CC BY
99
Геодезия и маркшейдерия
УДК 526.7:526.5
КОМПЛЕКСНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА ЧАРДАРИНСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ
Сергей Георгиевич Ожигин
Карагандинский государственный технический университет, 100000, Казахстан, г. Караганда, ул. Б. Мира, 56, доктор технических наук, профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)72-26-65, е-mail: [email protected]
Жмагул Смагулыч Нугужинов
Карагандинский государственный технический университет, 100000, Казахстан, г. Караганда, ул. Б. Мира, 56, доктор технических наук, профессор, главный эксперт, директор Института КазМИРР при КаРГТУ, тел. (7212)56-52-03, е-mail: [email protected]
Елена Николаевна Хмырова
Карагандинский государственный технический университет, 100000, Казахстан, г. Караганда, ул. Б. Мира, 56, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)72-26-65, е-mail: [email protected]
Наталья Александровна Имранова
Карагандинский государственный технический университет, 100000, Казахстан, г. Караганда, ул. Б. Мира, 56, магистрант кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-52-03, е-mail: [email protected]
Маржан Базарбаевна Игемберлина
Карагандинский государственный технический университет, 100000, Казахстан, г. Караганда, ул. Б. Мира, 56, магистрант кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел. (7212)56-26-27, е-mail: [email protected]
Оценка технического состояния и разработка рекомендаций по обеспечению эксплуатационной пригодности строительных конструкций и основания гидротехнических сооружений выполнялась по разработанной авторами методике с использованием современных способов и инновационных технологий.
Ключевые слова: изыскания, гидротехнические сооружения, гидрография, электронный тахеометр, геотомограф, деформации.
COMPLEX INSPECTION OF HYDRAULIC ENGINEERING CONSTRUCTIONS ON THE CHARDARIN RESERVOIR
Sergey G. Ozhigin
Karaganda state technical university, 100000, Kazakhstan, Karaganda, 56 B. Mira St., Ph. D., professor of chair of surveying business and geodesy, tel. (7212)72-26-65, e-mail: [email protected]
Zhmagul S. Nuguzhinov
The Karaganda state technical university, 100000, Kazakhstan, Karaganda, 56 B. Mira St., Ph. D., professor, the chief expert, the director of institute of KazMIRR at KaRGTU, tel. (7212)56-52-03, e-mail: [email protected]
13
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
Elena N. Hmyrova
Karaganda state technical university, 100000, Kazakhstan, Karaganda, 56 B. Mira St., Ph. D., professor of chair of surveying business and geodesy, tel. (7212)72-26-65, e-mail: [email protected]
Natalya A. Imranova
Karaganda state technical university, 100000, Kazakhstan, Karaganda, 56 B. Mira St., undergraduate of chair of surveying business and geodesy, tel. (7212)56-52-03, e-mail: [email protected]
Marzhan B. Igemberlina
Karaganda state technical university, 100000, Kazakhstan, Karaganda, 56 B. Mira St., graduate student of department of surveyor business and geodesy, tel. (7212)56-26-27, e-mail: [email protected]
The assessment of technical condition and development of recommendations about ensuring operational suitability of construction designs and the basis of hydraulic engineering constructions was carried out on developed by authors of a technique with use of modern ways and innovative technologies.
Key words: researches, hydraulic engineering constructions, hydrography, electronic tacheo-meter, geotomograph, deformations.
Геодезическое обеспечение строительства и эксплуатации крупных инженерных комплексов было и остается приоритетной задачей науки и производства [1-6]. Особое значение здесь уделяется гидротехническим сооружениям, многие из которых имеют высшую категорию опасности, и которым посвящена настоящая статья.
Комплексное обследование гидротехнических сооружений производилось согласно требованиями нормативных документов, таких, как СН РК 1.04-04-2002 «Обследование и оценка технического состояния зданий и сооружений», СНиП РК 1.03-26-2004 «Геодезические работы в строительстве», и включало в себя следующее:
- анализ совокупных результатов экспертного обследования и оценки технического состояния откосов и противофильтрационной одежды канала в целом по категориям несущей способности и эксплуатационной пригодности, определение на ее основе возможности и условий их дальнейшего применения;
- разработку рекомендаций по восстановлению эксплуатационной пригодности дефектных и поврежденных участков объекта.
Для уточнения размеров поперечных сечений канала, анализа состояния откосов и противофильтрационной одежды откосов канала проведены комплексные инженерно-геодезические и инженерно-геологические изыскания.
