Контрольные вопросы:

1. По каким признакам можно классифицировать створные измерения.

2. Какие действия понимают под створными измерениями.

3. Какие методы створных измерений существуют.

4. Какая формула применяется для оценки точности в методе малых углов.

5. Какие бывают схемы створных измерений.

Лекция 8. Особенности наблюдений за деформациями гидротехнических сооружений

К крупным гидротехническим сооружениям, требующим на­турных наблюдений, относят: плотины, здания ГЭС, водоподводящие комплексы, шлюзы, причалы для судов, судоподъемники и др.

Рассмотрим наиболее важные и сложные с точки зрения организации работ и точностных требований современные гигантские бетонные плотины гидроузлов. По конструктивным признакам бетонные плотины подразделяются на гравитацион­ные, арочные и арочно-гравитационные.

Гравитационные плотины представляют собой массивные сооружения, сопротивляющиеся собственным весом сдвигаю­щим силам. Поперечное сечение плотины (рис.9, а) близко к прямоугольному треугольнику с гипотенузой, обращенной к нижнему бьефу.

Рисунок 9 - Поперечные сечения плотин

Арочные плотины имеют в плане и в поперечном сечении криволинейную форму (рис.9, б). Работая как свод или арка, такие плотины передают гидростатическую нагрузку преимуще­ственно берегам.

Арочно-гравитационные плотины работают одновременно как арки и как гравитационные плотины.

По своим размерам современные плотины достигают 300 м в высоту и около километра в длину.

Бетонные плотины состоят из отдельных секций, разделен­ных между собой температурными швами.

В теле плотины и в береговых примыканиях устраиваются продольные и поперечные потерны (смотровые галереи) и це­ментационные штольни.

Под действием вертикальных и горизонтальных сил, возни­кающих от собственной массы сооружения, давления воды и льда, удара волн, температурных влияний и других факторов, плотины претерпевают различного рода деформации. Характер и величины деформаций зависят от многих факторов: геологи­ческого строения основания под плотиной, конструкции плоти­ны, высоты напорного уровня воды и его колебания, суточного и сезонного колебания температуры, периода жизни сооруже­ния и т. п. Влияние большинства из этих факторов практически не поддается точному расчету и в естественных условиях отли­чается от наблюденных на моделях. Поэтому только периоди­ческие натурные измерения позволяют судить об устойчивости подобного рода сооружений.

Объектами натурных измерений являются сама плотина, ос­нование под плотиной в границах активной зоны его работы и береговые склоны на участках примыкания плотины.

Осадки и горизонтальные смещения определяются относи­тельно опорных пунктов, расположенных вне зоны возможных деформаций сооружения и пород основания. Полученные при этом величины деформаций принято называть абсолютными. Для измерения абсолютных деформаций требуется доволь­но продолжительное время, поэтому проводятся они сравнитель­но редко — от 2 до 6 раз в год. В то же время необходимость постоянного контроля за состоянием самого сооружения и от­дельных его частей вынуждает проводить измерения деформа­ций более часто. В этом случае от пунктов, расположенных на сооружении или вблизи него, определяют относительные деформации. Кроме того, определяют взаимные смещения и локальные деформации (например, наклоны) отдельных частей (секций) сооружения. Относительные деформации определяют от 1 до 30 раз в месяц. При применении автоматизированных средств измерения могут вестись непрерывно.

Натурные наблюдения за деформациями на уникальных плотинах гидроузлов проводятся не только с практической це­лью, но и с научной, поскольку полученные результаты позво­ляют уточнять принятые методы расчетов и используются для последующих проектных решений. Этим определяются высо­кие требования к точности выполняемых измерений. Так, если наставление предписывает определять осадки и горизон­тальные смещения бетонных сооружений, возводимых на скаль­ном основании, со средней квадратической ошибкой 1 мм, то в практике по требованию проектировщиков добиваются мак­симальной точности, соответствующей возможностям сегодняш­него уровня измерительной техники.

Отмеченные особенности и научная постановка решаемых задач предопределяют выбор схем, методов и средств измере­ний. В качестве примера приведена схема наблюдений за де­формациями гравитаци­онной плотины Красноярской ГЭС на р. Енисее.

