CC BY
80
УЕБТЫНС
мвви
УДК 624.012.4:626
С.Н. Левачев, Т.С. Федорова
ФГБОУВПО «МГСУ»
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ БЕТОНА СТЕН КАМЕР ШЛЮЗОВ КАНАЛА ИМЕНИ МОСКВЫ
Выявлены и проанализированы деструктивные процессы, происходящие в бетоне стен камер шлюзов канала имени Москвы и приведена оценка их напряженно-деформированного состояния на примере шлюза № 2, на котором впервые были отмечены признаки аварийного состояния и проверены различные способы усиления конструкций. На основе анализа результатов исследований и выполненных расчетов даны рекомендации по обеспечению безопасности при дальнейшей эксплуатации сооружения.
Ключевые слова: канал имени Москвы, камеры шлюзов, напряженно-деформированное состояние бетона, ремонт, нагель.
В настоящее время канал имени Москвы является самым крупным каналом на территории Российской Федерации и одним из важнейших объектов водохозяйственной отрасли РФ.
Судоходные сооружения канала имени Москвы находятся в эксплуатации около 80 лет, наблюдается сильный износ конструкций и неблагоприятное техническое состояние, в связи с чем требуется проведение капитального ремонта, в т.ч. с целью повышения надежности работы стен камер шлюзов.
За долгие годы эксплуатации на стенах камер шлюзов наблюдаются множественные деструктивные изменения в поверхностном слое бетона с наличием каверн с обнажением арматуры, первоначально возникшие в зоне переменного уровня, а в последующие годы распространившиеся по всей площади стен камеры.
По наблюдениям, проведенным за время эксплуатации на ряде шлюзов, в особенности на шлюзе № 2, наблюдаются незатухающие перемещения стен в сторону камеры шлюза, интенсивность перемещения которых составляет 2,8 мм/год.
Необходимо принимать меры для восстановления разрушений бетона и прекращения прогрессирующих деформаций, а именно: к разгрузке стен от обратной засыпки, установке дополнительных армоэлементов, установке составных наклонных и вертикальных нагелей в районе тыловой грани стен, закреплению стен анкерными тягами.
Указанные мероприятия не лишены недостатков, в совокупности они обеспечивают возможность более надежной эксплуатации шлюзов, но возникает необходимость изучения их надежности и долговечности.
Для обоснования долговечности и надежности работы существующих стен камер шлюзов необходимо:
выявить особенности работы укрепленных и неукрепленных стен; выявить взаимодействие стен камер с обратной засыпкой; выяснить природу возникновения дефектов на стенах камер; выяснить пригодность и долговечность существующей конструкции камеры к дальнейшей эксплуатации;
ВЕСТНИК
МГСУ-
разработать методику оценки напряженно-деформированного состояния не только на прочностных, но и деформационных характеристиках материалов [1].
Рассмотрим более подробно шлюз № 2, так как на данный момент его техническое состояние вызывает наибольшие опасения. Кроме того, по характеру проявления аварийных ситуаций он наиболее показателен как первый, где они обнаружены, и по мероприятиям, которые были приняты для повышения безопасности его эксплуатации.
Шлюз № 2 — однокамерный, докового типа, общая длина шлюза—367,0 м, полезная длина камеры — 290,0 м, полезная ширина камеры — 30,0 м. Минимальная глубина на пороге — 5,52 м. Камера разделена на 15 секций. Толщина днища — 4,0 м, толщина стен по низу — 6,0 м, по верху — 1,0 м. Высота стен камеры — 16,0 м (рис. 1).
Рис. 1. Схема камеры шлюза № 2
Стены камеры шлюза выполнены из железобетона проектной марки В15 (М200). Проектом предусмотрена разбивка стен по высоте на четыре блока бетонирования.
Максимальный расчетный напор составляет 11,31 м. Напор при нормальном подпорном уровне (НПУ) равен 6,00 м.
В основании камеры залегает преимущественно суглинок с гравием и валунный суглинок. Пазухи за стенами камеры шлюза засыпаны моренным суглинком и частично супесью в смеси с песком. Западная пазуха засыпалась талым грунтом, восточная — с примесью мерзлого грунта, так как отсыпка производилась в зимний период и грунт засыпался без уплотнения [2].
