Разработка оптимального комплекса методов неразрушающего контроля бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат наук Василевская Лариса Сергеевна

• Василевская Лариса Сергеевна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Василевская Лариса Сергеевна

Введение

ГЛАВА 1 Обоснование необходимости обследования железобетонных конструкций ГТС

1.1 Предпосылки обследования ГТС

1.2 Актуальность обследования гидротехнических сооружений Волжского каскада

1.3 Предпосылки к реконструкции гидротехнических сооружений и обзор

методов их обследования

Выводы к Главе

ГЛАВА 2 Разработка оптимального комплекса методов неразрушающего контроля

2.1 Определение физико-механических свойств бетона по данным ультразвуковых измерений

2.1.1 Определение прочности бетона по корреляционным зависимостям

2.1.2 Определение пустотности бетона по корреляционным зависимостям

2.2 Состав оптимального комплекса методов неразрушающего контроля

2.2.1 Дистанционное обследование

2.2.2 Инструментальное обследование

2.2.3 Рекомендации по проведению обследования железобетонных

конструкций комплексом методов неразрушающего контроля

Выводы к Главе

ГЛАВА 3 Аспекты комплексного применения методов неразрушающего контроля при обследовании железобетонных конструкций водопропускных сооружений

3.1 Пример корреляции дистанционного и инструментального методов на примере обследования безнапорного деривационного туннеля

3.2 Пример корреляции дистанционного и инструментального обследований

на примере обследования водобойного колодца

Выводы к Главе

ГЛАВА 4 Применение комплекса методов на объектах ГЭС Волжского каскада

4.1 Дистанционное обследование

4.1.1 Волжская ГЭС

4.1.2 Саратовская ГЭС

4.1.3 Жигулевская ГЭС

4.1.4 Чебоксарская ГЭС

4.1.5 Нижегородская ГЭС

4.1.6 Вехневолжский каскад ГЭС

4.2 Инструментальное обследование

4.2.1 Волжская ГЭС

4.2.2 Саратовская ГЭС

4.2.3 Жигулёвская ГЭС

4.2.4 Чебоксарская ГЭС

4.2.5 Нижегородская ГЭС

4.2.6 Рыбинская ГЭС

4.2.7 Угличская ГЭС

4.3 Обобщение и анализ

Выводы к Главе

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты о внедрении результатов научно-исследовательской

работы

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Статистическая оценка результатов исследований прочностных

характеристик бетона

ПРИЛОЖЕНИЕ В Статистическая оценка результатов исследований пустотности

бетонного массива

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты расчетов на статические нагрузки секции №6 здания Волжской ГЭС

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка оптимального комплекса методов неразрушающего контроля бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений»

Введение

Актуальность темы исследования. Актуальность данной работы обусловлена тем, что в настоящее время подходит к концу нормативный срок эксплуатации многих гидротехнических сооружений (ГТС), возведённых в начале XX века. Это в свою очередь остро ставит вопрос о необходимости реконструкции для продления срока их надёжной и безопасной эксплуатации. При создании проектов реконструкции гидротехнических сооружений необходимо выполнить обследование фактического состояния бетонных конструкций, в частности, определить реальные прочностные характеристики бетона. Для этого применяются различные современные методы исследований, но для их осуществления зачастую требуется нарушение целостности исследуемых конструкций, что может привести к негативным последствиям. Вследствие этого возникает настоятельная необходимость в определении объемов необходимых исследований и их достаточности для достоверной оценки технического состояния объекта и проведения мероприятий реновации.

В связи с этим, для анализа реального состояния сооружения, необходимо применять новейшие методы и методики проведения исследовательских работ. Но, кроме этого требуется не только использовать имеющиеся наработки, но и развивать существующие и разрабатывать новые методики, позволяющие проводить необходимые исследования в достаточном количестве, а также оптимизировать экономические затраты при проведении обследований.

Актуальность разработки оптимального комплекса неразрушающих методов, обусловлена тем, что используемые в настоящее время неразрушающие методы обследования бетонных и железобетонных конструкций по отдельности не позволяют дать объективную характеристику современного состояния указанных объектов. Для этого следует из множества существующих методов подобрать оптимальную совокупность, позволяющую эффективно решать поставленные перед обследованием задачи.

Степень разработанности темы исследования. Оценка реального состояния бетонных конструкций гидротехнических сооружений на сегодняшний день является одной из приоритетных задач в гидротехнике. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что перспективное решение данной задачи - оптимизация комплекса методов неразрушающего контроля.

Многочисленные исследования по разработке и развитию методов неразру-шающего контроля выполнялись специалистами АО «НИИЭС», АО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», филиала АО «Институт Гидропроект» - ЦСГНЭО, Института гидротехники и технической гидромеханики Дрезденского технического университета, Федерального института гидротехники в Карлсруэ и др. В итоге в настоящее время известно достаточно много методов неразрушающего контроля, основанных на различных физических принципах. Но все методы неразрушающего контроля необходимо комплексировать с выбуриванием кернов. Это в свою очередь приводит к нарушению целостности конструкции и увеличивает трудозатраты самих исследований, связанные не только с бурением, но и с проблемами, возникающими при заделке образовавшихся скважин. В частности, к настоящему времени в достаточной степени разработаны способы получения корреляционных зависимостей «скорость - прочность» для различных типов бетонов, дающие возможность оперативного определения прочности на одноосное сжатие бетона по измеренному значению скорости продольных упругих волн.

Комплекс методов можно считать оптимальным, если его применение дает необходимую и достаточную информацию для решения задач по исследованию бетонных конструкций ГТС.

Оптимальный комплекс методов неразрушающего контроля представляет собой совокупность методов обследования конкретных ГТС, который охватывает следующие объекты:

• поверхностный или облицовочный;

• конструкционный бетон;

• арматурную конструкцию.

Для этих целей используются:

• дистанционные методы - визуально-инструментальный контроль с фотофиксацией и тепловизионное обследование;

• инструментальные методы - склерометрия, определение толщины облицовочного бетонного слоя толщиномером, обследование арматуры магнитным и механическим (с помощью твердомера) методом, ультразвуковая дефектоскопия, ультразвуковая и сейсмическая томография.

Кроме того, необходимо учитывать влияние водной среды на ГТС для выявления причин и прогноза развития коррозионных процессов.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы: является разработка оптимального комплекса методов неразрушающего контроля бетонных и железобетонных конструкций, предназначенного для оценки их состояния и физико-механических свойств, в первую очередь прочности, в частности, для обоснования продления срока эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений.

Основные задачи исследования:

1. Подбор методов, выбор методик и техники обследования для формирования оптимального комплекса методов неразрушающего контроля, обеспечивающего всестороннюю оценку состояния бетонных и железобетонных конструкций ГТС.

2. Разработка, обобщение и анализ корреляционных зависимостей между скоростью продольных волн и прочностью на одноосное сжатие для бетонов различного типа.

3. Построение и анализ корреляционных зависимостей между прочностью на одноосное сжатие и пустотностью бетонов различного типа.

4. Выполнение обследований бетонных и железобетонных конструкций ГТС с использованием оптимального комплекса методов неразрушающего контроля.

5. Сопоставление и анализ результатов комплексной интерпретации экспериментальных данных, полученных оптимальным комплексом методов неразрушающего контроля на различных ГТС.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов заключается в следующем:

• Разработан оптимальный комплекс методов неразрушающего контроля

для обследования бетонных и железобетонных конструкций ГТС.

• Впервые установлены надежные корреляционные соотношения между

показателями прочности и скоростью продольных упругих волн для бетонов различного типа, позволяющие отказаться от разрушающих методов контроля, что значительно снижает трудозатраты и сохраняет целостность исследуемых конструкций.

• Экспериментально доказана возможность определения полной, открытой и замкнутой пустотности бетона на основании данных ультразвуковых измерений в сухих и водонасыщенных образцах бетона. Выведены корреляционные зависимости прочности на одноосное сжатие от полной, открытой и замкнутой пустотности для гидротехнического и облицовочного бетона.

• Впервые установлены обобщенные закономерности изменения прочност-

ных свойств и состояния бетонных и железобетонных конструкций ГТС.

Теоретическая и практическая значимость работы Теоретическая значимость работы:

• Предложена и внедрена методика площадного натурного обследования бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений комплексом современных неразрушающих методов.

• С целью количественной оценки прочностных бетонных конструкций показана необходимость использования разночастотных сейсмоакустиче-ских методов: ультразвукового, характеризующего приповерхностную зону бетона, и сейсморазведку, характеризующую более глубокие элементы бетонной конструкции.

• На основе анализа большого экспериментального материала установлены 3 существенно разные корреляционные зависимости между скоростью продольной волны и прочностью на одноосное сжатие для различных типов бетона гидротехнических сооружений.

• Доказана возможность определения прочности бетона по установленным обобщенным корреляционным зависимостям для разных типов гидротехнических бетонов.

• Выведены зависимости прочности на одноосное сжатие от полной, открытой и замкнутой пустотности для гидротехнического и облицовочного бетона.

Практическая значимость работы:

• На конкретных примерах показаны пути решения практических задач обследования бетонных конструкций гидротехнических сооружений.

• Разработаны рекомендации по подбору оптимального состава комплекса методов неразрушающего контроля, обеспечивающего получение необходимой и достаточной информации при обследовании бетонных конструкций конкретных гидротехнических сооружений.

• Приведены примеры результатов обследования бетонных конструкций гидротехнических сооружений, полученные разработанным оптимальным комплексом методов неразрушающего контроля.

