CC BY
16Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 3(15), 2014 г., [189-198] УДК 627.512(282.247.385) О. В. Меренкова
Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А. К. Кортунова Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БЕЛОРЕЧЕНСКОГО ГИДРОУЗЛА
В статье приводятся результаты натурного обследования Белореченского гидроузла. В результате обследования выявлены основные нарушения: подмыв фронтального упорного зуба основной рисбермы на глубину 1,1 м, фильтрация воды на участке подмыва; подмыв концевого участка рисбермы на глубину более 8 м, рисберма не имеет опоры на грунт основания; деформации железобетонной плиты концевого участка рисбермы (просадка, вымыв бетона, оголение арматуры, разрушение швов); коррозия свайного основания; неудовлетворительное состояние левобережного берегового примыкания на концевом участке рисбермы в результате полного вымыва грунта основания из-под железобетонных плит крепления и разрушения плит; воронка размыва глубиной 10,0 м в месте сопряжения отводящего канала с концевым участком рисбермы. Образование местного размыва в нижнем бьефе Белореченского гидроузла ухудшает условия сопряжения потоков. В таких условиях требуется либо организация подпертого бьефа ниже по течению с соответствующим подъемом уровня воды, либо устройство дополнительного сопрягающего сооружения в нижнем бьефе, которое позволит предотвратить разрушение существующей рисбермы водосброса. В связи с создавшейся ситуацией на Белореченском гидроузле необходимо произвести в первую очередь ремонтные работы по ликвидации образовавшихся разрушений. Во избежание появления неблагоприятного гидравлического режима за сооружением следует изменить конструкцию концевой части сооружения, которая сможет обеспечить наиболее равномерное распределение скоростей в живом сечении потока.
Ключевые слова: местный размыв дна, нижний бьеф гидроузла, поток, разрушение, река Белая.
O. V. Merenkova
Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation
MODERN STATE OF HYDRO SYSTEM BELORECHENSKIY
The article deals with the results of the field survey of hydrosystem Belorechenskiy. During the survey, the main failures were revealed: undercut of frontal toe of main apron at a depth of 1.1 m; water filtration at the site of undercut; undercut of the end of apron at a depth more than 8 m, the apron has no bearing on foundation ground; deformation of reinforced concrete plates of the end of apron (slump, corrosion of concrete, armature denudation, destruction of joints); corrosion of pile foundation, unsatisfactory state of left bank contiguity at the end of apron as a result of the total scour of foundation ground from under the reinforced concrete plates and the destruction of the plates; funnel of scour by the depth of 10.0 m at the contiguity of a tail-race canal at the end of apron. The formation of local scour in the downstream of hydrosystem Belorechenskiy impairs the contiguity of streams. Such conditions requires either organization of backed pond downstream with the corresponding water level rise, or additional contiguity construction in the downstream which enables to prevent the destruction of existing apron of the spillway. In connection with the situation at hydrosystem Belorechenskiy in the first place, it is necessary to repair formed destructions. To avoid ad-
verse hydraulic regime after the construction, the end part of construction should be changed. It can provide the most even velocity distribution in live stream section.
Keywords: local scour of bottom, downstream of hydrosystem, flow, destruction, river
Belaya.
На современном этапе водосбросные сооружения многих гидроузлов, расположенных на реках и находящихся в эксплуатации более 50 лет, обладают пониженными способностями к жизнедеятельности. Практика эксплуатации этих сооружений показала, что нижний бьеф за рядом таких объектов находится в неудовлетворительном состоянии из-за образования за водосбросной частью значительных местных размывов. Размеры этих размывов (в частности, глубины) таковы, что происходит обрушение плит крепления дна и откосов отводящего русла, и за несколько лет эксплуатации эти разрушения приближаются к водобойной части, отчего создается угроза устойчивости самого сооружения [1]. Примером такого гидроузла на юге России является Белореченский.
