WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

КУРИЦЫНА Анна Михайловна ВЛИЯНИЕ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НАПОРНОГО ФРОНТА БЕТОННЫХ ПЛОТИН (НА ПРИМЕРЕ АНГАРСКОГО КАСКАДА ГЭС) Специальность 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт – Петербург, 2008 г.

1

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Братский государственный университет» НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор технических наук Садович Марк Ашерович ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Белов Вячеслав Вячеславович, ГОУ ВПО «СПбГПУ» (г. Санкт – Петербург) кандидат технических наук, старший научный сотрудник Гинзбург София Михайловна, ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (г. Санкт – Петербург) ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

ОАО «Институт Гидропроект» (г. Москва)

Защита состоится «_» декабря 2008 г. в _часов на заседании диссертационного совета ДМ 512.001.01 в ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева» (195220, Санкт – Петербург, ул. Гжатская, 21)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»

Автореферат разослан «_» ноября 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник Т.В. Иванова 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Плотины гидроэлектростанций являются не только уникальными промышленными и архитектурными сооружениями, но также объектами повышенной опасности. Очевидно, что интерес к долговечности бетонных плотин будет неуклонно расти по мере их старения и изменения условий эксплуатации, формирование которых происходит под воздействием меняющейся окружающей среды.

Стойкость напорного фронта бетонных плотин в водной среде является одной из важнейших проблем долговечности и, как следствие, безопасной работы плотин. Вместе с тем, при строительстве бетонных плотин в Сибири и Северо-восточных районах нашей страны в них неизбежно появление швов и трещин, по которым фильтрует вода из водохранилища и непосредственно воздействует на бетон напорного фронта. Как известно, поверхностные температурные трещины постепенно закрываются по мере остывания блоков и уменьшения амплитуды колебаний температуры на их краях. Однако, часть вертикальных и горизонтальных трещины на напорной грани плотин, а также горизонтальные и вертикальные швы являются основными путями фильтрации, очагами коррозии бетона, что в результате может снизить долговечность напорного фронта.

Стабильное функционирование гидротехнических сооружений предполагает организацию систематического мониторинга, позволяющего анализировать текущее состояние объекта, в том числе наиболее ответственной его части - напорного фронта, и прогнозировать возможные изменения и степень их опасности.

В качестве объектов исследований выбраны плотины Ангарского каскада ГЭС: Братская и Усть-Илимская, эксплуатирующиеся более 30 лет в условиях северной климатической зоны. При участии автора была сформирована база данных многолетних натурных наблюдений за динамикой фильтрационных расходов и изменением химического состава воды ангарских водохранилищ и воды, профильтровавшей через бетон напорного фронта плотин (фильтрата). Сформированная база данных позволила оценить влияние сосредоточенной фильтрации на долговечность напорного фронта бетонных плотин, эксплуатирующихся в условиях Севера.

Целью диссертационной работы является исследование влияния сосредоточенной фильтрации на состояние напорного фронта плотин и разработка критериев долговечности бетона по прочности и ширине раскрытия трещин, применение которых возможно для бетонных плотин Северных регионов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Изучить особенности процесса сосредоточенной фильтрации на примере Братской и Усть-Илимской плотин. Провести классификацию фильтрующих трещин в зависимости от динамики фильтрационных расходов.

2. По результатам натурных наблюдений рассмотреть особенности коррозионных процессов в местах сосредоточенной фильтрации в напорном фронте Братской и Усть-Илимской плотин.

3. Провести экспериментальную проверку особенностей коррозии бетона, протекающей в напорном фронте плотин.

4. Предложить критерии долговечности напорного фронта по плотности (прочности) бетона и ширине раскрытия трещин.

5. Основываясь на данных многолетних систематических наблюдений за химическим составом воды водохранилищ дать характеристику водной среды ангарских водохранилищ и степень ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта.

Методы исследований. Контрольное бурение бетона с отбором кернов для определения прочностных свойств бетона напорного фронта на контакте с трещиной и в глубине массива.

Экспериментальные исследования влияния щелочных оксидов, присутствующих в фильтрате, на концентрацию кальциевых соединений с целью установления причины осаждения кальцита при самозалечивании трещин.

Многолетние натурные наблюдения за химическим составом воды ангарских водохранилищ и анализ ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта плотин.

