Автореферат диссертации (Разработка и обоснование метода выравнивания гидротехнических сооружений, подвергшихся неравномерным осадкам), страница 4

166,4 м)14Колебания ширины раскрытия трещин в железобетонных конструкциях носилициклический характер, что соответствовало изменению их напряженно-деформированногосостояния от температурных воздействий.При выполнении работ по стабилизации здания ГАЭС особое значение придавалосьнеобходимости устройства надежного основания в районе возникновения эрозионногоканала. Для обеспечения надежного примыкания основания к фундаментной плите, полости,образованные в месте эрозионного канала, были заполнены специальными составами,максимально соответствующими свойствам грунта.Эти составы были испытаны на специальном опытном участке, включающемрасположенную в котловане железобетонную плиту, наклон которой соответствовал наклонуфундаментной плиты здания ГАЭС (рисунок 6).Специально подобранный композитный состав (соответствующий характеристикамгрунта основания здания ГАЭС) подавался под железобетонную плиту опытного участка споследующим его схватыванием и набором прочности.В работе приведены методика выполнения укрепления основания и порядка откачкиводы из котлована здания ГАЭС-2, в соответствии с которой этап стабилизации былвыполнен в пределах, установленных программой стабилизации.В настоящее время состояние сооружений станционного узла полностьюстабилизировано, основные конструктивные элементы находятся в работоспособномсостоянии.Рисунок 6.

Общий вид опытного участка для моделирования процессастабилизации.В четвертой главе приведены сведения о расчетных исследованиях НДС зданияГАЭС-2 после неравномерной осадки, в периоды стабилизации и выравнивания егоположения (в том числе для обоснования технических решений по усилениюжелезобетонных конструкций здания ГАЭС-2 внешним армированием из композиционныхматериалов), которые проводились в рамках программно-вычислительного комплекса15«ANSYS». Для этих целей была разработана пространственная математическая модельздания ГАЭС-2 с основанием (рисунок 7).Рисунок 7 – Конечно-элементная модель здания ГАЭС-2В рамках разработанной конечно-элементной модели воспроизводились особенностипространственной конструкции здания ГАЭС-2; особенности инженерно-геологическогостроения основания сооружения; снижение свойств основания в период непроектной осадки;свойства материалов заполнения пустот в основании (на стадии стабилизации положенияздания ГАЭС-2); особенности нагрузок в период неравномерной осадки; в периодстабилизации положения; в период выравнивания; и др.

При моделированиитрещинообразования, армирования и усиления в железобетонных конструкциях зданияГАЭС-2 применялся специальный методический подход (рисунок 8).Расчеты показали, что после неравномерной осадки здания станционного узлаЗагорской ГАЭС-2 в его железобетонных конструкциях возникло напряженнодеформированное состояние, не предусмотренное проектом. В том числе, в железобетонныхконструкциях возникли трещины, ширина раскрытия которых в ряде случаев превышалапредельно допустимые значения (0,5 мм). В работу включилась арматура, пересекающаяпоявившиеся трещины, которая при проектировании рассматривалась как конструктивная,второстепенная; в ней возникли значительные по величине напряжения.161 – вертикальная арматура;2 – горизонтальная трещина;3 – участки нарушенного сцепления.Рисунок 8 – Моделирование нарушения сцепления арматуры с бетоном в зонетрещиныРезультаты сопоставления расчетных и натурных результатов определенияфактических напряжений (МПа) в арматуре несущих железобетонных конструкций зданияГАЭС-2 показаны в Таблице 1, из которой видно, что в арматуре перекрытий и стен зданияГАЭС-2 действуют максимальные растягивающие напряжения, достигающие 260 МПа, непревышающие предельно допустимых по нормам значений (расчетного сопротивленияарматуры 435 МПа и нормативного сопротивления 500 МПа).Таблица 1.

Результаты сопоставления расчетных и натурных результатов определенияфактических напряжений (МПа) в арматуре несущих железобетонных конструкций зданияГАЭС-2Натурные значенияОтметка,Расчетные (методом «разгрузкиКонструкциямзначенияарматуры» и попоказаниям ПСАС)перекрытие в/о 7-8 (в районе трещины166,40250,0243,0№11)консоль стены НБ в/о 6-7 (в районе166,40187,5185,0трещины №38)151,35 щитовая стена в/о 7-8 (пом. 007.1)164,0157,3перекрытие в/о 5-6 (в районе трещины149,85156,0182,0№13)144,20 щитовая стена в/о 6-7 (пом. №049)93,074,1перекрытие в/о 8-9 (в районе трещины142,70115,0108,0№28)17Отметка,м123,50120,50Конструкцияверх фундаментной плиты в/о 7-8(отсасывающая труба)низ фундаментной плитыРасчетныезначенияНатурные значения(методом «разгрузкиарматуры» и попоказаниям ПСАС)6,08,2-23,0-35,0 (ПСАС)На основе расчетов НДС при откачке воды из котлована здания ГАЭС-2 в случаенарушения контакта с подпорной стенкой ПС-3 и скачкообразного роста осадки зданияГАЭС-2 было отмечено повышение напряжений в арматуре верхних конструкций зданияГАЭС-2 (в том числе, в перекрытии на отм.

