Повреждения водосбросов и механического оборудования

Водосбросы зачастую во время эксплуатации подвергаются воздействию высокоскоростного потока, создающего значитель­ные гидродинамические нагрузки, зоны пониженного давления, высокую турбулентность потока. Названные явления приводят к снижению устойчивости отдельных элементов сооружений, их вибрации, кавитационной эрозии, а также значительным мест­ным размывам в нижнем бьефе. Недоучет или незнание причин их возникновения вызывает повреждения, аварии, а в некоторых случаях катастрофы на гидроузлах, наносящие значительные ущербы (см. 10.1).

В подтверждение сказанного приведем следующие примеры.

Плотины Евклидес да Кунья и Армандо Салес де Оливейра (Бразилия) располагались соответственно выше и ниже (на 10 км) по течению и были выполнены каменно-земляными. Пер­вая высотой 53 м и длиной по гребню 305 м разрушилась в 1977 г. у правого берега примерно на 40%, а вторая высотой 35 м и длиной по гребню 660 м — на 25%, так как часть потока была направлена в обход сооружения по устроенному каналу. Разрушение произошло, во-первых, по вине эксплуатационного персонала, который своевременно не сработал водохранилища при возникновении ливней 0,01%-ной обеспеченности, во-вторых, потому что затворы водосливов открыли с опозданием и не пол­ностью.

Плотина Карнафули (Бангладеш) имела водосброс, располо­женный в теле плотины и состоящий из 16 пролетов шириной по 12,2 м каждый. Центральная часть водосброса, представлен­ная в виде бетонной массивной стенки с отметкой гребня 24,46 м, располагалась на сланцах, а низовая часть с отметки 15,19 м являлась откосом грунтовой плотины с коэффициентом заложе­ния, равным 2, ^покрытым бетонными плитами толщиной 0,46 м— два верхних ряда и 1м - нижний ряд. Водосброс был рассчи­тан на расход 12 700 м³/с. В первый год эксплуатации (1961) во время паводка с расходом 3400 м³/с разрушилось 11 плит (из 16), за которыми образовались глубокие промоины. В соз­давшихся условиях (сильные дожди) водосброс был остановлен лишь на один день для осмотра и снова пущен в эксплуатацию. Периодические остановки, 1 раз в две недели, позволили уста­новить, что прекратился размыв и приостановилось разрушение плит. После дождевого паводка, когда водобойный колодец был опорожнен, выяснилась окончательная картина разрушений. У подошвы откоса образовалась промоина. Нижние бетонные плиты толщиной 1 м были сдвинуты и разломаны, а некоторые из них обрушились в промоину. Часть плит оказалась на дне

Рис. 10.3. Разрез по водосбросу Дубоссарского гидроузла на р. Днестр:

1 — гравийно-песчаные грунты; 2 — мергель глинистый; 3 — известняк средней плот­ности; 4 — мергель; 5 — шпунт; 6 — поверхность дна до размыва. Размеры в м

водобойного колодца. Водобойная плита колодца также была повреждена и требовала срочного ремонта. Проведенные после аварии модельные исследования позволили установить, что ава­рия произошла из-за повышенного взвешивающего давления, возникшего при неравномерном открытии пролетов водосброса.

Плотина Уэлнот Грув (США) представляла собой каменную наброску с кладкой откосов насухо, высотой 33,6 м, шириной по основанию 32,1 и по гребню 3 м. Из-за ненадежной работы затворов водосброса, которые не удалось поднять во время па­водка, произошел перелив воды через гребень. При этом откосы плотины были приняты слишком крутыми, устойчивость их при заполненном водохранилище находилась на пределе. Плотина разрушилась полностью. Погибли 129 человек.

На плотине Гранд Кули (США), имевшей длину водосливно­го фронта 503 м, высоту 169 м и удельный расход на водосливе 55,6 м³/с, произошло разрушение водобоя обрушившимися глы­бами скалы.

Дубоссарский гидроузел на р. Днестр (СССР) имеет водо­сливную плотину, состоящую из восьми пролетов шириной в свету по 13 м, оборудованных плоскими затворами. Разрез по водосливной плотине, водобою и рисберме приведен на рисунке

10.3. Сооружение построено с отклонениями от проекта. В край­них пролетах (первом и восьмом) не были установлены стопор­ные рейки, позволяющие открывать затворы частично. Крепле­ние за рисбермой было устроено не по рекомендациям исследова­телей: вместо каменной отсыпки были уложены гибко связанные плиты, однако, как отмечено ниже, это не было основной причи­ной разрушения. Обследования 1956... 1957 гг. показали, что ча­стично разрушилось крепление из гибких плит и вымыло камен­ную наброску из-под их последних рядов. Ряд плит провис, под ними образовались пустоты. Значительные разрушения про­изошли напротив четвертого и пятого пролетов. За креплением образовалась яма глубиной 8,5 м. В 1959 г. выполнили ремонт путем отсыпки камня различной крупности. Однако в течение последующих четырех лет размыв продолжался. Провели вто­ричный ремонт: устроили каменную насыпь по откосу воронки размыва из гальки и щебня, а сверху насыпь покрыли камнем крупностью 0,2...0,3 м слоем толщиной 1 м. При пропуске па­водка 1967...1969 гг. вновь произошли значительные разрушения гибкого крепления. Глубина воронки местного размыва достиг­ла 10...11 м ниже отметки бетонного крепления. В 1978 г. выпол­нили третий ремонт с применением тетраэдров массой 2,3 т, уложенных поверх оставшейся каменной наброски. Сверху плит гибкого крепления, где оно осталось, уложили новые плиты, скрепленные арматурой. Однако паводки 1978 и 1979 гг. пока­зали, что отремонтированное крепление снова деформируется.

