Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС

·                   второй, при котором она существует и проявляется при землетрясениях.

Первый тип повреждений наиболее распространен. Повреждения низовых призм, в которых поровая вода либо отсутствует, либо имеет весьма низко расположенную кривую депрессии, всегда происходят по первому типу, независимо от крупности слагающих призму материалов. К этому же типу относятся повреждения верховых призм, если они сложены в пределах активной зоны крупнообломочным материалом, или имеют верховой экран и неводонасыщены.

Повреждения второго типа (до полного разрушения) более редки и имеют место только в верховых откосах, если они сложены мелкозернистым водонасыщенным материалом, при потере устойчивости структуры которого явление разжижения возникает.

Обрушение или оползание откосов, как правило, начинается с образования продольных трещин, с появлением которых сопротивление сдвигу боковых призм снижается. Наиболее типичными примерами повреждений плотин из грунтовых материалов из практики последних лет являются повреждения земляной плотины Чир-Юртской ГЭС (быв. СССР) высотою 37,5 м, спроектированной на 7 баллов по действовавшим тогда СН – 8 – 57 (8-ми балльное землетрясение 14 мая 1970 г.);

повреждения плотины Лоуэр Сан-Фернандо (США) высотою 43 м с проверенной расчетом сейсмостойкости (землетрясение 9 февраля 1971 г.).

Следует заметить, что каменно-набросные и каменно-земляные плотины обладают значительно более высокой сейсмостойкостью, чем земляные. Большие плотины этих типов более чем в 25 случаях испытали сильные землетрясения (8-9 баллов по шкале ММ) и ни одна из них не получила существенных повреждений, хотя незначительные в ряде случаев наблюдались.

Также, во многих источниках отмечается, что плотины из грунтовых материалов на нескальных основаниях обладают меньшей сейсмостойкостью, чем возведенные на скальных. Сильных повреждений в результате землетрясений земляные плотины на скальных основаниях обычно не получают, тогда как случаи значительных повреждений плотин, построенных на мягких грунтах, многочисленны (в виду большой деформируемости нескального основания).

Особым видом повреждений плотин из грунтовых материалов является разрушение водопропускных устройств. Примером аварии, связанной с разрушением этого вида, является авария на плотине Тарбела высотой 145 м (Пакистан, 7-ми балльное землетрясение).

Кроме повреждений, отмеченных выше, имеются другие примеры разрушений, встречающихся при землетрясениях менее часто:

·                   осадки оснований из оттаявших грунтов, например, крупное землетрясение в мае 1964 г. вызвало оседание незамерзающих ледниковых отложений, составляющих подстилающий слой плиты водослива земляной плотины Эклуфа (США), в результате под этой частью плотины образовалась каверна;

·                   разрушение плотин после образования трещин и последующего быстрого размыва тела плотины; такие разрушения, например, имели место в плотинах Колеман, Роджерс, Болдуин Хилз.

4.3 Повреждения бетонных плотин

Воздействие землетрясений различной интенсивности испытали более 100 плотин и гидротехнических сооружений из бетона. Известны лишь 15 случаев повреждений этих сооружений, причем более половины из них получили повреждения в виде трещин. Повреждения бетонных плотин наблюдаются лишь от землетрясений интенсивностью 7 баллов и более. Несколько водопропускных сооружений, небольшие плотины из каменной кладки, располагающиеся на мягких грунтах, были полностью разрушены сильными землетрясениями.

В общем случае наибольшей повреждаемостью обладают низкие сооружения высотой до 20 м, а также контрфорсные плотины (три из восьми были повреждены). Наиболее сейсмостойкими оказались бетонные гравитационные и арочные плотины, испытавшие сильные землетрясения интенсивностью 8-9 баллов, но не получившие значительных повреждений.

В ряде случаев землетрясения были вызваны заполнением водохранилищ (возбужденная сейсмичность), например, контрофорсная плотина Хсинфенгкьнг (КНР) – землетрясение с магнитудой 6,1.

Наиболее сильные повреждения среди высоких плотин были получены плотиной Койна (Индия), испытавшей воздействие ряда землетрясений при наполнении водохранилища.

Повреждения разделяются в основном по следующим видам:

·                   видимые трещины (через трещины на различных уровнях плотины происходит сильная фильтрация);

·                   повреждения и разрушения устройств (трещины на водосливе, башне, деформационных швах и др.);

·                   местные выкрашивания и дробление бетона. [16, с. 5-21]

4.4 Плотины, испытавшие сейсмическое воздействие

Самые крупные и известные плотины, испытавшие сейсмическое воздействие, а некоторые и являющиеся причиной землетрясения, можно представить в таблице 4.4.1.[16, 17]:

Таблица 4.4.1.