В первый месяц эксплуатации шлюза (июнь 1937 г.) было обнаружено, что секция № 5 западной стены отклонилась в сторону камеры шлюза. Максимальная величина отклонения по верху парапета составила 87 мм [2, 3].
MGSU
В ходе проведенного в 1937 г. обследования были обнаружены трещины и просадки грунта обратной засыпки, на тыловой грани секции по блочному шву, между первым и вторым блоками бетонирования образовалась трещина, блочный шов находится на отметке 121,21 м вместо 120,13 м по проекту, количество рабочей арматуры занижено вдвое от проектного (рис. 2) [4].
Рис. 2. Поперечное сечение поврежденных секций
Для ликвидации аварийного состояния секции № 5 западной стены было проведено ее закрепление 16 анкерными тягами диаметром 50 мм за две анкерные плиты, расположенные на расстоянии 30 м от стены в откосе дренажного кювета.
При вырубке штраб в бетоне для углубления рымных ниш на западной стене в шести секциях были обнаружены продольные трещины, косо уходящие вверх к тыловой грани. На восточной стороне подобные трещины обнаружены только в двух секциях. Максимальное раскрытие трещин на западной стене в пределах штраб составило 13...16 мм, а на восточной 2...3 мм.
Для выяснения характера распространения трещин было выполнено детальное исследование секции № 11 западной стены, в ходе которого обнаружена трещина на тыловой грани секции на отметке 121,18 м, раскрытие которой составило 25 мм, сдвиг по трещине в сторону камеры составил 25 мм. Трещина заполнена моренной глиной, рабочая арматура тыловой грани в районе трещины искривлена [5].
В связи с предположением о возможности опрокидывания поврежденных секций в камеру шлюза, проведены ремонтные работы (аналогичные ранее выполненным работам на пятой секции) по закреплению верха секций западной стены.
Засыпка пазух была выполнена суглинком. В соответствии с проектом профиль засыпки изменен (см. рис. 1). Ширина горизонтальной площадки на уровне верха стенок уменьшена с 20 м в среднем до 4...5 м.
В последующие годы эксплуатации наблюдался разворот верхней части поврежденных секций западной стены. Для предотвращения смещения низа поврежденной части секций по плоскости блочного шва в зоне шва были установлены вертикальные стальные стержни (нагели) диаметром 160...180 мм и длиной 5 м (рис. 3) [6].
Ш
.Г12J J
ВЕСТНИК
МГСУ-
Рис. 3. Схема закрепления западной стены
При обследовании поверхности восточной стены камеры шлюза в семи секциях стены в районе вута были обнаружены горизонтальные прерывистые трещины [7, 8].
По этой причине на восточной стене камеры шлюза для снижения давления грунта была снята засыпка на 1,5...1,6 м (рис. 4).
Рис. 4. Схема закрепления восточной стены
В связи с этим произведено усиление восточной стены шлюза путем цементации бетона в районе трещины с последующей установкой в скважины стальных стержней (нагелей). Бурились скважины с наклоном 5...8° в сторону засыпки, диаметром 150 мм (130 мм) на глубину 16,10 м до пересечения трещины, что определялось либо по исчезновению промывочной воды, либо с помощью ультразвукового контроля. Затем устанавливались нагели, состоя-
щие из двух стальных стержней длиной 4,0 и 4,55 м и диаметром 70 мм и двух стальных стержней длиной 3,5 и 4,0 м и диаметром 100 мм, соединенных на резьбе с помощью муфт. Готовая скважина заливалась цементным раствором состава 1:1, после чего в нее сразу опускался нагель. Нагели устанавливались с шагом 2,0 м. Кроме того, на каждой секции устраивались две разведочные скважины.
В ходе ремонтных работ на секции западной стены шлюза установлена контрольно-измерительная аппаратура: грунтовые динамометры, арматурные динамометры, дистанционные щелемеры, полупроводниковые термометры сопротивления [9].