Река Белая - самый крупный по водности и второй по площади водосбора приток р. Кубани, берет начало с Кавказского хребта на высоте 2300 м и впадает в р. Кубань (Краснодарское водохранилище) у аула Ада-мий. Водный режим р. Белой характеризуется весенне-летним половодьем, осенне-зимней меженью и паводками в течение года. Длина реки 273 км, площадь водосбора 5990 км . Залесенность бассейна составляет 75 %. В настоящее время водохранилище почти полностью заилено.
После перекрытия р. Белой в 1954 г. плотиной Белореченской ГЭС сток воды в нижний бьеф сократился более чем наполовину, сток взвешенных наносов - на 70 %. Приращение стока наносов р. Белой ниже плотины Белореченской ГЭС идет за счет большей агрессивности осветленного потока, выборок (добычи) руслового материала и изменения типа руслового процесса. В результате регулирования стока воды и наносов изменился тип руслового процесса р. Белой ниже плотны Белореченской ГЭС от пойменной и русловой многорукавности (рассредоточение стока) к незавершенному меандрированию и побочневому типу (сосредоточение стока).
В комплекс Белореченской ГЭС входят также деривационный канал длиной 8,6 км с расчетным расходом 130 м /с, Ганжинское водохранилище, соединительный канал протяженностью 2,3 км, напорно-станционный узел ГЭС и отводящий канал.
Река Белая в нижнем бьефе водохранилища подвержена значительным плановым и глубинным деформациям. С момента ввода в эксплуатацию Белореченского водохранилища и до 2000 г. (45 лет) образовался местный размыв дна за рисбермой глубиной 6 м, к 2011 г. он достиг глубины 13,5 м. Динамика размыва приведена на рисунке 1. Скорость размыва левого берега ниже плотины составляет 1,0-1,5 м/год, правого - 0,5-1,0 м/год.
Рисунок 1 - Изменение контура дна по годам в результате местного размыва
Основные конструктивные элементы подпорного сооружения Белореченской ГЭС приведены на рисунке 2. Ими являются следующие:
- водослив практического профиля представляет собой железобетонную, доковую семипролетную конструкцию (с шириной пролета 12,0 м), имеет зуб с напорной стороны, заглубленный до отметки 91,50 м, отметка порога водослива 95,50 м. Проектная пропускная способность одного пролета при НПУ составляет 245 м /с. Суммарная проектная пропускная способность водосливной плотины 1715 м/с. При форсированном уровне пропуск-
ная способность одного пролета плотины 293 м/с;
Рисунок 2 - Основные конструктивные элементы водосбросного сооружения Белореченской ГЭС
Ж
рэ У Л X
Е »
ж
у
43 X
рэ Й
Р
о о о
к
КС о я о ч о
я
43
о
Й о
о Й к о
43
РЭ
с
к
№ 3
ю о
г
00
- водобой - массивный, длиной 32,0 м, шириной 110 м, представляет собой доковую конструкцию из монолитного железобетона с водонепроницаемым днищем толщиной 1,8 м на бетонной подготовке толщиной 10 см;
- рисберма длиной 25 м, шириной 110 м, расположенная на естественном основании, выполнена из монолитных железобетонных плит толщиной 0,8 м, уложенных на бетонную подготовку толщиной 10 см и разбитых температурно-осадочными швами. Основная часть рисбермы заканчивается вертикальным бетонным зубом глубиной 2,0 м, толщиной 1,0 м.
Отводящий канал на участке рисбермы имеет откосы 1:2, закрепленные монолитными железобетонными плитами толщиной 0,8-0,5 м. Бетонный зуб, устроенный в конце рисбермы, проходит по контуру в откосах канала. Концевая часть рисбермы выполнена из монолитного железобетона толщиной 20 см и расположена на свайном основании из металлических труб диаметром 150 мм. В плане концевой участок имеет размеры 110*10 м.
В результате проведенных специалистами ОАО «Кубаньводпроект» в сентябре 2011 года натурных обследований, состояние концевого участка рисбермы водосбросного сооружения головного узла Белореченской ГЭС можно признать крайне неудовлетворительным.
