Превращение здания ГАЭС в грунтовый насос
Переменный уровень в нижнем бассейне приводит к переменным гидростатическим нагрузкам на здание ГАЭС, которые его раскачивают. На рис.7 приведены эпюры гидростатического давления, которые задавались в расчетах напряженно-деформированного состояния в виде граничных условий при уровнях воды в нижнем бассейне 162,5 м и 153,0 м. Кроме этого при расчетах напряженно –деформированного состояния в необходимых случаях и учитывались фильтрационные силы в виде их векторного поля, рис.7. В использованной программе напряженно-деформированного состояния, задание гидростатических сил и векторного поля фильтрационных сил не требует значительного времени и усилий. Фильтрационные силы воспринимаются автоматически, если перед решением задачи напряженно-деформированного состояния решалась задача фильтрации.
Рис.7 – Векторное поле фильтрационных сил в основании здания ГАЭС, учитываемое в расчетах напряженно-деформированного состояния
Обозначения: 1 – здание ГАЭС; 2- нижний водоем; 162,5, 153,0 – суточные отметки зеркала воды; 3- эпюры гидростатического давления; С- точка вращения; А – контрольная точка наблюдений за смещением подошвы здания ГАЭС (суточные смещения 8 см).
Расчеты напряженно-деформированного состояния при переменных уровнях показывает, что здание ГАЭС совершает циклические колебательные движения относительно точки С. Амплитуда движения точки А составляет 8 см. Т.е. поршень роторного насоса шириной 110 м ежесуточно поднимается на 8 см, засасывает воду, разрыхляет поверхностный слой песка, затем опускается, выдавливая эту воду с песчаным грунтом в нижний бассейн. Рассмотренные механизмы обратной фильтрации полностью объясняют все наблюдаемые эффекты (прорывы воды и грунта через деформационных шов, уровни воды в пьезометрах) до аварийного периода строительства Загорской ГАЭС-2.
|
|
|
Грунты основания после аварии
В соответствии с рассмотренной гипотезой суффозионного выноса грунтов под зданием ГАЭС после аварии образуется сквозная полость. Если решать задачу напряженно-деформированного состояния с наличием полости, то окажется, что значительная часть основания выходит в предельное состояние, рис. 8.
Рис.8- Напряженно-деформированное состояние основания на завершающем этапе аварии
Обозначения: 1- сквозная полость в основании под зданием ГАЭС; 2, 3- линии главных напряжений G1; G2 соответственно; 4- значок направления и масштаба величин главных напряжений G1; G2; 5 – зоны предельного состояния
Из рис.8 видно, что после появления сквозной полости достаточно большой объем грунтов в основании выходит в предельное состояние, а для песков это связано с увеличением пористости и снижением удельного сцепление, если конечно оно имелось. Но не только в результате статических нагрузок грунты основания выходят в предельное состояние. Необходимо помнить, что на момент аварии через эту полость с большой скоростью двигался водный поток. На этом периоде проявлялся дополнительный механизм, разрушающий основание, связанный с взрывным разрушением грунта от перепадов порового давления у стенок полости (в полости давление воды существенно ниже, чем в грунте) с последующим выносом разрушенного материала водным потоком. Такое разрушение происходит тем быстрее, чем ниже прочностные свойства грунтов и больший перепад давления. Так как грунт по длине полости неоднороден, то разрушение стенок полости не происходит однородно, поэтому к концу аварии полость должна представлять собой не тоннель с ровной поверхностью, а полость со множеством ответвлений и червоточин. Оценить состояние грунтов основания под зданием ГАЭС без специальных исследований не представляется возможным, но можно утверждать, что после аварии песчаное основание ГАЭС представляет собой следующую неоднородную структуру, в которой присутствуют:
|
|
|
1. Сквозная полость.
|
|
|
2. Массивы с разуплотненным песчаным грунтом, имеющие сплошные структуры.
3. Массивы с разуплотненным песчаным грунтом, имеющие червоточины.
4. Массивы неразрушенного грунта (грунт не потерял природных прочностных и деформативных свойств).
5. Несквозные полости (полости, аналогичные аварийной, развитие которых происходило чуть медленнее, чем аварийной полости, поэтому они не успели стать сквозными, но процесс их развития может быть продолжен после начала эксплуатации ГАЭС)
Общеизвестно, что в мировом гидростроении к осям турбин предъявляются достаточно жесткие требования, в смысле их положения в пространстве, но надо отметить, что постоянство положений осей во многом зависит от качества основания. И в этом аспекте можно утверждать, что подобного архинегодного основания, чем имеется в настоящее время под Загорской ГАЭС-2 в мировой практике не встречалось. Т.е., создалась аховая ситуация, которая, если обойтись только выравниванием здания, при запуске ГАЭС приведет к неравномерным деформациям здания ГАЭС, смещениям осей турбин, разрушению работающих турбин, затоплению здания ГАЭС, гибели всего обслуживающего персонала.
|
|
|
Починяем основание
Чтобы восстановить здание ГАЭС, необходимо его выровнять и создать надежное основание.