В 1997—2007 гг. на восточной и западной стенах шлюза № 2 произведен ремонт лицевого бетона методом «колонн». Работы выполнялись при осушенной камере. На каждой стороне секции камеры предусматривалось устройство в штрабах двух железобетонных колонн. Высота колонн — 8,0 м; ширина — 3,0 м; глубина от 1,0 м в нижней части до 0,6 м в верхней части. Сопряжение колонн с существующим бетоном стены производилось 96 анкерами диаметром 32 мм.
Поверхностный слой бетона лицевой грани заменялся на глубину 30...50 см в зависимости от состояния старого бетона. Высота замены лицевого бетона— от вута до низа парапета. Бетон армировался сеткой с рабочей арматурой диаметром 32 и 22 мм (шаг 250 мм) и соединялся со старым бетоном анкерами диаметром 32 мм. Бетонирование колонн и лицевой грани производилось тяжелым бетоном класса В30, F300, W8 на гранитном щебне фракции 5...20 мм [10].
Проанализировав материалы наблюдений за годы эксплуатации, можно сделать следующий вывод. В течение всего периода измерений наблюдались сезонные изменения показаний грунтовых динамометров, связанные с температурными деформациями стен, отклоняющимися при нагреве лицевой грани в сторону засыпки.
Для арматурных динамометров, контролировавших усилие в анкерных тягах, характерно сезонное колебание измеренных усилий. Летом усилия уменьшаются, зимой увеличиваются, что также связано с температурными деформациями стен камеры шлюза.
Данные, полученные по грунтовым и арматурным динамометрам, не дают полной картины работы стен камеры шлюза, и их использование проблематичным в связи с их противоречивостью оказывается и зависимостью от температурных деформаций.
Более достоверные результаты дают полупроводниковые термометры сопротивления, позволяющие зафиксировать, что колебания температуры бетона тыловой грани уменьшаются с глубиной засыпки и толщиной стены шлюза. Показания термометров, установленных на анкерных тягах, свидетельствуют об изменении их температуры в зависимости от температуры воздуха.
По показаниям уголковых щелемеров все секции восточной стены относительно верхней головы смещаются в сторону камеры, кроме секций № 2, 3, 4, которые имеют незначительную тенденцию смещения в засыпку. Максимальное абсолютное смещение в камеру с момента начала наблюдений имела
ВЕСТНИК 8/2013
8/2013
секция № 11 -23,3 мм/год в 2007 г. Максимальная средняя скорость смещения за последние 3 года составляет -2,8 мм/год.
Горизонтальные перемещения западной стены относительно верхней головы направлены в сторону засыпки за исключением секций № 1—4, которые незначительно смещаются в сторону камеры. Максимальная средняя скорость смещения в камеру за последние 3 года составляет 0,7 мм/год.
С 2000 г. высотное положение камеры шлюза практически не изменилось. Величины перемещений по отдельным точкам свидетельствуют о том, что большинство элементов имеет неравномерные вертикальные перемещения. Максимальная неравномерность подъема верхней головы в продольном направлении составляет 33 мм, в поперечном направлении 10 мм. Максимальная осадка марок стен камеры шлюза составляет 50 мм (секция № 5, марка 15). Скорость осадки секции 0,7 мм/год (по марке 15). Максимальная неравномерность осадки стен в продольном направлении 15 мм (на секции № 1), с за последние 5 лет неравномерность уменьшилась на 1 мм.
До 2000 г. отмечалась очевидная тенденция к подъему не только голов, но и секций камеры шлюза. Учитывая наблюдаемый подъем практически всех марок, можно предположить, что это было следствием нестабильности реперной системы. В то же время незначительные абсолютные значения вертикальных перемещений и их стабилизация в последние 10 лет свидетельствуют об удовлетворительной работе шлюза с точки зрения осадок его основных элементов.
В настоящее время вся закладная контрольно-измерительная аппаратура, установленная на шлюзе, вышла из строя. Судить о состоянии и поведении стен шлюза в процессе эксплуатации сейчас можно только по результатам визуальных наблюдений за состоянием лицевой поверхности бетона стен, результатам наблюдений за деформациями стен (горизонтальными и вертикальными) с использованием щелемеров, струн и высотных марок, а также фильтрационным режимом в засыпке стен с помощью пьезометров.
Фильтрационный режим шлюза имеет неустановившийся в течение года циклический характер с двумя периодами.
