Прогнозирование последствий чрезвычайных ситуаций на гидротехнических сооружениях Павловской ГЭС

Анализ данных о поведении зданий и сооружений при разрушительных землетрясениях указывает на целесообразность соблюдения ряда принципов сейсмостойкого строительства.

Ввиду динамического характера сейсмического воздействия (внезапное приложение усилий и знакопеременность действия их при колебаниях сооружения) рекомендуется возводить сооружения из достаточно прочных и монолитных материалов. С целью демпфирования сейсмических толчков отдается предпочтение материалам, которые, кроме того, в той или иной степени обладают пластическими свойствами. Для уменьшения сейсмических инерционных нагрузок рекомендуется применять материалы с малым объемным весом.

Большое значение имеет также однородность материала, т.к. в местах контактов материалов, обладающих различными физико-механическими свойствами, или в местах нарушения сплошности материала происходит расслоение тела сооружения при сейсмических воздействиях.

Поскольку сооружение и его элементы, в том числе всякие выступы сооружения в плане, плохо сопротивляться крутящим усилиям, следует стремиться проектировать сооружение так, чтобы массы в нем были распределены симметрично относительно центра тяжести всего сооружения, что практически в известной мере достигается упрощением формы сооружения в плане (приближением к форме квадрата). Если достигнуть этого трудно, то рекомендуется разбивать сооружение на отдельные отсеки, имеющие указанное выше простейшее очертание в плане.

Всякие горизонтальные усилия, в том числе сейсмические, распределяются между отдельными несущими элементами сооружения или здания (опоры моста, контрфорсы в железобетонных плотинах, поперечные стены и простенки каменных зданий и т.п.) пропорционально их жесткости. Следовательно, во избежание перегрузки отдельных элементов сооружения необходимо проектировать его так, чтобы в отношении жесткости его элементы не отличались резко друг от друга.

Всякое сооружение представляет собой пространственную систему, часто состоящую из связанных между собой более простых несущих элементов. Поэтому для обеспечения сохранности сооружения при землетрясении важно обеспечить прочность связей, например, сопряжений между капитальными стенами каменного здания. Кроме того, следует стремиться к тому, чтобы связи для смягчения динамического воздействия землетрясения обладали пластическими свойствами.

В соответствии с указанными принципами целесообразно при проектировании и разработке технологии строительного производства предусматривать ряд антисейсмических мероприятий.

Необходимая прочность и монолитность материала, например, каменной кладки, достигается применением прочных камней правильной формы, при тщательном соблюдении правил перевозки, с использованием растворов, обладающих хорошим сопротивлением нормальному и тангенциальному воздействиям. Предусматривают меры против образования в швах кладки усадочных трещин, для придания раствору пластичности в него вводят специальные добавки.

Для достижения однородности строения тела сооружения стремятся применить один и тот же материал в пределах каждого отсека сооружения, обеспечивать необходимую перевязку, например, нового бетона со старым в швах бетонирования сооружения. Чтобы обеспечить сохранность связей между несущими элементами (например, между стенами каменных зданий), армируют углы здания путем укладки стальных стержней в горизонтальных швах кладки. Для разбивки здания или сооружения на отдельные отсеки в плане устраивают антисейсмические швы, совмещенные с осадочными и температурными швами.

В целях обеспечения оптимальной пространственной жесткости рекомендуется между несущими элементами делать проемы и простенки одинаковой ширины, а поперечные стены – сквозными, располагая их, по возможности, на равных расстояниях друг от друга. Для равномерного распределения сейсмических усилий между несущими элементами здания рекомендуется перекрытия делать монолитными и жесткими в такой мере, чтобы они представляли собой неизменяемые горизонтальные диафрагмы.

Обеспечение прочности и, в известной мере, пластического деформирования сопряжений стен здания достигается, кроме того, устройством замкнутых железобетонных антисейсмических поясов, укладываемых по всему периметру капитальных стен. Наконец, требуется замоноличивание сборных железобетонных конструкций, что можно осуществить путем укладки в стыках специальных стержней арматуры или закладных стальных частей с последующим соединением их петлями или электросваркой; при этом должна быть обеспечена равнопрочность сечения сборного элемента и стыка замоноличивания.

Сейсмические нагрузки на гидротехнические сооружения.

