Эксплуатационный ремонт плотин

Для всякого гидротехнического сооружения, в том числе и для земляных плотин, устанавливают предельный нормативный срок службы, который может быть обеспечен лишь в результате постоянного наблюдения за общим состоянием плотины и выполнения эксплуатационных ремонтных работ. В зависимости от объема и характера выполняемых работ различают аварийный, профилактический, текущий и капитальный ремонты.

Аварийный ремонт является внеплановым, его проводят в тех случаях, когда плотина или какая-то часть ее получила местное разрушение и есть опасение дальнейшего распространения его, в результате чего возможна потеря устойчивости всего сооружения. Выполняется аварийный ремонт немедленно после того, как такое разрушение обнаружено.

Профилактический ремонт заключается в проведении защитных мероприятий, исключающих возможность появления тех или иных деформаций, или отдаление срока наступления их до того времени, когда будет проведен текущий или капитальный ремонт.

Работы, более сложные и разнообразные, относятся к текущему ремонту необходимость таких работ обычно устанавливают на основе наблюдений как визуальных, так и инструментальных. Текущий ремонт выполняют по календарному графику, составляемому на каждый год. К текущему ремонту относятся: замена отдельных частей сооружения (без изменения их проектных форм и размеров) в связи с износом материала; восстановление участков с мелкими повреждениями, получившимися в результате нарушения установленного режима работы сооружений; исправление дефектов, обнаруженных после сдачи объекта в эксплуатацию, и ряд других мелких работ, которые выполняются для поддержания плотины в нормальном рабочем состоянии.

К капитальному ремонту относится устранение серьезных и крупных повреждений, реконструкция узла сооружений, вызванная изменением проектных размеров или коренной перестройкой плотины в связи с изменением условий работы. Капитальный ремонт, как правило, производят при сработанном уровне воды в водохранилище. Все работы, связанные с капитальным ремонтом, выполняет строительная организация, законченные работы принимает комиссия, так же как и новые объекты.

Все усилия службы эксплуатации должны быть в первую очередь сосредоточены не на ликвидации последствий возможных разрушений, а на предупреждении их. Своевременное устранение причин, в результате которых происходит разрушение, это наиболее надежный путь обеспечения нормальной работы плотины.

Перечислить все причины, влияющие на устойчивость сооружений, составить перечень возможных деформаций, которые могут быть выявлены при визуальных наблюдениях и по контрольно-измерительной аппаратуре, и дать рецепты исправления дефектов практически невозможно. Вместе с тем можно привести наиболее характерные случаи встречающихся деформаций, указать на причины их появления и привести оправданные практикой_способы предупреждения и устранения этих причин. На верховом откосе плотины основной вид деформации - повреждение покрытия. Причина - волновое воздействие и фильтрационные силы, появляющиеся в связи с быстрым понижением уровня воды в водохранилище. Несмотря на то что размеры покрытия верховых откосов определяют расчетом, исходя из воздействия указанных факторов, тем не менее случаи локального расстройства покрытия в практике наблюдаются нередко. Это является следствием как некачественных строительных работ, так и местных превышений сил по сравнению с расчетными в проекте, а также отступлений от инструктивных указаний по режиму работы водохранилища.

Разрушенные участки покрытия верхового откоса обычно восстанавливают той же самой конструкции, которая принята в проекте. Если же локальные разрушения от волнового воздействия захватывают все новые и новые участки, а восстановленные места вновь разрушаются, можно предположить несоответствие типа покрытия и его размеров волновым воздействиям. В этом случае следует провести контрольные расчеты и определить толщину покрытия с учетом фактически наблюдаемых параметров ветровых волн и дальнейшее исправление производить с учетом внесенных коррективов, при исправлении поврежденных участков старое разрушенное покрытие удаляют, после чего восстанавливают фильтровую подготовку, фракции которой должны соответствовать расчетным значениям, и по спланированной подготовке укладывают новое покрытие. Особенно тщательно выполняют работы по линии стыка старого покрытия с новым, приурочивая их к деформационным швам. В  покрытиях из железобетонных плит целесообразнее укладывать на ремонтируемых участках монолитные армированные бетонные плиты, которые проще выполнить как по условию сопряжения старого покрытия с новым, так и по производственным условиям, учитывая, что не потребуется кранового оборудования и тщательности выполнения планировочных работ подготовки.

Когда разрушенные участки покрытия расположены под водой, на период ремонта приходится понижать уровень воды в водохранилище. Если же по каким-либо причинам сработку уровня воды осуществить невозможно, временное крепление разрушенного участка покрытия делают, например, из каменной наброски. В дальнейшем, когда уровень воды в водохранилище понизится, ремонтные работы выполняют, как указано выше, «насухо».