Сравнение положения кривой депрессии вдоль стен камеры шлюза в марте и октябре позволяет сделать вывод, что в период навигации кривая депрессии поднимается на 1...2 м и выравнивается вдоль стены. Этот эффект можно объяснить лишь тем, что в период навигации происходит насыщение обратной засыпки водой, фильтрующейся из наполненной камеры через трещины в бетоне и через температурно-осадочные швы. Это предположение подтверждается тем, что при ремонте стен камеры шлюза были выявлены трещины с раскрытием более сантиметра с заполнением их грунтом обратной засыпки.
Сравнение положения кривой депрессии в обратных засыпках западной и восточной стен показывает, что кривая депрессии у восточной стены имеет больший размах изменений и выше кривой депрессии у западной стены на метр и более. В период навигации кривая депрессии у восточной стены находится на отметках 128,0...129,0 м, что на 1...2 м выше расчетного уровня воды 127,00 м [11].
Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что в настоящее время напряженно-деформированное состояние западной стены шлюза стабиль-
ное (по крайней мере, с пониженным относительно проектного значения уровнем обратной засыпки до отметки 130,5 м) по сравнению с восточной стеной, напряженно-деформированное состояние которой вызывает опасения.
Имеющиеся данные не дают оснований для каких-либо прогнозов относительно восточной стены шлюза.
В ходе эксплуатации и ремонта шлюзов Канала имени Москвы выдвигалось много предложений о причинах повреждения стен камер шлюзов, а также объяснений различной степени повреждения западной и восточной стен шлюза № 2. Одной из главных является неверная оценка нагрузок от грунта обратной засыпки стен камер шлюзов, которая усугубилась нарушениями технологии строительства, нарушением проектных решений.
Немаловажным представляется повышенная чувствительность доковой конструкции камеры шлюза № 2 со сплошным неразрезным днищем к температурным воздействиям, вызывающим прогиб консольной части и навал стены на грунт засыпки. Данные перемещения сопровождаются возникновением реактивного давления грунта и увеличением изгибающего момента в расчетных сечениях стен. На шлюзе № 2 к этому добавились дополнительные факторы местного значения — наличие блочного шва практически в зоне расчетного сечения и уменьшение площади расчетной растянутой арматуры, что не могло не привести к появлению и значительному раскрытию трещины в тыловой части стены с выходом ее на лицевую поверхности в районе вута.
Разную степень повреждения западной и восточной стен исследователи объяснили различной формой поверхности засыпки за стенами — широкая горизонтальная площадка на западной стороне и более узкая на восточной. Не менее важной является ориентация стен. Западная стена подвержена более активному воздействию солнечных лучей, чем восточная, что и вызывает большие температурные деформации стен, и развитие большего реактивного сопротивления грунта со стороны тыловой грани, особенно в весенне-летний период.
Несмотря на выполненный к настоящему времени большой объем наблюдений, расчетов и исследований, многие сведения, характеризующие напряженно-деформированное состояние стен, остаются неизвестными. К ним относятся: наличие и величина сцепления в грунтовой засыпке; количество и сохранность арматуры у тыловой грани стен; состояние грунта обратной засыпки при взаимодействии со стеной (предельное — «активное» или допредельное — «покоя», «реактивное»); фактический угол наклона нагелей.
Проанализировав выполненные за годы эксплуатации расчеты, можно сказать, что с точки зрения строительной механики силовое повреждение стен камеры шлюза с образованием трещин в районе строительного шва может произойти по причине реализации двух силовых факторов, а именно: поперечной силы, действующей в плоскости шва или(и) изгибающего момента, действующего в плоскости, перпендикулярной плоскости шва.