Для определения фактических геометрических параметров и размеров откосов канала выполнена крупномасштабная детальная геодезическая съемка, с уточнением фактических отметок дна, верхних и нижних бровок откосов, углов откоса, отметок уреза воды с использованием автоматизированного электронного тахеометра Leica ТС 1201 [7].
14
Геодезия и маркшейдерия
Для исследования конфигурации слагающих грунтов был использован геофизический метод геотомографии, или подповерхностной радиолокации.
По результатам проведенных инженерных изысканий установлено, что до глубины 20,0 м в геологическом строении участка изысканий принимают участие четвертичные отложения, представленные, в основном, супесями, а на территории ГНС-1 - супесями, суглинками и песками мелкими с линзами песка средней крупности.
Содержание в грунтах коллоидных частиц размером менее 0,001 мм находится в пределах 6,8-9,6 %, что характеризует состояние грунтов как «истинные» плывуны с образованием оползней.
Естественный режим грунтовых вод на поливных территориях нарушен. Имеющийся режим изменения уровня грунтовых вод зависит от продолжительности зимнего полива при промывке грунта, инфильтрационного объема вод в поливной сезон растительности, количества утечек из оросительных сетей (подводящих каналов и арыков) и от эффективной работы дренажной системы.
Дренажная система, состоящая из комплекса скважин водопонижения и отводящих арыков и каналов, на момент обследования не действует.
По результатам визуального обследования выявлено, что разрушение верхних бровок канала начинается с ПК30 и до ПК108. Деформации протекают в виде вертикального опускания площадок на уровне бермы, в результате обрушений откосов дно канала засыпано на 0,5 м. С ПК57 по ПК60 деформации протекают в виде оплывов откосов, перемещений слабосвязанных пород в форме течения грязевых потоков, углы откосов выполаживаются, сечения обретают форму чаши.
Анализ соотношения отметок дна канала и отметок дренажной канавы показал следующие значения:
- на ПК07 превышение между отметками дна дренажной канавы и дна машинного канала составляет 0,6 м;
- на ПК31 превышение между отметками дна дренажной канавы и дна машинного канала составляет 1,34 м;
- на ПК 106 превышение между отметками дна дренажной канавы и дна машинного канала составляет 5,88 м.
При этом установлена следующая закономерность: с увеличением разности между отметками (превышений) дна дренажного канала и дна машинного канала деформации увеличиваются.
В связи с наличием рисков, выявленных по данным инженерно-геологических изысканий и подтвержденных результатами томографической и топографической съемок, а также нарушениями действующих норм, был произведен поверочный расчет устойчивости откосов [8].
Поверочные расчеты по определению коэффициента запаса устойчивости откосов канала производились по фактическим поперечным сечениям по состоянию на ноябрь 2012 г. с ПК 0 по ПК108 с учетом неоднородности геологического строения и инженерно-геологических условий, а также с учетом изме-
15
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
нения уровня грунтовых вод, уровней воды в машинном канале, в дренажной канаве и в оросительном канале с помощью программного обеспечения «Slide». Расчеты были произведены с использованием метода предельного равновесия, наилучшим образом подходящего к инженерно-геологической и гидрогеологической ситуации сооружения.
Построение депрессионной кривой и распределение фильтрационных потоков осуществлялось в расчетах с учетом вышеперечисленных данных (рис. 1, 2).
Рис. 1. Расчет КЗУ фактического сечения откоса левого берега на пикете 36 без воды в дренажной канаве
Рис. 2. Расчет КЗУ фактического сечения откоса левого берега на пикете 36 с водой в дренажной канаве
16
Геодезия и маркшейдерия
Результаты поверочных расчетов устойчивости откосов объекта на участке № 2 показали следующее:
- левый берег при наличии воды в дренажном канале с ПК 52 по ПК 106 изменяется от 0,828 (ПК 107) до 1,137 (ПК 52), т. е. не соответствует нормативному значению;
- левый берег без воды в дренажном канале с ПК 36 по ПК 61 КЗУ изменяется от 1,183 до 1,364, т. е. соответствует нормативным значениям; с ПК 62 до ПК 108 - ниже нормативного значения, находится на пределе;
- правый берег при наличии воды в оросительном канале с ПК 33 по ПК 54 КЗУ соответствует нормативным значениям, с ПК 55 по ПК 108 изменяется от 1,055 до 0,739, что не соответствует нормативному значению и наблюдается закономерность уменьшения КЗУ в направлении к НС-2;
- правый берег без воды в оросительном канале от ПК 0 до ПК 563 КЗУ соответствует нормативному значению или КЗУ ~ 1,0; с ПК 64 по ПК 108 изменяется от 0,818 до 1,114, что ниже нормативного значения.
