НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОТИН И РАЗМЕЩЕНИЕ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

Тело каменнонабросной и каменно-земляной плотин как при строительстве, так и в период эксплуатации претерпевает упруго-пластические деформации и перемещения под влиянием собственного веса и давления воды. Кроме того, в теле плотины развивается гидродинамическое давление, в том числе давление поровой воды.

Наряду с упругопластическими деформациями в теле плотины могут развиваться также непредвиденные опасные деформации, грозящие целостности плотины. Наблюдения за интенсивностью протекания деформаций проводятся с помощью контрольно-измерительной аппаратуры (КИА), заложенной в тело и основание плотины.

Натурные исследования представляют большой интерес прежде всего с точки зрения своевременного выявления опасных деформаций и назначения мероприятий, предотвращающих аварии, или улучшающих условия работы плотины. Кроме того, натурные исследования служат основой для научных работ по усовершенствованию методов расчёта и конструирования плотин данного типа и их элементов. Исходя из указанного, для плотин I, II, III классов капитальности закладка измерительной аппаратуры обязательна. Для плотин IV класса можно ограничиться проведением только визуальных наблюдений.

Натурные исследования следует проводить для измерения осадки плотины, горизонтальных перемещений вдоль и поперек гребня, напряжений в ядре и экране плотины, установления положения депрессионной кривой, фильтрационного расхода в теле, основании и бортах плотины, величины норового давления в ядре или экране, качества работы дренажа и фильтров переходных зон, расхода и мутности дренажных вод, деформаций откосов и их защитных креплений и т. д.

На Международных конгрессах по большим плотинам отмечалось значительное увеличение объема натурных исследований современных высоких каменно-земляных и каменнонабросных плотин, а также выдвигались новые предложения по методике измерений и по самой измерительной аппаратуре. В плотины Инфернильо и Мессауре, например, заложено по 100 приборов в каждую, в плотину Гепач 144 (что составило около 1 % стоимости плотины), в Трангслет 117, в Серр-Понсон 140, в Асуанскую 245, а в Нурекскую — более 400.

Закладываемые в плотины приборы представляют поверхностные и глубинные реперы (электромагнитные, телескопические), инклинометры, экстензометры, открытые пьезометры, гидравлические и струнные пьезодинамометры, индукционные или гидравлические датчики.

Поверхностные реперы используются для замеров осадок и горизонтальных перемещений геодезическими методами; глубинные телескопические реперы (длиной 100 м и более) позволяют производить замеры деформаций отдельных слоев связных или крупнообломочных грунтов во время строительства или эксплуатации. Последние заложены почти во всех высоких плотинах, в том числе в плотинах Мессауре, Серр-Понсон, Нурекской, Асуанской, Чарвакской, Перука, Тума и др. Применяются и гидравлические реперы, действующие по принципу сообщающихся сосудов (в плотинах Мессауре, Широковской, Оровилл и др.).

Инклинометры (маятниковые, струнные) предназначаются для замеров горизонтальных перемещений на различных глубинах в двух направлениях; маятниковые инклинометры были применены, например, на плотинах Инфернильо, Мессауре, струнные — на Нурекской и Чарвакской плотинах.

Для замеров напряжений и порового давления находят применение новые приборы — датчики с диафрагмами и заполнением подводящей системы труб маслом. Такие датчики были установлены на плотине Гепач. Там же были использованы новые приемы определения горизонтальных перемещений на большой глубине в трех направлениях электромагнитным путем.

Измерение пьезометрического давления (положения кривой депрессии) в грунте ядра или экрана производится пьезометрами, заложенными на разных уровнях плотины (открытые, точечные и др.). Измерения фильтрационных расходов выполняются посредством мерных водосливов, размещающихся в дренажных колодцах и на отводящих коллекторах дренажной сети.

Для измерения сейсмических колебаний применяются сейсмографы, вибрографы и др.

Кроме инструментальных наблюдений и измерений необходимо вести и визуальные наблюдения за деформациями и повреждениями на поверхности откосов и их креплений (коррозия, выпучивание и трещины в железобетонных и асфальтобетонных экранах), за расстройством швов экранов и др. Наблюдения должны вестись также за тем, нет ли очагов неорганизованного выхода фильтрационных вод (ключи), сигнализирующих о нарушении нормального режима фильтрации через ядро или экран вследствие образования трещин или участков разрыхления насыпи.

Наблюдения за деформациями ряда плотин показали, что осадки современных каменнонабросных и каменно-земляных плотин невелики и зависят как от качества и состава материалов призм и противофильтрационных элементов, так и от способов укладки и уплотнения этих материалов, а также от высоты плотины и грунтов основания. Чем выше плотина, тем больше отклоняется величина осадки от линейного закона ее возрастания по высоте.

Горизонтальные перемещения в продольном направлении чаще имеют место в створах с крутыми берегами; они вызывают деформации сжатия на русловом участке плотины и растяжения на береговых. Например, в ядре плотины Перука, уложенной из уплотненного глинистого грунта, величина предельных растягивающих напряжений при трехосных испытаниях составила 0,25—1,4 кгс/см².

Изменение осадки каменнона-бросных плотин во времени неравномерно: максимальная осадка наблюдается в первый год эксплуатации (50—80% всей осадки) и скорость ее зависит от продолжительности времени наполнения водохранилища, в последующие годы осадка значительно уменьшается и средняя ежегодная величина ее составляет около 0,02% высоты плотины.

Из докладов, представленных на VIII и IX конгрессах по большим плотинам, видно, что аппаратура и методика натурных наблюдений и исследований постепенно совершенствуются, благодаря чему представляется возможным производить замеры внутри тела плотины и в основании в любых направлениях. Приборы для измерения напряжений и порового давления нуждаются в дальнейшем развитии с учетом новых соображений о замерах порового давления в грунтах с защемленным в порах воздухом. Для замеров скорости, направления и расхода фильтрационного потока находят применение метод изотопов, химические анализы и другие методы.

Р.А. Айрапетян, Проектирование каменно-земляных и каменнонабросных плотин, М., Энергия, 1975