Методология и методы исследования. Предложенный комплекс методов не-разрушающего контроля включает в себя дистанционные и инструментальные виды измерений. В основе комплекса лежит ультразвуковой метод, который дополняется различными методами неразрушающего контроля в зависимости от конкретных поставленных задач.

Разработанный комплекс методов неразрушающего контроля позволяет обследовать различные области бетонных конструкций: начиная с изучения поверхностного слоя и заканчивая оценкой состояния конструктивного бетона.

Поверхностный слой обследуется как дистанционными методами: это визуально-инструментальный контроль и тепловизионное обследование, так и ин-

струментальными методами: это склерометрия, определение толщины облицовочного бетонного слоя и обследование арматуры магнитным методом, ультразвуковой и механический (при помощи твердомера) методы определения состояния арматурной конструкции. Оценка состояния основного конструктивного бетона осуществляется ультразвуковым методом и сейсмотомографией. Применение данных методов при изучении основного бетона определяется глубиной и характером прохождения ультразвукового и сейсмического сигналов. Ультразвуковые исследования дают точные результаты, но на ограниченном участке. Для получения данных, характеризующих глубину деформационных разрушений бетона в целом, применяется метод сейсмотомографии.

В ходе многолетней эксплуатации происходят деструктивные процессы такие, как выщелачивание, выветривание, развитие морозобойных трещин, вариации напряженно-деформированного состояния и другие коррозионные процессы, которые приводят к снижению выносливости и эксплуатационной надежности гидротехнического бетона. Кроме того, важную роль для выявления причин и прогноза развития коррозионных процессов арматуры играет изучение влияния водной среды на гидротехнические сооружения. Положения, выносимые на защиту:

1. Оптимальный комплекс методов неразрушающего контроля для повышения качества и информативности обследования бетонных конструкций гидротехнических сооружений.

2. Обобщенные корреляционные зависимости вида «скорость-прочность» и «прочность-пустотность» для различных типов бетона гидротехнических сооружений, позволяющие проводить обследования бетонных конструкций исключительно методами неразрушающего контроля.

3. Связь интенсивности коррозионных процессов в бетонных конструкциях гидротехнических сооружений со степенью их водонасыщения и прогнозирование этих процессов.

4. Оценка эксплуатационной надежности бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений по данным обследования методами

неразрушающего контроля.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов, полученных разработанным оптимальным комплексом методов неразру-шающего контроля, подтверждается высокой сходимостью значений, собранных в ходе сопоставления большого объема данных экспериментальных исследований железобетонных конструкций оптимальным комплексом методов неразрушающе-го контроля, выполненных на различных гидротехнических сооружениях, и результатов, полученных в ходе лабораторных и иных видов испытаний прямыми методами.

Внедрение результатов работы. Разработанный в ходе исследований оптимальный комплекс неразрушающего контроля применен при обследовании семи гидроэлектростанций Волжского Каскада: Угличской, Рыбинской, Нижегородской, Чебоксарской, Жигулевской, Саратовской, Волжской.

Внедрение и использование результатов диссертационной работы подтверждено 9 актами и заключениями о реализации (Приложение А).

Публикации

Основные выводы изложены в 11 опубликованных работах, среди которых 6 статей в реферируемых журналах, включенных в список ВАК РФ и 3 индексируемых международными базами данных.

Личное участие и реализация результатов

Автор лично участвовал в экспериментальных исследованиях по разработке комплекса неразрушающих методов контроля, на которых базируется данная работа, в отработке технологии применения разработанных методик, в проведении обследований на гидротехнических сооружениях, а также в обработке и анализе данных измерений по всем объектам исследований.

Все представленные результаты в работе подлинные и оригинальные.

Апробация работы. Всего по теме диссертации было сделано 13 докладов на конференциях. Результаты диссертационного исследования докладывались на следующих научно-технических конференциях:

• «Неделе горняка», Москва, 2008 г.;

• 24 Международная молодежная научно-техническая конференция «Инновации в энергетику», Звенигород, 2011 г.;

• Молодежная научно-практической конференции «Наука и проектирование», АО «Институт Гидропроект», Москва, 2012-2014 гг., 20162018 гг.;

• Научно-техническая конференция «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии», С-Пб, 2015-2018 гг.;

• Конференция «Инженерная и рудная геофизика 2018 гг.», Алматы, 2018 г.

Структура и объём работы. Диссертационная работа включает в себя: введение, четыре главы, заключение и список литературы из 190 наименования, в том числе 28 иностранных источника. Объем диссертации составляет 286 страницу, включая 111 рисунок, 14 таблиц и 4 приложения.

Благодарности

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность за помощь и ценные советы в процессе написания данной работы научным руководителям: доктору технических наук, профессору А.П. Гурьеву, кандидату физ.-мат. наук М.М. Ильину. Доктору физ.-мат. наук; академику РАЕН А.И. Савичу и кандидату физ.-мат. наук А.М. Замахаеву за возможность заниматься научной работой и предоставленные материалы. Кандидату технических наук А.С. Антонову за важную поддержку на начальных этапах работы. А также огромную признательность всем коллегам, которые участвовали совместно с автором в получении материалов.

12

ГЛАВА 1

Обоснование необходимости обследования железобетонных конструкций

Гидроэнергетика один из крупнейших поставщиков системных услуг - резервирования энергии и мощности, поддержания частоты и напряжения в мировой энергосистеме. ГЭС и ГАЭС по-прежнему занимают одно из лидирующих мест, выполняя важную роль по регулированию ее параметров в нестационарных режимах, а также покрывая пиковые потребления нагрузок [1]. Около 20 % мировой энергетики вырабатываются на гидростанциях в 159 странах (рисунок 1.1.1). Это почти 50 тыс. высоких плотин. Россия обладает гигантским гидропотенциалом - за счет энергии рек можно получать ежегодно более 850 млрд. кВт/ч электроэнергии [2]. На сегодняшний день на территории России работают 102 гидростанции мощностью свыше 100 МВт [3]. Суммарная установленная мощность гидроагрегатов на гидростанциях в России составляет около 50 ГВт, что позволяет нашей стране занимать пятое место в мировой гидроэнергетике (рисунок 1.1.2). На отечественных гидроэлектростанциях (ГЭС) производится 16% мировой гидроэнергии. Накопленный в водохранилищах сток рек используется не только для выработки электроэнергии, но и для защиты от паводка, орошения сельскохозяйственных угодий, обеспечения потребности в технической и питьевой воде, судоходства, создания зон отдыха населения.

ГТС

1.1 Предпосылки обследования ГТС

I уб - Общая мощность дей 44,426 - Выработка ГЭС (ГВт)

К 2050 году мощность всех ГЭС в мире может вырасти вдвое \

и достигнуть 2000 ГВт. а выработка превысит 7000 ТВт-ч ^

Рисунок 1.1.1 - Выработка гидроэнергии в мире

Структура производства электроэнергии с помощью ГЭС, млрд. КВтч

Восток 12 493

Юг

Сибирь

ад 135

57«

Средняя Волга 21 192

13%

Рисунок 1.1.2 - Выработка гидроэнергии в России

Успешное выполнение гидроэлектростанциями своих функций определяется уровнем технического состояния гидроэнергетического оборудования и запасом прочности самих сооружений. Особую роль в повышении эффективности эксплуатации станций играет их реконструкция и модернизация. Более того, на «стареющих» гидростанциях необходима не только реконструкция основного гидросилового и электротехнического оборудования, но и в поддержании работоспособности гидротехнических сооружений в целом. Гидротехнические сооружения отличаются разнообразными и сложными условиями работы в зависимости от степени водонасыщения, характера напряженного состояния, температуры окружающей среды, длительности и скорости нагружения и т.д. [4, 5]. Экспериментальные исследования по изучению прочностных характеристик бетонных и железобетонных конструкций, работающих в условиях сложнонапряженного состояния, необходимо проводить постоянно на протяжении всего срока эксплуатации станции. К технологическим аспектам проблемы относятся ошибки при эксплуатации ГТС: несовершенство системы планирования ремонтов на основе отсутствия систематической оценки состояния оборудования и сооружений и отклонения от проектных режимов их эксплуатации. Пренебрежение этими факторами могут привести к непоправимым последствиям.

Разрушение ГТС способно нанести огромный материальный урон, а также привести к многочисленным человеческим жертвам. Обеспечение безаварийной работы гидроузлов уже давно беспокоит всю мировую гидротехническую общественность [6]. Не без основания считают недопустимым такое положение, при котором около 15% всех плотин в мире вызывают сомнение в отношении их

надежности, и что аварии происходят ежегодно почти на 5% существующих плотин. Мировая практика показывает, что за многолетнюю историю произошли десятки различных случаев аварий на крупных ГЭС, которые нанесли огромные разрушения и привели к многочисленным человеческим жертвам [7, 8].

Некоторые из аварий, имевшие место за последние годы в Китае, США, Италии, Индии и в других странах носили катастрофический характер. Они нанесли многомиллионный ущерб, вызвали большое число человеческих жертв. Но причиной аварий не всегда являются терроризм и природные катастрофы:

• В 1884 году во Франции в низовом клине тела плотины Бузей образовалась наклонная трещина, что привело к сдвигу плотины в нижний бьеф. В 1895 году произошло разрушение плотины на высоте 11 м ниже гребня. Погибли 150 человек.

• В 1923 году произошло обрушение многоарочной плотины Глено в Италии, высота которой составляла 75 м, в виду прорыва через нее 5 млн м3 воды. Погибли около 600 человек.

• 6 ноября 1977 года в штате Техас произошло разрушение плотины ГЭС. Гидростанция была возведена в 1889 году и остановлена в 1957 году. Прорыв произошел по причине ветхости плотины и халатности обслуживающего ее персонала. Погибли 39 человек.