Из рассмотренного механизма разрушения основания здания ГАЭС, особенностей свойств песчаных грунтов достаточно ясно как привести станцию к рабочему состоянию, но судя по просочившейся информации специалисты способные решить эту задачу, к данной задаче не привлекались.
Известно о двух предложениях, которые рассматривались для восстановления работоспособности станции:
1. Перемещение здания ГАЭС на новое место.
2. Закачка твердеющих растворов в выявленные полости.
По мнению автора данной статьи, перенос здания ГАЭС на новое подготовленное основание наиболее предпочтительный по надежности вариант из двух озвученных, тем более в истории России, специалистами С.-Петербурга, перемещение тяжелых грузов отработано до мельчайших деталей. Правда в нашем случае предстоит переместить пирамиду основанием вверх, а вершиной вниз, см. рис.7, но теоретически это возможно, следовательно, наши умельцы найдут решение по ее транспортировке опираясь на опыт предков, например, рис.9.
Рис.9 –Перемещение гранитной глыбы для постамента под памятник Петру 1
Значительно сложней обстоят дела с закачкой твердеющих растворов в выявленные полости, так как это связано с квалифицированным владением законами механики грунтов, а таких специалистов в мире единицы. Подозреваю, что при проектировании и ремонте такие специалисты не задействовались, иначе аварии на Загорской ГАЭС -2 не было. С позиций механики грунтов обеспечение надежности станции в подобных условиях задача достаточно тривиальна и не требует качественных инженерно- геологических исследований, главное понять работу грунта в условиях эксплуатации Загорской ГАЭС -2. Безусловно, выровнять здание ГАЭС и закрепить основание можно и без специалистов, но в этом случае стоимость работ будет существенно выше.
При закреплении основания после аварии должны решаться следующие задачи:
- исключить суффозию при последующей эксплуатации как в сторону верхнего, так и нижнего бьефов;
- обеспечить равномерность осадок по всему объему грунтов в основании, а для этого необходимо придать всему материалу в массиве основания одинаковые деформационные свойства;
- исключить локальное уплотнение грунта в результате вибрационных нагрузок от работающих турбин.
Структура грунтов основания, образовавшаяся после аварии и ремонта не в состоянии обеспечить выполнение сформулированных для основания требований, так как грунты стали неоднородны.
Зоны закачки твердеющими растворами приобретают большую жесткость, чем окружающий грунт, и на них здание ГАЭС может зависать. Пески, выведенные при строительстве и аварии в предельное состояние, как с червоточинами, так и без них, склонны к потере структурной прочности с последующим уплотнением в случае динамических нагрузок. Более того, чем меньше статическая нагрузка на них, тем они менее устойчивы к динамической. Такое часто встречается в практике, когда намывные массивы в результате динамических нагрузок теряют структурную прочность, превращаясь в тяжелые жидкости. Примеров масса, от аварий в Чили (разрушение хвостохранилищ от землетрясений) с гибелью по нескольких тысяч человек от каждой аварии, до подобных разрушений от вибраций, вызванных проходящим транспортом в России, рис.10, правда без жертв.
Рис.10 – Потеря структурной прочности намывных отложений золошлакоотвала после прохождения тяжелого состава
В нашем случае наличие в основании жестких структур, которые воспринимают основной вес здания и разгружают рыхлые грунты, способствуя потере структурной прочности рыхлых грунтов при работе турбин. Наблюдаем парадокс: рыхлые грунты нагружать нельзя (из за больших неравномерных осадок) и не нагружать нельзя. Чем меньше нагрузка на рыхлые грунты, тем легче они подвержены потере структурной прочности от динамических нагрузок. Даже в случае наличия основания в виде свайного поля, рыхлый песчаный грунт между сваями при работе турбин может осесть с образованием сквозных полостей и последующим аналогичным прорывом нижнего бассейна.
Предположим, что коллективы ученых, проектировщиков и строителей нашли приемлемое решение по закреплению грунтов основания, что теоретически возможно, и придали зданию ГАЭС положение в пространстве, соответствующее требованиям к его эксплуатации.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 229; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!