Расчет прочности стены камеры шлюза на действие поперечной силы производились при следующих исходных данных:
размеры стены камеры шлюза приняты в соответствии с [3, 8]; верхние границы грунта обратной засыпки приняты как для западной стены шлюза до 1960 г. (см. рис. 1) [3];
ВЕСТНИК 8/2013
8/2013
уровни воды в камере и обратной засыпке приняты согласно п. 2 [4]: в камере — 119,5 м (минимальный навигационный уровень); в засыпке — 127,0 м (средняя отметка в пьезометрах западной стены за 1968 г.);
отметка шва между первым и вторым блоками бетонирования (121,20 м) принята согласно п. 5, § 1 [8] и [3], толщина шва — 10 см, принята условно;
характеристики грунта обратной засыпки приняты, исходя из следующих условий: коэффициент бокового давления равен 0,65...0,70 (давление покоя суглинка с V = 0,36...0,37), что дает эквивалентный угол внутреннего трения песка ф = 11°, с = 0 и не противоречит данным [3] где коэффициент бокового давления равен 0,6...0,7, что соответствует ф = 10...15°;
характеристики бетона стены приняты из следующих условий: бетон рассматривается как идеально связный материал (ф = 0), обладающий сцеплением, равным прочности бетона на срез. Марка бетона согласно п. 3, § 1 [4] М 200 (В15), следовательно Rb = 90 кг/см2. Расчетное сопротивление на срез принимаем: Rb = 0,05RJ = 4,5 кг/см2 = 45 т/м2, (с = 45 т/м2);
прочность бетона шва бетонирования на отметке 121,20 м принята как у марки М 100 — меньшей, чем марка бетона тела стены (согласно [3]);
армирование стены при выполнении расчетов на срез условно не учитывалось;
нагрузка на территорию, а также швартовые нагрузки не учитывались; коэффициент безопасности по ответственности при проведении контрольных расчетов принят уя = 1,0.
Произведенные расчеты позволили определить расчетным методом характеристики грунта обратной засыпки стены камеры, при которых произошло образование поперечной трещины по шву бетонирования.
Контрольные расчеты показали, что при принятых исходных данных возможен срез стены камеры шлюза по шву бетонирования. Необходимо отметить, что выполненные расчеты являются прикидочными, так как действительные характеристики грунтов оснований и обратных засыпок, а также материалов конструкций в их современном состоянии неизвестны. В связи с выше указанным необходимо выполнить уточнение характеристик грунта и расчет с применением метода конечных элементов.
Также были выполнены несколько вариантов расчетов при современных условиях эксплуатации шлюза с отметкой обратной засыпки 130,5 м за восточной стеной и при нормальных условиях эксплуатации шлюза с отметкой обратной засыпки стен 132,0 м.
Для оценки полученных результатов приняты следующие расчетные значения сопротивления материалов:
нагель — при = 2100 кг/см2, / = 0,008 м2 Rн = 168 т;
бетон на сжатие В20 — Д = 117 кг/см2;
б '
бетон на срез (растяжение) В20 — Д = 9,2 кг/см2.
В результате анализа данных для вариантов первой группы расчетов и в предположении, что все секции камеры имеют в настоящее время сквозные трещины в вутовой части, можно сделать следующие выводы.
1. Устойчивость отделившейся верхней части против опрокидывания в результате разрушения бетона при сжатии лицевой грани стены обеспечена с большим запасом.
2. Устойчивость отделившейся верхней части против опрокидывания в результате потери прочности нагелем не может быть обоснована предпосылками, принятыми в проектах усиления западной стены (с = 0, тыловая арматура не работает).
3. Устойчивость отделившейся верхней части против опрокидывания можно объяснить только при учете работы тыловой арматуры (при этом она находится на пределе) или наличия сцепления в грунте засыпки.
4. Если предположить, что тыловая арматура сохранилась (^ = 18,34 см2 по данным обследования), то по варианту 4 растягивающие напряжения в нагеле составят 2350 кг/см2, что сопоставимо с = 2100кг/см2. Учет сцепления дает растягивающие напряжения в нагеле 1390 кг/см2.
5. При расчете несущей способности нагеля на растяжение рассматривается также возможность его выдергивания из цементной пробки. При проектировании усиления восточной стены глубина заделки нагеля ниже трещины была определена, вероятно, по известной рекомендации СНиП /з = 30а?, где й — диаметр нагеля. Ориентировочно эта глубина заделки в натуре составляет 3,0 м. Величина сцепления нагеля с материалом заполнения скважины Т = п т.