• В 2000 году в Швейцарии произошел разрыв напорного трубопровода. Погибли 3 человека.

• В 2005 году в Новом Орлеане произошел прорыв дамбы озера с затоплением пониженных участков города. Погибли 1800 человек.

• В 2007 году во вьетнамской провинции Тханьхоа на реке Чу произошел прорыв строящейся плотины ГЭС Кыадат. 35 человек погибли.

• 08 сентября 2010 года в России при пробном пуске Кашхатау ГЭС разрушились бетонные конструкции размером 5х7 метров. Разрушение было настолько серьезным, что толстые бетонные конструкции просто развалились.

Аварии плотин имеют самый различный характер. Это обуславливается недостаточным учетом разнообразия климатических, топографических, геологических, а также гидрогеологических условий в створах плотин. Сказываются и различия конструкций плотин, свойств материалов, использованных при их возведении, применяемой в технологии строительства. Так бетон плотин, построенных более полвека назад, отличается по основным свойствам от бетона современных плотин. Оценка текущего состояния гидротехнических сооружений является основной задачей для безопасного использования объекта.

Вопросы обеспечения длительной надежной работы гидросооружений чрезвычайно актуальны. Интерес к этому вопросу непрерывно растет в связи с тем, что значительная часть эксплуатируемых плотин имеет возраст свыше 50 лет. По существующим представлениям этот срок близок к гарантийному, принятому при проектировании многих из этих сооружений. Можно предположить, что для большинства из них ресурс надежности почти исчерпан. Тем не менее, опыт, накопленный в ходе эксплуатации гидросооружений, свидетельствует о том, что срок их жизни может быть значительно более длинным, чем предполагалось раньше. При регулярном контроле, выполнении необходимых ремонтных работ, ликвидации имевших место повреждений, усилении конструкций или материалов эксплуатация может длиться 100 лет и более.

Нельзя не учитывать факторы, которые будут приводить к недопустимому ухудшению состояния сооружений: старению материалов плотин и основания -изменению со временем их прочности, водонепроницаемости и других свойств. Не зря говорят, что вечных плотин на свете не существует. Поэтому надо постоянно следить за состоянием объектов ГТС, укреплять сооружения или даже своевременно производить замену устаревших и ослабленных конструкций.

Многочисленные примеры показывают, что на многих плотинах после длительной нормальной эксплуатации вследствие медленного протекания таких процессов, как выщелачивание, суффозия и другие происходят иногда аварии, приводящие в большинстве своем к быстрому разрушению. Все эти обстоятельства выдвигают первоочередные задачи - проверку действительного состояния плотин,

эксплуатировавшихся длительное время, объективную оценку их работоспособности, всесторонний анализ и широкое обсуждение всех обнаруженных недостатков. Постоянно осуществляемый анализ состояния ГТС и изучение опыта их эксплуатации позволяют установить причины и характер наиболее распространенных повреждений.

1.2 Актуальность обследования гидротехнических сооружений Волжского каскада

Обследование гидротехнических сооружений является на сегодняшний день одной из важнейших задач в гидроэнергетике. За десятилетия эксплуатации гидросиловое оборудование ГЭС выработало свой ресурс (на гидротурбины и гидрогенераторы был установлен нормативный срок службы 30 лет), а сооружения подверглись естественному износу [9, 10].

Непрерывная эксплуатация привела основное и вспомогательное гидросиловое оборудование к значительному физическому износу, с трудом компенсируемому текущими и капитальными ремонтами, длительность и стоимость которых непрерывно возрастает. Системы регулирования, автоматизации морально и физически устарели, и перестали соответствовать современным требованиям, предъявляемым энергосистемой. После истечения нормативного срока службы гидротурбин было принято решение о необходимости модернизации гидроагрегатов с увеличением их номинальной мощности и установленной мощности ГЭС. Специфика состоит в том, что большинство мощных ГЭС введено в строй в 1950-х-1960-х годах (в частности, к таким станциям относится значительное количество ГЭС Волжско-Камского каскада [11]), в результате чего к концу 1980-х - началу 1990-х годов возникла необходимость модернизации и замены их оборудования. С середины 2000-х годов в рамках программы технического перевооружения и реконструкции на ряде станций "РусГидро" производилась точечная замена оборудования. Ввиду этого с 2011 года компанией принята программа комплексной модернизации генерирующих объектов "РусГидро", рассчитанная на период до 2025 года. В рамках данной программы планируется произвести реконструкцию гидротехнических сооружений, включая замену 154 турбин, что составляет 55%

от общего парка турбин компании, 119 генераторов (42% от общего парка генераторов по "РусГидро"), а также трансформаторы, высоковольтные выключатели, оборудование вторичной коммутации и вспомогательное оборудования. Так на Волжском каскаде произведена замена более 40 гидротурбин, планируется замена еще около 50 гидротурбин (таблица 1.2.1).

Таблица 1.2.1 - График программы модернизации гидроагрегатов Волжско-

го каскада

Название ГЭС Замена гидроагрегатов Номер ГА/ Год Программа модернизации

Иваньковская - -

Угличская ГА 2/2011 планируется замена ГА1 после замены всех ГА на Рыбинской ( к 2025)

Рыбинская ГА 6/1998 ГА 4/2002 ГА 2/2013 ГА 1/2016 ГА 3/2018 замена всех ГА к 2021

Нижегородская ГА 2/ 2018 2012-2016 модернизация ГА, полной замены не проходило, программа модернизации до 2025 г (планируется замена всех ГА: 2019(ГА1), 2020(ГА7), 2021(ГА8), 2022(ГА4), 2023(ГА3), 2024(ГА6), 2025(ГА5)

Чебоксарская Модернизация 2014-2016 четырех ГА ГА 17/2017 программа модернизации до 2020 г с перспективой до 2025

Жигулевская ГА 2/2012 ГА 1, 19/2013 ГА 18/2014 ГА 12, 14, 17 /2015 ГА 7, 13, 16/2016 ГА 8, 11, 20/2017 2018 - окончание замены ГА

Саратовская ГА 4/2012 ГА 7/2013 ГА 10,14,4,24/2015 ГА 8/2016 ГА 13, 21/2017 ГА 6, 9/2018 ГА 1, 3, 5/2019 программа модернизации до 2025

Продолжение таблицы 1.2.1

Название ГЭС Замена гидроагрегатов Номер ГА/ Год Программа модернизации

Волжская ГА 8/ 2012 ГА 5, 20/2013 ГА 21,22/2014 ГА 9, 12, 13/2015 ГА 5, 6/2016 ГА 1, 2/ 2017 ГА 15, 7, 3/2018 ГА 14, 18/2019 программа модернизации до 2025

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Василевская Лариса Сергеевна, 2020 год

- 1

-

- / ч

V, \ / \ А и +■ -7 --- Iе- \ -А ■X г. -

- "1 к / - \ / \ у г- И * - /1ч / -- Я

-1 \ 1 У -- ч / * 1 V 1 +

м > / ч \ / V \ / й V

- 1 А к - \

1

400 600 В00 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2300 3000 3200 3400 3600 ЗВ00 4000 4200 4400 4600 4300 5000 5200 5400 5600 5300

Протякенностьтуннелц м

- Левая стена

Правая стена

Рисунок 3.1.9 - Изменение скоростей упругих волн для стен безнапорного деривационного туннеля

Рисунок 3.1.10 - Изменение прочности бетона на одноосное сжатие, определенным по методам упругого отскока и ультразвука на обоих стенах безнапорного деривационного туннеля

3.2Пример корреляции дистанционного и инструментального обследований на примере обследования водобойного колодца

Обследование водобойного колодца, включающее в себя разделительные стенки водосброса и плиты водобойного колодца на водосбросе № 1, а также оценка его эксплуатационной надежности и безопасности проводились впервые на Богу-чанской ГЭС. Его необходимость возникла в связи с работой водосброса в зимний период 2012-2013 года. Впервые в истории станции затворы водосброса были полностью закрыты, и расход воды в нижний бьеф осуществлялся исключительно через работающие гидроагрегаты.

Богучанская ГЭС на р. Ангара расположена в Кежемском районе Красноярского края. Климатические условия района Богучанского водохранилища и гидроузла характеризуются, прежде всего, более выраженной континентальностью по сравнению с вышерасположенными водохранилищами. Амплитуда колебаний температур воздуха в многолетнем разрезе достигает 93оС. Условия эксплуатации плотины ужесточены низкой щелочностью байкальской воды [157]. Возведение плотины началось в 1974 году, но из-за недостатка финансирования и других факторов ввод в эксплуатацию последнего из 9 агрегатов состоялся в 2014 году.

Условия эксплуатации железобетонных конструкций гидротехнических сооружений этого региона предельно суровы и характеризуются знакопеременными температурными перепадами при постоянном или циклическом водонасыщении. В совокупности это приводит к интенсификации процессов морозной деструкции, выщелачиванию бетона и коррозии арматуры. Внешними признаками их развития являются многочисленные дефекты в виде сколов бетона, ржавчины, шелушения поверхности и т.п., которые свидетельствуют о снижении кондиционных технических свойств конструктивных элементов и необходимости выполнения ремонт-но-восстановительных мероприятий [158, 159, 160].

В ходе обследования:

• Выявлялись зоны деформации поверхности плиты;

• Определялись скорости продольных волн в бетоне для оценки прочностных и упругих характеристик бетона;

• Оценивалось состояние контакта плиты со скальным основанием.