Для обеспечения нормальной эксплуатации гидротехнических сооружений необходимо учесть следующие замечания [9]:
- в качестве заполнителя для конструкций из габионов необходимо применять только камень, соответствующий ГОСТ-8267;
- камень должен быть валунным, галечниковым или щебенистым;
- не должен размываться водой;
- не должен разрушаться под воздействием природных факторов;
3
- насыпная плотность не менее 1 300 кг/м ;
- удельный вес не менее 1 700 кг/м ;
- морозостойкость не менее 50 циклов;
- размеры камня должны быть крупнее ячеек сетки габиона.
Под габионами уложен защитный материал из очень тонкого слоя фильт-рирующего материала «Геотекстиль» отечественного производства с малой поверхностной плотностью и малой допустимой разрывной нагрузкой. В качестве подстилающего слоя под матрацы «Рено» следовало применить «Геотекстиль» более толстой и прочной марки.
При анализе гидравлических параметров канала коэффициент шероховатости n = 0,02 представляется заниженным. Согласно фактическим данным обследования, коэффициенты шероховатости по видам облицовки следующие:
- для булыжной мостовой - 0,02-0,025;
- для кладки бутовой на цементном растворе - 0,017-0,030.
В связи с этим, для проверки пропускной способности канала при возможном рабочем наполнении 5,2 м, т. е. глубиной от бермы до дна, были проведены расчеты для трех значений коэффициента шероховатости 0,02; 0,025 и 0,030 по двум определяющим пикетам ПК 10 и ПК 106.
На основании приведенных выше данных, при расчете параметров объекта следовало принять коэффициент шероховатости n = 0,025, более соответствую-
17
Вестник СГГА, вып. 4 (28), 2014
щий полученным данным в процессе его эксплуатации. Пропускная способность канала при n = 0,025 на ПК 10 равна 61,28 м /с, а на ПК 106 - 57,23 м /с.
При коэффициенте шероховатости n = 0,02 расчетная пропускная способность канала на этих пикетах равна соответственно: 74,61 и 69,56 м /с, а при n = 0,03 соответственно 52,47 и 48,94 м /с.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Фолькер Швигер, Ли Чжан, Июрген Швейцер. Оценка качества инженерногеодезических работ в строительстве // Вестник СГГА. - 2011. - Вып. 3 (16). - С. 25-44.
2. Джоел Ван Кроненброк. Применение технологий ГНСС для деформационного мониторинга сооружений // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 1 (17). - С. 29-40.
3. Хасенов К. Б., Гольцев А. Г., Салпышев О. Д. Выверка строительных конструкций с использованием лазерных приборов // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 3 (19). - С. 14-17.
4. Хасенов К. Б., Гольцев А. Г., Салпышев О. Д. Монтаж аппаратов вертикального типа // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 4 (20). - С. 14-17.
5. Никонов А. В. Особенности применения современных геодезических приборов при наблюдении за осадками и деформациями зданий и сооружений объектов энергетики // Вестник СГГА. - 2013. - Вып. 4 (24). - С. 12-18.
6. Сальников В. Г. Современная методика выноса главных осей турбоагрегатов // Вестник СГГА. - 2014. - Вып. 1 (25). - С. 27-33.
7. The assessment of the technical Condition of the Cetral Hall Concert Hall «Kazakhstan» / Zh. Nuguzhinov, E. Hmyrova, A. Kurokthin, G. Sirenko // Opportunities of Geodetik Monitoring on the Examle of Current Projects Easternn Europe. - Aachen 2013. - С. 3-9.
8. Research of stability of protecting dams of ash dumps / F. K. Nizametdinov, E. N. Hmyrova, O. G. Besimbayeva, V. N. Dolgonosov. // XV Jubilee Balkan Mineral Processing Congress. -Sozopol, Bulgaria 2013. - С. 652-656.
9. Хмырова Е. Н., Бесимбаева О. Г., Жунусова Г. Е. Система геомониторинга золоотвала Топарской ГРЭС // Интерэкспо Гео-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр.: Между-нар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 пареля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 2. - С. 56-61.
Получено 17.11.2014
© С. Г. Ожигин, Ж. С. Нугужинов, Е. Н. Хмырова, Н. А. Имранова, М. Б. Игемберлина, 2014
18