Сейсмические нагрузки на гидросооружения можно разделить на следующие:

·                   сейсмические инерционные нагрузки;

·                   сейсмическое давление воды на напорную грань сооружения (плотина, перемещаясь при землетрясении в сторону верхнего бьефа, будет встречать сопротивление воды и тем самым испытывать давление гидродинамического характера);

·                   сейсмическое давление грунта на сооружения типа подпорной стенки (сейсмические инерционные силы, возникающие в грунте засыпки в связи с возникновением активного давления на стенку);

·                   сейсмическое давление воды в напорном сооружении

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости земляных плотин.

Земляные плотины находят широкое применение в сейсмических районах главным образом вследствие возможности использования местных строительных материалов, а также механизации строительного производства.

Для обеспечения сейсмостойкости плотины необходимо, кроме осуществления расчета ее на сейсмостойкость, предусмотреть специальные мероприятия в части ее конструкции и технологии строительных работ, что возможно путем рассмотрения физической картины воздействия землетрясения и анализа эмпирических данных. [18, с. 24-150]

Так как плотины гидротехнических сооружений Павловской ГЭС являются грунтовыми, то о мероприятия по обеспечению сейсмоустойчивости земляных плотин буду подробно рассмотрены в разделе 7.

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости плотин из каменной наброски и кладки насухо.

Набросные плотины имеют много общего с земляными с точки зрения конструкции, а также условий работы, поэтому некоторые антисейсмические мероприятия для земляных плотин сохраняют силу и в отношении каменно-набросных плотин. Однако специфичность материала таких плотин требует несколько иного подхода к вопросу обеспечения их сейсмостойкости. [18, с. 24-150].

Грунтовые плотины гидротехнических сооружений Павловской ГЭС выполнены с каменной наброской, поэтому мероприятия по обеспечению сейсмостойкости плотин из каменной наброски и кладки насухо будут более подробно рассмотрены в разделе 7.

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости бетонных гравитационных плотин.

Бетонные гравитационные плотины находят в настоящее время широкое применение вследствие того, что сейсмически активные зоны, как правило, приурочены к горным местностям, а для более или менее высоких гравитационных плотин требуется скальное основание.

При проектировании гравитационных плотин, возведенных из бетона, важной особенностью будет тот факт, что учет сейсмического фактора будет заключаться в повышении тех требований, которые предъявляются к прочности и устойчивости гравитационных плотин.

Для данного вида плотины приобретает особое значение тщательность работ по подготовке основания с целью повышения устойчивости сооружения на сдвиг (снятие выветренного слоя скалы, тщательная очистка поверхности основания перед бетонированием плотины и т.п.).

Прямое отношение к задаче обеспечения сейсмостойкости гравитационной плотины имеют также мероприятия конструктивного и технологического характера,предотвращающие неблагоприятное влияние на прочность плотины усадочных и температурных усилий: устройство конструктивных швов, охлаждение бетона в процессе его твердения и т.п.

Всякое отверстие в теле гравитационной плотины, имеющее более или менее значительные размеры и расположенное в периферийной зоне ее поперечного сечения, могут стать причиной возникновения трещин в теле плотины при концентрации высоких сейсмических напряжений. Поэтому необходимо принять меры по приданию этим отверстиям плавного очертания и армированию бетона в зоне влияния местных напряжений.

Мероприятия по обеспечению сейсмостойкости железобетонных и бетонных контрфорсных плотин.

В районах с высокой сейсмической активностью могут найти применение и контрфорсные плотины, которые, являясь одним из экономичных типов плотин, позволяют вести строительные работы индустриальными методами с применением сборных железобетонных элементов.

Так же как в случае гравитационных плотин, следует придать плавное очертание отверстиям, устраиваемым в контрфорсах, а материал контрфорса усилить специальным армированием в зоне концентрации напряжений. Примером того, что такая мера обоснована, может служить плотина Бек-Ходжес (США), в контрфорсах которой возникали трещины даже в обычных условиях эксплуатации.

Сохраняют силу также ряд остальных антисейсмических мероприятий, указанных для гравитационных плотин.

Сейсмостойкость арочных плотин.

У арочных плотин существует ряд положительных сторон для обеспечения сейсмостойкости:

·                    монолитность и компактность всей конструкции

·                    высокая прочность применяемого материала

·                    безупречность основания и бортов плотины.