Для решения поставленных задач целесообразно комплексировать следующие виды работ:

1. Дистанционное (бесконтактное) обследование:

• визуальный осмотр с фотофиксацией;

• проведение подводной видеосъемки дна водобойного колодца №1;

2. инструментальное обследование:

• ультразвуковые измерения дна водобойного колодца;

• ультразвуковое профилирование по поверхности бетона разделительных стенок выше уровня воды;

• сейсмическое профилирование с применением искрового источника.

С помощью дистанционного метода выявлены следующие дефекты, наличие которых вызывает определенные опасения: это разрушение части неразрезного бычка, наличие трещины со значительным раскрытием в бетоне кровли галереи в районе правой разделительной стены; в дренажной галерее наблюдаются значительные повреждения защитного слоя и конструкционного бетона, многочисленне трещины и дефекты швов, сквозь которые происходят изливы. В бетоне надводной части конструкции зафиксированы многочисленные дефект; которые не представляют серьезной опасности для эксплуатации, но свидетельствует о том, что надводные конструкции нуждается в ремонте. Наблюдаются

• области со значительной трещиноватостью;

• отслоение защитного слоя бетона вплоть до арматуры;

• частичное разрушение бетона и высолы, а также налет илистых отложений;

• обнаруженены трещины, находящиеся практически по оси неразрезных бычков.

Проведение визуального обследования дренажной галереи позволило полностью понять и оценить состояние бетонной конструкции под водобойным колодцем. При этом обследовании отмечены многочисленные дефекты бетонной поверхности, такие как высолы, которые означают присутствие трещиноватых зон в

бетонной поверхности; отслоение защитного слоя бетона, разрушение заполнителя, многочисленные трещины, сквозь которые происходят изливы, дефекты швов и прочие аномалии.

Подводная видеосъемка проводилась для выявления видимых дефектов поверхности дна колодца. Метод позволил выявить неровности бетонной поверхности, обусловленные вымыванием цементного камня и крупного заполнителя; проследить активное разрушение бетона с выступающими элементами арматурной конструкции. Установлено, что с удалением от затворов ухудшается состояние дна водобойного колодца.

Ультразвуковое профилирование осуществлялось на разделительных стенках выше уровня воды и на дне водобойного колодца при помощи скважинного зонда. Изученный бетон в среднем характеризуется величиной прочности на сжатие R= 53 МПа. Минимальные значения R наблюдаются в районе галереи и составляют 46-48 МПа. Для наглядности по измеренным величинам построена карта значений прочности на одноосное сжатие (рисунок 3.2.1), соответствующая измеренным скоростям. На эту же карту нанесены области, где по результатам визуального осмотра выявлено разрушение бетона. Эти области хорошо согласуются с участками относительного понижения прочности бетона. Максимальные значения скоростей наблюдаются на расстоянии 20-40 м от линии затворов. Относительные понижения скоростей выявлены в районе затворов и на удалении 80-100 м от оси затворов (над галереей и между ней и концом водобойного колодца).

Рисунок 3.2.1 - Карта значений прочности на сжатие для бетона плиты водобойного колодца

По результатам ультразвуковых работ установлено, что в бетонной плите водобойного колодца существует приповерхностный ослабленный слой мощностью 3,5-6,0 см, скорости упругих волн в котором в среднем на 20% ниже, чем в «сохранном» бетоне. Наибольшее разрушение бетона выявлено на удалении 80-100 м от линии затворов, однако и здесь нарушено не более 13 см поверхности бетона (7 см из которых сильно разрушены, а 6 см - ослаблены). Из-за разрушения поверхностного слоя бетона обнажен верхний ряд арматуры, что создает условия для дополнительного размыва поверхности бетона.

Сейсмические исследования осуществлялись с поверхности воды. Сейсмическая коса и пункты возбуждений располагались на дне водобойного колодца вдоль троса. Для крайних установок дополнительно выполнялись удары по бетону разделительных стенок с уровня воды.

Значения скоростей упругих волн, полученные по данным сейсмического профилирования, получились завышены. Это объясняется большим количеством арматуры в бетоне. Влияние армирования косвенно подтверждает и тот факт, что на карте скоростей поперечных волн сейсмического диапазона (рисунок 3.2.2) все аномалии вытянуты по течению - в направлении армирования.

Рисунок 3.2.2 - Карта значений скоростей поперечных волн для бетона дна водобойного колодца по результатам сейсмического профилирования

Изученный бетон характеризуется высокими значениями скоростей упругих волн и относится к классу В40 марке М550. В районе галереи, где прочность бетона минимальна, он относится к классу В35 марке М450. Таким образом, на всех участках марка бетона превосходит заложенное в проект значение М400. В приповерхностном ослабленном слое марка бетона М250, но учитывая, что его мощность не превышает 6,0 см при общей мощности бетона 2-3 м он не влияет на эксплуатационную надежность сооружения.

Оценено состояния контакта бетон-скала по характеристикам отраженной поперечной волны. Аномалии волновой картины свидетельствуют о некачественном контакте бетон-скала в ряде секций.

95

Выводы к Главе 3

1. Апробация разработанного комплекса методов неразрушающего контроля состояния бетонных и железобетонных конструкций при обследовании безнапорного деривационного туннеля и водобойного колодца доказала его высокую эффективность и производительность при обследовании указанных сооружений и выделении проблемных участков.

2. Экспериментально доказана хорошая сходимость результатов обследования дистанционными и инструментальными методами исследований, в частности, участки на которых указанными независимыми методами выделено максимальное количество дефектов совпадают. Достоверность полученных данных согласуется с данными о геологическом строении вмещающего сооружение скального массива.

3. При визуальном осмотре безнапорного деривационного туннеля зафиксировано около 2000 дефектов его обделки, приуроченных к отдельным участкам туннеля. По результатам комплексных инструментальных испытаний (ультразвуковой метод и склерометрия) установлено, что, именно, на этих участках туннеля наблюдается некоторое снижение прочностных характеристик бетона, а также изменяется форма регистрируемых сигналов упругих волн. По данным инструментальных исследований в туннеле обнаружен локальный участок, характеризующийся резким понижением прочностных свойств, что, вероятно, объясняется повышением трещиноватости бетона.

4. Комплексное обследование основания водобойного колодца показало, что в бетонной плите образовался приповерхностный ослабленный слой средней мощностью до 3,5-6,0 см, в этом слое обнаружены многочисленные разрушенные участки (на глубину до 2,0-4,0 см), образование которых связано с деструкцией и вымыванием цементного камня, что привело к обнажению арматуры. Наибольшее разрушение бетона выявлено на удалении 80-100 м от линии затворов, однако и здесь максимальная мощность слоя нарушенного бетона не превышает 13,0 см (верхняя часть этого слоя мощностью 7,0 см полностью разрушена, а нижняя часть мощностью 6,0 см ослаблена).

96

ГЛАВА 4

Применение комплекса методов на объектах ГЭС Волжского каскада

Предложенный комплекс методов неразрушающего контроля апробирован на 7

гидростанциях из 8 гидроузлов Волжского каскада. Он позволил произвести оценку состояния железобетонных сооружений. Задачи определяли состав комплекса методов, исходя из опыта проведенных работ.

4.1 Дистанционное обследование

Дистанционное или бесконтактное обследование включает визуальный контроль с технической фотосъемкой основных дефектов, подводное и тепловизион-ное обследование.

Визуальное обследование дает информацию о разрушении защитного слоя на тех или иных элементах, требующих тщательного исследования с помощью специализированных методов. При визуальном обследовании сооружений определяются их очевидные повреждения и дефекты, намечаются места для инструментального определения механических характеристик бетона и инструментальной оценки степени коррозии арматуры, в том числе листовой.

Не меньший интерес, чем внутренний состав бетона сооружений, представляет осмотр их поверхности, находящейся под водой, после сдачи сооружений в эксплуатацию. Разрушения бетона зачастую начинается на внешней части плотины. Возникает опасение, что прочности бетона в массиве сооружения в целом недостаточны. Для изучения зоны переменного уровня потребовалось проведение подводного обследования. Метод позволил выявить неровности бетонной поверхности, обусловленные вымыванием цементного камня и крупного заполнителя; проследить активное разрушение бетона с выступающими элементами арматурной конструкции.

Исследуемая поверхность проточных трактов гидроагрегатов различных станций Волжского Каскада покрыта илистым налетом и налетом речной дрейссены, поэтому визуальный осмотр затруднен. Оптимальным методом осмотра всей исследуемой поверхности является тепловизионное обследование. Тепловизионная съемка проводится преимущественно для обнаружения выхода фильтрации, вы-

явление которой при помощи визуального обследования было невозможно или затруднено.

4.1.1 Волжская ГЭС

Визуальный осмотр Волжской ГЭС выявил несколько типичных нарушений

в большинстве исследованных проточных трактов гидроагрегатов. Одним из «постоянных» дефектов присутствующих в спиральных камерах является трещина на левой стене, отходящая от входного оголовка закладного трубопровода на расстоянии 11,5 м от затворов с раскрытием 1-2 мм и протяженностью в среднем 1,5 м, уходящая в донное основание и рассекающая его до бетонного конуса под опорными колоннами статора (рисунок 4.1.1, 4.1.2).

К одним из основных дефектов проточной части Волжской ГЭС относятся зоны активной фильтрации со следами выщелачивания и продуктами коррозии через межплиточные швы (рисунок 4.1.3). Исследуемая поверхность покрыта налетом илистых отложений и речной дрейссены, увеличение количества которой коррелируется с зонами фильтрации.

Анализ полученных данных показал, что левая стена спиральной камеры подвержена большим разрушением по сравнению с правой. Отмечена тенденция увеличения количества дефектов от правого берега к левому. Пример визуализации левой стены спиральных камер представлен на рисунках 4.1.4 и 4.1.5.

