В 1965 г. решением Совета Министров Казахской ССР была образована дирекция строящейся Капчагайской ГЭС, в 1969 г. закончено строительство по созданию русловой и логовой плотин, ввод в эксплуатацию производился за период с 1970 по 1971 г. с последовательным запуском четырех гидроагрегатов, окончательное завершение строительство Капчагайской ГЭС состоялось в 1980 г.
Созданная плотина Капчагайской ГЭС образует Капчагайское водохранилище многолетнего регулирования объёмом 28,14 миллиарда кубических метров.
Мощность Капчагайской ГЭС составляет 364 МВт, при среднегодовой выработке в 972 миллиона кВч. В производственном здании ГЭС установлены четыре вертикальных гидроагрегата с поворотно-лопастными двухперовыми турбинами ПЛ-50/642-В-650, работающими при расчетном напоре воды 40,9 м и гидрогенераторы СВ1225/130-56 мощностью по 91 МВт при максимальной мощности 108,5 МВт /1/.
В программу многофакторного исследования гидротехнических сооружений Капчагайской ГЭС входили следующие задачи /1/:
- Экспериментальное обследование железобетонного крепления верхнего откоса логовой плотины от гребня до бермы с оценкой его прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности;
- Водолазное визуальное обследование с проведением видеосъемки подводной части зуба на верхнем бьефе логовой плотины с оценкой его прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности;
- Геодезическое обследование грунта на смещение и осадку низового откоса логовой плотины;
- Обследование скального останца с дренажной штольней и дренажной галереи на водопроницаемость с оценкой его прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности;
- Обследование и испытание бетона основных конструкций входных оголовков эксплуатационных водосбросов с оценкой их прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности;
- Обследование бетона туннелей эксплуатационных водосбросов с оценкой их прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности;
- Обследование технического состояния водозаборных сооружений и арматуры с контролем за состоянием металла;
- Выполнение геодезических обследований объектов ГЭС с определением смещений осадок грунта;
- Обследование правого берега отводящего канала на предмет размыва;
- Водолазное обследование водобойной плиты на наличие подмыва с оценкой ее прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности, с видеосъемкой;
- Водолазное обследование состояний подводной части входных оголовков гидроагрегатов
№1, 2, 3, 4 с проведением подводной видеосъемки;
- Водолазное обследование отсасывающих труб и железобетонной облицовки отводящего канала ГЭС;
- Обследование бетона турбинных водоводов гидроагрегатов № 2, 3 и камеры рабочего колеса, с оценкой их прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности.
Реализация поставленных задач выполнялись в 2011 году ТОО «Институт сейсмологии» с привлечением специалистов из КазНТУ имени Сатпаева, водолазов и геологов.
Целью работы являлось определение эксплуатационной и сейсмической надежности сооружений и конструкций ГЭС.
Рис. 1. Космический снимок гидротехнические сооружения Капчагайской ГЭС.
Гидротехническое сооружение Капчагайской ГЭС расположено на реке Или в начале Капчагайского ущелья в Алматинской области (рисунок 1), ГЭС построена по плотинному типу/2/. В состав исследованных объектов гидротехнического сооружения входят:
- русловая плотина, намытая из эоловых песков, длиной по гребню 470 м, высотой 50 м и шириной по основанию плотины 450 м;
- логовая плотина из щебнистых и песчано-супесчаных грунтов длиной по гребню 370 м, высотой 56 м и шириной по основанию 270 м;
- монтажная площадка, состоящая из четырех агрегатных секций;
- турбинные водоводы №1–№4, водоприемники к турбинным водоводам;
- эксплуатационные водосбросы №1 и №2;
- площадка водозаборных сооружений, в состав которой входят насосная, резервуар, глубинные скважины.
Для оценки прочности бетона вышеизложенных объектов были проведены испытания неразрушающим методом ударного импульса с применением электронного измерителя прочности бетона ИПС-МГ4.03 и эталонного молотка Кашкарова /3/, для обнаружения и распознавания арматуры в бетоне монолитных железобетонных конструкций использовалась портативная системы Ferroscan /4/.
На рис. 2-а показан фрагмент сканирования одной из железобетонных плит размерами 10х10м логовой плотины, которая показывает наличие арматуры в бетоне на глубине от 60мм до 100мм с длиною сканирования 9 метров участка плиты. Данный вид сканирования по длине, предназначен для определения количество арматуры с определенным шагом в железобетонных конструкциях и носит информативных характер для возможности сопоставления результата сканирования с чертежами конструкции. На рисунке 2-б показан фрагмент сканирования железобетонной конструкции с точным определением сетки армирования. Данный способ сканирования позволяет определить шаг вертикальной и горизонтальной арматуры с определением глубины залегания и диаметра стержня. В случае, когда тяжело определить шаг армирования через более точный снимок применяют сканирование по длине.
а) б)
Рис. 2. Данные обнаружения и распознавания арматуры в железобетонной конструкции.
а - для логовой плотины; б - для входного оголовка эксплуатационного водосброса
а) б) в)
Рис. 3. Оценка прочности обделки камеры гидроагрегата №3
а - обнаружение и анализ арматуры с использованием портативной системы (Ferroscan FS 10); б - проверка прочности методом ударным импульсам ИПС-МГ4.03; в - проверка прочности ударным способом молотком Кашкарова
В качестве примера анализа прочности бетона неразрушающим ударным импульсным методом в табл. 1 и 2 показаны результаты определения прочности бетона в конструкции турбинного водовода гидроагрегата №2 тоннеля.
