CC BY
13СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О РАБОТЕ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН В КРИОЛИТОЗОНЕ
Рудольф Владимирович Чжан,
доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории инженерной геокриологии Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, г. Якутск
История плотиностроения в России на территориях распространения многолетнемёрзлых пород (ММП) насчитывает не одну сотню лет (Х1Х-ХХ1 вв.). Вначале это были отдельные сооружения для создания небольших водоёмов питьевого и промышленного водоснабжения по Транссибирской железнодорожной магистрали и по побережью северных морей Северного Ледовитого океана, вдоль Северного морского пути, а также для орошения сельхозугодий в континентальной части страны. Развитие этих мощных транспортных путей способствовало освоению природных ресурсов Арктических и Субарктических регионов Сибири и Дальнего Востока.
Строительство в условиях существования вечной мерзлоты оказалось непростым делом. При создании новых населённых пунктов, а также в старых городах, расположенных в области вечной мерзлоты, стали организовываться научные ячейки по изучению этого уникального природного явления. Таким образом, в конце XIX - начале ХХ-го веков в России родилось новое научное направление - мерзлотоведение, во главе которого стоял её основатель М. И. Сумгин. Он разработал программу его развития, в которой одним из основных являлось инженерное мерзлотоведение, где уже тогда был выделен специфический вид строительства - плотины на вечной мерзлоте.
В середине XX в. промышленное освоение Европейского Севера, Сибири и Дальнего Востока привело к бурному росту гидротехнического строительства. Покорение крупных рек Сибири - Оби, Енисея, Колымы, Вилюя, Ангары, а также рек за полярным кругом - Хантайки и Курей-ки - явилось поистине эпохальным
Р. В. Чжан
DOI: 10.24412/1728-516Х-2023-1-8-16
событием в истории России. На этих объектах зародилась специфическая отрасль строительства - северная гидротехника, а этот период назвали «золотым веком» северной гидротехники.
Этот опыт обобщён в литературе многими исследователями. Он позволил сделать теоретическое обоснование принципа использования мёрзлых грунтов в качестве материала гидротехнических сооружений и их оснований. Образующийся при промерзании плотины постоянно мёрзлый лёдогрунтовый массив, сливаясь с многолетнемёрзлыми грунтами основания, играет роль противофиль-трационного элемента, одновременно способствуя повышению статической устойчивости сооружений. Это позволило Е. В. Близняку [1] впервые сформулировать принципы строительства грунтовых плотин в криолитозоне по их тепловому состоянию. Он ввёл понятия «мёрзлая» и «талая» плотина. В последующем В. С. Тимофейчук [2] предложил классификацию гидросооружений в криолитозоне и принципы их строительства.
Однако инженеры ещё долгое время вели дискуссии о принципах строительства, пока СНиП 2.06.05-84* [3] окончательно не узаконил два принципа строительства гидротехнических сооружений в криолитозоне: 1) принцип I - предполагает, что фильтрационная и статическая устойчивость плотины и её основания обеспечивается мёрзлыми грунтами; 2) принцип II - фильтрационная и статическая устойчивость плотины и её основания обеспечивается талыми грунтами.
Исходя из основных принципов строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений в криолитозоне, определились понятия «мёрзлая плотина», «талая плотина» и
«тало-мёрзлая плотина». Мёрзлая плотина - плотина, водонепроницаемость которой обеспечивается мёрзлым состоянием грунтов её тела и основания. Талая плотина - плотина, грунты тела и основания которой, а также части низового клина находятся в талом состоянии и позволяют формироваться фильтрационному потоку. Тало-мёрзлая плотина - плотина, у которой по напорному фронту возводятся участки как по первому, так и по второму принципам. Тало-мёрзлая плотина обеспечивает фильтрационную устойчивость сложным тепловым состоянием грунтов как в поперечном, так и в продольном сечениях. В теле и основании такой плотины устанавливается определённое соотношение мёрзлых и талых зон, когда осуществляется устойчивый тепловой баланс между ними, при этом обеспечивается фильтрационная и статическая устойчивость сооружения в целом. Качественно это выглядит так: в поперечном разрезе плотины мёрзлый массив занимает большую часть сечения её ядра и низовую упорную призму, а талые грунты, как правило, захватывают основание, часть ядра и низового клина ниже дренажного устройства. В продольном разрезе - это чередование талых и мёрзлых «окон», при этом так же, как и в поперечном разрезе, сохраняется устойчивый тепловой баланс и осуществляется гидравлическая связь между верхним и нижним бьефом. Кроме того, нами был выделен ещё один тип плотины - сезоннопромерзающая-протаи-вающая [4]. Таким образом, определяя тип плотины по тепловому состоянию, исходят из температурно-влажностного режима её противофильтрационного устройства в период эксплуатации гидроузла.