г сц з
В этой формуле значение т может изменяться по различным рекомендациям в широких пределах — от 6 до 25 кг/см2. Если принять среднее значение т = Яы = = 9,2 кг/см2 для бетона В20, то Тсц = 87 т, что существенно меньше полученного усилия в нагеле. При этом возможный диапазон изменения сил сопротивления выдергиванию нагеля будет в пределах от 57 до 237 т. Наличие колец в нижней части нагелей, увеличивающих площадь контактной поверхности, существенно не меняет положения.
6. Если принять во внимание увеличение с годами горизонтальных перемещений верха стен в камеру, то можно предположить, несмотря на определенную условность проведенных расчетов, что система анкеровки находится в предельном состоянии и сопровождается пластическими деформациями в теле нагеля, или в его заделке, или и там, и там одновременно.
Основной целью проведения расчетов по сценариям второй группы являлось уточнение напряженно-деформированного состояния восточной стены камеры (без ее усиления) в условиях нормальной эксплуатации шлюза на перспективу при отметке обратной засыпки 132,0 м.
Проанализировав полученные результаты, можно сделать следующие выводы:
1) при принятых предпосылках в проекте усиления западной стены (без учета работы арматуры и сцепления грунта обратной засыпки) обеспечить устойчивость восточной стены невозможно;
2) только при одновременном учете полноценной работы тыловой арматуры и наличия сцепления в грунте засыпки можно гарантировать устойчивость стены от опрокидывания в камеру. При учете только одного сцепления устойчивость обеспечивается, если на контакте нагеля и цементной пробки будет обеспечено условие т > 14 кг/см2, что невозможно гарантировать для всех секций.
Для уточнения реального взаимодействия элементов системы стена — обратная засыпка были проведены тестовые расчеты устойчивости стены на сдвиг в реальных условиях эксплуатации при пониженной засыпке.
ВЕСТНИК
В соответствии с рис. 5 и выполненными расчетами единственный вариант, при котором обеспечивается предельное равновесие системы, является вариант, в котором рассматривается устойчивость стены на опрокидывание относительно точки пересечения нагелем трещины а = 5° под действием активного давления грунта для проверки максимальных сжимающих напряжений в бетоне вутовой зоны, учитывающий сцепление в грунте засыпки с = 0,2 кг/см2. Во всех остальных вариантах, в т.ч. и при учете работы на срез тыловой арматуры, устойчивость на сдвиг не обеспечивается даже без учета наклона поверхности сдвига.
Рис. 5. Расчетная схема восточной стены: 1, 2 — боковое давление грунта при разных уровнях засыпки, с = 0; 3 — боковое давление грунта с учетом сцепления; 4 — гидростатическое давление грунта
Косвенно результаты расчетов этой серии могут служить подтверждением того, что основным фактором, влияющим на устойчивость восточной стены, является сцепление в засыпке.
Однако, этот вывод не имеет принципиального значения в связи с тем, что независимо от причин, на которые невозможно повлиять, сооружение находится в состоянии, близком к предельному.
Выводы, которые можно сделать в результате анализа проведенных расчетов и результатов наблюдений за деформациями восточной стены, сводятся к необходимости ее укрепления. При этом возможны несколько вариантов, из которых в качестве наиболее технологичных необходимо рассматривать установку наклонной напряженной арматуры вдоль тыловой грани стен, анкеровку стен стальными тягами с анкерными плитами и снятие засыпки до определенной отметки.
При существующих элементах усиления западной стены она может эксплуатироваться только в условиях отсутствия или временно пониженной на-
грузки. В этом случае напряженно-деформированное состояние конструкции не вызывает опасений (при обеспечении качества контакта ремонтного и старого бетона). При этом во время проведения ремонтных работ временная нагрузка на ее поверхности должна быть ограничена по величине и по площади приложения.
Для возможности эксплуатации при проектных условиях с учетом возможной временной нагрузки до 2,0 т/м2 анкеровка западной стены должна быть усилена.
Таким образом, если оценивать ранее выполненные мероприятия по повышению надежности работы стен камер шлюза № 2, то для восточной стены они являются недостаточными и требуют проведения дополнительных работ. Для западной стены выполненные конструктивные мероприятия обеспечивают ее относительно надежную работу, только если давление грунта обратной засыпки не превышает величины активного давления и при пониженных значениях временной нагрузки на поверхности, но они недостаточны, если давление грунта превышает активное и при проектных значениях временной нагрузки до 2,0 т/м2 .