Основные нарушения, выявленные в процессе обследования:
- зафиксирован начавшийся подмыв фронтального упорного зуба основной рисбермы в результате размыва основания, сложенного из глин, и оголения гравийно-песчаного грунта. Глубина размыва перед зубом на момент обследования составила 1,1 м (на всю ширину подошвы зуба). Из-под зуба на участке подмыва наблюдается фильтрация воды;
- концевой участок рисбермы подмыт полностью на глубину более 8 м и не имеет опирания на грунт основания, а опирается только на свайный ростверк;
- железобетонная плита концевого участка рисбермы имеет много-
численные деформации (просадка, вымыв бетона, оголение арматуры, разрушение швов);
- свайное основание, выполненное из металлических свай диаметром 150 мм, также находится в неудовлетворительном состоянии, часть свай в результате коррозии разрушена;
- коррозия некоторых свай достигла 100 %, у остальных наблюдается остаточная толщина металла, равная 3,4 мм (что крайне недостаточно при возникающих динамических нагрузках от водного потока);
- левобережное береговое примыкание на концевом участке рисбермы находится в крайне неудовлетворительном состоянии в результате полного вымыва грунта основания из-под железобетонных плит крепления и разрушения самих плит;
- в месте сопряжения с концевым участком рисбермы отводящий канал имеет воронку размыва глубиной 10,0 м, которая угрожает устойчивости всего сооружения.
На рисунке 3 приведен подмыв железобетонных плит на участке левобережного берегового примыкания (фотография сделана специалистами ОАО «Кубаньводпроект» в результате проведенных в сентябре 2011 года натурных обследований).
Рисунок 3 - Подмыв железобетонных плит на участке левобережного берегового примыкания
При выполнении натурных обследований были использованы следующие инструменты: топографическая рулетка L = 50 м, рулетка L = 10 м, штангенциркуль, рулетка гидрогеологическая L = 20 м (хлопушка), электронный дальномер, рейка топографическая, вешка топографическая.
Работы по обследованию проводились в следующей последовательности [2]:
- общий осмотр конструкций на обследуемых участках для определения их пригодности к инструментальным измерениям, выявления видимых дефектов;
- измерения класса (марки) бетона железобетонных конструкций не-разрушающими приборами и проведение испытаний по методу отрыва со скалыванием и дальнейшая обработка результатов измерений;
- составление технического отчета и заключения по результатам обследования.
Класс бетона определен неразрушающими испытаниями по методу отрыва со скалыванием - оборудованием ПИБ, заводской № 037.
Все приборы имеют сертификаты соответствия российским нормам.
Определение прочности бетона железобетонных конструкций проведено в соответствии с ГОСТ 22690-88 [3] и СП 13-102-2003 [4].
Заключение по обследованию
Состояние бетона железобетонного зуба основной рисбермы удовлетворительное, структура бетона не нарушена. Разрушение бетона при испытаниях происходит, в том числе и по крупному заполнителю. Прочность бетона оценивается классом В15.
Состояние бетона железобетонной плиты концевого участка рисбермы удовлетворительное, структура бетона не нарушена. Разрушение бетона при испытаниях происходит и по крупному заполнителю. Прочность бетона оценивается классом В25.
Состояние бетона железобетонных стенок рисбермы удовлетвори-
тельное, структура бетона не нарушена. Разрушение бетона при испытаниях происходит и по крупному заполнителю. Прочность бетона оценивается классом В25.
Поверхность стальных свай основания концевого участка рисбермы поражена кавернами коррозии, при этом остаточная толщина значительно варьируется. При средней толщине стенки 5,36 мм дисперсия составляет 1,07 мм, коэффициент вариации 19,9 %, а расчетная толщина стенки с обеспеченностью 95 % составляет 3,40 мм.
При выполнении работ при натурном обследовании, которое проводилось 23.08.2011 и 05.09.2011, через головное водосбросное сооружение Белореченской ГЭС был обеспечен минимальный сброс воды, который позволил выполнить натурное обследование железобетонных сооружений нижнего бьефа.
В нижнем бьефе водослива был выявлен ряд нарушений железобетонной конструкции в части разрушения защитного слоя бетона в результате истирания и скалывания при соприкосновении с влекомыми наносами, такими как песок, гравий, валуны, обломки железобетонного лома, деревья, комели.