Следует отметить, что в нормативной литературе до сих пор нет чёткости в отношении принципов строительства гидроузлов в криолитозоне. Так, в рекомендациях по проектированию однозначно указано, что «сочетание I и II принципов строительства, а также талой и мёрзлой конструкций плотины в одном створе не рекомендуется» [5]. В тоже время [3] и [6] допускают использование двух принципов строительства по одному напорному фронту. А актуализированная редакция СНиП 2.06.05-84*, СП 39.13330.2012 [7] вообще исключила типизацию плотин по температурно-криогенному признаку. Итак, принцип строительства плотины следует принимать, исходя из природно-климатических и инженерно-геологических (инженерно-геокриологических) условий основания [6].
В основе устойчивости плотин мёрзлого типа (I принцип) лежат высокие прочностные и водоупорные свойства мёрзлых грунтов. Мёрзлое состояние тела и основания плотины может создаваться следующим образом: естественным промерзанием грунтов построенной плотины в процессе эксплуатации; послойным намораживанием в процессе строительства; промораживанием готовой плотины до заполнения водохранилища с помощью специальных инженерных приёмов и конструкций. Это могут быть вентилируемые зимой потерны, шахты, трубы, устроенные в теле и основании плотин,
устройства на низовом откосе навесов, обсыпка откосов плотин каменной наброской и, наконец, специальные замораживающие установки (ЗУ).
Примером послойного намораживания могут быть плотины на реках Наледная (г. Норильск), Ирелях (г.Мирный); промёрзших естественным путём на реках Кохара, Суола, Кенкеме, Барыкан и другие (Якутия), на оз. Кристн (Гренландия, пос. Тула); с помощью потерны, выполненной из дерева, была проморожена плотина высотой 4 м на р. Сольвейг (Магаданская область); навес на низовом откосе на оз. Долгом (г. Норильск), руч. Портовом (пос. Амдерма) [8].
В настоящее время метод создания мёрзлого ядра в теле плотины с помощью замораживающих установок постоянных или сезонно-действующих охлаждающих устройств (СОУ) широко используется в практике, так как он является наиболее индустриальным. Обычно это трубчатые системы из металла или пластика, по которым циркулирует хладагент. В качестве хладагента в них могут использоваться: воздух, жидкости (керосин, рассолы) и парожидкости (фреон). В России эти системы используются в Якутии на реках Ирелях, Сытыкан, Марха, Ойурр-Юреген и др.; в Магаданской области -на р. Мяундже; на Чукотке - на р. Казачка, руч. Певек, и др. В зарубежной практике - на р. Чатанина (США) [8] (рис. 1, 2, 3, 4).
Рис. 1. Гидроузел на р. Ирелях (Западная Якутия)
Рис. 2. Общий вид замораживающей системы на гидроузле р. Ирелях (октябрь 2011 г.)
Рис. 3. Общий вид гидроузла на р. Сытыкан со стороны верхнего бьефа. Удачнинский ГОК
Рис. 4. Общий вид замораживающих систем на гидроузле р. Сытыкан
Система воздушных замораживающих колонок в России используется довольно часто. Однако следует отметить, что при длительной эксплуатации замораживающих установок на естественной тяге (СОУ), они забиваются льдом в результате конденсации на стенках труб влаги, содержащейся в воздухе, и последующего её замерзания. По этой причине на многих современных гидроузлах отказались использовать воздушные замораживающие устройства.
