Появление и рост трещин в бетоне напорной грани
Процессы трещинообразования в бетоне напорной грани неожиданно проявились при наполнении водохранилища Саяно-Шушенской ГЭС. Во-первых, раскрылся контактный шов плотины с основанием до достижения проектного уровня верхнего бьефа. Во-вторых, в бетоне первого столба русловых секций плотины в пределах отметок 344—359 м «появились горизонтальные трещины растяжения».
Разгрузка фильтрационного потока в теле плотины осуществляется горизонтальными дренами, расположенными в первом столбе вдоль напорной грани с интервалом по высоте 3 м. Дренируемая вода отводится в смотровые шахты, устроенные в межсекционных швах. В 1996 г. на плотине были проведены ремонтные цементационные работы по залечиванию фильтрующих горизонтальных трещин в районе напорной грани плотины между отметками 344—359 м. После завершения ремонта плотины нормальный подпорный уровень был понижен до отм. 539 м «с целью сохранения сплошности отремонтированного участка бетона напорной грани».
Плотина была впервые поставлена под напор 60 м в 1978 г. К началу 1984 г. при отметке УВБ 460 м было зафиксировано максимальное уплотнение (осадка) основания в 37 мм под первым столбом секций 29—30. В 1985 г. при подъеме уровня воды в водохранилище до отметки 510 м заметно увеличился фильтрационный приток воды в галерею на отметке 344 м. При этом заложенная в галерее марка поднялась на 11 мм. В бетоне напорной грани появились трещины. К 1995 г. на отметках 350—359 м трещины проросли в тело плотины на глубину до 20 м.
По мере наполнения водохранилища до НПУ сквозные трещины первого столба пропускали расход до 520 л/с. Позже фильтрующие трещины появились и на более высоких отметках плотины. В некоторых секциях число зон трещинообразования в бетоне первого столба достигает трех. Раскрытие отдельных фильтрующих трещин до проведения цементационных работ доходило до 0,55 мм.
В 1996 г. в пределах отметок 344—359 м плотины были выполнены цементационные работы. В процессе цементации закрепляющий раствор заполнил магистральные субгоризонтальные трещины, увеличив их раскрытие. При этом соседние близкорасположенные трещины, имевшие меньшее раскрытие, обжимались высоким давлением цементации до полного смыкания их стенок.
В зоне переменного уровня верхнего бьефа интенсивность деструкции бетона напорной грани за счет выщелачивания растворной компоненты составляет примерно 1 мм/год. Непрерывно увеличиваются деформации растяжения в бетоне напорной грани при УВБ 500 м. Произошло 5%уменьшение консольного сжатия напорной грани при УМО на отм. 312—323 м и 387—432 м. В 16-ти русловых секциях максимальное раскрытие заинъектированных трещин увеличилось на 0,01—0,09 мм. Выполненная цементация обжала дефектную зону первого столба, заполнила пустоты и трещины, но не остановила процесс трещинообразования.
При наполнении водохранилища выше отм. 530 м происходит нарушение монолитности бетона напорной грани в большинстве контролируемых секций. Это подтверждается увеличением фильтрационных расходов на участке между отм. 332 и 359 м. После 2001 г. в секциях 28, 30, 33, 35, 36 деформации растяжения бетона напорной грани при максимальном УВБ превышали на 0,01—0,07 мм деформации, наблюдавшиеся до начала ремонта бетона напорной грани.
Появление растягивающих напряжений в секциях 28,34,43 при УВБ 527—530 м (август—сентябрь) сопровождалось незначительными фильтрационными расходами. При наполнении водохранилища выше отм. 530 м отмечается нарушение монолитности бетона напорной грани в большинстве контролируемых секций. В этот период наблюдались максимальные фильтрационные расходы на участке напорной грани между отметками 332 и 359 м. Глубина раскрытия суб-горизонтальных трещин в бетоне первого столба отдельных секций достигает 17 м.
Межблочные швы в строительный период обжимались возрастающей нагрузкой укладываемого бетона. В период наполнения водохранилища происходило раскрытие межблочных швов, В процессе наполнения водохранилища консольные напряжения сжатия со стороны напорной грани ниже отм. 462 м уменьшаются настолько, что некоторые межблочные швы раскрываются. 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, а фильтрационный напор в полости шва 0,1 МПа. Подобные швы имеются и на более высоких отметках.