ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РАБОЧИХ ПРОЕКТОВ
Инженерно-геологические и гидрогеологические условия
Проекты всех потенциально опасных ГТС должны разрабатываться не менее чем в две стадии: технико-экономическое обоснование (ТЭО) и рабочие чертежи (РЧ), пишет uzgidro.uz. На стадии ТЭО выполняется выбор участка строительства, решаются вопросы расположения основных сооружений, карьеров местных строительных материалов, вопросы, связанные с созданием водохранилища, определяются расчетные горизонты воды (НПУ, МПУ и ГМО).
Задачи изысканий на стадии ТЭО:
- обоснование проектных решений на выбранном участке;
- оценка условий создания водохранилища при разных НПУ;
- оценка влияния ГТС на окружающую среду;
- обеспечение строительства местными строительными материалами.
Изыскания ведутся в два этапа. На первом изыскания выполняются для выбора варианта расположения гидроузла. Границы съемки на каждом участке должны располагаться не ближе 200 м от контура основных сооружений. На конкурирующих участках выполняется инженерно-геологическая съемка, горнобуровые и геофизические работы, гидрогеологические исследования, изучение физико-механических свойств пород, а также поисково-оценочные работы и предпроектные изыскания естественных строительных материалов.
На втором ведется детальное освещение инженерно-геологических условий выбранного варианта. В зависимости от особенностей геологического строения и характера рельефа долины реки разведку выполняют буровыми скважинами, шурфами, расчистками и штольнями. Разведкой должны быть освещены все геоморфологические элементы долины. Расстояния между выработками 50-100 м. Для бетонных сооружений расстояния меньше, чем для земляных.
Глубина скважин определяется мощностью активной зоны влияния сооружений на основание. Скважины должны обеспечить установление:
- глубины залегания коренных пород и водоупора;
- мощности четвертичных отложений и коренных пород, зоны выветривания, естественного разуплотнения;
- глубины залегания уровня подземных вод (УПВ) и другие элементы.
Ориентировочно при высоте плотины 20 м глубина скважин принимается равной 40 м, при высоте 100 м – глубина скважин 100 м.
Длина штолен должна быть достаточной для оценки:
- положения кровли коренных пород;
- мощности зоны выветривания и разуплотнения;
- глубины развития обвально-оползневых процессов.
Геофизические исследования проводятся в целях:
- выделения и прослеживания в массиве пород зон тектонического дробления;
- уточнения геологического строения массива горных пород между выработками;
- разделения пород по степени трещиноватости, пористости, глинистости и водонасыщенности;
- определения параметров зон разуплотнения вокруг выработок и контроля за их изменениями во времени;
- оценки величины удельного отпора (для горных выработок, расположенных в скальных грунтах);
- изучения свойств пород на участках проведения геомеханических опытов и уточнения экспериментальных зависимостей между прочностными и деформационными показателями с целью построения модели напряженно-деформированного состояния;
- определения неоднородности и анизотропии упругих, деформационных и прочностных свойств пород в естественных условиях.
К геофизическим методам относятся:
- сейсморазведочные работы профилирования и прозвучивания;
- ультразвуковые исследования на образцах, в шурфах и скважинах;
- вертикальное электрозондирование (ВЭЗ), электропрофилирование (ЭП), естественного поля (ЕП).
- каротаж.
Геофизические исследования проводятся:
- по оси ГТС, а также в створах верхнего и нижнего бьефов;
- по поперечникам (для сложных условий могут располагаться под углом к оси), в том числе профили вдоль русел рек;
- на бортах нормально к склону.
Геофизические исследования проводятся в комплексе с инженерно-геологической съемкой и гидрогеологическими работами. Изучение ведется для оценки внутренних частей среды (между выработками, между выработками и дневной поверхностью, каротаж). Исследования позволяют повысить достоверность интерпретации результатов, оценить физико-механические свойства пород, устойчивость склонов, скорость движения подземных вод, положение УГВ, минерализацию и водонасыщенность пород, местоположение зон повышенной фильтрации. Исследования позволяют распространить лабораторные и точечные полевые испытания свойств пород на массив горных пород. По значениям продольных (Vp) и поперечных (Vs) волн, используя методику расчетов В.И. Бондарева и характеристики пород можно определить влажность, пористость, плотность, модуль деформации, угол внутреннего трения и сцепления грунтов.
Гидрогеологические исследования проводятся в объемах, необходимых для построения геофильтрационных моделей участка створа и проектирования на ее основе противофильтрационных и дренажных мероприятий, оценки агрессивности свойств воды, определения мест и объемов утечки воды из водохранилища (канала).
Геофильтрационная модель – это представленная в обобщенном и схематизированном виде совокупность гидрогеологических и других природных факторов, определяющих на изучаемом участке закономерности распределения величин напора, скоростей и расходов подземных и фильтрационных вод в естественных и техногенно-нарушенных условиях. На модели должны быть выделены однородные по гидрогеологическим условиям участки.