Деформационные швы между секциями водослива также находятся в неудовлетворительном состоянии, материал заполнения швов частично вымыт или разрушен в процессе кавитационного воздействия и истирания.
Водосливные грани практически всех водосливных отверстий подвержены интенсивному истиранию и, как следствие, разрушению; наблюдается истирание бетона на глубину 10-15 см с оголением и разрушением арматуры, часть распределительной арматуры порвана или отсутствует вообще.
Имеет место образование промоин в бетоне глубиной до 40 см в местах сосредоточенного истечения воды и разрушение деформационных швов. Материал заполнения деформационных швов разрушен и вымыт
на глубину до 0,5 м. На значительных участках водобоя произошло оголение арматуры, часть оголенной арматуры погнута и порвана, распределительная арматура частично отсутствует в результате воздействия коррозии и механических повреждений.
Большинство дренажных отверстий, выполненных в плите водобоя, на момент обследования не были обнаружены по причине полного их заиления, найденные дренажные отверстия находятся в неработоспособном состоянии.
Основание под железобетонной плитой концевого участка рисбермы вымыто под всей площадью рисбермы и не соприкасается с грунтом основания, а свободно опирается на металлические сваи.
Глубина размыва под плитой позволяет добраться до упорного железобетонного зуба, разделяющего собственно основную рисберму и концевую часть рисбермы. Глубина размыва в районе железобетонного зуба -1,6 м, в районе слива воды - 6,0 м.
Выводы
1 Образование местного размыва в нижнем бьефе Белореченского гидроузла, независимо от причины, вызвавшей это явление, ухудшает условия сопряжения потоков. В таких условиях требуется либо организация подпертого бьефа ниже по течению с соответствующим подъемом уровня воды, либо устройство дополнительного сопрягающего сооружения в нижнем бьефе, которое позволит предотвратить разрушение существующей рисбермы водосброса.
2 Установленный на сооружении гаситель избыточной энергии потока в виде шашек, расположенных в один ряд, работает неудовлетворительно, в результате чего и образовались значительные размывы в нижнем бьефе сооружения.
3 В связи с создавшейся ситуацией на Белореченском гидроузле необходимо произвести в первую очередь ремонтные работы по ликвидации
образовавшихся разрушений. Во избежание появления неблагоприятного гидравлического режима за сооружением следует изменить конструкцию концевой части сооружения, которая сможет обеспечить наиболее равномерное распределение скоростей в живом сечении потока.
Список использованных источников
1 Алтунин, С. Т. Заиление водохранилищ и размыв русел в нижнем бьефе плотин / С. Т. Алтунин // Русловые процессы и гидротехническое строительство: сб. науч. тр. - Ташкент: Изд-во АН УзССР, 1957. - С. 91-111.
2 Руководство по методике оценки ресурса работоспособности и безопасности бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений. П 69-97 [Электронный ресурс] / РАО «ЕЭС России»; ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б. Е. Веденеева». - Режим доступа: http:www.complexdoc.ru, 2014.
3 ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля [Электронный ресурс]. - Взамен ГОСТ 21243-75, ГОСТ 22690.0-77, ГОСТ 22690.4-77; введ. 1988-09-23. - Режим доступа: http:docs.cntd.ru/ document/901705982, 2014.
4 СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений [Электронный ресурс]. - Введ. 2003-08-21. - Режим доступа: http:docs.cntd.ru/document/1200034118, 2014._
Меренкова Оксана Валерьевна - аспирант, Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт имени А. К. Кортунова Донского государственного аграрного университета, Новочеркасск, Российская Федерация Контактный номер: 89518216447. E-mail: merenkova.ov@yandex.ru
Merenkova Oksana Valeryevna - Postgraduate Student, Novocherkassk Engineering and Land Reclamation Institute of Don State Agrarian University, Novocherkassk, Russian Federation.
Contact telephone number: 89518216447. E-mail: merenkova.ov@yandex.ru