В приведённых примерах в основании плотин мощность таликовых зон не превышала 20 м. Практиков же интересовала предельная глубина эффективной работы установок, работающих на естественной конвекции, как наиболее экономичной по сравнению с
принудительной тягой. Для этого гидростроители Ви-люйской ГЭС - 3 провели уникальный натурный эксперимент для определения эффективности действия замораживающих установок глубиной до 100 м (рис. 5). На полигоне были испытаны сезонно-действующие охлаждающие установки следующих конструкций: две парожидкостных с использованием в качестве рабочего вещества аммиака и фреона-12, две жидкостных с керосином и одной воздушной. В одной жидкостной СОУ движение хладагента осуществлялось за счёт естественной конвекции, в другой - принудительно, с помощью насоса. Циркуляция воздуха в воздушной СОУ осуществлялась также при помощи насоса. Одна парожидкостная СОУ имела специальное устройство,
Рис. 5. Общий вид плотины на р. Вилюй. Светлинская ГЭС (ВГЭС - 3)
предотвращающее возникновение «сухих пятен» на рабочей части теплообменной поверхности. Эксперимент проводился с октября 1991 по июль 1994 гг. Насосы в СОУ с принудительным движением хладагента включались при температуре воздуха ниже - 15 °С, а СОУ с естественной конвекцией - автоматически. Эксперимент показал принципиальную возможность замораживания грунта на 100 м, а по эффективности СОУ расположились в следующей последовательности: жидкостные с принудительной конвекцией теплоносителя, парожид-костные, жидкостные с естественной конвекцией и, наконец, воздушные [9]. Следует сразу отметить несостоятельность воздушных СОУ, поскольку во вторую зиму они вышли из строя из-за образования в них ледяных пробок [10].
Жидкостные СОУ с принудительной циркуляцией теплоносителя успешно применялись и применяются в настоящее время на гидроузлах ПАО «Апроса». В некоторых случаях после промораживания тела и основания плотин, СОУ переводились на работу в режим естественной циркуляции с последующим отключением их на длительный период.
Уместно отметить, что в настоящее время для промораживания плотин эффективно используют и простые приёмы, применяемые ещё в прошлом столетии: удаление снега с гребня и низового откоса; устройство настилов на низовом откосе; устройство теплоизоляции на гребне и низовом откосе плотин. В последнее время с появлением новых эффективных тепло- и гидроизоляторов, а также приёмов по повышению альбедо (пригрузка гребня и откосов плотин породами, близкими к белому цвету), всё чаще используют сочетание охлаждающих устройств с традиционными приёмами. Так, на ряде гидроузлов в Западной Якутии были использованы следующие сочетания: охлаждаю-
щие устройства - цементация, каменная наброска, криогели.
В этой связи интересен способ сочетания ЗС с каменной наброской, который предложили в 1998 г. специалисты института «Якутнипроалмаз» и Айхальского ГОКа для промораживания талика тела и основания плотины на р. Мархе. Этот способ получил название «холодный штамп». Суть способа заключается в следующем: низовой откос плотины при низких температурах наружного воздуха покрывается комьями мёрзлого грунта. Данный грунт, отсыпанный зимой, в течение летнего периода оказывает охлаждающее влияние на тело и основание плотины со стороны нижнего бьефа. Этот способ реализовы-вался при температуре наружного воздуха - 40 °С, температура многолетнемёрзлых пород составляла - 5 °С. Отсыпка велась одним слоем, достигавшим 11 м в русловой части при ширине около 50 м. За две зимы был проморожен талик размером 6 х 20 м, его температура была понижена с +4 °С до -6 °С. Высокая эффективность способа позволила рекомендавать его к широкому использованию на практике.
Все высоконапорные плотины в криолитозоне России запроектированы и построены по талому типу (II принцип). Конструктивно это сложные сооружения, состоящие из упорных призм (верховой и низовой), выполненных, как правило, из каменной наброски, обеспечивающих статическую устойчивость плотины и проти-вофильтрационных элементов из суглинистых грунтов (экран, понур, ядро). Кроме этого, существуют сложные переходные зоны, дренаж и другие элементы.