Водопроводимость водоносных и необводненных пород, по которым в строительный и эксплуатационный периоды может происходить фильтрация в основании и в бортовых примыканиях водоподпорных сооружений должна быть охарактеризована по результатам опытно-фильтрационных работ. Опытно-фильтрационные работы выполняются для оценки водопроводимости пород, выполнения водного баланса водохранилища, определения объемов утечек воды в нижний бьеф и в соседнюю долину.
Каждая разновидность пород должна быть опробована не менее чем в 3-5 скважинах. В нескальных обводненных породах выполняются одиночные опытные откачки на всю мощность водоносного пласта, если она не превышает 20 м и позонные, если мощность пласта более 20 м. В необводненных породах выполняются наливы в шурфы и скважины. В скальных породах выполняются сплошное опробование, позонные нагнетания и наливы в скважины. Для увязки фильтрационных характеристик скальных пород, определенных по результатам опытных нагнетаний и откачек, должны выполняться совмещенные опыты в количестве, не менее 5 для каждой литолого-стратеграфической разности.
Исследования водопроницаемости береговых примыканий, сложенных слабопроницаемыми породами, могут быть ограничены зоной развития рыхлых покровных отложений и выветренных пород. В породах средне и сильно водопроницаемых ширина зоны, подлежащей исследованию, должна составлять не менее 2-3 напоров на плотине (считая от горизонтали подпора в глубь массива). Каждый элемент геофильтрационной модели, за исключением заведомо водоупорных пород, должен быть опробован в 30-70% выработок.
Для характеристики изменчивости химического состава и агрессивности подземных вод в течение года из каждого водоносного горизонта должно быть отобрано не менее 4-х проб воды для стандартных анализов.
Естественный уровенный и гидрохимический режим водоносных горизонтов в зоне возможного влияния ГТС должен быть охарактеризован по данным стационарных наблюдений, выполняемых в течение всего периода изысканий, но не менее 1 года. Пьезометры для наблюдений должны быть расположены в верхнем и нижнем бьефах и на бортах по 6-10 скважин на каждом участке. Результаты наблюдений используются для построения карт гидроизогипс на разные моменты времени, включая максимальное и минимальное положение.
Физико-механические свойства грунтов, залегающих в основаниях ГТС, исследуются лабораторными, полевыми и геофизическими методами, а также используют прессиометрию и зондирование. Для бетонных плотин при исследовании сопротивления сдвигу и сжимаемости пород используются штампы. В скальных породах изучаются:
- физические свойства и временное сопротивление сжатию;
- параметры прочности при сдвиге (tgφ и С) скальных целиков;
- прочность на сжатие и растяжение скальных грунтов в целиках;
- модуль деформации, коэффициент упругого отпора и уровень естественных напряжений, действующих в скальном массиве, методом компенсации (плоские домкраты);
- модуль деформации в скважинах методом прессиометрических испытаний.
Результаты лабораторных и полевых определений физико-механических свойств пород сопоставляются с результатами расчета этих показателей по геофизическим данным с целью уточнения констант в уравнениях В.И. Бондарева применительно к условиям данного ГТС.
Изыскания на стадии проекта и рабочие чертежи (РЧ).
На стадии Проекта и РЧ инженерно-геологические съемки выполняются только в случаях необходимости корректировки данных ТЭО. Плотность выработок увеличивается в 1,5-2 раза, общий срок производства наблюдений за природными процессами доводиться до 5-ти лет (1,5-2 года ТЭО, 1-1,5 года проект и РЧ – 1,5 года). Гидрогеологические исследования выполняются для уточнения расчетных значений параметров фильтрации, для этих целей используются кустовые откачки. Физико-механические свойства грунтов изучаются для каждого выделенного слоя, зоны или контакта 2-х слоев, если полагается, что по ним может произойти сдвиг. Для изучения свойств грунтов используются все перечислены выше методы.
Нормы отбора проб грунта для лабораторных исследований принимаются аналогичные нормам отбора проб местных строительных материалов.
По результатам выполненных изысканий, для разработки детальных проектов ГТС должны быть представлены следующая техническая документация:
- отчеты по инженерно-геологическим, гидрогеологическим и геофизическим исследованиям стройплощадки ГТС, чаши водохранилища, трассы канала;
- геологические профили и разрезы по каждому сооружению;
- карта фактического материала (план расположения с координатами и отметками устьев выработок). Колонки скважин и других выработок, составленных применительно к классификации грунтов (ГОСТ 25100-82). На колонках указываются дата, способ проходки, состав грунтов, номера проб, интервалы опробования, положение УПВ, выход керна и результаты опытных работ;
- инженерно-геологическая карта площадки расположения ГТС с показанием литологии и тектонических нарушений, гидроизогипс максимального и минимального положения УГВ;
- геофильтрационная модель основания применительно к расчетным разрезам и профилям;
- результаты лабораторных и опытных работ в поле по определению физико-механических свойств грунтов основания;
- данные опытных наливов, нагнетаний и откачек воды в выработках;
- химический состав грунтовых вод;
- расчеты потерь на фильтрацию с использованием геофильтрационных моделей основания;
- карта микросейсморайонирование района расположения ГТС, вероятностная оценка сейсмической опасности (кривая вероятности и расчетные акселерограммы). Данные о величинах скоростей продольных и поперечных волн в грунтах основания ГТС.