Многолетние наблюдения за составом и расходом воды, профильтровавшей через бетон напорного фронта и оценка их влияния на контактный бетон с трещиной и на бетон в глубине массива плотин.

Научная новизна работы заключается:

1. В классификации мест сосредоточенной фильтрации по напорному фронту бетонных плотин в зависимости от динамики фильтрационных расходов.

2. В установлении по результатам многолетних наблюдений за состоянием напорного фронта Ангарских плотин особенностей самозалечивания и размыва бетона на контакте с фильтрующим потоком.

3. В экспериментальном моделировании химических процессов, протекающих на контактной границе «бетон – фильтрат».

4. В установлении границ ширины раскрытия трещин и градиентов напора, при которых происходит самозалечивание, переходное состояние и размыв бетона напорного фронта плотин.

5. В разработке критериев долговечности напорного фронта по плотности (прочности) бетона в виде Rmin(p=0.95) 25 МПа и ширине раскрытия трещин, применение которых возможно в периоды строительства и эксплуатации бетонных плотин Северных регионов.

6. В изучении особенностей водной среды Братского и Усть-Илимского водохранилищ, с целью оценки степени ее агрессивности по отношению к бетону напорного фронта.

Практическая значимость работы заключается:

1. В установлении зависимости характера коррозионных процессов в напорном фронте плотины от величины фильтрационных расходов, что позволило установить причины самозалечивания фильтрующих трещин.

2. В установлении последствий сильной фильтрации в течение 30 лет трещины секции 30 Усть-Илимской ГЭС на состояние контактных с ней бетонных поверхностей напорного фронта и использовании результатов исследований при отработке технологии ремонта (акт о внедрении научно - исследовательских результатов).

3. В установлении влияния ширины раскрытия трещины и градиента напора на состояние бетона на контакте с фильтрующей трещиной.

4. В использовании критериев водонепроницаемости напорного фронта при планировании ремонтных работ, которые, в частности, были использованы при принятии решения о необходимости ремонта напорной грани Усть-Илимской плотины (договор № 532 «Исследование бетона образцов-кернов, выбуренных из плотины Усть – Илимской ГЭС» - 2005 г.;

договор № 590 «Исследование бетона образцов – кернов, выбуренных на контакте с фильтрующей трещиной» 2006 г.).

5.В организации систематического мониторинга за динамикой фильтрационных расходов и изменением химического состава воды водохранилища и фильтрата, позволяющего анализировать текущее состояние напорного фронта бетонных плотин Северных регионов.

На защиту выносятся:

1. Классификация мест сосредоточенной фильтрации через напорный фронт плотин по динамике фильтрационных расходов.

2. Результаты многолетних наблюдений за химическим составом фильтрата с установлением влияния легкорастворимых щелочей на самозалечивание фильтрующих трещин.

3. Экспериментальная модель процессов, протекающих на контактной границе «бетон – фильтрат».

4. Критерии стойкости бетона напорного фронта плотин, выполнение которых повышает их долговечность в период эксплуатации.

5. Особенности водной среды Братского и Усть-Илимского водохранилищ и степень ее агрессивности по отношению к бетону плотин, эксплуатирующихся в северной климатической зоне.

Достоверность результатов работы обеспечена использованием статистических методов обработки результатов, сравнением расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением с результатами других исследований.

Апробация работы. Содержание и результаты исследований докладывались и обсуждались на Межрегиональных научно-технических конференциях “Строительство: материалы, конструкции, технологии” (Братск, БрГТУ 2003-2005 г.г.), Межрегиональных научнотехнических конференциях “Естественные и инженерные науки – развитию регионов” (Братск, БрГТУ 2003-2004 г.г., БрГУ 2005-2006 г.г.), Всероссийских научно-технических конференциях “Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири” (Братск, БрГУ 2007-2008 г.г.), молодежной научно-технической конференции “Будущее Братска” (Братск, БрГТУ 2003 г.), XXV научно - технической конференции аспирантов и студентов “Изучение и решение региональных проблем строительного комплекса” (Братск, БрГУ г.), на расширенном заседании кафедры “Технологии и организация строительного производства” ГОУ ВПО “БрГУ” от 24 сентября 2008г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, в том числе статей- 11, тезисов – 4, статьи в изданиях, рекомендованных ВАК - 2.

Диссертационная работа выполнялась с 2002 по 2008 г.г.