Отметим одну из интересных особенностей возведения плотин в условиях криолитозоны, которая обнаружилась при строительстве первых крупных гидроэнергетических объектов в России. Специфика возведения гидроузлов в криолитозоне заключается в том, что помимо суровых климатических, сложных геологических, геокриологических и гидрогеологических условий, следует учитывать тот факт, что многолетнемёрз-лые грунты резко меняют свои физико-механические, прочностные и фильтрационные свойства при переходе в талое состояние. Это осложняет производство работ в летний период, когда всё затоплено и заболочено. С этой точки зрения наиболее благоприятным периодом возведения гидроузлов, как не парадоксально, оказалась зима. Российскими инженерами была разработана технология круглогодичного возведения грунтовых плотин [11]. Так, при строительстве Вилюйской ГЭС - 1, 2 был предложен «сухой» метод возведения плотины, заключающийся в том, что запасы мелкодисперсных грунтов для зимней укладки создаются летом, по мере их оттаивания с укладкой в бурты зимнего хранения (рис. 6). Для сохранения грунтов в талом состоянии в буртах и при их транспортировке и укладке в тело плотины,
построенная на вечной мерзлоте Рис. 7. Колымская ГЭС. Общий вид
были разработаны специальные мероприятия - засоление и электропрогрев грунтов. Потребовалось разработать и способ защиты грунтов от замерзания и смерзания их с кузовами транспортных средств. Этот метод получил своё дальнейшее развитие на Усть-Хантайской, Курейской, Колымской и Усть-Среднеканской ГЭС [12]. Всё это явилось настоящим прорывом в области строительства плотин талого типа в криолитозоне. На практике было показано, что работы можно осуществлять при температурах наружного воздуха до минус 50 °С, в то время как в Канаде и Швеции отсыпка даже каменной наброски разрешена только до минус 30 °С, а для укладки мелкозернистых грунтов в про-тивофильтрационные устройства - не ниже минус 5-10 °С (рис. 7, 8).
Конструктивные особенности плотин обусловливают динамику формирования их термпературно-криогенного режима. Так, например, за период эксплуатации плотины Ви-люйской ГЭС - 1, 2, особенно в первые годы, в теле и основании сооружения происходили знакопеременные тепловые процессы в продольном и поперечном направлениях сооружения. Причём разнонаправленные процессы могли происходить одновременно. Такое тепловое состояние, безусловно, формирует в нём сложное термонапряжённое состояние и требует пристального контроля за устойчивостью как отдельных узлов, так и в целом сооружения [13] (рис. 9).
Таким образом, грунтовые плотины в криолитозоне работают в сложном тер-мо-напряжённо-гидродинамическом поле. Сохранение квазистабильного состояния, обеспечивающего устойчивость сооружения в целом, представляет сложную инженерную задачу (рис. 10, 11).
Рис. 8. Гидроузел на р. Колыме. Колымская ГЭС. Схема размещения зон льдозаполнения и чаши оттаивания в левобережном примыкании низовой призмы плотины
ВЛЯ
Рис. 9. Поперечное сечение плотины Вилюйской ГЭС - 1, 2
в русловой части на ПК 2+80. Криогенное состояние плотины показано по результатам георадиолокационных исследований 2013 г.
1 - экран из суглинка; 2 - пригрузка из горной массы; 3 - низовая упорная призма из горной массы; 4 - зона мёрзлой горной массы с частичным заполнением пор льдом; 5 - зона полного заполнения пор льдом; 6 - кривая депрессии
ОЧИ
Условные обозначения: -1 -2 -3 ^Н-4 -6 / -7 ? -8
Рис. 10. Вилюйская ГЭС - 1, 2. Правобережное примыкание Вилюйской ГЭС - 1, 2. Динамика талика по поперечному профилю скважин 75-78 за 2006-2014 гг.
