра, 1993. — 416 с.

6. Рассказов Л. Н. Гидротехнические сооружения. — Ч. I / Л. Н. Рассказов [и др.]. — М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2008. — 576 с.

7. Моргунов К. П. Исследование изменения характеристик грунта в основании и засыпке судоходных шлюзов в процессе строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений / К. П. Моргунов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2016. — № 3 (37). — С. 78-88. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-7-3-78-88.

8. Федорова Т. С. Оценка напряженно-деформированного состояния грунтового массива камеры шлюза доковой конструкции / Т. С. Федорова, С. Н. Левачев // Вестник МГСУ. — 2017. — № 5 (104). — С. 519-528. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.5.519-528.

9. Богомолов А. Н. Опыт проведения натурных наблюдений и исследований осадков земляных и бетонных сооружений в период строительства и временной эксплуатации на Волгоградском гидроузле / А. Н. Богомолов, О. Н. Вольская, В. В. Подтелков, И. В. Якименко // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: строительство и архитектура. — 2016. — № 44-1 (63). — С. 93-102.

10. Моргунов К. П. Анализ напряженно-деформированного состояния элементов камер шлюзов Волгоградского гидроузла при различных условиях эксплуатации / К. П. Моргунов, М. В. Красникова // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2016. — № 4 (38). — С. 74-85. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-4-74-85.

11. Левачев С. Н. Напряженно-деформированное состояние бетона стен камер шлюзов канала имени Москвы / С. Н. Левачев, Т. С.Федорова // Вестник МГСУ. — 2013. — № 8. — С. 137-149.

12. Лантратов Ю. Н. Отчет по наблюдениям за трещинами в устоях нижних голов шлюзов № 3, 4 / Ю. Н. Лантратов, Е. В. Асонова. — Л.: УВБВП им. В. И. Ленина, Вытегорский РГС, 1987. — 24 с.

13. Разработка и реализация комплексного проекта реконструкции Волго-Балтийского водного пути (пояснительная записка 1887-1-ПОС3.1.ПЗ). — СПб.: ОАО «Ленгидропроект», 2010. — 187 с.

14. Обследование грунтов основания и обратной засыпки голов и камеры шлюза № 3 Новинкинского гидроузла ФБУ «Администрация «Волго-Балт». Технический отчет (заключительный). — М.: ООО «ЭЦБ ГТС «Гидротеэкспертиза», 2014. — 185 с.

15. Визуальное и инструментальное обследование состояния бетона шлюза № 3 Новинкинского гидроузла. Технический отчет. — СПб.: ЗАО «Научно-производственный центр материалов и добавок», 2011. — 118 с.

16. ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкции. — М.: Стандартинформ, 2005. — 10 с.

REFERENCES

1. Resolution of the Government of the Russian Federation № 986 (2 Nov. 2013). O klassifikatsii gidrotekhnicheskikh sooruzhenii.

2. Deklaratsiya bezopasnosti Novinkinskogo gidrouzla. SPb.: FBU «Administratsiya «Volgo-Balt», 2013.

ВЕСТН1

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

3. Provedenie issledovatel'skikh rabot, poverochno-teoreticheskikh raschetov prochnosti i ustoichivosti zhelezobetonnykh konstruktsii sudokhodnykh shlyuzov FBU «Administratsiya «Volgo-Balt» (Verkhne-Svirskii shlyuz, Nizhne-Svirskii shlyuz, shlyuzy №№ 1 - 7). Shlyuz № 3 Novinkinskogo gidrouzla. Otchet po NIR. SPb.: FGBOU VO «GUMRF imeni admirala S.O. Makarova», 2017.

4. Polubarinova-Kochina, P.Ya. Teoriya dvizheniya gruntovykh vod. 2nd edition. M.: Nauka, 1977.

5. Basniev, K.S., I.N. Kochina, and V.M. Maksimov. Podzemnayagidromekhanika. M.: Nedra, 1993.

6. Rasskazov, L.N., et al. Gidrotekhnicheskie sooruzheniya. Chast' I. M.: Izd-vo Assotsiatsii stroitel'nykh vuzov, 2008.

7. Morgunov, Konstantin Petrovich. "Research of change of descriptions of soil in foundation and backfill of shipping lock in the process of building and exploitation of hydraulic construction." Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova 3(37) (2016): 78-88. DOI: 10.21821/23095180-2016-7-3-78-88.