Автор выражает благодарность д.т.н. В.Б. Судакову (ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»), к.т.н., доценту Т.Ф. Шляхтиной (ГОУ ВПО «БрГУ») за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы, а также О.Г. Бронниковой (Братская ГЭС), оказавшей помощь при проведении экспериментальных исследований.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Диссертация содержит 121 страницу текста, включая 50 рисунков, 12 таблиц, 3 приложения и список литературы из 78 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, ее научная новизна и практическая ценность, формулируются цель и задачи исследований.

Первая глава посвящена анализу развивающихся представлений о долговечности бетонных плотин и коррозионных процессов, протекающих в напорном фронте.

Гидротехнические сооружения являются одними из наиболее распространенных и весьма ответственных объектов с экономической, экологической и социальной точек зрения, поэтому особое внимание следует уделять обеспечению их долговечности и безопасной работе.

Влияние различных факторов на долговечность бетона и, в частности, напорного фронта бетонных плотин изучалось в работах Алексеева К.В., Белова В.В., Белякова М.П., Вербецкого Г.П., Гинзбурга Ц. Г., Гришина М.М., Затворницкой Т.А., Кудякова А.И., Марчука А.Н., Поповой В.Я., Садовича М.А., Стефанишина Д.В., Стольникова В.В., Судакова В.Б., Шаркунова С.В., Шульмана С.Г., Элбакидзе М.Г.

Долговечность напорного фронта определяется конструктивными особенностями плотин, сплошностью бетонного массива, стойкостью материала – бетона в конкретных условиях эксплуатации, особенностями водной среды и другими факторами. Трещины и строительные швы в напорном фронте плотин называют «воротами агрессии», по которым под гидростатическим давлением агрессивные компоненты воды водохранилища проникают в толщу бетона. Трещинообразование в массивном бетоне – это сложный, зависящий от множества факторов процесс. К причинам трещинообразования можно отнести технологию укладки бетонной смеси, экзотермический разогрев, температурный режим при твердении и др.

Натурные наблюдения, посвященные проблемам трещинообразования и последующей фильтрации в процессе эксплуатации описаны в работах Гаркуна Л.М., Гинзбург С.М., Дурчевой В.Н., Епифанова А.П., Логуновой В.А., Садовича М.А., Соколова И.Б., Судакова В.Б., Трапезникова Л.П., Толкачева Л.А., Эйдельмана С.Я.

Следует отметить, что трещины на напорной грани, являющиеся очагами фильтрации, как правило, возникают в строительный период. Гидростатическая нагрузка на плотину в сочетании с фильтрационным давлением в трещинах увеличивает их раскрытие. Наибольшую опасность представляют сквозные трещины и строительные швы в бетонном массиве, так как фильтрационным потоком омываются незащищенные бетонные поверхности и процессу фильтрации сопутствует коррозия контактной поверхности бетона.

Ангарские плотины эксплуатируются в условиях резко континентального климата со среднемесячной температурой самого холодного месяца от –15 0С до –30 0С и ниже с относительной влажностью воздуха самого теплого месяца 45 – 75%, количество переходов через 0 0С составляет 100 и более циклов в год. Водная среда в сочетании с климатическими особенностями района оказывают существенное влияние на возникновение и характер коррозионных процессов и, как следствие, снижение долговечности бетонных плотин.

В работах Алекина О.А., Бабушкина В.И., Баженова Ю.М., Бруссера М.И., Иванова Ф.М., Любарской Г.В., Москвина В.М., Розенталя Н.К., Шейкина А.Е., Чеховского Ю.В., Яковлева В.В. рассматриваются основные аспекты влияния водной среды на долговечность бетонных сооружений.

Вербецкий Г.П. отмечает, что к главному критерию долговечности бетона напорного фронта плотин можно отнести высокую плотность, при которой проникание агрессивных компонентов воды в его капиллярно-пористую структуру затрудняется. С другой стороны, вода способствует глубокой гидратации цементных частиц и самоуплотнению бетона, стойкость которого зависит от соотношения деструктивных и конструктивных эффектов и представляет собой функцию многих факторов.

На основании проведенного анализа представлений о долговечности бетонных плотин, коррозионных процессов и оценки их влияния на состояние напорного фронта плотин, сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе дана характеристика водной среды Ангарских водохранилищ, степень ее агрессивности по отношению к бетону и рассмотрены особенности коррозионных процессов бетона в местах сосредоточенной фильтрации в напорном фронте плотин.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»