Новые плиты сдвинулись по старым, а некоторые из них оказались перевернутыми или унесенными. Тетраэдры перемес­тились ниже по течению. В настоящее время службе эксплуата­ции предложена отработанная схема маневрирования затвора­ми. Основными причинами разрушения нижнего бьефа плотины Дубоссарского гидроузла являлись: неудачное конструктивное решение, принятое в проекте, нарушение условий эксплуатации— не работали донные водосбросы, отклонение от проекта при строительстве и недостаточно удачная схема маневрирования затворами, принятая во время эксплуатации плотины. Как сле­дует из приведенного, на данном гидроузле имел место комплекс технических отклонений, который привел к неоднократным раз­рушениям концевого участка крепления нижнего бьефа.

На водосливной плотине Красноярской ГЭС, в целом нахо­дящейся в удовлетворительном состоянии, в 1985 г. возникли два очага повреждений, которые располагались в конце носка-трам­плина за третьим и пятым отверстиями водослива. Бетон разру­шился в зоне деформационных швов. Площадь каверны соста­вила 3 м², глубина — 0,5 м. Предположили, что причины разру­шения заключались в низком качестве бетонных работ и недостаточно обоснованном подборе состава бетона для защиты поверхности от воздействия высокоскоростного потока.

Основными причинами разрушения водобойных колодцев являются: кавитационная эрозия, потеря устойчивости плит под воздействием гидродинамических сил, истирание наносами и по- падание в них камней, бетонного крупного мусора, металличе­ских и железобетонных предметов и т. д. Иногда камни в ко­лодцы заносятся водоворотами при разрушении элементов креп­ления. В ряде случаев каменные глыбы падают в них, срываясь со склонов. Разрушения водобойных колодцев могут возникать при больших скоростях потока (до 50...55 м/с), вызывающих большие гидродинамические нагрузки, в сочетании с механи­ческим воздействием оторвавшихся бетонных массивов и мусо­ра, что имело место на Саяно-Шушенской ГЭС. Значительные их разрушения наблюдались на плотинах Саусель (Турция), Сан Эстебан (Испания), Бхакра (Индия) и др.

На ряде гидроузлов США, водопропускные отверстия которых снабжены конусными затворами с водобойными колодца­ми, разрушились высокие раздельные стенки, вошедшие в резо­нанс, но рассчитанные только на статические нагрузки.

Основными причинами повреждений затворов гидротехниче­ских сооружений являются: недоучет при проектировании осо­бенностей работы затворов, значительные обмерзания, образо­вание наледей, неправильные приемы эксплуатации, технологи­ческие причины и др. Примером неправильной эксплуатации механического оборудования может служить авария, произошед­шая на плотине Паншет (Индия), высотой 56,6 м, с открытым береговым водосбросом. В период интенсивных дождей щит за­твора был введен в пазы и подвешен на цепях в положении, когда открытие затвора составляло 0,61 м. В этих условиях пропуск воды сопровождался значительными гидравлическими ударами, в результате которых деформировались швы в водо­сбросе. Динамические нагрузки и деформация швов привели к интенсивным осадкам тела грунтовой плотины. За 2,5 ч плоти­на осела на 1,37 м и разрушилась.

В практике эксплуатации имели место случаи, когда затво­ры во время паводка не удавалось поднять. Поэтому происхо­дили переливы воды через гребень и разрушение плотины, на­пример, упомянутой выше плотины Уэлнот Грув.

В условиях эксплуатации открытых водосбросов Краснояр­ской ГРЭС-2 возникла необходимость пропуска льда при усло­вии поддержания высоких уровней воды в водохранилище для гарантированной подачи воды в водозаборы, расположенные в верхнем бьефе. Пропуск льда осуществляли поверх нижних секций верховых ремонтных заграждений, которые размещались на пороге водослива перед ледоходом. С нарастанием паводка воду пропускали, маневрируя основными затворами и вытащив ремонтные заграждения. При такой схеме эксплуатации возник­ли значительные динамические воздействия льда на ремонтные и основные затворы. Проектом не был предусмотрен такой режим работы затворов, поэтому они получили значительные повреждения и даже один затвор был разрушен. Закладные час­ти также имели повреждения. В дальнейшем затворы были заменены на новые, запроектированные с учетом динамических воздействий.

Во время эксплуатации механического оборудования не всег­да принимаются своевременные меры: по обогреву, воздухооб- дуву, потокообразованию или в крайнем случае сколу льда пе­ред затворами, которые предотвращают статическое давление ледяного поля на затворы при его температурном расширении.

Представляет большую опасность значительное намерзание льда на металлоконструкциях затворов. Нельзя допускать при­мерзания затворов к закладным частям. В таких случаях ста­новится невозможным аварийное открытие отверстий водосбро­са, а попытка поднять примерзшие затворы нередко приводит к выходу из строя механизмов привода, уплотнений, повреждению опорно-ходовых частей затворов, как это имело место на Кам­ской ГЭС в строительный период.

Имеется мнение, что в целях повышения надежности работы механического оборудования и возможности открытия отверстия в любой момент необходимо предусматривать резервирование источников энергии (установка аварийных дизельных электро­станций, применение аварийного ручного привода), элементов гидропривода (насосов, гидропанелей), создание соединитель­ных маслопроводов между соседними гидроприводами и др. Так, разрушение плотины Чиккахоле (Индия) высотой 36,7 м про­изошло из-за аварии системы электроснабжения, в результате которой не работали лебедки для подъема затворов и не уда­лось своевременно открыть отверстия водосброса.

Причинами повреждения и аварии затворов могут быть так­же недостаточная квалификация эксплуатационного персонала, незнание особенностей конструкции и условий эксплуатации ме­ханического оборудования.

Дата добавления: 2015-07-20