1 - бетон; 2 - глыбы, щебень, дресва с супесчаным заполнителем; 3 - дресвяный грунт с суглинистым заполнителем; 4 - - диабазы полнокристаллические (недифференцированные интрузии ранней фазы); 5 - ксенолиты карбонатных пород; 6 - геологические границы; 7 - тектонические контакты осадочных пород и интрузии; 8 - скважина термометрическая
а № д> зди
Рис.11. Развитие таликовой зоны (красный цвет) в правобережном примыкании плотины Вилюйской ГЭС - 1, 2:
1 - водоподводящий канал; 2 - водосбросной канал; 3 - дорога; 4 - направление фильтрационного потока
Практика эксплуатации гидротехнических сооружений в суровых климатических и сложных инженерно-геокриологических условиях криолитозоны показала, что нередко они переходят из одного теплового состояния в другое - талые в мёрзлые и мёрзлые - в талые [14]. Положительным моментом перехода грунтовых плотин из талого состояния в мёрзлое является повышение их статической и противофильтра-ционной устойчивости. Однако процесс формирования этого состояния плотин сопровождается и рядом негативных криогенных явлений. Так, промерзание грунтовых противофильтрационных устройств (экрана, ядра) приводит к их растрескиванию, а дренажных - к повышению вероятности возникновения суффозии из-за повышения напора, как это произошло на плотине Колымской ГЭС [15]. Гребень и откосы подвержены пучению, а при протаивании - осадкам, солифлюкции, термоэрозии и другим негативным процессам. Сложные геокриологические процессы происходят при промерзании плотин, выполненных из каменной наброски. Характерной особенностью формирования теплового режима в них является то, что он в основном происходит за счёт конвективного теплообмена с атмосферой. Так, на плотине Вилюйской ГЭС - 1, 2 охлаждение низовой призмы в первые годы эксплуатации было настолько интенсивным, что произошло промораживание подруслового талика р. Вилюй. Это позволило в тот период отказаться от цементации основания. В то же время в таких материалах в летний период за счёт конденсации влаги образуются лёдопородные массивы, которые практически останавливают конвективный теплообмен, и процесс формирования теплового режима сооружения меняет направление, то есть начинается процесс растепления в теле плотины [13].
Опасным с точки зрения статической и особенно фильтрационной устойчивости плотин является резкий переход их из мёрзлого состояния в талое. В зависимости от инженерно-геокриологических условий оснований и тела грунтовых плотин, интенсивность этого процесса может достигать очень больших скоростей. Непредсказуемо они протекают в коренных скальных породах, трещины в которых заполнены льдом, а также в льдонасыщенных породах в
зонах тектонического дробления. Процесс вытаивания льда в трещинах происходит медленно, и фильтрация обнаруживается только тогда, когда образуются сквозные её пути. В этом и состоит его коварство, так как возникшая струйная фильтрация приводит к интенсификации конвективного теплообмена водного потока с окружающими породами и стремительному увеличению зоны их оттаивания. Обнаруживается это, при отсутствии мониторинговой службы на гидроузле, уже на поздних стадиях развития процесса деградации мерзлоты. Результат - катастрофическое, практически мгновенное нарастание фильтрационных расходов, угроза аварии и потеря функционального назначения гидроузла.
Начиная со второй половины прошлого столетия, на Земле наступил очередной цикл потепления климата [16]. Это привело к изменению температурного режима и активизации криогенных процессов в слое годовых теплооборотов, в котором находятся инженерные сооружения. Однако следует отметить, что в зависимости от назначения сооружения, температурные изменения в горных породах по-разному сказываются на общем состоянии их устойчивости. Известно, что строительные свойства дисперсных мёрзлых грунтов зависят от их температуры. Это очень опасно для устойчивости промышленных и гражданских объектов [17]. Для гидротехнических сооружений, где используются мёрзлые грунты в качестве противофильтрацион-ных преград, требования к температуре не столь высоки, так как фильтрационные свойства их при вышеуказанных температурных изменениях практически остаются неизменными. Массив будет водонепроницаемым до тех пор, пока существует лёд. Наличие льда в порах грунта, конечно же, обусловлено сложным термодинамическом состоянием системы. Противофиль-трационная способность мёрзлых грунтов будет находиться в широком температурном диапазоне - от низких температур до близких к нулю. С практической точки зрения, для надёжной работы плотин мёрзлого типа, например, для Якутии, считается оптимальной температура -2 °С.
