Повреждения земляных гидротехнических сооружений и их устранение

Перечислить все причины, влияющие на устойчивость сооружений, составить перечень возможных деформаций практически невозможно. Можно привести наиболее характерные деформации, указать причины их появления и дать проверенные практикой способы их предупреждения и устранения [8, 9].

Повреждение покрытия - основной вид деформаций на верховом откосе плотины. Причины - волновое воздействие и фильтрационные силы. Это является следствием как некачественных строительных работ, так и местных превышений сил по сравнению с расчетными в проекте, а также отступлений от инструктивных указаний по режиму работы водохранилища. Разрушенные участки покрытия верхового откоса обычно восстанавливают по той же конструкции, которая принята в проекте. Если же локальные разрушения от волнового воздействия захватывают все новые и новые участки, а восстановленные места вновь разрушаются, можно предположить несоответствие типа покрытия и его размеров волновым воздействиям. В этом случае следует провес ти контрольные расчеты и определить толщину покрытия с учетом фактически наблюдаемых параметров ветровых волн и дальнейшее исправление производить с учетом внесенных коррективов.
При исправлении поврежденных участков старое разрушенное покрытие удаляют, после чего восстанавливают фильтровую подготовку, фракции которой должны соответствовать расчетным значениям, и по спланированной подготовке укладывают новое покрытие. Особенно тщательно выполняют работы по линии стыка старого покрытия с новым, приурочивая их к деформационным швам [10, 13].
В покрытиях из железобетонных плит на ремонтируемых участках целесообразнее укладывать монолитные армированные бетонные плиты. Их проще выполнить как по условию сопряжения старого покрытия с новым, так и по производственным условиям, учитывая, что не потребуется кранового оборудования и тщательности выполнения планировочных работ подготовки.

 

Когда разрушенные участки покрытия расположены под водой, на период ремонта приходится понижать уровень воды в водохранилище. Если же по каким-либо причинам сработку уровня воды осуществить невозможно, временное крепление разрушенного участка покрытия делают из каменной наброски. В дальнейшем, когда уровень воды в водохранилище понизится, ремонтные работы выполняют «насухо».
В покрытиях верховых откосов железобетонными плитами нередко появляются трещины. В них потенциально заложены причины дальнейшей деформации откоса. Причины - температурно-осадочные явления, неравномерная осадка грунта откоса и внешние силовые воздействия [20].
Появление трещин в железобетонных покрытиях легко обнаружить визуально. Каждую трещину берут под контроль, ее местоположение, геометрические размеры и зону распространения фиксируют в полевом журнале. Рост трещины устанавливают при помощи маяков или щелемеров. Простейший из них выполняют непосредственно на месте появления трещины из двух металлических цилиндрических стержней, заделанных в бетон плиты по обеим сторонам трещины.
Рост трещины при пользовании щелемером определяют систематическими измерениями расстояния между центрами закрепленных стержней. Для измерения расстояния пользуются штангенциркулем или други ми приборами, дающими возможность вести отсчеты с точностью до долей миллиметра.
Трещины в покрытиях могут быть сквозные и поверхностные. Глубина трещины определяется щупом или при помощи краски. В последнем случае в трещину вводят красящее вещество, которое окрашивает ее на всю глубину. После окраски в бетоне с одной стороны трещины пробивают лунку, в которой измеряют глубину распространения краски и, следовательно, глубину самой трещины. Если рост трещины прекратился, то ее заливают асфальтовой мастикой, и она превращается в дополнительный деформационный шов.