В турбинном зале на всех обследуемых агрегатах обнаружены трещины под главными выводами генератора, проходящие как сквозь штукатурный слой, так и скрытые под ним. В среднем выделяются 5 вертикальных трещин с раскрытием до 1,0-1,2 мм. Похожие трещины в таком же количестве прослеживаются со стороны шахты генератора. Отсюда можно сделать предположение, что данные трещины являются сквозными (рисунок 4.1.6).

ГА 15 ГА 22

Рисунок 4.1.1 - Трещина с левой стороны спиральной камеры

ГА 6

Рисунок 4.1.2 - Гидроагрегат №22, 1. Трещина в донном основании

вш

Рисунок 4.1.3 - Фильтрация

Рисунок 4.1.4 - ГА 9. Дефекты бетона на левой стене спиральной камеры.

Рисунок 4.1.5 - Га 1. Левая стена спиральной камеры

Га 15 Га 22

Рисунок 4.1.6 - Стена в турбинном зале под главными выводами генератора (внешняя стена «стакана» шахты генератора)

4.1.2 Саратовская ГЭС

На большинстве станций элементы бетонных конструкций, подверженные

сильным воздействиям, обшивают металлической облицовкой. Саратовская ГЭС является исключением. Кроме описанных дефектов, визуальный осмотр выявил многочисленные каверны, образовавшиеся в результате вымывания известкового заполнителя, и, как следствие, разрушение цементного камня.

Нарушения сплошности отмечаются как в проточном тракте, так и в зоне переменного уровня. Размеры каверн в проточной части агрегатов составляет около 50 см в диаметре (рисунок 4.1.7, 4.1.8). В зоне переменного уровня произошло разрушение облицовочного слоя с оголением арматуры (рисунок 4.1.9). Как правило, обнаруженные дефектные участки характеризовались наличием открытой пустотности и градиентным строением слоя.

На каждом из обследуемых агрегатов выявлены фильтрационные процессы в камере рабочего колеса. Схемы зон фильтрации изученных агрегатов представлены на рисунке 4.1.10.

Рисунок 4.1.7 - Каверны на бычке спиральной камеры

Рисунок 4.1.9 - Отслоение облицовочного слоя в ЗПУ

3-4 5-6 7-8 9-10 11-12 13-14 15-16 17-18 19-20 21-22 23-24 1-2

,16,14

^15,39

« м,„ Л__

¿1,00 Ч

¿0,50

Га 4

НБ

ВБ

773-0,6-22

------

Га 8

Га 13

НБ

ВБ

Га 14

Га 21

Рисунок 4.1.10 - Схемы зон фильтрации в камерах рабочего колеса

-2

4.1.3 Жигулевская ГЭС

Дефектами, выявленными в проточных трактах гидроагрегатов Жигулевской ГЭС, являются протечки и высолы вдоль межплитных швов, непроектные выпуски металлических конструкций и наплыв бетона, отдельные трещины в облицовочных бетонных плитах, не распространяющиеся на основной бетон, что подтверждено ультразвуковыми исследованиями и выбуриванием кернов. Стены спиральных камер, отсасывающих труб и бычки частично покрыты илистыми отложениями и речной дрейссеной. Пример схемы дефектов приведен на рисунке 4.1.11. Одним из основных дефектов является недостаточное сцепление трубы осушения спиральной камеры (байпаса) с бетоном.

ь Й 3350

... г 10 л

4

а м У У/ // К

3 к Г 1>

— 1 <3 За г цг

2750 1г >

а ь 13 ш 4 317

д Й * а 15

Й I»

-

Га 20

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

• разрушение заполнителя шва л, - трещина

- протечки и высолы

- прочие дефекты

Рисунок 4.1.11 - Схема расположения дефектов на правой стене спиральной

камеры

В ходе тепловизионного обследования удалось обнаружить зоны скрытой трещиноватости основного бетона под облицовочным слоем в шахте генератора ГА20 на фундаментах статора (рисунок 4.1.12, 4.1.13).

б) Тепловизионное обследование Рисунок 4.1.12 - Фундамент статора №6 ГА20. Скрытая трещиноватость основного бетона

а) Техническая фотосъемка

б) Тепловизионное обследование Рисунок 4.1.13 - Фундамент статора №9 ГА20. Скрытая трещиноватость основного бетона

4.1.4 Чебоксарская ГЭС

На Чебоксарской ГЭС конструкции находятся в удовлетворительном состоянии. По результатам визуального осмотра обнаружены трещины, проходящие в основной бетон с раскрытием до 2 мм, небольшие зоны фильтрации со следами выщелачивания.

4.1.5 Нижегородская ГЭС

На Нижегородской ГЭС производилось изучение состояния бычков водосливной плотины и здания ГЭС со стороны ВБ.

По результатам визуального обследования на бычках обнаружены многочисленные дефекты (рисунке 4.1.14): отслоение поверхностного бетонного слоя с обнажением арматурной конструкции, трещиноватые зоны, зоны солевых отложений на бетонных поверхностях, образовавшиеся в результате химической суффозии бетона. Оголовки бычков находятся в аварийном состоянии (каверны) и нуждаются в ремонтно-восстановительных работах для предотвращения развития негативных процессов и обеспечению дальнейшей надежной эксплуатации сооружения.

Рисунок 4.1.14 - Разрушение облицовочного слоя

4.1.6 Вехневолжский каскад ГЭС

Работы на Верхневолжских ГЭС проводились в зданиях ГЭС и на водосбросных плотинах. По результатам визуального осмотра можно сделать следующие выводы:

1. Здания Угличской и Рыбинской ГЭС находятся в рабочем состоянии, зафиксированы несколько некритичных дефектов - нарушение облицовочного покрытия и трещины.

• Машинный зал. Все помещения машинного зала находятся в удовлетворительном состоянии за исключением таких дефектов, как повреждение облицовочного слоя, трещины, зоны фильтрации со следами выщелачивания (высолы гидроксида кальция с продуктами коррозии) и оголение арматуры.

• Сухая потерна. Обнаружены многочисленные дефекты: выщелачивание бетона с высолами гидроксида кальция и выхода продуктов коррозии и, как следствие, многочисленные сталактиты в сводовой части; трещины различного характера и протяженности и зоны фильтрации. Большое количество аномальных участков в сухой потерне указывает на ослабление прочности исследуемых конструкций.

• Водосливная и водосбросная плотины Угличской и Рыбинской ГЭС соответственно находятся в работоспособном состоянии, хотя и выявлены различного рода дефекты. Обнаружены неровности бетонной поверхности, обусловленные вымыванием цементного камня и крупного заполнителя, выбоины, оголения арматуры. В зоне переменного уровня обнаружены разрушения поверхностного слоя бетона преимущественно на оголовках бычков.

На Угличской ГЭС аномальные зоны обнаружены на внешней стороне стакана спиральных камер: многочисленные трещины, зоны активной фильтрации с высолами гидроксида кальция (рисунок 4.1.15). Такое явление как выщелачивание бетона свойственно всем гидроэлектростанциям, однако эффективных мер по его предотвращению практически не принимается. Выщелачивание бетона является очень опасным явлением. Не всегда можно обнаружить и оценить степень деградации бетона, а, следовательно, и степень опасности данного явления. Мероприятий по абсолютному исключению выщелачивания бетона в настоящее время не разработано.

Рисунок 4.1.15 - Дефекты стакана спиральной камеры Угличской ГЭС

На Рыбинской ГЭС основными дефектами являются трещины и фильтрации со следами выщелачивания в спиральной камере. Помимо указанных нарушений, зафиксированы разрушения бетонной поверхности. Металлическая конструкция

подвержена коррозии. Схема дефектов, выявленных в спиральной камере приведено на рисунке 4.1.16.

А24 Д19Л , Д17Д16 пг _1

■Цк М^-ш

- I' Щк;

4 ЧС'6

т

0/9

019 7

Условные обозначения

Трещина

Трещина со следами выщелачивания

Выщелачивание

Коррозия

Разрушение облицовочного слоя

Рисунок 4.1.16- Схема дефектов спиральной камеры ГА №1 на отм. 76,57 м Проведен осмотр крепления откосов участка дна и берегов подводящего и отводящего каналов Рыбинской ГЭС. На всей протяженности строительных конструкций креплений откосов наблюдаются многочисленные дефекты - неровности бетонной поверхности, обусловленные вымыванием цементного камня и

крупного заполнителя. На бетонной поверхности имеются различного рода трещины как прямые вдоль арматуры, так и ломаные со значительным расскрыти-ем, многочисленные выбоины и разрушения плит (сколы углов плит и, как следствие, образование каверн). Прослеживается активное разрушение бетона с выступающими элементами арматурной конструкции (рисунок 4.1.17-4.1.18).

Анализ данных показал:

1. Дамба № 46. Установлено, что 25 % (572 м) крепления бетонных откосов находятся в неудовлетворительном состоянии и нуждаются в восстановительных работах.

2. Плотина №5. Выявлено, что около 80% крепления бетонных откосов нуждаются в ремонтно-восстановительных работах:

• Плотина со стороны ВБ. Состояние плотины условно рабочее: нуждается в ремонте.

• «Шпора» со стороны ВБ. 55 % бетонных откосов требуют ремонтно-восстановительных работ.

• «Шпора» со стороны НБ. Весь бетон строительных креплений откосов находится в непригодном для дальнейшей эксплуатации состоянии, за исключением 15м, примыкающих к зданию ГЭС. На данный момент ведутся локальные восстановительные работы.

3. Дамба № 41. 88 % бетонных откосов нуждаются в ремонтно-восстановительных работах.