Потепление климата привело к повышению среднегодовых значений температуры воздуха и осадков [18]. Реакция кри-олитозоны выразилась в увеличении глубины сезонного оттаивания грунтов и повышении их температуры в слое годовых теплооборотов. В этой связи интересным является опыт строительства и эксплуатации двух плотин - на реках Мяунджа и Матта, которые за период эксплуатации перешли из мёрзлого в талое состояние. Причём плотина на р. Мяунджа была оборудована замораживающими установками. В результате длительной эксплуатации
сооружение перешло из мёрзлого состояния в талое [19, 20]. В 2016 г. плотина официально переведена на талый принцип эксплуатации (рис.12, 13).
Плотина на р. Матта, построенная по мёрзлому типу, в результате более чем 30-летней эксплуатации перешла в талое состояние. Обусловлено это, по нашему мнению, потеплением климата (температура воздуха повысилась на 1,5 °С, количество осадков увеличилось на 20 мм, глубина сезонного оттаивания грунтов - на 1,5 м, а температура грунтов на глубине 10 м изменилась от 0,8 до 5,5 °С) [21].
Таким образом, на примере Мяунджинского и Мат-тинского гидроузлов получен ценный научно-практический результат: в суровых климатических и сложных геокриологических условиях криолитозоны Средней и Восточной Сибири возможен переход гидротехнического сооружения из мёрзлого в талое состояние. При этом сооружения обладают статической устойчивостью. В дальнейшем возникает принципиальный вопрос о формировании принципов строительства гидротехнических
Рис. 12. Гидроузел на р. Матта, Горный улус (РС(Я))
Рис. 13. Плотина на р. Мяунджа. Общий вид. Аркагалинская ГРЭС (Магаданская область)
сооружений в условиях криолитозоны, который должен быть чётко прописан в СНиП и СП.
Анализ опыта плотиностроения в криолитозоне свидетельствует о том, что в России сформировалось специальное индустриальное направление - северная гидротехника. Ценой больших усилий (интеллектуальных и финансовых) были разработаны принципы и технологии строительства гидротехнических сооружений в сложных инженерно-геокриологических условиях криолитозоны. Однако к настоящему времени это направление почти полностью потеряло свои позиции, как будто бы не существует почти векового опыта строительства гидроузлов, оформленного в нормативной литературе, рекомендациях и пособиях. Сегодня практически не осталось организаций, владеющих спецификой проектирования гидротехнических сооружений в условиях криолитозоны. И это происходит на фоне того, что идёт бурное освоение природных ресурсов Сибири и Дальнего Востока, а эпицентр производительных сил страны перемещается в Арктические и Субарктические регионы страны.
Потепление климата на Земле приводит к деградации многолетнемёрзлых пород в южных районах криолитозоны. Опыт строительства и эксплуатации гидроузлов в криолитозоне на фоне меняющегося климата позволяет сделать следующие выводы.
1. К настоящему времени всё ещё сохраняется очень высокий процент аварийности гидротехнических сооружений, работающих в условиях криолитозоны. Разрушаются как глухая часть плотин, так и места примыкания их к берегам и водосбросам. Главным фактором всех деформаций остаётся геокриологический. Исследование геокриологических процессов является ключевым при выявлении причин деформаций сооружений и разработке инженерных приёмов повышения устойчивости сооружений в криолитозоне. Практика показала, что при их проектировании следует тщательно подходить к компоновке сооружений гидроузла, так как аварии последних лет связаны с просчётами именно в этой области.
2. Продолжает иметь место тот факт, что при обосновании проектов строительства гидроузлов геологические, инженерно-геокриологические и инженерно-гидрогеологические изыскания не всегда проводятся качественно и в достаточном объёме. Неполнота и низкое качество инженерных изысканий приводят к отказам и авариям гидроузлов. Кроме этого, следует отметить, что на фоне общего современного потепления климата, деградационные процессы многолетнемёрзлых пород под воздействием водохранилища происходят на обширных площадях и с большой скоростью. Вскрылись и другие причины аварий на ряде гидроузлов в Западной Якутии. При проведении инженерно-геокриологических изысканий и исследований необходимо было учитывать историю формирования многолетнемёрзлых пород в этом регионе. Наглядным примером этого факта является гидроузел на р. Ирелях.
