Непрекращающийся рост напряжений в теле плотины

В целом современное качество бетона плотины отвечает нормативным требованиям. Основные физико-механические характеристики бето­на следующие: среднее значение модуля упругости бетона 4,3 • 10 МПа; среднее значение плотности 2,5 г/см³; средняя прочность бетона М 300, определенная по выбуренным кернам, составляет 39 МПа; ве­личина влажности в различных зонах плотины находится в преде­лах от 2,5 до 6%.

Особенности изменения сезонных сжимающих арочных напряже­ний Δσ_ар в верхнем арочном поясе секций 33 и 18 плотины приводятся на рисунке ниже. Сезонные приращения напряжений в этих секциях состав­ляют от 4 до 5 МПа, соответственно. Можно считать, что в верхнем по­ясе русловых секций имеет место следующее примерное равенство: Δσ_ар = 10Δр_вб, где Δр_в6 — приращение гидростатического давления в ВБ. В береговых секциях зависимость амплитуды сезонного приращения арочных напряжений от УВБ примерно в два раза более сильная.

Во всех контрольных секциях регистрируется рост минимальных арочных напряжений. Например, с 2004 по 2008 г. ароч­ное сжатие на напорной грани возросло в районе отм. 504 м и 462 м на 0,3—0,7 МПа; на низовой грани — на 0,2—0,8 МПа (за период с 2002 по 2008 г.). При УВБ 534,9 м (октябрь 2008 г.) арочное сжатие на отм. 504,5 м по сравнению с 2002 г. увеличилось на 0,4—1,3 МПа. В 2008 г. наблюдалось наибольшее за период эксплуатации арочное напряжение в ядре плотины на отм. 534 м секции 18, которое соста­вило 12,1 МПа.

Изменения в годовом цикле сжимающих арочных напряжений в бетоне

секций 18 (1) и 33 (2) на отм. 534 м

Максимальное арочное напряжение в бетоне напорной грани на­блюдалось в секции 33 на отм. 504,5м составило-11,7 МПа. В 2008г. в арочном поясе секции 18 размах арочного сжатия оказался больше на 0,4 МПа в сравнении с секцией 45. Это соответствует тому, что при­ращения радиальных перемещений секции 18 в этом поясе в период наполнения водохранилища превышают перемещения секции 45.

Максимальное напряжение сжатия отмечено в ключевой сек­ции 33 на отм. 435,8 м и составило 10,8 МПа. За период с 2004 г. после завершения ремонта основания по 2008 г. сжимающие ароч­ные напряжения на низовой грани росли. Эта аномалия не может быть объяснена только действием двух основных стабильных в мно­голетнем разрезе факторов — гидростатики и температуры. Мак­симальные напряжения консольного направления в бетоне низо­вой грани плотины наблюдались в секции 45 на отм. 321,5 м и со­ставили -12,2 МПа.

Многолетний рост минимальных арочных напряжений в районе напорной грани плотины СШГЭС

В течение года изменяется раскрытие межсекционных швов со стороны верховой и низовой граней плотины. Это вызвано охлажде­нием наружных зон бетона ниже температур омоноличивания швов и изменением гидростатической нагрузки на плотину. При раскры­тии радиальных швов уменьшается конструктивная жесткость пло­тины в целом, что влияет на ход изменения арочных напряжений.

Максимальные раскрытия швов на низовой грани наблюдались на отм. 535—539 м и достигали на расстоянии около 1 м от низовой грани 1,5—1,9 мм. В 2008 г. глубина раскрытия радиальных швов по высоте плотины составляла: в верхней части до 8 м; в средней части на отм. 384,5—491 м около 5 м. Радиальные швы, выходящие на на­порную грань, раскрываются на отм. 481,5—492, на глубину до 5 м от оси сооружения. Максимальное раскрытие швов на удалении 0,75 м от напорной грани составляет 0,1—0,3 мм.

В период наполнения водохранилища произошло раскрытие меж­блочных швов. Например, раскрытие межблочного шва в секции 18 на отм. 323 м на глубину 6,5 м от напорной грани произошло еще в строительный период. В 2008 г. величина раскрытия этого шва на расстоянии 0,9 м от напорной грани составила 0,17 мм. Подобные раскрытые межблочные швы имеются и на более высоких отметках плотины.

Межстолбчатый шов I—II, выходящий на низовую грань, макси­мально раскрывается выше отм. 461 УМО. Сезонный раз­мах раскрытия от 0,01 до 0,3 мм. Обращает на себя внимание, что в ряде секций отмечается ежегодное необратимое увели­чение раскрытия шва до 0,025 мм/год. Таким образом, плотина «рас­щепляется» по шву между первым и вторым столбом в сезонном, а в некоторых местах и в многолетнем цикле.

С 1997 по 2006 гг. в ядре плотины также происходило увеличение минимальных сжимающих напряжений арочного направления на разных отметках плотины: на отм. 534,5 м на 0,5—2,2 МПа; на отм. 393,5 м на 0,7—1,6 МПа. В целом размах арочных напряжений в го­довом цикле уменьшается, что объясняется снижением размахов пе­ремещений секций плотины в упругой области ее работы за счет уве­личения необратимой составляющей перемещений.

В 2008 г. при наполнении водохранилища до отм. 527 м в бетоне напорной грани уменьшение сжимающих напряжений по горизон­тальным площадкам соответствовало его упругой работе. Появление растягивающих напряжений (секции 28, 34, 43) при УВБ 527—530 м было отмечено незначительными фильтрационными расходами через скважины с забоем на расстоянии 4 м от напорной грани. При НПУ (ноябрь—декабрь) отмечались максимальные фильтрационные расхо­ды на участке напорной грани между отм. 332 и 359 м. С ростом УВБ с отм. 500 до 536,5 м приращение абсолютных деформаций растяжения в пределах отметок 467—308 м составляет 10 мм. Этому значению от­вечает относительная деформация растяжения в бетоне е = 6 • 10 ⁵. Подобная деформация наводит в бетоне растягивающие напряжения σ_р = 2,5 МПа, что превосходит прочность бетона на растяжение.