Для примера можно привести сохранность арочной бетонной плотины Корфино в Италии, подвергшейся разрушительному землетрясению. Однако указанная плотина характеризуется небольшой высотой (40 м) при небольшом радиусе кривизны арки (23,5 м). Поэтому для обеспечения сейсмостойкости современных арочных плотин не достаточно лишь произвести расчет их на действие сейсмических нагрузок (сейсмического давления воды и инерционных сил), а также необходимо осуществление специальных мероприятий (указанных выше). [18, с. 24-150]

5. Сценарии возможных аварий

5.1 Сведения об имевших место аварийных ситуациях на гидроузле и ходе выполнения неотложных (противоаварийных) работ

Согласно [13, с. 44], «на протяжении всего периода эксплуатации Павловской ГЭС аварий и аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях не было, но случались ситуации, квалифицированные как нарушения (близкие к аварийным)».

В 1959 году, когда предприятие вступило в начальный период эксплуатации, выход воды на низовой откос русловой плотины на отметках 121,00 – 122,00.

Наращено ядро плотины в 1964 году, достигнута локализация негативных процессов и последствий.

В 1960 году обнаружена сильная фильтрация по плохо проработанным строительным швам здания ГЭС.

Произведена инъекция трещин цементом и карбомидной смолой.

В 1959 и 1970 гг. произошел размыв дна отводящего канала за зубом водобоя из-за неоформления рисбермы.

Уложены бетонные тетраэдры, весом 15 т каждый, в количестве 442 штук. Проводимые в процессе эксплуатации ремонтно-восстановительные работы не сняли создавшуюся проблему в целом.

Примечание. Более полная информация по имевшим место нарушениям на ГТС Павловской ГЭС и сведения о планировавшихся и невыполненных мероприятиях, направленных на обеспечение безопасности ГТС приведены в «Акте обследования ГТС Павловской ГЭС» [14] и «Справке о состоянии ГТС Павловской ГЭС ОАО «Башкирэнерго»[21]».

5.2 Сценарии возможных аварий на гидроузле с оценкой уровня риска различных сценариев аварий и уровня безопасности объекта в целом

Основные положения методики оценки уровня риска различных сценариев аварий и уровня безопасности объекта.

Для оценки уровня риска и общего уровня безопасности объекта была применена, разработанная в 1997 году ОАО «НИИЭС», Методика оперативной оценки безопасности гидротехнических сооружений, находящихся в длительной эксплуатации.

Основные положения Методики сводятся к выполнению следующих этапов формализованной оценки безопасности ГТС:

1.                 определению состава объектов ГТС, для которых осуществляется оценка уровня безопасности и соответствующих «сценариев» возможных аварий;

2.                 определению набора факторов безопасности, соответствующих выбранным «сценариям»;

3.                 уточнению иерархической структуры фактора безопасности;

4.                 назначению ранжированных оценок факторов безопасности;

5.                 выбору метода учета взаимовлияния факторов безопасности, в том числе расчетных формул, применяемых на разных уровнях иерархической структуры факторов безопасности;

6.                 оценке уровня безопасности отдельных объектов и ГТС в целом;

7.                 анализу полученных результатов, корректировке (в случае необходимости) обнаруженных неточностей и повторению процедуры формализованной оценки безопасности ГТС.

Для оценки уровня безопасности I Методикой предусмотрен учет двух основных групп факторов безопасности, характеризующих:

·                                            состояние эксплуатируемого ГТС (фактор I1);

·                                            ущерб от возможной аварии или разрушения ГТС (фактор I2).

Эти две группы факторов безопасности в последующем разбиваются на более низкие уровни иерархии, включающие в себя:

-                     фактор I1.1, характеризующий изменения нормативных оценок состояния ГТС и ранжируемой непосредственно на факторы а1(а1.1-а1.4), а2(а2.1-а2.4) и а3(а3.1-а3.5);

-                     фактор I1.2, учитывающий отклонения конструктивных показателей состояния и условий эксплуатации ГТС от требований ПТЭ и ранжируемой на факторы а4(а4.1-а4.3), а5(а5.1-а5.14) и а6(а6.1-а6.21);

-                     факторы а7-а9, входящие в состав группы I2 и характеризующие ущерб от возможной аварии или разрушения ГТС.

Для осуществления комплексного учета вышеперечисленных факторов безопасности (итоговой оценке уровня безопасности ГТС) предусмотрено приведение их к единому масштабу на основе ранжирования по единой шкале, значения которой изменяются от 0 до 6 (см. таблицы 5.2.1. и 5.2.2).

Таблица 5.2.1.

Ранжирование уровня безопасности ГТС (фактор I), факторов I1, I2, I1.1 и I1.2.

Таблица 5.2.2.

Ранжирование факторов группы I1.1 (а1-а3) и группы I1.2 (а4-а6).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13