Автореферат (1151674), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Сооружение нуждается в немедленном выводе из эксплуатации.В ходе визуальной оценки водопроводящих сооружений выявлены наиболеераспространенные дефекты железобетонных элементов, вызванные: выщелачиванием и коррозией, особенно в местах перехода водной среды в воздушную; температурным режимом, определяющим морозостойкость; абразивным воздействием наносов, а также заилением. К аварийной ситуации сооружения часто приводит постоянное непредусмотренное проектом взаимодействие железобетона с водой, особенно в его придонной части (Зона I), связанное с многократным ледообразованием и последующим оттаиванием бетона, пагубно сказывающемся на техническом состоянии элемента.Отмечено снижение разрушающего воздействия водной среды на железобетонные элементы функционирующих водопроводящих сооружений при отсутствии абразивного воздействия и минимизации смены циклов морозостойкости.
В17этих случаях наблюдалось сохранение поверхностного слоя бетона и удалениетолько пленки цементного камня. Снижению интенсивности выщелачивания икоррозии бетона водопроводящих сооружений способствуют:– повышение плотности бетона, влияющей на его водонепроницаемость;– использование водостойких портландцементов, позволяющее снизить равновесную концентрацию извести в цементном камне;– кольматация пор и уплотнение структуры бетона взвешенными и коллоидными частицами, находящимися в воде.Продолжительность фильтрации воды ведет к интенсификации процессакоррозии бетона и снижению его прочности, которая напрямую зависит от выщелачивания - повышающего пористость бетона, что в свою очередь приводит кувеличению фильтрационного потока и уменьшению безопасного срока службыэксплуатации водопроводящего сооружения:Таким образом, натурные обследования показали целесообразность определения остаточного ресурса работоспособности сооружения по следующим значимым параметрам технического состояния железобетонных элементов: период допустимого выщелачивания извести при фильтрации воды через бетон облицовки,водостойкость, морозостойкость сооружения до потери несущей способности,вследствие ее снижения, истирание наносами, заиление.Исследования условий фильтрации применительно к бетонным элементамводопроводящих сооружений выполнялись в лабораторных опытах.
Для расчетапродолжительности фильтрации воды через элементы водопроводящих сооружений (с), обеспечивающей допустимое выщелачивание извести, и, как следствие,безопасныйсрокслужбыводопроводящегосооружения,полученазависимость (1):τ=qизвVоб Сизв(1)где τ − продолжительности фильтрации воды, с; qизв – допустимое количество извести, которое может быть растворено и вынесено из бетона в расчете на единицуобъема, г/см3; Vоб – количество воды, фильтрующейся в единицу времени черезединицу объема бетона водопроводящего сооружения, см3/(см3·с); Cизв – средняяконцентрация извести в фильтрационной воде, г/см3.qизв = КЦα(2)где К – доля выщелачивания извести, принятая равной 0,2; Ц – доля содержанияцемента, равная 0,42; α – доля содержания СаО в цементе, составляющая 0,57;18определенные по данным нормативно–методической базы для водопроводящихсооружений.Vоб = Кф ∆Н,(3) где ∆Н = Н / L – градиент напора, см; Н – напор, см; L – толщина облицовкиводопроводящих сооружений, см; Кф – коэффициент фильтрации, см/с.Водостойкость железобетона оценивалась также снижением его прочностипри водонасыщении.
При этом водостойкость характеризуется коэффициентомразмягчения, как отношение прочности водонасыщенного бетона к прочности сухого. На основании этих параметров рассчитывался предполагаемый срок службыводопроводящих сооружений.Комплексные исследования интенсивности фильтрации через грунтовое основание и влияния процессов выщелачивания на длительность эксплуатации бетона облицовки в лабораторных условиях показали, что долговечность элементовводопроводящих сооружений определяется сроком порядка 50 лет. Это подтверждается и практическим опытом, например, функционированием сооружений Невинномысского канала, эксплуатируемого с 1948 г.В результате лабораторных испытаний, включающих замораживание бетонных образцов в течении 2 часов до температуры – (18 ± 2)°С и последующее оттаивание за 2,5 часа при температуре +(18 ± 2)°С в 5 %-ном солевом раствореNaCl, была получена эмпирическая зависимость параболического вида (4), описывающая потери несущей способности облицовки водопроводящих сооруженийот количества циклов морозостойкости:Р=а+вЦ-сЦ2;(4)где Р – потери несущей способности, %; Ц – циклы морозостойкости, единицы.Зависимость (4) позволяет прогнозировать техническое состояние элементасооружения и используется как временной параметр, влияющий на срок безопасной эксплуатации сооружения.