Рисунок 4.1.17 - Дамба 46. ВБ. Разрушение цементного камня, вымывание заполнителя, вплоть до обнажения арматуры

Рисунок 4.1.18 - Дамба 41. ВБ. Разрушение цементного камня, вымывание заполнителя, обнажение арматуры

Данный вид обследования применим и для труднодоступных участков непосредственно в самих гидростанциях. Так на Угличской ГЭС проведено об-

следование затопленных отсасывающих труб (рисунок 4.1.19). На схеме приведены фотографии выявленных нарушений бетонных поверхностей. Также этот метод подходит для детального изучения оголовков бычков (рисунок 4.1.20). По результатам обследования можно произвести оценку состояния исследуемых конструкций. На видеозаписях отчетливо видна структура бетона с выступающими элементами крупного заполнителя. Исследуемая поверхность в налете илистых отложений и речной дрейссены. На некоторых бычках зафиксированы трещины, отслоение защитного слоя бетона с обнажением элементов металлической конструкции и небольшие вывалы. Все обнаруженные металлические конструкции подвержены коррозии.

овг/

ишЬ

Рисунок 4.1.19 - Схема дефектов отсасывающей трубы ГА2 Угличской ГЭС при подводном обследовании

Рисунок 4.1.20 - Схема дефектов Пролета №6 водосливной плотины со стороны ВБ Угличской ГЭС

С помощью тепловизионного обследования обнаружены зоны скрытой фильтрации и трещины, не выявленные при визуальном осмотре. На рисунках 4.1.21 - 4.1.23 приведен пример обнаружения скрытой фильтрации в шахте турбины, на внешней стороне стакана Угличской ГЭС и в галерее Рыбинской ГЭС.

а) метод визуального осмотра б) тепловизионное обследование

Рисунок 4.1.21 - Зона скрытой фильтрации в шахте турбины. ГА2. Угличская

ГЭС

б) тепловизионное обследование

Рисунок 4.1.22 - Зона скрытой фильтрации. Внешняя сторона камеры рабочего колеса (стакан). Отметка 107.80м. ГА2. Угличская ГЭС

а) метод визуального осмотра

б) тепловизионное обследование Рисунок 4.1.23 - Зона фильтрации и зона скрытой фильтрации на Рыбинской

ГЭС в галерее НБ на отм. 82,00 м

4.2 Инструментальное обследование 4.2.1 Волжская ГЭС

На Волжской ГЭС ставилась задача по оценке прочности бетона в конструкциях модернизируемых агрегатов. Для ее решения использовался следующий комплекс исследований: помимо дистанционного обследования, выполнено изучение состояния поверхностного слоя методом склерометрии и оценка основного бетона ультразвуковым методом. По результатам комплексных исследований применен анализ технического состояния различных конструкций гидростанций [161], [190].

По данным склерометрии произведена оценка состояния поверхностного слоя. Распределение прочностных показателей по всей длине здания ГЭС приведено на рисунке 4.2.1.

Рисунок 4.2.1 - Прочность поверхностного бетонного слоя в здании Волжской ГЭС

Из графика видно, что прочностные характеристики бетонных конструкций здания Волжской ГЭС уменьшаются по направлению от правого берега к левому.

Как говорилось ранее, ультразвуковые исследования охватывают не только поверхностный слой, соответствующий зоне поверхностного ослабления, но и позволяют изучить основной бетон. Построены кумулятивные кривые значений прочности на одноосное сжатие основного бетона спиральных камер для всех исследованных агрегатов Волжской ГЭС (рисунок 4.2.2). Анализ полученных ре-

зультатов показал существенный рост модального и среднего значений прочности на одноосное сжатие на 15 и 22 агрегатах.

Рисунок 4.2.2 - Кумулятивные кривые прочности на одноосное сжатие основного бетона проточных трактов гидроагрегатов Волжской ГЭС На основании полученных данных комплексом методов неразрушающего контроля на участке гидроагрегатов №11-12 построена трехмерная модель двух-агрегатной секции №6 здания Волжской ГЭС. Визуализация результатов расчетов на статические нагрузки представлены в виде изохром главных растягивающих Б1 и сжимающих напряжений в приложении Г.

На рисунке 4.2.3 приведено сопоставление результатов прочности конструкции спиральных камер по ультразвуковому методу и методу упругого отскока.

Рисунок 4.2.3 - Прочность поверхностного слоя и основного бетона спиральных камер гидроагрегатов Волжской ГЭС

Как видно из рисунка 4.2.3, значения прочности по ультразвуковым данным превышают значения по данным склерометрии в среднем на 16 %.

Такое расхождение в значениях прочности бетона по обоим методам можно объяснить тем, что склерометрические измерения проводились по цементному камню, в то время как ультразвуковым методом изучался массив в целом. Этим объясняется расхождение в большую сторону значений прочности на одноосное сжатие, определенные по ультразвуковым методам, нежели значения, полученные по методу упругого отскока. Как видно из графика, поверхностный слой за время многолетней эксплуатации подвергался многочисленным дефектам. Максимальное расхождение в 46% зафиксировано на 15 гидроагрегате. Это свидетельствует о сильном разрушении поверхностного бетонного слоя.

Рисунок 4.2.4 - Прочность основного бетона на различных участках Волжской ГЭС

На рисунке 4.2.4 приведены характеристики прочности конструкции спиральной камеры, турбинного и машинного зала по ультразвуковому методу. Из графиков видно, что на первой половине агрегатов наблюдается тенденция роста прочностных характеристик с увеличением абсолютной отметки.

Также отмечены близкие значения прочности бетонной конструкции машинного зала. Они варьируются в пределах от 26 до 33 МПа.

40 38 36 34

¡¿20 -

18 -Е 16 Н 14 -Е

12 -Е

_101 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I ПС

ПБ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

_ГА, №_

•—•—•Прочность основного бетона в конструкциях здания ГЭС от правого берега клевому

— Тренд изменения прочности основного бетона в конструкциях здания ГЭС от правого берега клевому

Рисунок 4.2.5 - Обобщенный график прочности основного бетона конструкций

здания Волжской ГЭС Рисунок 4.2.5 наглядно демонстрирует тенденцию снижения прочностных характеристик конструкции от правого берега к левому с небольшим ростом на последних двух агрегатах, что говорит о вероятной смене заполнителя, используемого в бетонной смеси или о возможном отклонении в проекте при производстве строительных работ.

На водосливной плотине произведено изучение прочностных характеристик бетонных конструкций на двух высотных отметках: в районе гребня и порогов (рисунок 4.2.6). Осреднённые показатели прочности основного бетона варьируются в пределах от 18 до 31 МПа. Тренд прочностных характеристик бетона изменяется от 26 до 24 МПа. Таким образом, наблюдается незначительный тренд падения характеристик бетонной конструкции от правого берега к левому.

В результате выполненных исследований проведены массовые замеры величины прочности на одноосное сжатие и скоростей упругих волн бетона здания Волжской ГЭС. Отобрано большое количество материала, которое позволяет произвести оценку всей конструкции в целом, а не только отдельных элементов и обнаружить тенденции образования дефектов. На основании корреляционных кривых приведена оценка прочности бетона различных конструкций Волжской ГЭС.

Рисунок 4.2.6 - Обобщенный график прочности основного бетона конструкций водосливной плотины Волжской ГЭС

Отмечено улучшение прочности бетонной конструкции с возрастанием абсолютной отметки на первой половине гидроагрегатов. Также выявлена тенденция снижения прочностных характеристик конструкции от правого берега к левому.

4.2.2 Саратовская ГЭС

На Саратовской ГЭС ставилась такая же задача по оценке прочности бетона

в конструкциях при замене старых агрегатов на новые, как и на Волжской ГЭС. Для ее решения использовался аналогичный комплекс методов.

График изменения прочности на одноосное сжатие спиральных камер поверхностного слоя и основного бетона приведен на рисунке 4.2.7. На основании графической интерпретации после анализа экспериментальных данных установлено, что произошло снижение прочностных характеристик поверхностного слоя. В среднем разница прочности на сжатие поверхностного слоя и основного бетона составляет 15%. Такое расхождение в значениях прочности бетона на сжатие по обеим методам можно объяснить тем, что метод упругого отскока охватывает приповерхностную часть бетонной обделки, соответствующую зоне поверхностного ослабления, ультразвуковые исследования позволяют изучить основной бетон.

Рисунок 4.2.7 - Прочность поверхностного слоя и основного бетона спиральных камер гидроагрегатов Саратовской ГЭС На рисунке 4.2.8 приведены кумулятивные кривые значений прочности на одноосное сжатие основного бетона спиральных камер, камер рабочего колеса и обобщенные графики проточного тракта для всех исследуемых агрегатов Саратовской ГЭС. Отмечен существенный рост модального и среднего значений прочности на одноосное сжатие на 13 и 21 агрегатах. Это заключение подтверждается графиком изменения прочностных характеристик основного бетона на различных высотных отметках здания Саратовской ГЭС (рисунок 4.2.9).

На рисунке 4.2.10 приведен обобщенный график изменения прочностных характеристик конструкции и тренд их падения от правого берега к левому. Тренд прочности бетона варьируется от 24 до 37 МПа.

В состав работ также входило обследование арматурной конструкции. Определена сетка армирования камеры рабочего колеса (рисунок 4.2.11, 4.2.12). Так в 4 гидроагрегате выявлено, что армирование камеры рабочего колеса состоит из арматурных стержней разного диаметра, а именно из арматурных стержней периодического профиля класса А11 диаметра 25 мм - 55 мм - 75 мм. Шаг горизонтальных стержней составляет ~ 1 м - 0,5 м - 0,4 м, защитный слой бетона ~ 140 мм. Шаг вертикальных стержней составляет ~ 0,35 м - 0,45 м, защитный слой бе-

тона ~ 70-90 мм. Защитный слой бетона в камере рабочего колеса замерялся без учета демонтированной части камеры рабочего колеса.