На устойчивость и прочность покрытия верхового откоса влияет ледовый режим водохранилища. Воздействие льда на грунтовую плотину бывает динамическое, статическое и вырывающее (в результате припая льда к покрытию). Динамическое воздействие льда на откосы водохранилищных плотин незначительно, так как лед движется только в результате ветрового нагона. Статическое давление льда за счет изменения температуры хотя и большое, но в силу того, что прочность льда гораздо меньше прочности материала покрытия, разрушение за счет этой силы не происходит. Устойчивость самой плотины против сдвига обеспечивается, так как суммарные реактивные силы значительно превосходят силы статического давления льда. Наиболее опасным воздействием льда является его вырывающее действие вследствие припая кромки льда к поверхности покрытия. Во время повышения уровня воды в водохранилище ледовый покров всплывает, и покрытие с примерзшим к нему льдом может быть вырвано. При понижении уровня воды в водохранилище также появляется сила, стремящаяся вырвать покрытие [10, 14].
Можно исключить силу воздействия припая, если на всем протяжении по линии контакта льда и покрытия выполнить майну, поддерживая ее незамерзающей в течение всего периода ледостава.
Наличие майны позволяет ледовому покрову свободно перемещаться вверх и вниз и, таким образом, избежать воздействия льда на покрытие. Избыточная фильтрация в плоскости основания плотины или дамбы возникает вследствие плохой подготовки основания при строительстве. Уменьшают фильтрацию путем устройства глиняного экрана, замка и понура с напорной стороны сооружения и устройства дренажа с низовой стороны.
Низовой откос плотины не в меньшей степени подвержен деформациям, чем верховой. Основными факторами, влияющими на устойчивость низового откоса и его крепление, являются атмосферные воздействия и фильтрационный поток в теле плотины.
Деформация низового откоса проявляется в общей потере устойчивости или в местных разрушениях. В первом случае это происходит из-за подъема кривой депрессии и, как следствие, увеличения фильтрационной силы, а также снижения реактивных сил в толще насыпи. Изменение положения кривой депрессии устанавливается по наблюдениям за уровнями воды в пьезометрах. Причиной повышения кривой депрессии может быть засорение и кольматаж дренажа, его недостаточная пропускная способность, деформации в результате значительной неравномерной осадки основания, а также закупорки отверстий дренажа [20].
Дренажи по типу призмы или комбинированные менее подвержены расстройству. Выход из строя приемной части в таких дренажах не ведет к выключению всего дренажа, так как в работу вступают соседние участки и при этом происходит незначительное повышение кривой депрессии. Трубчатые дренажи этим свойством не обладают, а в случае выхода из строя приемной части требуют капитального ремонта. Трудоемкость выполнения таких работ очевидна, особенно при глубоком расположении приемной части дренажа в теле плотины.
Местные деформации низового откоса могут происходить в результате выпадения ливней, переувлажнения грунта, появления сосредоточенных выходов грунтового потока на откос, а также при наличии ходов, оставляемых землеройными животными.
Одним из основных условий обеспечения устойчивости низового откоса является быстрый отвод поверхностных вод. Это достигается системой сбросной сети, состоящей из кюветов и лотков. Основная задача отводящей системы состоит в том, чтобы она в любое время могла принять и отвести поверхностные воды, поступающие на откос.
Особое внимание следует обратить на очистку кюветов и лотков в весенний период, перед началом таяния снега. Снежный покров с откосов плотины в зимний период удалять не рекомендуется, так как это вызывает более глубокое промерзание грунта и переувлажнение при оттаивании. Расчистка снега допустима только на тех участках откоса, за которыми проводятся регулярные наблюдения, или в местах установки КИА. Но и в этом случае оголенные места полезно утеплять, покрывая их матами из камыша или каких-либо волокнистых материалов.
Переувлажнение грунта низового откоса может образоваться и в результате высокого травостоя, если откос крепится залужением: высокий травостой способствует задержанию дождевых вод, их впитыванию в грунт и переувлажнению откоса. Поэтому траву нужно периодически скашивать и удалять.
Появление сосредоточенных очагов фильтрации на низовом откосе представляет большую опасность для его устойчивости. Особенно это от носится к очагам, в которых наблюдается вынос частиц грунта тела плотины (результат суффозионного процесса). Практической мерой, предупреждающей деформацию откоса, в этом случае является устройство наслонного дренажа, после чего устанавливается причина появления выхода грунтового потока на откос и принимаются меры по ликвидации очага, предупреждению появления подобных очагов в соседних местах.
