Наблюдение и уход за гидротехническими сооружениями

Регулярное наблюдение (надзор) за состоянием гидротехнических сооружений позволяет своевременно выявлять нарушения работы сооружений. Эксплуатационные наблюдения за грунтовыми плотинами делятся на визуальные и инструментальные. В их задачу входят наблюдения за режимом водохранилища и обоими бьефами, деформациями, состоянием облицовок и креплений, фильтрацией через сооружение и его основание, участком береговых примыканий, общим состоянием плотины [15, 20].

Визуальные наблюдения, под которыми понимают общий осмотр сооружений с применением самых простейших измерительных приборов, заключаются в глазомерной оценке явлений и записи их в специальные полевые журналы. Непременным условием визуальных наблюдений при эксплуатации гидротехнических сооружений, наряду с записями, являются эскизные зарисовки деформированных участков с указанием размеров, высотной и плановой привязкой к пикетажу или каким-либо постоянным знакам, фотографирование.
В процессе наблюдений за деформациями грунтовых плотин обращают внимание на их общее состояние (размывы, осадки, просадки, оползни, трещины, подвижки грунтовых масс, состояние примыканий и т.п.) и местные деформации.

 

 

 

При описании их характера в журнале наблюдений пользуются следующей терминологией [3, 20]:

• обвал - отрыв и падение отдельных масс грунта под воздействием дополнительных нагрузок;
• оползень - оползание масс грунта, обычно по контакту разнородных слоев (глинистых), смоченных водой;
• оплывы - оползание грунта под влиянием сильного насыщения водой;
• осыпь - оползание или осыпание сухого сыпучего грунта откосов или крупных склонов;
• трещина - разрыв грунта на поверхности сооружения вследствие неравномерной его осадки, возникновения обвалов, оплывов, оползней или от действия внешней нагрузки;
• борозда - смыв грунта с откосов потоками дождевой воды;
• просадка - образование местных впадин на поверхности сооружения из-за местного уплотнения грунта или его суффозии;
• просадочная трещина - то же, что и общая трещина, но обуслов ленная просадкой;
• выпор - местный подъем грунта в теле грунтового сооружения или у его основания под давлением сооружения и фильтрационного потока; • пучение - местный подъем водонасыщенного разуплотненного грунта, вызванный его промерзанием и оттаиванием;
• размыв - смыв грунта с откосов или горизонтальных участков текущей водой;
• полоса прибоя - граница смыва грунта под воздействием волн; • полоса навала льда или плавающих тел - смещение грунта под воздействием льда или плавающих тел на склонах или откосах.

При помощи визуальных наблюдений осуществляется общий контроль за состоянием плотины и ее отдельных частей, в работе сооружения выявляются отклонения от режима, установленного проектом и эксплуатационными инструкциями, а также фиксируются происшедшие деформации. Визуальные наблюдения производят регулярно в течение всего года, а в период особенно напряженного состояния плотины (например, при пропуске паводка через водосбросные сооружения) наблюдения проводят чаще и более тщательно. Кроме того, независимо от установленных сроков плотину и прилегающие к ней участки осматривают во время и после бурь, сильных ливней и продолжительных дождей.
Обычно проводят следующие регулярные наблюдения за [19, 20]:

• уровнями воды в верхнем и нижнем бьефах, в залитых прудах и в водоснабжающей системе;
• расходами воды через водозаборные, водовыпускные и водосбросные сооружения;
• фильтрацией воды через тело плотин и дамб, в местах сопряжения их с другими сооружениями и в основании плотин и дамб;
• размывами русла в верхнем и нижнем бьефах;
• разрушением креплений откосов плотин, дамб и каналов;
• появлением трещин в бетонных частях сооружений;
• деформацией сооружений или отдельных их частей.