3. Как показало время, гидроузлы образуют специфические природно-технические системы, испыты-
вающие на себе не только общеклиматический, но и техногенный прессинг, например, от водохранилища, являющегося своего рода «тепловым штампом», которое изменяет инженерно-геокриологические условия в основании сооружений и особенно в их береговых примыканиях. Примером таких процессов в сооружениях являются гидроузлы Вилюйской ГЭС - 1, 2, Сытыкан-ский и другие в Западной Якутии, а также гидроузлы Чукотки и Магаданской области.
4. Формирование криогенно-температурного состояния плотин зависит от их конструкции и материала упорных призм. Так, каменно-набросная плотина Ви-люйского гидроузла ГЭС - 1, 2 после более чем 50-летней работы всё ещё находится в состоянии неустановившегося геотермического режима.
5. В условиях криолитозоны нередки случаи перехода мёрзлых плотин (даже при дополнительном искусственном охлаждении) в талое состояние. Примером такого перехода могут служить плотины Аркагалинской ГРЭС на р. Мяунджа в Магаданской области и на р. Мат-та в Якутии.
6. В суровых природно-климатических и сложных мерзлотно-грунтовых условиях криолитозоны особую значимость приобретает инженерно-геокриологический мониторинг гидротехнических сооружений - основная система мероприятий по слежению за состоянием сооружений, управлению возникшими негативными криогенными и другими деструктивными процессами в основаниях сооружений и теле грунтовых плотин. При проведении геокриологического мониторинга хорошо зарекомендовали себя геофизические методы. Созданы измерительные комплексы, позволяющие регистрировать негативные процессы в криогенной среде тела и оснований гидроузлов на ранней стадии их зарождения. Это позволяет инженерам разрабатывать превентивные меры по устранению этих негативных проявлений и давать прогноз развития негативных процессов в ближайшей и долгосрочной перспективе.
7. Гидроузлы «стареют», значительная часть их сегодня превысила проектные сроки эксплуатации и только благодаря геомониторингу большинство сооружений до сих пор выполняют своё функциональное предназначение. При проектировании гидроузлов следует обращать серьёзное внимание на тот факт, что в процессе эксплуатации происходит изменение строительных свойств грунтов и конструкций гидротехнических сооружений. Криогенная дезинтеграция грунтов и старение конструктивных элементов гидротехнических сооружений начинается практически с момента начала строительства.
8. Следует отметить тот факт, что обновление нормативных документов по линии актуализации существующих СНИПов и написание Сводов Правил (СП) происходят на низком научном уровне. Так, актуализированная редакция СНиП 2.06.05-84* «Плотины из грунтовых материалов» СП 39.13330.2012 исказила принципы работы гидротехнических сооружений в криолитозоне. В этом Своде Правил по непонятным причинам исключена типизация плотин по температурно—
криогенному признаку. Это совершенно недопустимо, так как противоречит накопленному научно-практическому опыту и является шагом назад в развитии гидротехнического строительства в районах криолитозоны. Ведущие гидротехники России считают, что «... такой подход является не просто грубой ошибкой, а серьёзным преступлением, обусловливающим повышение аварийности и не отвечающим требованиям всех федеральных законов о безопасности гидротехнических сооружений и Технического регламента о безопасности зданий и сооружений» [22].
Список литературы
1. Близняк, Е. В. О проектировании и строительстве плотин в условиях вечной мерзлоты / Е. В. Близняк // Гидротехническое строительство. - 1937. -№ 9. - С. 14-16.
2. Тимофейчук, В. С. Классификация гидросооружений в районе вечной мерзлоты и принципы строительства / В. С. Тимофейчук // Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1977. - № 10. - С. 99-103.
3. СНиП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов. - М. : 1991. - 49 с.
4. Чжан, Р. В. Проектирование, строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений низкого напора в криолитозоне (на примере Якутии) / Р. В. Чжан. - Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2000. - 158 с.
5. Рекомендации по проектированию и строительству плотин из грунтовых материалов для производственного и питьевого водоснабжения в условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты. - М. : НИИ ВОДГЕО, Стройиздат, 1976. - 112 с.
6. Инструкция по проектированию гидротехнических сооружений в районах распространения вечно-мёрзлых грунтов. ВСН 30 - 83. - Л., 1983. - 100 с.