Плотина Красноярской ГЭС высотой 120м имеет длину по гребню 1065 м и состоит из 75 секций (рис. 10), разделенных температурными швами. В теле плотины расположен ряд продольных и поперечных потерн, используемых для организации геодезических работ. Высотная геодезическая основа состоит из фундаментальных реперов, расположенных в нижнем бьефе в1,8 км от створа плотины по обоим берегам Енисея, и рабочих скальных реперов.

Рисунок 10- Схема наблюдений за де­формациями гравитаци­онной плотины Красноярской ГЭС

Наблюдения за осадками плотины ведутся па трех горизонтах: по основанию (цементационная потерна) и в потернах 20 и 40 м выше основания. Для нивелирования используются прецизионные нивелиры Hi-004 и трехметровые инварные рейки. В потернах применяются подвесные рейки с инварной штриховой полосой. Ходы прокладываются в прямом и обрат­ном направлениях при двух горизонтах инструмента. Длина визирного луча на поверхности составляет 35 м, а в теле плотины -10 м. Превышение на станции определяется со средней квадратической ошибкой 0,1 мм.

Осадки плотины определяются также с помощью стационарной электроконтактной гидростатической системы, оборудован­ной вдоль плотины в потерне, имеющей ломаный профиль по высоте, и в семи поперечных потернах. Продольная потерна общей длиной 795 м разделена на 10 участков, в каждом из которых установлена самостоятельная система. Связь систем осуществляется через пары перекрывающихся марок, осадки которых считаются одинаковыми. Системы, расположенные в поперечных потернах секции, связаны с гидростатическими системами крайних участков продольной потерны. Эти же поперечные потерны имеют наружные выходы, через которые вся система гидростатического нивелирования привязывается к фундаментальным реперам высотной основы высокоточным геометрическим нивелированием. Точность передачи высоты по всей гидростатической системе характеризуется средней квадратической ошибкой 0,1 мм.

Прямолинейная конфигурация напорного фронта Красноярской ГЭС позволила применить для наблюдений за горизонтальными смещениями створные измерения, дополненные измерениями по прямым и обратным отвесам.

Створы 1, 2 и 3 оборудованы соответственно в потерне основания, в потерне на высоте 40 м от основания (основной створ) и на гребне плотины.

Для створных измерений в основном принят струнно-оптический способ. На створе между секциями 5 и 60 на длине 825м натянута струна диаметром 1,2 мм. Струна покоится на 13 поплавковых опорах и располагается в 0,5 м от потолка потерны. Натяжение струны с помощью рычажного приспособления осуществляется с силой 200 кг. На потолке потерны по створу за­креплено 110 контрольных марок с миллиметровой шкалой, по две марки в каждой секции. Для установки инструмента оборудовано 14 знаков, закрепленных в полу потерны. С каждого знака наблюдаются по восемь контрольных марок. Отклонения марок от створа струны определяются теодолитом ОТ-02, снаб­женным оптическим микрометром с плоскопараллельной пла­стинкой, надетой на объектив и повернутой на 90°. Точность на­блюдений характеризуется средней квадратической ошибкой 0,3 мм.

Принцип плавающей струны позволил оборудовать створ и в потерне с ломанным по высоте профилем.

Положение концевых точек створов контролируется обрат­ными отвесами 4, якори которых заглублены от 20 до 46 м в скалу и могут практически считаться неподвижными. Кусты об­ратных отвесов располагаются также в водосливной (секции 12 и 22) и в станционной (секции 37, 45, 52, 54) частях плотины. Каждый куст состоит из двух обратных отвесов, якорь од­ного из которых закреплен в месте контакта плотины со ска­лой, а другого — в скале на глубине 10 м. Оголовки этих отве­сов располагаются на горизонте основного створа. Для связи основного створа с гребнем плотины в секциях 37 и 54 распо­ложены прямые отвесы 5. Кроме того, в секции 22 установлен сквозной многоярусный обратный отвес 6, якорь которого за­глублен в скалу, а оголовок расположен вблизи гребня. Отсче­ты по проволоке этого отвеса производятся на всех ярусах пло­тины, что позволяет определить наклон ее в различных частях.

Ведутся также наблюдения за раскрытием межсекционных и межстолбчатых швов по одноосным и трехосным щелемерам, а с помощью клинометров регистрируются локальные накло­ны. Результаты многолетних измерений осадок, горизонтальных смещений и наклонов хорошо согласуются между собой и дают ценный материал для интерпретации поведения плотины и ее основания.

Осн.: [1], [140-144]

Доп.: [3], 267-270]