Состояние крепления верховых откосов определяют по зазорам между камнями, просадкам крепления, деформациям и разрушениям плит, расхождениям и деформациям швов, оползаниям или перемещениям плит и т. п. Низовые откосы характеризуются состоянием травяной растительности, повреждениями землеройными животными, размывами и деформациями.
При визуальных наблюдениях обращают внимание на состояние ливнесбросной сети. Возможно ее засорение, заиление, зарастание, разрушение, деформация лотков, кюветов и водосбросных канав. Наличие открытых трещин, подвижек и других деформаций, а также засорение лотков, расположенных на откосах, во время ливня приводит к попаданию на откосы сосредоточенных токов воды, движущихся с большими скоростями, к значительным размывам, а иногда и разрушениям элементов сооружения.
Осматривают контрольно-измерительную аппаратуру (КИА), пикеты, створные знаки, другие контрольные приспособления и устройства, используемые при наблюдении и исследованиях. Определяют состояние канав, отводящих дренажные воды, берегов, оврагов в районе гидроузла. В некоторых случаях в этих местах возникают явления, вызванные фильтрационным потоком и отрицательно влияющие на работу отдельных элементов сооружений.
Наблюдения за фильтрацией очень важны для контроля прочности и устойчивости отдельных элементов грунтовых плотин. К наиболее опасным явлениям, которые могут быть зафиксированы при визуальных наблюдениях, относятся:

• выход фильтрационных вод на откос, в береговых примыканиях, выше дренажных устройств (дренажной призмы);
• выпор грунта из-под сооружения за низовым откосом;
• появление мутной профильтровавшейся воды из основания в нижнем бьефе;
• ощутимые просадки, образуемые в зонах усиленной суффозии;
• образование значительной фильтрации в виде свищей, грифонов, ключей.

При определении характера внешней фильтрации пользуются сле дующими понятиями [15]:

• мокрые пятна - слабая фильтрация в виде пятен на сухом грунте; • просачивание - слабая фильтрация в виде отдельных капель, скатывающихся по откосу, или незначительных лужиц на поверхности грунта; • протечки - фильтрация в виде слабых струй воды, выходящих из грунта, или лужиц;
• свищи - появление сосредоточенной фильтрации в виде отдельных струй, выходящих из тела плотины или на контакте грунтового сооружения с бетонным;
• грифоны - то же, но в виде небольших фонтанчиков смеси несвя занного грунта с водой («кипение» грунта), могут наблюдаться за пределами низового откоса, в зоне выхода фильтрационных вод из основания сооружения;
• ключи - выходы сосредоточенной фильтрации в виде отдельных струй воды на берегах, откосах, котлованах, в «сухом» русле нижнего бьефа или за низовым откосом плотины на склонах.

В местах сосредоточенной фильтрации устраивают незначительные канавки для отвода и измерения расхода профильтровавшейся воды (мерными устройствами, поплавками или визуально). При этом обращают особое внимание на появление в фильтрате мутных струек, глинистых частиц, отложений песка. Для фиксирования отложений, выносимых из тела сооружения, за канавкой устраивают небольшой отстойник.
На основании визуальных наблюдений составляют план текущего, а в необходимых случаях и капитального ремонта. Если же визуально установлено прогрессивное распространение деформаций, угрожающих устойчивости плотины или отдельных ее частей, ремонтно-восста
новительные работы производятся немедленно дежурными бригадами рабочих под руководством технического персонала эксплуатационного штата. Инструментальные наблюдения осуществляются при помощи контрольно-измерительной аппаратуры, местоположение которой дают в проекте, а установку выполняют в процессе возведения плотины или перед началом заполнения водохранилища водой. Строительная организация закладывает контрольно-измерительную аппаратуру и передает ее службе эксплуатации по акту одновременно со сдачей законченного объекта [15]. Инструментальные наблюдения и записи по ним проводятся регулярно в установленной последовательности по заранее составленной программе или инструкции. Периодичность наблюдений устанавливается проектом или инструктивными указаниями и корректируется исходя из местных условий.
Инструментальные наблюдения за режимом водохранилища сводятся к измерению уровней воды в данный момент при помощи водомерных реек или самописцев, уровней-лимниграфов. Устанавливать эти приборы нужно в местах, защищенных от волнобоя и воздействия льда, с удобными подходами для снятия показаний и отсчетов.
Основные уровни воды в водохранилище четко обозначают на рейках яркой краской - черта должна быть хорошо видна на расстоянии. Нуль отсчета приборов, от которого измеряют уровень воды, размещается ниже отметки мертвого объема. Это дает возможность всегда оперировать положительными числами. Отсчеты по рейкам и лимниграфам переводят в абсолютные или относительные отметки, принятые для всех частей плотины. Для этого нуль отсчета измерительных приборов привязывают двойной нивелировкой к опорному реперу. Контроль за положением нуля отсчета осуществляется не реже одного раза в месяц.
Наблюдения за уровнями воды в водохранилище проводятся ежедневно в одни и те же часы. Особенно часто (каждые 2 ч) ведут наблюдения за уровнями во время пропуска паводковых вод через водосбросные сооружения.
К эксплуатации водохранилищ относятся и мероприятия по пре дупреждению быстрого заиления мертвого объема, особенно когда он небольшой. Эти мероприятия сводятся к [23]:

• запрещению распашки склонов на расстоянии менее 200 м от уреза воды и продольной распашки склонов за пределами этого расстояния; • уходу за лесопосадками по периметру водохранилища, а в необ ходимых случаях и дополнительной их посадке;
• выполнению работ по закреплению действующих оврагов на во досбросной площади водохранилища.

 

Составной частью инструментальных наблюдений являются наблюдения за фильтрацией в теле и основании грунтовой плотины, а также за фильтрационными напорами в отдельных точках плотины и сооружениях, примыкающих к ней. Наблюдения осуществляются при помощи пьезометров, которые позволяют установить положение кривой депрессии в теле плотины, вычислить скорости и градиенты фильтрационного потока на отдельных участках, а в напорном потоке установить пьезометрические давления. По назначению пьезометры подразделяются на глубинные, точечные и шахтные. Независимо от конструктивных особенностей и назначения они состоят из следующих основных частей: водоприемника с фильтром, трубы пьезометра, устья и концевого устройства-сборника.
Для наблюдения за положением кривой депрессии в теле грунтовой плотины применяют шахтные пьезометры, выполняемые из металлических газовых труб диаметром 50 мм. Нижняя часть пьезометра - сборник длиной 200-300 мм - является емкостью для осаждения прошедших через фильтр мелких частиц грунта. Торец трубы концевого устройства закрыт резьбовой крышкой с приваренной к ней тарелкой (диском). Труба пьезометра выше сборника, по длине в пределах возможного изменения кривой депрессии, перфорирована [20].
Круглые отверстия диаметром 8-10 мм расположены в шахматном порядке через 100-120 мм. В пределах перфорированной части трубы устроен фильтр подобно тому, как это сделано в скважинах водоснабжения.
Пьезометр опускают в пробуренную скважину большего диаметра, с обсадными трубами. На дно скважины слоем 15-20 см насыпают промытый гравий с диаметром зерен 0,8-1 мм. Отметка верха гравийной насыпи должна соответствовать расчетному положению низа пьезометра. Кольцевое пространство между фильтром и обсадной трубой засыпают просеянным песком с диаметром частиц 1-2 мм. Выше фильтра кольцевое пространство засыпают грунтом тела плотины с ручным тщательным уплотнением. Засыпку и уплотнение грунта после установки пьезометра ведут небольшими ступенями, постепенно поднимая обсадные трубы.
Размещение пьезометров по поперечному профилю грунтовой плотины дается в проекте.
Количество пьезометрических створов принимают исходя из протяженности плотины по гребню, состава грунта тела плотины и геологических условий основания. Створы располагают в наиболее характерных профилях плотины. Расстояние между створами допускают не более 100 м. В отдельных случаях при длинной плотине и однотипности профиля и грунтов основания это расстояние может быть увеличено до 200- 300 м. Для плотин, длина которых не превышает 300 м, принимают три створа и редко ограничиваются двумя. В каждом створе однородной грунтовой плотины устанавливают не менее трех пьезометров. С повышением класса плотин и наличием сложного грунтового строения основания количество пьезометров увеличивают и доводят до пяти и больше.
Пьезометры устанавливают в местах предполагаемого перелома депрессионной кривой. Первый пьезометр располагают по вертикали, проходящей через бровку верхового откоса, а последний - на расстоянии 1-5 м от подошвы низового откоса непосредственно за дренажем. Шахтные пьезометры устраивают после возведения насыпи [16].
Для плотин с противофильтрационными препятствиями типа экранов и понуров, а также в однородных плотинах, когда требуется установить положение пьезометрического уровня в зоне, примыкающей к верховому откосу, устройство шахтных пьезометров затруднительно. В таких случаях применяют пьезометры ломаного очертания, состоящие из наклонной части и стояка. Фильтровую часть пьезометров, обычно точечных, размещают в начале наклонного участка и подводят к заранее выбранной точке, а стояк располагают в таком месте, где его устье удобно вывести на поверхность плотины. Ломаные пьезометры устанавливают в процессе возведения плотины.