Таблица 1. Прочности бетона определенные по ИПС-МГ4.03
|
Участок туннеля № места |
R, МПа |
Класс, B |
Марка |
|
1 |
21,9 |
15 |
350 |
|
2 |
31,3 |
25 |
300 |
|
3 |
34,5 |
27,5 |
400 |
|
4 |
28,6 |
22,5 |
350 |
|
5 |
40,6 |
30 |
400 |
Таблица 2. Прочности бетона определенные эталонным молотком Кашкарова
|
Участок туннеля, № места |
R, МПа |
кгс/см2 |
Класс B |
Марка |
|
1 |
24,5 |
250 |
20 |
250 |
|
2 |
28,65 |
292,5 |
22,5 |
300 |
|
3 |
31,7 |
323 |
25 |
350 |
|
4 |
25,45 |
259,5 |
22,5 |
300 |
|
5 |
37,67 |
384 |
30 |
400 |
Дополнительно для объекта логовой плотины и основных конструкций входных оголовков эксплуатационных водосбросов были произведены определение прочности бетона монолитных железобетонных конструкций по выбуренным образцам с испытанием на сжатие гидравлической разрывной машиной ГРМ – 50, результаты которого приведены в табл. 3.
Таблица 3. Прочность бетона в монолитных конструкциях
|
Место взятия образца |
Возраст бетона, сутки |
H, см |
D, см |
H/D |
|
P, кгс |
А, см2 |
Rобр, кгс/см2 |
|
R= Rобр , кгс/см2 |
Rср кгс/см2 |
|
Плита 1В |
90 |
10,1 5,7 6,0 |
5,4 |
1,87 1,06 1,11 |
1,19 1,04 1,04 |
5540 4500 5200 |
22,9 |
242 196 227 |
1,03 1,07 1,07 |
297 218 253 |
256 |
|
Плита 3В |
90 |
7,0 9,9 |
5,4 |
1,30 1,83 |
1,10 1,18 |
5750 5300 |
22,9 |
251 231 |
1,03 1,03 |
284 281 |
282 |
|
Плита в воде |
90 |
10,0 10,5 |
5,4 |
1,85 1,94 |
1,19 1,19 |
5650 5700 |
22,9 |
247 249 |
1,03 1,03 |
303 305 |
304 |
|
холоcтой водосброс |
90 |
9,8 9,1 |
5,4 |
1,81 1,68 |
1,18 1,16 |
5550 5950 |
22,9 |
242 260 |
1,03 1,03 |
294 311 |
302 |
Обозначение:
R = Rобр · · = Р/А· η · α , где
R – прочность образца базового размера и формы ( куб 150х150х150), кгс/см2; Rобр – прочность образца испытанного на сжатие, кгс/см2;
Р – разрушающая нагрузка, кгс;
А – площадь поперечного сечения цилиндра, см2; H – высота цилиндра, см;
D – диаметр цилиндра, см;
- коэффициент, учитывающий отношение высоты цилиндра к его диаметру, принимаемый при испытаниях на сжатие по табл. 2, ГОСТ 28570-90./5/
- масштабный коэффициент, по табл.5 ГОСТ 28570-90./5/ ВЫВОДЫ
Данная методика применялась для всех обследуемых объектов ГЭС, включая проверку состояния металлических конструкций водозаборных сооружений: механизмов подъема, тросов, шандор и шлюзов, сороудерживающих решеток, металлических обрамлений камер гидроагрегатов и арматур конструкций.
В результате проведении инженерных обследований были выявлены дефекты в конструкциях, которые могут повлиять на эксплуатационную и сейсмическую нагрузку устойчивость ГЭС. Прочность бетона в конструкциях сооружений в целом соответствует проектным, которые были учтены в годы строительства. По туннелям выходной части эксплуатационных водосбросов были выявлены трещины, протеки и выщелачивание бетона, а также локальные разрушения бетона от вымывания. В камерах гидроагрегатов 2 и 3 были выявлены трещины в бетоне и существенные протеки воды сквозь трещины в железобетонных обделках тоннелей. В бетоне плит логовой плотины местами были выявлены незначительные трещины, которые не влияют на устойчивость конструкции плотины.
В связи с тем, что конструкции важнейших производственных объектов ГЭС: входных оголовков гидроагрегатов №1, 2, 3 и 4 и эксплуатационных водосбросов №1 и 2 имеют значительный срок эксплуатации, необходимо произвести комплексное усиление их технического состояния, а также расчет сейсмостойкости с учетом существующих сейсмогенерирующих зон.
ЛИТЕРАТУРА
- Отчет по программе: Проведение многофакторного обследования водохозяйственных систем и сооружений Капчагайской ГЭС. Институт сейсмологии. Алматы 2011. , С18-20.
- Технический паспорт гидротехнических сооружений Капчагайской ГЭС// Мин. Топливо и энергетики РФ. Москва 1993., С 27.
- Рекомендации по определению прочности эталонным молотком Кашкарова по ГОСТ 22690.2-77 //Москва Стройиздат 1985.
- Руководство по программному обеспечению для Ferroscan FS10 версия 4. // Компания Hilti.Лихтенштейн 1999.
- Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций ГОСТ 28570-90