166,4 м). Также было получено, что послевыполнения этапа стабилизации здания ГАЭС-2 при непосредственном выравнивание егоположения, ожидается повышение напряжений в арматуре нижних конструкций зданияГАЭС-2. Перечисленные обстоятельства потребовали усиления железобетонныхконструкций здания станционного узла Загорской ГАЭС-2; был разработан проект усиленияосновных несущих конструкций (в том числе перекрытия на отм. 166,4 м) внешнимармированием с применением композиционных материалов на основе высокопрочныхуглеродных волокон.В конечно-элементные модели здания ГАЭС-2 были включены элементы усиления изуглеродного волокна; были выполнены расчеты НДС, обосновывающие разработанныепроектные решения.В пятой главе представлены результаты натурных экспериментальных исследованийвыравнивания положения сооружения методом управляемого компенсационного нагнетанияна основе крупномасштабной модели.Для решения поставленной задачи на правобережном борту нижнего бьефастанционного узла ГАЭС был оборудован опытный участок (рисунок 9), которыйпредставляет собой модель наклоненной фундаментной плиты здания ГАЭС размерами восях 10х10 м толщиной 5 м, заглубленную в грунт на глубину от 17 до 21 м и включает всебя 32 наклонные манжетные колонны (7 ярусов) из пластиковых труб длиной около от 70,3до 86,6 м; 9 наклонных манжетных колонн (2 яруса) из стальных труб длиной от 75,83 до76,95 м; грунтобентонитовые сваи по периметру модели, выполняемые для снижениясопротивления сдвигу при подъеме модели; 9 грунтовых реперов, отражающих перемещениямодели во время выравнивания; 9 приборов, показывающих напряжения в грунтенепосредственно под моделью; геодезические приборы контроля положения грунтовыхреперов.Проведение исследований на опытном участке выполнялось путем подъема моделифундаментной плиты здания ГАЭС, расположенной в толще грунта, посредствомкомпенсационного нагнетания трех видов строительных растворов (смесей) проектнымдавлением до 50 МПа.

Одна из целей натурного эксперимента заключалась в оценке степенисоответствия расчётных технологических параметров, положенных в основу разработаннойматематической модели, описывающей подъем здания ГАЭС-2 методом управляемогокомпенсационного нагнетания, фактическим геотехническим и производственным условиям.18Рисунок 9. Принципиальная схема опытного участка для крупномасштабногомоделирования выравнивания положения здания ГАЭС методом управляемогокомпенсационного нагнетания.На 20.06.17 г. максимальный подъем модели фундаментной плиты по глубиннымреперам ГРГ7 и ГРГ8 превысил значение 300 мм.

Отмечалось появление периметральныхтрещин в грунте в районе проекции модели фундаментной плиты опытного участка наповерхность с раскрытием трещин до 8 см. На 04.07.17 г. ширина трещин увеличилась до 2025 см с одновременным видимым подъемом модели фундаментной плиты на высоту 468 мм(рисунок 10).Рисунок 10. Раскрытие трещин и подъем массива грунта над модельюфундаментной плиты на площадке опытного участка19Сопоставление графиков зависимости подъема модели фундаментной плиты отрасчетного и фактического объемов нагнетания (рисунок 11), позволяет отметить ихсовпадающий характер.Рисунок 11. Графики зависимости расчетных и фактических значений объемовкомпенсационного нагнетания и подъема модели фундаментной плитыКонечно-элементное моделирование работ на опытном участке выполнялось в рамкахвычислительного программного комплекса Z-Soil.Сопоставление результатов моделирования и фактических данных выполнялось дляоценки адекватности принятых расчетных методов и моделей, которые должны отражатьдействительные условия работы управляемого компенсационного нагнетания (УКН) наопытном участке в их взаимодействии с грунтовым массивом и моделью фундаментнойплиты.Описание процесса подъема модели фундаментной плиты (мм) характеризуетсяполиномиальной кривой (1):h = k1v2 + k2v + k3, где(1)h – величина подъема модели, ммv – величина объема инъецированного грунта, м3размерность коэффициента k1=0,052 – (мм/м10-6);размерность коэффициента k2=0,6418 – (мм/м3).размерность коэффициента k3=–8,1088 – (мм)Описание процесса подъема здания ГАЭС-2 можно описать зависимостью,полученной путем статистической обработки экспериментальных данных в относительныхединицах (рисунок 11):(hi/hmax) = k1 (vi/vmax)2 + k2 (vi/vmax)+ k3,(2)где hi/hmax – относительная высота подъема при выравнивании на i-том этапе;vi/vmax – относительная величина объема инъецированного грунта на i-том этапе.20Коэффициент k3 характеризует положение сооружения после проведенияпропиточных работ и работ по первоначальной закачке инъекционных составов, которые, вряде случаев, приводят к его временной осадке.Экспериментальные работы на опытном участке подтвердили положения Проектавосстановления Загорской ГАЭС-2, связанные с планируемыми работами по выравниваниюздания ГАЭС-2.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ соответствии с целью работы: разработка и обоснование метода выравниваниягидротехнических сооружений, подвергшихся неравномерным осадкам (включая оценкусостояния после неравномерной осадки, стабилизацию положения сооружения,выравнивание сооружения и усиление его железобетонных конструкций) (на примере зданияЗагорской ГАЭС-2), - приводятся основные результаты, полученные в ходе выполнениядиссертационной работы.1.Выполнен анализ случаев применения метода компенсационного нагнетания длявыравнивания зданий и сооружений как промышленно-гражданского, так игидротехнического назначения.