Верхняя часть пьезометра располагается над поверхностью земли. Для защиты выступающей части трубы от деформаций и предотвращения проникновения загрязненной воды по стыку трубы с грунтом верхняя ее часть заделывается в бетонную подушку. Оголовки пьезометров малого диаметра размещают в патрубке-колодце, сверху закрываемом крышкой с замком. Каждый пьезометр нумеруют, для чего на лицевой стороне крышки выбивается номер. Периодически пьезометры прочищают и проверяют работу фильтра путем откачки воды. По скорости восстановления уровня воды делают вывод о его заилении. Пришедшие в негодность пьезометры заменяют новыми.
Для замера уровней воды в пьезометрах применяют хлопушки, лот свистки, поплавки с противовесом и электроконтактные приборы. Эти измерительные приборы подвешивают и опускают в трубу пьезометра на тонком шнуре или стальной ленте, которые служат одновременно и мерными устройствами для определения расстояния от фиксированной точки на обрезе трубы до уровня воды в пьезометре. Наиболее широко распространен лот свисток, по которому точность измерения равна 1 см. Лот-свисток представляет собой пустотелый цилиндр из нержавеющего материала длиной 170-180 мм, диаметром 40-45 мм. По длине цилиндра на расстоянии 10 мм друг от друга расположены тарелочные кольцевые желобки. Верхняя часть лот-свистка закрыта пробкой, в которой прорезана щель. Выше этой пробки навинчен малый гладкий цилиндр длиной 45 мм с косым срезом, примыкающим к щели. Щель и косой срез вместе представляют собой воздушный свисток. Лот-свисток прикрепляется к шнуру или ленте и опускается в трубу пьезометра обычно при помощи рулеточного устройства. При погружении нижней части лот-свистка в воду происходит вытеснение воздуха из цилиндра и воздушный свисток дает звуковой сигнал. В этот момент по мерной ленте берут отсчет и определяют расстояние от постоянной занивелированной точки на трубе до точки подвеса прибора. К этому расстоянию прибавляют заранее известную длину лот-свистка с учетом части, погруженной в воду. Абсолютные и относительные отметки уровней воды в пьезометре вычисляют с учетом полученного превышения над фиксированной точкой на трубе, которая связывается двойным нивелировочным ходом с опорными реперами.
Наблюдения за уровнем воды в пьезометрах начинают с момента наполнения водохранилища и в первые два года эксплуатации проводят через 5-10 дней, в последующие годы реже (один раз в 15 дней), а для неответственных плотин - один раз в месяц. Во всех случаях, когда замечено повышение кривой депрессии против ранее стабилизированной, наблюдения за положением уровней воды в пьезометрах производят чаще. Одновременно выясняют причину такого отклонения и выполняют аварийные работы, обеспечивающие снижение уровня до стабилизированного.
При помощи контрольно-измерительной аппаратуры ведут наблюдения за вертикальной осадкой тела плотины и основания. Горизонтальные деформации плотин редко наблюдаются службой эксплуатации, такую работу выполняют обычно лишь по программе научно-исследовательских организаций. Наблюдения за вертикальной осадкой производят путем нивелирования контрольных реперов, установленных в основании плотины и по внешнему ее контуру. Для определения суммарной осадки тела плотины и основания служат поверхностные реперы, а для осадки только основания - глубинные. Для замера послойной осадки применяют телескопические реперы, установленные в теле плотины на различных высотах [20].
Поверхностные реперы размещают на гребне плотины, откосах и у подошвы основания. Глубинные реперы закладывают в основании плотины перед началом ее возведения. Поверхностный репер представляет собой бетонный массив, внутри которого находится труба с крестообразно приваренными к ней коротышами. Верх трубы возвышается над бетонным массивом и закрывается резьбовой крышкой, которая и служит нивелировочным знаком. Для предотвращения повреждений от внешних воздействий верхнюю часть трубы устанавливают ниже поверхности земли в трубе-люке, закрываемой сверху крышкой. При установке таких реперов в маловодопроницаемых грунтах под бетонным массивом укладывают дренаж из песчано-гравелистой смеси, от которой должен быть обеспечен свободный отвод воды.