а = 1,077; с= 0,001; в = 0,304 – математические постоянные, полученные опытным путем при проведении лабораторных исследований, %. коэффициент корреляции R 2 = 0,97.Безопасный срок службы обследуемого водопроводящего сооружения соответствует минимальному сроку из рассчитанных для процессов выщелачивания идинамики разрушения бетона в зависимости от количества циклов морозостойкости с использованием зависимостей (1, 4), определенных в комплексных исследованиях водостойкости бетона.19В третьей главе «Применение методов неразрушающего контроля дляисследования технического состояния длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений» приведены результаты натурных исследованийтехнического состояния водопроводящих сооружений методом неразрушающегоконтроля, выполненных для нахождения скрытых дефектов и повреждений,которые невозможно определить при визуальном контроле.
Обоснованорациональное применение приборов неразрушающего контроля при диагностикеработоспособности технического состояния эксплуатирующихся оросительныхсистем.Обследованиетехническогосостояниясооруженийметодаминеразрушающего контроля выполнялось на оросительных системах юга России всоответствии с положениями действующей нормативно – правовой базы и учетомвыделенных групп дефектов и зон их проявления, охарактеризованных выше.Выявление нарушений осуществлялось георадаром ОКО-2 и электроннымизмерителем прочности ИПС-МГ4.01, предназначенными для решенияинженерно-геологических, гидрогеологических и поисковых задач.Натурные исследования включали съемку радарограммы водопроводящихсооружений в земляном русле, с бетонопленочным и бетонным покрытием поназначенным профилям георадарного зондирования.
Прокладка профилейгеорадиолокационного зондирования выполнялась в соответствии с характернымместоположением дефектов и повреждений, по трассам, обеспечивающиммаксимальное покрытие дефектов съемкой. На рисунке 4 представлен фрагментпрофиля георадарного зондирования, водопроводящего канала, выполненного попоперечному разрезу.Рисунок 4 – Разрушение бетонногопокрытия с образование пустотв грунтовом основанииРисунок 5 – Разуплотнениегрунтового основанияПри интерпретации радарограммы были определены скрытые дефекты и повреждения, как бетона, так и грунтового основания.
Две отражающие границы,соответствующие опиранию бетонного покрытия на грунтовое основание, где образовалась зона разуплотнения, приводящая в дальнейшем к потере устойчивости20и перемещению бетонного покрытия, выделены сносками. Зона с большей энергией отраженного сигнала, характеризующая наличие пустот и разуплотненийгрунтового основания канала, показана на рисунке 5.Фрагмент профиля георадарного зондирования по длине быка мостовогопереезда (рисунок 6) характеризует зоны: с наличием арматуры и соприкосновения с водой.
На радарограмме в верхней части разреза показаны отражения сигнала от арматурных стержней. Ниже залегает слой с отражениями от пустот и разуплотнения. На рисунке 7 приведен фрагмент профиля георадарного зондированияливнеотводящего сооружения, на котором выделены результаты обследованиязон с оголенной арматурой и соприкосновения с водой.Рисунок 6 – Смещение арматурныхстержней и просадка грунтовогооснованияРисунок 7 – Коррозия арматурыи бетона в местах соприкосновенияс водойДля установления фактической прочности бетонных покрытий водопроводящих сооружений железобетонные элементы сооружения были обследованы сучетом результатов георадарного зондирования электронным измерителем прочности бетона.
Совместное использование различных приборов неразрушающегоконтроля при проведении инструментальных обследовании для выявления скрытых дефектов повышает достоверность информации о фактическом состоянии водопроводящих сооружений без нарушения целостности самого сооружения. Вданной ситуации с помощью георадара устанавливаются дефекты и поврежденияскрытые в толщи сооружения или под ним, а электронный измеритель устанавливает прочностные характеристики в местах образования скрытых дефектов и повреждений сооружения.В четвертой главе «Моделирование напряженно-деформированного состояния водопроводящих сооружений методом конечных элементов» рассмотрены эксперименты по оценке надежности сооружения при различных сочетаниях разрушающих воздействий, выполненные на основе математического моделирования для установления степени опасности и допустимых размеров участков существующих и возможных разрушений объектов.21Осуществлялось моделирование характерных элементов водопроводящихсооружений, представленных: магистральными и межхозяйственными каналами,внутрихозяйственной лотковой сетью, гидротехническими туннелями, акведуками, ливнеотводящими сооружениями и дюкерами с различным местоположением,видом и степенью нарушений и дефектов для оценки надежности их техническогосостояния.Местоположение и параметры моделируемых неисправностей объекта принимались в соответствии с данными, полученными автором в процессе натурныхобследований технического состояния значимых элементов водопроводящих сооружений, характерных для оросительных систем юга России.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