Важным является учет нагрузки от гидростатического давления грунтовой воды, которое оказалось больше, чем принималось при разработке конструктивных мероприятий, направленных на повышение надежности работы стен камер шлюзов.
Открытым остается вопрос о качестве контакта ремонтного бетона со старым бетоном, а также о величине натяжения анкерных тяг, что во многом определяет характер работы стен камеры шлюза, в т.ч. и западной.
По данным эксплуатационного персонала схожие проблемы имеют место и при эксплуатации камер других шлюзов Канала имени Москвы доковой конструкции и типичным для данного вида сооружений.
Проанализировав имеющиеся материалы, можно предположить, что обеспечить надежную работу стен камер шлюзов принципиально можно тремя способами:
усилить стены таким образом, чтобы они воспринимали максимальную суммарную нагрузку от давления грунта и гидростатического давления;
разгрузить стены камер шлюзов таким образом, чтобы при существующей конструкции они могли воспринимать нагрузку пониженной величины;
комбинацией первых двух способов.
При этом надо учитывать, что усиление стен приводит к увеличению нагрузки от грунта, действующей на эти стены.
Библиографический список
1. Ни В.Е. Надзор за надежностью и безопасностью гидросооружений канала имени Москвы // Гидротехническое строительство. 1987. Вып. № 6. С. 11—17.
2. Материалы Правительственной комиссии по приему Канала Москва — Волга. Гидротехническая секция. Бетонная группа. 1937.
3. Состояние стенок камеры шлюза № 2 Канала имени Москвы по материалам натурных наблюдений / НИС Гидропроект. М., 1966.
4. Шлюз № 2. Капитальный ремонт западной стенки камеры. Рабочие чертежи. Статические расчеты / НИС Гидропроект. Дедовск, 1969.
ВЕСТНИК 8/2013
8/2013
5. Анализ состояния западной и восточной стен камеры шлюза № 2 / УКиМ // МРФ. М., 1975.
6. Закрепление стен камер шлюзов № 1-9 методом колонн / ООО Гидростройре-монт. М., 2005.
7. Оценка напряженно-деформированного состояния стен камеры шлюза № 2 Канала имени Москвы / ФГУП «Канала имени Москвы». М., 2012.
8. Обследование состояния стенок шлюза № 2 Канала имени Москвы / НИС Гидропроект. М., 1960.
9. Выбор варианта технического решения капитального ремонта восточной стенки камеры шлюза № 2. Пояснительная записка / НИС Гидропроект. М., 1978.
10. Акт обследования разведочных скважин шлюза № 2 (секции №№ 1-15) / УКиМ. Пос. Темпы, 1972.
11. Исследование методом фотоупругости напряженного состояния стенки камеры шлюза № 2 канала имени Москвы / НИС Гидропроекта. М., 1968.
Поступила в редакцию в июле 2013 г.
Об авторах: Левачев Станислав Николаевич — кандидат технических наук, профессор кафедры гидротехнического строительства, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(495)287-49-14, [email protected];
Федорова Татьяна Сергеевна — аспирант кафедры гидротехнического строительства, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8(495)287-49-14, [email protected].
Для цитирования: Левачев С.Н., Федорова Т.С. Напряженно-деформированное состояние бетона стен камер шлюзов канала имени Москвы // Вестник МГСУ 2013. № 8. С. 137—149.
S.N. Levachev, T.S. Fedorova
STRESS-STRAIN STATE OF CONCRETE IN THE WALLS OF LOCK CHAMBERS OF THE MOSCOW CHANNEL
Moscow Channel represents a most important hydraulic engineering structure in Russia. Since its locks have been in operation for over 75 years, there are numerous cases of concrete disintegration of various nature and extent in the walls of locks chambers. The situation is quite risky due to the growing threat of accidents.