Большой вред для низового откоса приносят ходы землеройных животных. Фильтрационный поток, попадая в такие ходы, движется с большими скоростями, в результате чего происходит размыв стенок и вынос грунта за пределы плотины. Из-за этого неизбежны просадки откоса и дальнейшее его разрушение. Обнаруженные ходы следует заполнять грунтом, а глубоко расположенные заливать глинистым раствором с цементом под напором. При обнаружении ходов эксплуатационные мероприятия должны быть направлены, прежде всего, на уничтожение животных химическими способами борьбы [20].
В грунтовых плотинах и дамбах серьезным и опасным повреждением являются различного рода трещины на гребне и откосах. Такие трещины создают условия для появления сосредоточенного движения воды, а впоследствии - прорыва плотины. Причиной их образования бывает неоднородность грунта в различных частях плотины, недостаточное уплотнение, неправильное сопряжение тела плотины с берегами и морозное воздействие на грунт. По расположению в плане различают трещины продольные и поперечные. Особенно опасны поперечные трещины, так как они могут послужить причиной возникновения промоины и размыва тела плотины.
Любую трещину независимо от ее величины, местоположения и зоны распространения немедленно заделывают. Продольные трещины заделывают грунтом того же состава, что и само тело плотины. Для этого по направлению трещины отрывают траншею трапецеидального профиля с заложением откосов не менее 0,5. Длину траншеи принимают больше длины трещины примерно на 1 м с каждой стороны, а глубину - на 0,3-0,5 м ниже основания трещины. Ширина траншеи принимается для удобства ее выполнения и последующего заполнения грунтом, но не менее ширины трещины с запасом на обе стороны по 0,3-0,5 м. Грунт укладывают в траншею горизонтальными слоями толщиной в рыхлом состоянии не более 0,15 м с тщательным ручным трамбованием, так как применять какие-либо уплотняющие механизмы из-за ограниченности площади нельзя.
При заделке глубоких трещин, расположенных близко к верховому от косу, когда уровень воды в водохранилище стоит высоко, есть опасность поступления воды в траншею. Поэтому на период ремонта необходимо снижать уровень воды в верхнем бьефе или укладывать по верховому откосу пластырь для уменьшения поступления воды в траншею.
Поперечные трещины заделывают так же, как и продольные, с той лишь разницей, что со стороны верхового откоса при высоком стоянии уровня воды в водохранилище приходится устраивать шпунтовое ограждение в виде коробки. При заделке глубоких трещин устраивают замок, располагая его перпендикулярно трещине в пределах гребня плотины.
Оползание откосов происходит при их большом уклоне, не соответству ющем характеру грунта, или при выходе на низовой откос фильтрационной воды, сопровождающемся суффозией. Для устранения этого дефекта по верхность оползающего откоса очищают от дерна, разрыхляют и досыпают с утрамбовкой так, чтобы уклон откоса соответствовал характеру грунта. При большой величине подсыпки поверхность откоса необходимо предварительно обработать в виде зубцов. Грунт насыпают, начиная от подошвы, горизонтальными слоями толщиной 0,15-0,25 м по всей длине ремонтируемого откоса, с тщательным уплотнением каждого слоя.
В том случае, когда оползни откосов вызваны фильтрацией, до подсыпки надо заложить продольный дренаж с отводом воды поперечными дренами за пределы откоса. Для устранения выхода фильтрационной воды на откос можно произвести досыпку откоса с устройством бермы. После досыпки откоса производят его укрепление.
Недостаточный сухой запас высоты гребня плотины или дамбы над уровнем воды в пруду наблюдается вследствие плохой утрамбовки грунта насыпи или недостаточного запаса на осадку. В этом случае гребень плотины или дамбы досыпают грунтом с утрамбовкой до необходимой отметки.