Рисунок 4.2.8 - Кумулятивные кривые прочности на одноосное сжатие основного бетона исследованных гидроагрегатов Саратовской ГЭС

Рисунок 4.2.9 - Прочность основного бетона на различных участках здания Саратовской ГЭС

Рисунок 4.2.10 - Обобщенный график прочности основного бетона конструкций

здания Саратовской ГЭС Проведены исследования арматуры в камере рабочего колеса. Обследование

проводилось методами неразрушающего контроля: ультразвуковым (эхо-импульсным) и механическим (при помощи твердомера) методами. Показания твердости по Бринелю (НВ) примерно одинаковые и варьируются в пределах от 147 до 176 кгс/мм2. В соответствии с [154] твердость по Бринелю была пересчитана в прочность при растяжении Ят (аВ). Результаты представлены в таблице 4.2.1.

Условные обозначения

ЗОНЫ фильтрации

расположение арматуры

Рисунок 4.2.11 - Армирование в камер л рабоч его колеса гидроагрегата 4

Рисунок 4.2.12 - Визуализация армирования в камере рабочего колеса гидроагрегата 4

Таблица 4.2.1 - Результаты обследования арматуры в камере рабочего колеса гид-

роагрегата 4

№ п/п Наименование Номер оси Диаметр, мм Предел прочности на растяжение, МПа

1 А1 НБ-3/4 35,2 584

2 А2 3-4 35,2 553

3 A3 5-6 35,5 585

4 А4 7-8 53,9 577

5 А5 9-10 34,7 577

6 А6 11-12 33,7 569

7 А7 11/12-13/14 34,9 567

8 А8 13-14 35,2 562

9 А9 ВБ 35,2 533

10 А10 15-16 34,14 539

11 А11 17-18 26,2 601

12 А12 19-20 54,1 593

13 А13 19/20-21/22 53,6 529

14 А14 21-22 54,1 539

15 А15 23-24 35,3 576

16 А16 1-2 34,7 568

Исследуемы образцы:

-№1 - арматурная сталь периодического профиля dн=50; -№2 - арматурная сталь периодического профиля dн=32; -№3 - арматурная сталь периодического профиля dн=32. Результаты испытаний приведены в таблице 4.2.2. Таблица 4.2.2 - Результаты лабораторных испытаний арматуры камеры рабочего

колеса гидроагрегата 4 на растяжение

№ п/п Маркировка образца Предел текучести, Н/мм2 Предел прочности при растяжении, Н/мм2 Относительное удлинение после разрыва, %

1 2 3 4 5

1 №1 359,57 592,83 30,35

2 №2 321,67 568,18 29,83

3 №3 315,87 567,12 29,60

Сравнение результатов испытаний арматуры в лаборатории и косвенным пу-

тем показывает, что средние значения предела прочности при растяжении по обоим методам практически идентичны и равны соответственно 576 и 566 МПа.

4.2.3 Жигулёвская ГЭС

В соответствии с планом мероприятий по ГЭС на основных сооружениях

Жигулевской гидростанции проведено комплексное обследование бетонных и железобетонных конструкций с целью оценки их технического состояния. В рамках технического перевооружения на Жигулевской ГЭС, как и на предыдущих гидростанциях, основной задачей являлась оценка прочности бетона в конструкциях. Построены графики осредненных показателей прочности на одноосное сжатие поверхностного слоя и основного бетона (рисунок 4.2.13).

Рисунок 4.2.13 - Осредненные показания прочности поверхностного слоя и основного бетона проточных трактов гидроагрегатов Жигулевской ГЭС Из графика видно, что прочностные характеристики бетонных конструкций здания Жигулевской ГЭС по обоим методам уменьшаются по направлению от правого берега к левому с небольшим возрастание на последних двух агрегатах. Похожая картина наблюдалась и на Волжской ГЭС. Значения прочности основного бетона проточного тракта превышают значения прочности поверхностного слоя в среднем на 8 %.

Стоит отметить, что максимальное расхождение в 37% зафиксировано в отсасывающей трубе на последнем (20) гидроагрегате (рисунок 4.2.14). В спиральной камере оно варьируется от 1 до 23% со средним значением 7% (рисунок

4.2.15). Большие расхождения значений прочности по обоим методам говорят о сильном разрушении поверхностного бетонного слоя

Рисунок 4.2.14 - Прочность поверхностного слоя и основного бетона отсасывающих труб гидроагрегатов Жигулевской ГЭС

Рисунок 4.2.15 - Прочность поверхностного слоя и основного бетона спиральных камер гидроагрегатов Жигулевской ГЭС

По данным ультразвукового обследования построены кумулятивные кривые прочности на одноосное сжатие основного бетона для проточных трактов исследуемых агрегатов (рисунок 4.2.16).

- р / "Г/ 1 /- ' А ' / / / > г * ^ 1 / / / / / _/ 7 Жигулевская ГЭС Проточный траст - - га-1 - га-7 - га-8

- ' 1 ' ' 1 7' 1 / ■/ \и / / / /

- 1 ^ / /1 1 ( / 1 Иг га-12 — ■ — ■ - га-13

- / /1 / га-14 ------- га-16 ------- га-17 га-18 - га-19

- 4т-1

у

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

К МПа

Рисунок 4.2.16 - Кумулятивные кривые прочности на одноосное сжатие основного бетона проточных трактов гидроагрегатов Жигулевской ГЭС Из графиков виден рост модального и среднего значений прочности на одноосное сжатие на последних двух агрегатах (19 и 20), что подтверждает график на рисунке 4.2.13.

На рисунке 4.2.17 приведен график изменения прочность основного бетона на различных участках здания Жигулевской ГЭС.

Рисунок 4.2.17 - Прочность основного бетона на различных участках Жигулевской ГЭС

Наблюдается обратная ситуация, нежели на Волжской ГЭС - тенденция роста прочностных характеристик с уменьшением абсолютной отметки.

Рисунок 4.2.18 - Обобщенный график прочности основного бетона конструкций

здания Жигулевской ГЭС Рисунок 4.2.18 демонстрирует тенденцию снижения прочностных характеристик конструкции от правого берега к левому с небольшим ростом на последних двух агрегатах.

Помимо обследований бетонных конструкций в здании ГЭС, проведена оценка степени коррозии арматуры, в том числе листовой, закладных трубопроводов. Измерения показали, что за период эксплуатации углеродистая сталь закладных деталей подверглась коррозии в среднем на 25% толщины. Так на соро-удерживающей решетке сливного байпаса спиральной камеры толщина рёбер, в результате проведенных замеров составила около 7-8 мм, что ниже проектного значения - 10 мм. На выявленных участках разрушения поверхностного слоя с оголением арматуры проведены замеры степени ее повреждения: коррозия составила в среднем 12-15% толщины.

Произведена оценка состояния бетонных конструкций бычков водосливной плотины (рисунок 4.2.19). Тренд прочности бетона варьируется от 26 до 29 МПа. Осредненный показатель составляет 27 МПа. Как и на Волжской ГЭС, на водосливной плотине Жигулевской ГЭС наблюдаются небольшие изменение прочности бетона на сжатие от правого берега к левому.

Рисунок 4.2.19 - Обобщенный график прочности основного бетона конструкций

водосливной плотины Жигулевской ГЭС 4.2.4 Чебоксарская ГЭС Задачей работ являлась оценка качества бетона комплексом неразрушаю-

щих методов в здании ГЭС и на водосливной плотине ГЭС

Для ее решения использовался комплекс неразрушающих методов контроля, описанный выше. Испытания бетона проводились в здании ГЭС на высот-

ных отметках 64 и 67 м и на водосливной плотине в районе гребня плотины на высотной отметке 73 м и за затворами постоянной эксплуатации на высотной отметке 54 м.

Построены кумулятивные кривые и графики изменения значений прочности на одноосное сжатие основного бетона здания ГЭС и водосливной плотины в зависимости от высотных отметок (рисунок 4.2.20, 4.2.21). Из графиков видно, что кумулятивные кривые по зданию ГЭС практически совпадают, а на водосливной плотине состояние бетона улучшается с возрастание абсолютной отметки.

60 -

40 -

20 -

15

7

//

Здание ГЭС абсолютная отметка 67 м • абсолютная отметка 64 м

20

25

30

35

40

45

К МПа

а) здание ГЭС

б) водосливная плотина Рисунок 4.2.20 (а, б) - Кумулятивные кривые

а) здание ГЭС

б) водосливная плотина

Рисунок 4.2.21 (а, б) - Графики изменения основного бетона в зависимости от абсолютных отметок

Сопоставление прочности на одноосное сжатие поверхностного слоя и основного бетона водосливной плотины приведено на рисунке 4.2.22.

а) здание ГЭС

б) водосливная плотина Рисунок 4.2.22 (а, б) - Осредненные показания прочности поверхностного слоя и основного бетона водосливной плотины и здания Чебоксарской ГЭС

Анализ графиков показал, что на водосливной плотине поверхностный слой характеризуется меньшими значениями прочности бетона на сжатие, чем основной бетон - значения прочности по ультразвуковым данным превышают значения по данным склерометрии в среднем на 6 %. Другими словами ослабленный слой разуплотнен. В здании ГЭС значения прочности на одноосное сжатие близки по обоим методам исследований, а иной раз поверхностный слой характеризуется более высокими показателями. Это объясняется тем, что исследуемая поверхность водосливной плотины подвержена таким влияниям, как разрушение бетона от

воздействия мороза и солнечной радиации, намокания и высушивания бетона. Подтверждается это и по результатам визуально-инструментального обследования.