8. Fedorova, Tatiana Sergeevna, and Stanislaw Nikolaevich Levachev. "Assessment of stress-strain state of soil mass of dock-type lock chamber." Vestnik MGSU 5(104) (2017): 519-528. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.5.519528.

9. Bogomolov, Aleksandr Nikolaevich, Olga Nikolaevna Vol'skaya, Vasilii Vladimirovich Podtelkov, and Igor' Valer'evich Yakimenko. "Experience of field studies and researches of subsidence of earthwork and concrete structures during construction and temporary operation in the Volgograd hydroelectric station dam." Bulletin of Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture 44-1(63) (2016): 93-102.

10. Morgunov, K. P., and M. V. Krasnikova. "Analysis of stress-strain state elements lock chamber Volgograd hydroelectric complex under different operating conditions." Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova 4(38) (2016): 74-85. DOI: 10.21821/2309-5180-20168-4-74-85.

11. Levachev, Stanislav Nikolaevich, and Tat'yana Sergeevna Fedorova. "Stress-strain state of concrete in the walls of lock chambers of the Moscow channel." Vestnik MGSU 8 (2013): 137-149.

12. Lantratov, Yu.N., and E.V. Asonova. Otchet po nablyudeniyam za treshchinami v ustoyakh nizhnikh golov shlyuzov №№ 3-4. L.: UVBVP im. V. I. Lenina, Vytegorskii RGS, 1987.

13. Razrabotka i realizatsiya kompleksnogo proekta rekonstruktsii Volgo-Baltiiskogo vodnogo puti (poyasnitel'naya zapiska 1887-1-POS3.1.PZ). SPb.: OAO «Lengidroproekt», 2010.

14. Obsledovanie gruntov osnovaniya i obratnoi zasypki golov i kamery shlyuza № 3 Novinkinskogo gidrouzla FBU «Administratsiya «Volgo-Balt». Tekhnicheskii otchet (zaklyuchitel'nyi). M.: OOO «ETsB GTS «Gidroteekspertiza», 2014.

15. Vizual'noe i instrumental'noe obsledovanie sostoyaniya betona shlyuza № 3 Novin-kinskogo gidrouzla. Tekhnicheskii otchet. SPb.: ZAO «Nauchno-proizvodstvennyi tsentr materialov i dobavok», 2011.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

16. Russian Federation. State Standard GOST 28570-90. Concretes. Methods of strength evaluation on cores drilled from structures. M.: Standartinform, 2005.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Моргунов Константин Петрович —

Кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

198035, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург,

ул. Двинская, 5/7

e-mail: morgunovkp@gumrf.ru

Рябов Георгий Георгиевич —

Кандидат технических наук

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени

адмирала С. О. Макарова»

198035, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург,

ул. Двинская, 5/7

e-mail: RyabovGG@gumrf.ru

Morgunov, Konstantin P. —

PhD, associate professor Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping 5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035, Russian Federation e-mail: morgunovkp@gumrf.ru Ryabov, Georgiy G. — PhD

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping 5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035, Russian Federation e-mail: RyabovGG@gumrf.ru

Гш

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Красникова Марина Валерьевна — аспирант Научный руководитель: Моргунов Константин Петрович ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

198035, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

e-mail: mvkrasnikova@yandex.ru, kaf_gsk@gumrf.ru

Krasnikova, Marina V. — Postgraduate Supervisor.

Morgunov, Konstantin P. Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping 5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035, Russian Federation

e-mail: mvkrasnikova@yandex.ru, kaf_gsk@gumrf.ru

Статья поступила в редакцию 8 декабря 2017 г.

Received: December 8, 2017.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.