Разрушение и деформация откосов волнобоем наблюдаются вследствие недостаточного крепления. На разрушенные места откосов подсыпают грунт с уплотнением и планировкой, а затем строят надежное крепление.
Нарушение нормальной работы дренажа в земляных плотинах происходит вследствие засорения дренажных труб, заиления фильтрующей обсыпки и пр. Происходит просадка грунта, заиление смотровых колодцев и застой воды в них. В этом случае необходимо прочистить дренажные трубы и промыть фильтрующую обсыпку. Если дренаж расположен глубоко в теле сооружения и его прочистить невозможно, устраивают новую, более надежную дренажную систему.
Повреждения водоснабжающих и сбросных систем. К ним относятся преимущественно размыв откосов и дна каналов, оползни откосов, заиление и зарастание каналов [20].
Размыв откосов каналов происходит вследствие увеличения скоростей течения в канале и несоответствия крепления каналов этим скоростям. При размыве канала на всем его протяжении вследствие большого продольного уклона для ликвидации размыва устраивают более прочную облицовку или делают перепады.
Размыв откосов каналов часто наблюдается на закруглениях трассы канала вследствие увеличения скоростей у вогнутого берега. Для предотвращения разрушения откос канала в этих местах покрывают соответствующим креплением.
Если откос канала размывается стекающими на него поверхностными во дами, их задерживают путем устройства нагорных канав или кавальеров. Оползание откосов каналов устраняют подчисткой откоса до уклона, допустимого для данного вида грунта.
Заиление каналов устраняют путем регулярной очистки, зарастание - путем периодического выкашивания растительности.
При значительной фильтрации воды из каналов применяют глинизацию, кольматаж и устройство экранов из полимерных пленок.
Повреждения бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений и их устранение
В бетонных и железобетонных сооружениях по мере увеличения сроков их службы наблюдается образование трещин, увеличение пористости, выщелачивание свободной извести, что может привести к фильтрации и потере прочности этих сооружений.
Трещины в бетонных сооружениях появляются в результате неравно мерной осадки сооружений, неравномерного твердения бетона, неодинакового температурного режима отдельных частей сооружения и пр.
Для прекращения фильтрации воды по трещинам их необходимо за цементировать под давлением. Цементацию производят через скважины, пробуренные в направлении, пересекающем трещины. При наличии пористого бетона фильтрацию воды устраняют путем устройства экранов.
Трещины в бетонных конструкциях, образовавшиеся в результате неравномерного температурного режима отдельных частей, можно заделывать битумом или каким-либо другим эластичным материалом.
При большом количестве трещин, расположенных близко одна от другой, на поверхность сооружения накладывают маски в виде железобетонных плит, стальных листов, защищенных от коррозии бетоном, и асфальтобитумных покрытий. При устранении дефектов бетонных поверхностей могут быть использованы полимеры, которые склеиваются с бетоном.
Выбоины появляются на устоях и опорах водосбросных сооружений после пропуска паводка и ледохода. Выбоины необходимо очистить, произвести насечку поверхности и забетонировать. После бетонирования выбоины поливают водой и покрывают влажными опилками.
Нарушение швов в бетонных сооружениях может привести к сильной фильтрации воды, поэтому необходимо сразу же восстановить водонепроницаемость нарушенного шва.
Иногда вследствие неисправности отдельных частей может быть повреждена вся бетонная конструкция. Так, при отсутствии противо фильтрационного покрытия водопроводящей части донного водоспуска происходит фильтрация вдоль нее, что приводит к просадке дамбы и выходу из строя всего сооружения. В таких случаях приходится вскрывать дамбу и восстанавливать все сооружение.
На водоснабжающей системе нарушения стыков между звеньями железобетонных и асбестоцементных труб могут возникнуть вследствие подвижности отдельных звеньев, поэтому необходимо следить за устойчивостью опор трубопроводов.