Построены графики изменения прочностных характеристик основного бетона здания ГЭС и водосливной плотины (рисунок 4.2.23).

Тренд по зданию ГЭС наглядно демонстрирует тенденцию снижения прочностных характеристик конструкции от правого берега к левому (от 28 до 31 МПа), в то время как на водосливной плотине таких изменений не обнаружено: прочность бетона на сжатие по протяженности водосливной плотины (ВСП) не изменяется и составляет 29 МПа.

Прочность основного бетона в конструкциях здания ГЭС от правого берега к левому

Тренд изменения прочности основного бетона в конструкциях здания ГЭС от правого берега к левому

а) здание ГЭС

б) водосливная плотина Рисунок 4.2.23 (а, б) - Обобщенный график прочности основного бетона конструкций водосливной плотины и здания Чебоксарской ГЭС

4.2.5 Нижегородская ГЭС

Основной задачей на Нижегородской ГЭС являлась оценка состояния бычков

верхнего бьефа. Оптимальным комплексом методов для решения подобных задач служат ультразвуковое просвечивание в сочетании с визуально-инструментальным осмотром. Так как полевые работы выполнялись в условиях осеннего водосброса, пришлось изменить комплекс исследований и включить сейсмотомографию, а ультразвуковое просвечивание заменить на профилирование.

На рисунках 4.2.24 и 4.2.25 приведены результаты сейсмической томографии -строение бычков в скоростях упругих волн сейсмического диапазона (Урсейсм), дополненное графиками изменения скоростей упругих волн ультразвукового диапазона (Урузк) по граням бычка с последующим пересчетом от Урузк к прочностям на одноосное сжатие (Ясж) и результатами визуального обследования.

Анализируя рисунок 4.2.24 видно, что по данным ультразвукового каротажа четко выделяются зоны с различными характеристиками. Зоны с Урузк меньшим 4,0 км/с приурочены к вывалам, отслоению бетона и трещиноватым зонам. На высокоскоростных участках с Урузк большим 4,6 км/с никаких дефектов не наблюдается, также выделяется области с диапазоном скоростей 4,1 км/с<Урузк<4,6 км/с. По данным ультразвукового профилирования рассчитаны упругие и деформационные свойства бетона (таблица 4.2.3).

Таблица 4.2.3 - Упругие и деформационные свойства бетона бычков водосливной

плотины

Зоны Урузк, км/с Я, МПа Еу, МПа Класс бетона Марка бетона

Низкоскоростная 3,4-4,0* 3,7 13-20 16 10300-15000 12500 В10-В12,5 М 150

Промежуточная 4,1-4,6 4,3 21-28 24 15800-20600 17700 В20 М 250

Высокоскоростная 4,6-5,1 4,9 28-35 32 20600-26100 23800 В25 М 350

* в числителе дроби представлен разброс значений, в знаменателе - среднее

Условные обозначения к таблице 4.2.3: Урузк,- скорость продольных волн ультразвукового диапазона, Я- прочность на одноостное сжатие,

Еу - модуль упругости.

Как видно из таблицы 4.2.3, низкими скоростями характеризуется бетон

класса В10-В12,5, промежуточными В20, а высокими В25. По проектным данным класс/марка гидротехнического бетона должна быть не ниже В20/М250, можно сказать, что Урузк <4,0 км/с характеризуется «плохой» бетон, 4,1 км/с<Урузк<4,6 км/с в «хорошем» бетоне, Урузк >4,6 км/с характерна для «отличного» бетона.

Пространственное расположение блоков с бетоном определенного класса, а так же процентное соотношение бетона каждого класса определяются по результатам сейсмической томографии. На рисунке 4.2.3 видно, что при падении скоростей ультразвукового диапазона (Урузк) ниже 4,0 км/с, скорости сейсмического (Урсейсм) меньше 3,7 км/с, а при Урузк >4,6 км/с Урсейсм >4,5 км/с. Для удобства восприятия на рисунке 4.2.24 каждый блок раскрашен в свои цвета, а их граница проведена более жирной изолинией.

По результатам комплекса работ, бетон класса В10-В12,5 выделяется во фронтальной части бычка 1, а также на оголовке бычка 9 с левой стороны (если смотреть по течению). Также наблюдаются локальные участки с бетоном класса В10-В12,5, не идущие глубже 1,0 от поверхности, которые при визуальном осмотре проявлялись вывалами, отслоением защитного слоя и трещиноватыми зонами. Такие участки выявлены на расстоянии 2-3 м от фронтальной части бычков. Блок бетона с В20 выделяется на бычке 1 в интервале расстояний 1 - 4 м от фронтальной зоны, на бычке 9 в интервале 1 - 2,5 м. Бетон класса В25 выявлен на участках, удаленных от фронтальной зоны. Всего на исследованных бычках водосливной плотины бетона В10-В12,5 - 11%, В20 - 44 % и В25 - 45%.

На исследуемых бычках водосливной плотины, зафиксировано падение параметров, идущее под углом около 35° и в перпендикулярном к нему направлении, скорее всего указанное падение связанно с технологией укладки бетона.

Гистограмма распределения скоростей упругих волн ультразвукового и сейсмического диапазонов двухмодальная для бычков здания ГЭС представлена на рисунке 4.2.26. В низкоскоростной моде Урузк меняется от 3,7 до 4,3 км/с при среднемодальном значении 4,15 км/с. В высокоскоростной моде Урузк меняется от

4,3 до 5,0 км/с при среднемодальном значении 4,5 км/с. Физико-механические характеристики бетона приведены в таблице 4.2.4.

Таблица 4.2.4 - Упругие и деформационные свойства бетона бычков здания ГЭС

Урузк, км/с Я, МПа Еу, МПа Класс бетона Марка бетона

3,7-4,3* 4,15 16-24 22 12500-17700 16300 В15 М 200

4,3-5,0 4,5 24-34 26 17700-24900 19600 В20 М 250

* в числителе дроби представлен разброс значений, в знаменателе-модальное

Гистограмма распределения скоростей упругих волн сейсмического диапазона, как и при ультразвуковых исследованиях, двухмодальная. Граница мод проходит по скорости Урсейсм =3,9 км/с. Так как скорости ультразвуковых волн на 715 % выше скоростей сейсмических, Урсейсм =3,9 км/с как раз соответствуют Урузк=4,3 км/с.

По результатам комплекса работ, бетон класса В15 выделяется на низовой грани обоих бычков на глубину около 0,5 м. Также локальные участки с пониженными характеристиками присутствуют на внутренних углах пазов со стороны ВБ, и в приповерхностном слое бетона паза бычка 1 со стороны низовой грани. Всего на исследованных бычках бетона В15 - 23% и В20 - 77 %.

На трещинах, выделенных на бычках при визуальном осмотре, не происходит значительных падений параметров, из чего можно сделать вывод о том, что они приповерхностные. В целом, бетон бычков здания ГЭС достаточно однороден, в отличие от бетона бычков водосливной плотины, в нем отсутствуют как сильно разрушенные участки с классом бетона В10-В12,5, так и области с очень прочным бетоном В25.

Учитывая полученные результаты, очевидно, что данные геофизических исследований в составе ультразвуковых и сейсмических методов позволяют достаточно надежно и полно оценивать физико-механические свойства и качество бетона.

Сейсмические исследования позволили получить скоростное строение всего бычка с осреднением полученных значений на базе 0,5 м. Ультразвуковые иссле-

дования более детальные - база измерений 0,1 м; Данные визуального осмотра позволили дать трактовку геофизическим аномалиям. Таким образом выбранный комплекс методов доказал свою эффективность в решении поставленной задачи. Особенностью комплекса является то, что он охватывает различные области исследований, позволяя изучить всю конструкцию в целом.

Деструктивные процессы в бетоне бычков водосливной плотины развиты во фронтальной части на глубину около 2-х метров, а также на локальных участках с торцов стороны (глубина разрушения 0,1-0,5 м). В бетоне бычков здания ГЭС - на низовой грани на глубине около полуметра, а также на внутренних углах пазов со стороны ВБ, при этом класс бетона не падает ниже В15.

Наиболее информативной характеристикой качества бетонных и железобетонных конструкций является его прочность на одноосное сжатие. На основании полученных тарировочных зависимостей проведена оценка прочности бетона бычков водосливной плотины и здания Нижегородской ГЭС. Осредненные показания прочности бетона на одноосное сжатие для бычков здания ГЭС составляют 29,7 МПа, для бычков водосливной плотины - 26,3 МПа. Таким образом, зафиксирован тренд падения прочностных характеристик от правого берега к левому, наглядно представленный на рисунке 4.2.27.

С использование предложенного комплекса методов произведена детализация внутренней структуры тела дамбы с выявлением структурных аномалий с учетом конструкционных особенностей; выявление и локализация разуплотненных зон; оценка физико-механических свойств в натурных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений.

Vp , км/с

ВБ

сеисм

Vp ,

км/с

I

НБ

драсстояние, м.

-4.1-

1?сж=24МПа-М250

Условные обозначения:

график изменения скорости ультразвуковых волн по грани бычка изолиния скорости сейсмической волны в теле бычка граница блоков с различными свойствами предполагаемые нарушения технологии укладки бетона (плохо провибрированный бетон)

прочность на одноосное сжатие и марка бетона для каждого блока

а) Бычок №1 Водосливной плотины

Vp , км/с 6

Вывал скалы.

Вывал скалы, отслоение защитного слоя бетона

расстояние, м.

сеИсм

Vp

В