4.5 Сейсмостойкость гидротехнических сооружений

В вопросе сейсмостойкости особое внимание следует уделять плотинам. Это объясняется следующими причинами:

особой важностью плотин, являющихся главнейшим средством управления реками, аккумуляции водной энергии, а также направления воды для целей водоснабжения, орошения и обводнения;

большим объемом материальных и денежных затрат на постройку плотины;

громадной ответственностью такого сооружения, поскольку его разрушение может принести ущерб ниже расположенным населенным пунктам, промышленным предприятиям и сельскохозяйственным угодьям.

Кроме того, опыт разрушительных землетрясений показал, что сооружения типа плотин, построенные без учета сейсмического фактора, нередко подвергались частичному или полному разрушению.

Основные принципы сейсмостойкого строительства.

При землетрясении частицы грунта движутся в пространстве по сложной траектории и в сооружении возникают инерционные силы, величина и направление действия которых резко меняются во времени. По той же причине деформации сооружения и его элементов могут носить сложный характер. В самом деле, при указанных условиях сооружение может претерпевать совокупность деформаций осевого растяжения, сжатия, изгиба, сдвига и кручения. Помимо этого, соответствующие усилия действуют динамически, т.е. возникают толчкообразные и колебательные движения сооружения в целом и его элементов.

Анализ данных о поведении зданий и сооружений при разрушительных землетрясениях указывает на целесообразность соблюдения ряда принципов сейсмостойкого строительства.

Ввиду динамического характера сейсмического воздействия (внезапное приложение усилий и знакопеременность действия их при колебаниях сооружения) рекомендуется возводить сооружения из достаточно прочных и монолитных материалов. С целью демпфирования сейсмических толчков отдается предпочтение материалам, которые, кроме того, в той или иной степени обладают пластическими свойствами. Для уменьшения сейсмических инерционных нагрузок рекомендуется применять материалы с малым объемным весом.

Большое значение имеет также однородность материала, т.к. в местах контактов материалов, обладающих различными физико-механическими свойствами, или в местах нарушения сплошности материала происходит расслоение тела сооружения при сейсмических воздействиях.

Поскольку сооружение и его элементы, в том числе всякие выступы сооружения в плане, плохо сопротивляться крутящим усилиям, следует стремиться проектировать сооружение так, чтобы массы в нем были распределены симметрично относительно центра тяжести всего сооружения, что практически в известной мере достигается упрощением формы сооружения в плане (приближением к форме квадрата). Если достигнуть этого трудно, то рекомендуется разбивать сооружение на отдельные отсеки, имеющие указанное выше простейшее очертание в плане.

Всякие горизонтальные усилия, в том числе сейсмические, распределяются между отдельными несущими элементами сооружения или здания (опоры моста, контрфорсы в железобетонных плотинах, поперечные стены и простенки каменных зданий и т.п.) пропорционально их жесткости. Следовательно, во избежание перегрузки отдельных элементов сооружения необходимо проектировать его так, чтобы в отношении жесткости его элементы не отличались резко друг от друга.

Всякое сооружение представляет собой пространственную систему, часто состоящую из связанных между собой более простых несущих элементов. Поэтому для обеспечения сохранности сооружения при землетрясении важно обеспечить прочность связей, например, сопряжений между капитальными стенами каменного здания. Кроме того, следует стремиться к тому, чтобы связи для смягчения динамического воздействия землетрясения обладали пластическими свойствами.

В соответствии с указанными принципами целесообразно при проектировании и разработке технологии строительного производства предусматривать ряд антисейсмических мероприятий.

Необходимая прочность и монолитность материала, например, каменной кладки, достигается применением прочных камней правильной формы, при тщательном соблюдении правил перевозки, с использованием растворов, обладающих хорошим сопротивлением нормальному и тангенциальному воздействиям. Предусматривают меры против образования в швах кладки усадочных трещин, для придания раствору пластичности в него вводят специальные добавки.

Для достижения однородности строения тела сооружения стремятся применить один и тот же материал в пределах каждого отсека сооружения, обеспечивать необходимую перевязку, например, нового бетона со старым в швах бетонирования сооружения. Чтобы обеспечить сохранность связей между несущими элементами (например, между стенами каменных зданий), армируют углы здания путем укладки стальных стержней в горизонтальных швах кладки. Для разбивки здания или сооружения на отдельные отсеки в плане устраивают антисейсмические швы, совмещенные с осадочными и температурными швами.

В целях обеспечения оптимальной пространственной жесткости рекомендуется между несущими элементами делать проемы и простенки одинаковой ширины, а поперечные стены – сквозными, располагая их, по возможности, на равных расстояниях друг от друга. Для равномерного распределения сейсмических усилий между несущими элементами здания рекомендуется перекрытия делать монолитными и жесткими в такой мере, чтобы они представляли собой неизменяемые горизонтальные диафрагмы.