В покрытиях верховых откосов железобетонными плитами нередко появляются трещины. Хотя эти трещины не представляют прямой угрозы устойчивости покрытия, тем не менее потенциально в них заложены причины дальнейшей деформации откоса. Причиной образования трещин являются температурно-осадочные явления, неравномерная осадка грунта откоса и внешние силовые воздействия.

Появление трещины в железобетонных покрытиях легко обнаружить визуально. Каждую трещину берут под контроль, местоположение ее, геометрические размеры и зону распространения фиксируют в полевом журнале. Рост трещины устанавливают при помощи маяков или щелемеров, простейший из них выполняют непосредственно на месте появления трещины из двух металлических цилиндрических стержней, заделанных в бетон плиты, по обеим сторонам трещины. Рост трещины при пользовании щелемером определится систематическими измерениями расстояния между центрами закрепленных стержней. Для измерения расстояния пользуются штангенциркулем или другими приборами, дающими возможность вести отсчеты с точностью долей миллиметра.

Трещины в покрытиях могут быть сквозные и поверхностные. Глубина трещины определяется щупом или при помощи краски. В последнем случае в трещину вводят красящее вещество, которое окрашивает ее на всю глубину. После окраски в бетоне с одной стороны трещины пробивают лунку, в которой измеряют глубину распространения краски и, следовательно, глубину самой трещины.
Если установлено, что рост трещины прекратился, ее заливают асфальтовой мастикой, в результате чего она превращается в дополнительный деформационный шов.

На устойчивость и прочность покрытия верхового откоса влияет ледовой режим водохранилища. Воздействие льда на земляную плотину проявляется в следующем виде: динамическом, статическом и вырывающем в результате припая льда к покрытию. Динамическое воздействие льда на откосы водохранилищных плотин незначительно, так как движение льда получается только в результате ветрового нагона. Статическое давление льда за счет изменения температуры хотя и большое, но в силу того, что прочность льда гораздо меньше прочности материала покрытия, разрушение его за счет этой силы не происходит. Устойчивость самой плотины против сдвига обеспечивается, так как суммарные реактивные силы значительно превосходят силы статического давления льда. Наиболее опасным воздействием льда является его вырывающее действие вследствие припая кромки льда к поверхности покрытия. Во время повышения уровня воды в водохранилище ледовый покров всплывает и покрытие с примерзшим к нему льдом может быть вырвано. При понижении уровня воды в водохранилище также появляется сила, стремящаяся вырвать крепление. Предельное значение вырывающей силы льда при припае может быть определено из уравнения моментов как для случая понижения уровня воды в водохранилище, так и его повышения. Методика таких расчетов дана П. А. Шанкиным и приведена в его работе «Расчет покрытий откосов гидротехнических сооружений».

Эксплуатационными приемами можно исключить силу воздействия льда припая, если на всем протяжении по линии контакта льда и покрытия выполнять майну, поддерживая ее незамерзающей в течение всего периода ледостава. Наличие майны позволяет ледовому покрову свободно перемещаться вверх и вниз и, таким образом, избежать воздействия льда на покрытие. Низовой откос плотины не в меньшей степени подвержен деформациям, чем верховой. Основными факторами, влияющими на устойчивость низового откоса и его крепление, являются атмосферные воздействия и фильтрационный потоков теле плотины.

Деформация низового откоса проявляется в общей потере устойчивости или в местных разрушениях. В первом случае это происходит из-за подъема кривой депрессии и как следствие этого увеличения фильтрационной силы, а также снижения реактивных сил в толще насыпи. Изменение положения кривой депрессии устанавливается по наблюдениям за уровнями воды в пьезометрах. Причиной повышения кривой депрессии может быть засорение и кольматаж дренажа, недостаточная пропускная способность его, деформации, получившиеся в результате значительной неравномерной осадки основания, а также закупорки отверстий дренажа.

Нужно иметь в виду, что дренажи по типу призмы или комбинированные менее подвержены расстройству. Выход из строя приемной части в таких дренажах не ведет к выключению всего дренажа, так как вступают в работу соседние участки;   при   этом  происходит  незначительное повышение кривой депрессии. Трубчатые дренажи этим свойством не обладают, а в случае выхода из строя приемной части требуют капитальной переделки всего дренажа. Трудоемкость выполнения таких работ совершенно очевидна, особенно при глубоком расположении, приемной части дренажа в теле плотины. Местные деформации низового откоса могут происходить в результате выпадения ливней, переувлажнения грунта, появления сосредоточенных выходов грунтового потока на откос, а кроме того, при наличии ходов, оставляемых землеройными животными.