7. Свод правил. Плотины из грунтовых материалов. Актуализированная редакция СНиП 2.06.05-84*. СП 39.13330.2012. Приказ Минрегион России от 20.12.2011 г. № 635/18. Дата введения 01.01.2013 года.
8. Грунтовые плотины в криолитозоне России / Р В. Чжан [и др.]; отв. ред. Д. М. Шестернёв. - Новосибирск : Академическое издательство «Гео», 2019. -427 с.
9. Экспериментальные исследования работоспособности глубоких сезоннодействующих охлаждающих устройств на опытном полигоне Вилюйской ГЭС - 3 / С. И. Панов [и др.] // Гидротехническое строительство. - 2002. - № 12. - С. 30-33.
10. Анализ результатов испытаний глубинных се-зоннодействующих охлаждающих устройств на полигоне строительства Вилюйской ГЭС - 3 / Н. А. Бучко [и др.] // Гидротехническое строительство. - 2004. -№ 12. - С. 2-9.
11. Биянов, Г. Ф. Плотины на вечной мерзлоте / Г. Ф. Биянов. - М. : Энергия, 1983. - 176 с.
12. Торопов, Л. Н. Гидроэнергетика в суровых условиях Крайнего Севера /Л. Н. Торопов //Гидротехническое строительство. - 2001. - № 12. - С. 11-13.
13. Чжан, Р. В. Температурно-криогенный режим гидроузла Вилюйской ГЭС - 1, 2 : геокриологический мониторинг / Р. В. Чжан, С. А. Великин, Д. М. Шестер-нёв // Гидротехническое строительство. - 2017. -№ 6. - С. 10-23.
14. Чжан, Р. В. Современное представление о работе грунтовых плотин среднего и низкого напоров в криолитозоне в условиях потепления климата /Р. В. Чжан //Природные ресурсы Арктики и Субарктики. - 2019. - Т. 24, № 1. - С. 52-66. https://doi. огд/10.31242/2618-9712-2019-24-1-52-66.
15. Фриштер, Ю. И. Аварии на сооружениях Колымской ГЭС в период строительства и временной эксплуатации / Ю. И. Фриштер, О. А. Когодовский // Гидротехничесское строительство. - 1995. - № 10. -С. 27-34.
16. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации: общее резюме. - М.: ФГБУ «НИЦ «Планета», 2014. - 58 с.
17. Снижение устойчивости инфраструктуры ТЭК России в Арктике, как следствие повышения среднегодовой температуры приповерхностного слоя крио-литозоны / В. П. Мельников [и др.] // Вестник Российской академии наук. - 2022. - Т. 92, № 4. - С. 303-314.
18. Горохов, А. Н. Современные тенденции изменения климата в Якутии / А. Н. Горохов, А. Н. Фёдоров // География и природные ресурсы. - 2018. - № 2. -С. 110-111.
19. Гулый, С. А. Динамика изменений температуры тела и основания плотины Аркагалинской ГРЭС за 60 лет её эксплуатации : сборник докладов расширенного заседания научного совета по криологии Земли «Актуальные проблемы геокриологии» с участием российских и зарубежных учёных, инженеров и специалистов. МГУ имени М. В. Ломоносова, 15-16 мая 2018 г. - М.: «КДУ», «Университетская книга», 2018. -Т. 2, ч. 5. - С. 38-45.
20. Чжан, Р. В. Геотермические, фильтрационные и статические исследования земляной плотины. Обоснование перевода земляной плотины из мёрзлого в талое состояние / Р. В. Чжан // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. - Т. 24, № 1. - С. 52.
21. Лоскин, М. И. Повышение водообеспеченности сельскохозяйственных объектов на основе превентивных мероприятий, обеспечивающих устойчивость низконапорных грунтовых плотин Центральной Якутии : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / М. И. Лоскин. - Омск, 2019. - 144 с.
22. Кроник, Я. А. Анализ безопасности гидротехнических сооружений в криолитозоне : сборник докладов расширенного заседания Научного совета по криологии Земли «Актуальные проблемы геокриологии» с участием российских и зарубежных учёных, инженеров и специалистов. МГУ им. М. В. Ломоносова, 15-16 мая 2018 г. - М.: «КДУ», «Университетская книга», 2018. -Т. 1. - С. 19-41.