Обеспечение прочности и, в известной мере, пластического деформирования сопряжений стен здания достигается, кроме того, устройством замкнутых железобетонных антисейсмических поясов, укладываемых по всему периметру капитальных стен. Наконец, требуется замоноличивание сборных железобетонных конструкций, что можно осуществить путем укладки в стыках специальных стержней арматуры или закладных стальных частей с последующим соединением их петлями или электросваркой; при этом должна быть обеспечена равнопрочность сечения сборного элемента и стыка замоноличивания.

Сейсмические нагрузки на гидротехнические сооружения.

Сейсмические нагрузки на гидросооружения можно разделить на следующие:

·                   сейсмические инерционные нагрузки;

·                   сейсмическое давление воды на напорную грань сооружения (плотина, перемещаясь при землетрясении в сторону верхнего бьефа, будет встречать сопротивление воды и тем самым испытывать давление гидродинамического характера);

·                   сейсмическое давление грунта на сооружения типа подпорной стенки (сейсмические инерционные силы, возникающие в грунте засыпки в связи с возникновением активного давления на стенку);

·                   сейсмическое давление воды в напорном сооружении

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости земляных плотин.

Земляные плотины находят широкое применение в сейсмических районах главным образом вследствие возможности использования местных строительных материалов, а также механизации строительного производства.

Для обеспечения сейсмостойкости плотины необходимо, кроме осуществления расчета ее на сейсмостойкость, предусмотреть специальные мероприятия в части ее конструкции и технологии строительных работ, что возможно путем рассмотрения физической картины воздействия землетрясения и анализа эмпирических данных. [18, с. 24-150]

Так как плотины гидротехнических сооружений Павловской ГЭС являются грунтовыми, то о мероприятия по обеспечению сейсмоустойчивости земляных плотин буду подробно рассмотрены в разделе 7.

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости плотин из каменной наброски и кладки насухо.

Набросные плотины имеют много общего с земляными с точки зрения конструкции, а также условий работы, поэтому некоторые антисейсмические мероприятия для земляных плотин сохраняют силу и в отношении каменно-набросных плотин. Однако специфичность материала таких плотин требует несколько иного подхода к вопросу обеспечения их сейсмостойкости. [18, с. 24-150].

Грунтовые плотины гидротехнических сооружений Павловской ГЭС выполнены с каменной наброской, поэтому мероприятия по обеспечению сейсмостойкости плотин из каменной наброски и кладки насухо будут более подробно рассмотрены в разделе 7.

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости бетонных гравитационных плотин.

Бетонные гравитационные плотины находят в настоящее время широкое применение вследствие того, что сейсмически активные зоны, как правило, приурочены к горным местностям, а для более или менее высоких гравитационных плотин требуется скальное основание.

При проектировании гравитационных плотин, возведенных из бетона, важной особенностью будет тот факт, что учет сейсмического фактора будет заключаться в повышении тех требований, которые предъявляются к прочности и устойчивости гравитационных плотин.

Для данного вида плотины приобретает особое значение тщательность работ по подготовке основания с целью повышения устойчивости сооружения на сдвиг (снятие выветренного слоя скалы, тщательная очистка поверхности основания перед бетонированием плотины и т.п.).

Прямое отношение к задаче обеспечения сейсмостойкости гравитационной плотины имеют также мероприятия конструктивного и технологического характера,предотвращающие неблагоприятное влияние на прочность плотины усадочных и температурных усилий: устройство конструктивных швов, охлаждение бетона в процессе его твердения и т.п.

Всякое отверстие в теле гравитационной плотины, имеющее более или менее значительные размеры и расположенное в периферийной зоне ее поперечного сечения, могут стать причиной возникновения трещин в теле плотины при концентрации высоких сейсмических напряжений. Поэтому необходимо принять меры по приданию этим отверстиям плавного очертания и армированию бетона в зоне влияния местных напряжений.

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости железобетонных и бетонных контрфорсных плотин.

В районах с высокой сейсмической активностью могут найти применение и контрфорсные плотины, которые, являясь одним из экономичных типов плотин, позволяют вести строительные работы индустриальными методами с применением сборных железобетонных элементов.

Так же как в случае гравитационных плотин, следует придать плавное очертание отверстиям, устраиваемым в контрфорсах, а материал контрфорса усилить специальным армированием в зоне концентрации напряжений. Примером того, что такая мера обоснована, может служить плотина Бек-Ходжес (США), в контрфорсах которой возникали трещины даже в обычных условиях эксплуатации.

Сохраняют силу также ряд остальных антисейсмических мероприятий, указанных для гравитационных плотин.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13