The article deals with detection and analysis of destructive processes in the concrete walls of lock chambers, as well as evaluation of their stress-strain state. Gate no. 2 serves as an example, because several signs of its dangerous condition were first detected there (including cracks in the concrete and destruction of concrete). Various methods were employed to reinforce the structure, including consolidation of chamber walls using anchor rods, and reinforcement of camera walls by metal rods. Calculations were made to assess the stress-strain state of the concrete walls of Gate no. 2 of the Moscow Channel. The article includes an overview and analysis of earlier methods of repair and reinforcement of the chamber walls. The authors provide their recommendations on further safety of operation of the structures on the basis of the research findings and their analysis.
Key words: Moscow Channel, lock chamber, stress-strain state of concrete, maintenance.
References
1. Ni V.E. Nadzor za nadezhnost'yu i bezopasnost'yu gidrosooruzheniy kanala imeni Moskvy [Supervision over Reliability and Safety of Hydraulic Structures of the Moscow CHANNEL]. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydraulic Engineering Construction]. 1987, no. 6, pp. 11—17.
2. Materialy Pravitel'stvennoy komissii po priemu Kanala Moskva — Volga. Gidrotekh-nicheskaya sektsiya. Betonnaya gruppa [Materials of the Government Commission on Commissioning of the Moscow-Volga Channel. Hydraulic Engineering Section. Concrete Group.] 1937.
3. Sostoyanie stenok kamery shlyuza № 2 Kanala imeni Moskvy po materialam naturnykh nablyudeniy [State of Chamber Walls of Lock no. 2 of the Moscow Channel Based on Field Observations]. Moscow, NIS Gidroproekt Publ., 1966.
4. Shlyuz № 2. Kapital'nyy remont zapadnoy stenki kamery. Rabochie chertezhi. Stat-icheskie raschety [Lock no. 2. Overhaul of the Western Wall of the Chamber. Engineering Drawings. Static Calculations]. Dedovsk, NIS Gidroproekt Publ., 1969.
5. Analiz sostoyaniya zapadnoy i vostochnoy sten kamery shlyuza № 2 [Analysis of Condition of Western and Eastern Walls of the Chamber of Lock no. 2]. UKiM Publ., MRF Publ., Moscow, 1975.
6. Zakreplenie sten kamer shlyuzov № 1-9 metodom kolonn [Stabilization of Walls of Locks no. 1-9 Chambers Using Columns]. Moscow, OOO Gidrostroyremont Publ., 2005.
7. Otsenka napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya sten kamery shlyuza № 2 Kanala imeni Moskvy [Assessment of the Stress-strain State of Chamber Walls of Lock no. 2 of the Moscow Channel]. FGUP "Kanala imeni Moskvy" Publ., Moscow, 2012.
8. Obsledovanie sostoyaniya stenok shlyuza № 2 Kanala imeni Moskvy [Inspection of Condition of Walls of Lock no. 2 of the Moscow Channel]. Moscow, NIS Gidroproekt Publ., 1960.
9. Vybor varianta tekhnicheskogo resheniya kapital'nogo remonta vostochnoy stenki kamery shlyuza № 2 [Choice of the Engineering Solution for the Overhaul of the Chamber of the Eastern Wall of Lock no. 2]. Poyasnitel'naya zapiska [Explanatory Note]. Moscow, NIS Gidroproekt Publ., 1978.
10. Akt obsledovaniya razvedochnykh skvazhin shlyuza № 2 (sektsii №№ 1-15) [Examination Report Issued in Respect of Exploration Wells of Lock no. 2 (Sections no.1-15]. Tempy, UKiM Publ., 1972.
11. Issledovanie metodom fotouprugosti napryazhennogo sostoyaniya stenki kamery shlyuza № 2 kanala imeni Moskvy [Using Method of Photo-elasticity to Study the Stress-strain State of the Chamber of Lock no. 2]. Moscow, NIS Gidroproekt Publ., 1968.
About the authors: Levachev Stanislav Nikolaevich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Department of Hydraulic Engineering Construction, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (495) 287-49-14;
Fedorova Tat'yana Sergeevna — postgraduate Student, Department of Hydraulic Engineering Construction, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (495) 287-49-14.
For citation: Levachev S.N., Fedorova T.S. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie betona sten kamer shlyuzov kanala imeni Moskvy [Stress-strain State of Concrete in the Walls of Lock Chambers of the Moscow Channel]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 8, pp. 137—149.