Одним из основных условий обеспечения устойчивости низового откоса является быстрый отвод поверхностных, вод. Это достигается системой сбросной сети, состоящей из кюветов и лотков (см. рис. 38). Эксплуатация отводящей системы состоит в том, чтобы в любое время она могла принять и отвести поверхностные воды, поступающие на откосу.

Особое внимание следует обратить на очистку кюветов и лотков в весенний период, перед началом таяния снега. Снежный покров с откосов плотины в зимний период удалять не рекомендуется, так как это способствует более глубокому промерзанию грунта и переувлажнению при оттаивании. Расчистка снега допустима только на тех участках откоса, за которыми проводятся регулярные наблюдения, или в местах установки контрольно-измерительной аппаратуры. Но и в этом случае оголенные места полезно утеплять, покрывая их матами, например из камыша или каких-либо волокнистых материалов.

Переувлажнение грунта низового откоса может получиться и в результате высокого травостоя, если откос крепится залужением. Известно, что высокий травостой способствует задержанию дождевых вод, их впитыванию в грунт и переувлажнению откоса. Поэтому траву нужно периодически скашивать и удалять.

Появление сосредоточенных очагов фильтрации на низовом откосе представляет большую опасность для его устойчивости. Особенно это относится к очагам, в которых наблюдается вынос частиц грунта тела плотины как результат суффозионного процесса. Практической мерой, предупреждающей деформацию откоса, здесь является устройство наслонного дренажа, после чего устанавливается причина появления выхода грунтового потока на откос и принимаются меры к ликвидации очага, предупреждению появления подобных очагов в соседних местах.

Большой вред для низового откоса приносят ходы землеройных животных. Фильтрационный поток, попадая в такие ходы, движется с большими скоростями, в результате чего происходит размыв стенок и вынос грунта за пределы плотины. После этого неизбежны просадки откоса и дальнейшее разрушение его. Обнаруженные ходы землеройных животных следует заполнять грунтом, а глубоко расположенные заливать глинистым раствором под напором. При обнаружении ходов землероев эксплуатационные усилия прежде всего должны быть направлены на уничтожение животных с использованием химических способов борьбы.

В земляных плотинах серьезным и опасным повреждением являются различного рода трещины на гребне и откосах плотины. Такие трещины создают условия для появления сосредоточенного движения воды, а впоследствии прорыва плотины. Причиной появления трещин бывает неоднородность грунта в различных частях плотины, недостаточное уплотнение грунта, неправильное сопряжение тела плотины с берегами и морозное воздействие на грунт.


Рис. 131 Ремонт трещин на плотине (размеры в м):
а - продольных;    б - поперечных;    1 - гребень    плотины;    2 - трещина;    3 - траншея; 4 - поперечная шпора;  5 - шпунтовое  ограждение.

По расположению в плане различают трещины продольные и поперечные. Особенно опасны поперечные трещины, так как они могут послужить причиной образования промоины и размыва тела плотины.

Любую трещину независимо от ее величины, местоположения и зоны распространения немедленно заделывают. Продольные трещины заделывают грунтом того же состава, что и само тело плотины. Для этого по направлению трещины отрывают траншею трапецеидального профиля с заложением откосов не менее 0,5 (рис. 131, а). Длину траншеи принимают больше длины трещины примерно на 1 м с каждой стороны, а глубину на 0,3- 0,5 м ниже основания трещины. Ширина траншеи принимается для удобства ее выполнения и последующего заполнения грунтом, но не менее ширины трещины с запасом на обе стороны по 0,3-0,5 м. Грунт укладывают в траншею горизонтальными слоями толщиной в рыхлом состоянии не более 0,15 м, с тщательным ручным трамбованием, так как применять какие-либо уплотняющие механизмы из-за ограниченности площади нельзя.

При заделке глубоких трещин, расположенных близко к верховому откосу, когда уровень воды в водохранилище стоит высоко, есть опасность поступления воды в траншею, поэтому на период ремонта приходится снижать уровень воды в верхнем бьефе или укладывать по верховому откосу пластырь с целью уменьшения поступления воды в траншею.

Поперечные трещины заделывают так же, как и продольные, с той лишь разницей, что со стороны верхового откоса при высоком стоянии уровня воды в водохранилище приходится устраивать шпунтовое ограждение в виде коробки (рис. 131,б). При заделке глубоких трещин устраивают замок, располагая его перпендикулярно трещине в пределах гребня плотины.

Местные деформации низового откоса в виде оползня ликвидируют, насыпая новый грунт того же состава, что и тело плотины. Для лучшего сопряжения вновь насыпаемого грунта со старым оползневую массу удаляют, а по контуру деформированного откоса устраивают наклонные ступени. Грунт насыпают начиная от подошвы горизонтальными слоями, толщиной 0,15-0,25 м по всей длине ремонтируемого откоса, с тщательным уплотнением каждого слоя.