Глубинные реперы состоят из металлической или железобетонной плиты размером в плане 1,5x1,5 м, на которую опирается трубчатая штанга, заключенная в защитную трубу с телескопическими звеньями. Верх глубинного репера, подобно верху поверхностного, заключают в трубу-люк. Устройство глубинных реперов при возведении тела плотины сопряжено с неудобствами производственного процесса, связанного с уплотнением грунта и наращиванием звеньев защитных труб и штанги. Более приемлемым является метод раздельного выполнения репера, когда вначале закладывают плиту, а после окончания земляных работ в теле плотины над центром плиты бурят скважину и устанавливают остальную часть репера. Однако раздельное выполнение глубинных реперов не позволяет осуществлять контроль за вертикальными осадками в процессе возведения плотины.
Размещают поверхностные и глубинные реперы в створах с нормальным направлением к продольной оси плотины. Расстояние между створами принимают от 50 до 100 м, а при значительной протяженности плотины - до 200 м и более. Для плотин небольшой длины количество створов не должно быть меньше трех. Расстояние между реперами в створе принимают 10-12 м. Местоположение створов относят к сечениям наибольшей высоты плотины и участкам, имеющим различные геологические напластования.
Наблюдения за осадками по реперам в первые годы эксплуатации плотин проводятся через 15-30 дней, а для неответственных плотин - один раз в квартал. В последующие годы по мере стабилизации осадок наблюдения проводят реже. Наблюдения за осадкой поверхностных реперов позволяют установить соответствие отметки гребня плотины проектному положению. Если в результате наблюдений будет установлено, что гребень опустился ниже проектной отметки, принимают эксплуатационные меры по наращиванию высоты плотины, при этом работа должна быть закончена до очередного наступления половодья.
Ответственность за состояние, сохранность, работу и правильное использование гидротехнических сооружений несут руководители рыбохозяйственных предприятий [15].
Для охраны гидротехнических сооружений и обеспечения их нормальной работы необходимо не допускать на территорию хозяйства посторонних лиц; запретить прогон скота по плотинам и дамбам во избежание их повреждения, а также проезд по гребням плотин и дамб, если он не предусмотрен проектом; не допускать сбрасывания в пруды сточных вод, мусора во избежание их загрязнения [16].
Наполнять водой вновь построенные пруды рекомендуется не раньше, чем через 2-3 месяца после их возведения, так как преждевременное наполнение их до окончания основной осадки плотин и дамб может привести к трещинам, просадкам и оползанию откосов.
После спуска летних прудов проводят мероприятия по осушению его ложа: засыпают грунтом места, где застаивалась вода, очищают откосы пруда, осушительные и сбросные канавы, прочищают рыбную яму и рыбоуловители. Щитки сбросных водоспусков спущенных прудов должны быть полностью открыты во избежание скопления воды.
Зимой уход за гидросооружениями состоит в систематическом наблю дении за ними, в околке льда у затворов головных водоспусков, водопри емников, аэраторов и сбросных сооружений зимовальных прудов.
Во избежание промерзания дренажные устройства перед наступлением морозов утепляют мхом, снегом и пр.
Перед началом эксплуатации зимовальных прудов производят их пробное наполнение для промывки и проверки исправности гидротехнических сооружений. После заполнения зимовальных прудов необходимо отрегулировать подачу воды в них и сброс ее так, чтобы проточность воды соответствовала заданной, так как чрезмерный водообмен в зимовальных прудах приводит к ухудшению температурного режима, а замедленный - вызывает кислородное голодание рыб.
После проверки на месте правильности указанных дефектов специальная комиссия составляет акты, в которых указывает необходимость производства ремонтных работ и стоимость их проведения.
Все работы после их окончания подлежат осмотру и приемке комиссией с составлением актов по соответствующей форме, в которых указывают фактически выполненные объемы, качество и стоимость работ, их соот ветствие характеру и стоимости, предусмотренной в документации.