Оценка сейсмической и эксплуатационной надежности Капчагайской ГЭС

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

  1. Отчет по программе: Проведение многофакторного обследования водохозяйственных систем и сооружений Капчагайской ГЭС. Институт сейсмологии. Алматы 2011. , С18-20.
  2. Технический паспорт гидротехнических сооружений Капчагайской ГЭС// Мин. Топливо и энергетики РФ. Москва 1993., С 27.
  3. Рекомендации по определению прочности эталонным молотком Кашкарова по ГОСТ 22690.2-77 //Москва Стройиздат 1985.
  4. Руководство по программному обеспечению для Ferroscan FS10 версия 4. // Компания Hilti.Лихтенштейн 1999.
  5. Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций ГОСТ 28570-90
Год: 2011
Город: Алматы
loading...