Брызгалов В.И. Из опыта создания и освоения Красноярской и Саяно-Шушенской гидроэлектростанций

Подождите немного. Документ загружается.

дующий ярус на высоту 20 м от нового уровня подкрановых путей,

и цикл повторялся.

Этот метод и органично с ним сочетающаяся, показанная выше

технология, обеспечили при строительстве необходимую трещи-

ностойкость тела плотины.

В конечном итоге опыт строительства высокой бетонной пло-

тины Красноярской ГЭС показал, что только целеустремлённая и

бескомпромиссная работа, направленная на достижение надёжности

сооружения, может привести к необходимому результату.

Плотина Саяно-Шушенской ГЭС проектировалась с некото-

рым учётом опыта обеспечения условий трещиноcтойкости бетона,

полученного при возведении плотины Красноярской ГЭС. Отдельные

требования ТП на производство бетонных работ были уточнены, как

по ужесточению их, так и по снижению ограничений. Например,

температура скального и остывшего бетонного основания на глубине

0,5 м не должна была быть ниже соответственно +5

С и +2

С (для

Красноярской плотины допускалась 0

С); скорость остывания бетона

после достижения пика экзотермии не должна была превышать для

М-250 0,9

С в сутки и для М-300 1

С в сутки, а спустя месяц после

укладки бетонной смеси скорость остывания не должна была

превышать 0,6

С в сутки (таких ограничений для Красноярской

плотины не вводилось). Наряду с этим, максимальный разогрев

бетона в ядре блока за пределами прискальной зоны допускался

+43

С (выше, чем на плотине Красноярской ГЭС).

Вновь, как и на Красноярской ГЭС, вводилось требование по

прекращению циркуляции воды, как только разогрев в ядре блока

переходил максимум. Исследованиями, выполненными ещё на

Красноярской ГЭС (А. П. Епифанов, А. П. Долматов), было показано,

что характер распределения температуры по высоте блока при непре-

рывной циркуляции воды и расположении змеевиков с шагом по

высоте 3 м и в плане 1,5 м (3х1,5) обеспечивал необходимое напря-

женное состояние в его контактной части, не вызывающее трещи-

нообразования.

По настоянию строительной организации и СибВНИИГа в ТП

было внесено изменение, отменяющее прекращение циркуляции

воды при переходе пика температуры в центре блока через макси-

мум. В связи с этим способ охлаждения бетонной кладки речной

водой из глубоких слоёв водохранилища получил развитие на стро-

ительстве Саяно-Шушенской ГЭС, где охлаждение бетонной кладки

плотины осуществлялось в основном непрерывно. Это потребовало

увеличения производительности насосных станций, подача их была

увеличена с 2300 м

/час до 4200 м

/час, что оказалось всё-таки

недостаточным.

Из-за несвоевременности проектных проработок непрерывного

способа охлаждения не было достигнуто и необходимого соот-

ветствия между объёмами бетона, нуждающимися в охлаждении, и

мощностью, а также расположением насосных средств и их комму-

никаций. Это в охлаждающей системе приводило к снижению

параметров расхода и давления, чем снижался в ряде случаев эффект

охлаждения. Кроме того, на это сильно влияла и неравномерность

укладки бетона по высоте и профилю плотины. В некоторых случаях

по указанным причинам, а также в результате недостатков органи-

зационного характера, непрерывное охлаждение бетонной кладки

обеспечивать не удавалось.

Рис. 2.25 Бетоноукладочный кран КБГС-1000

б)

Рис. 2.26 а) пакет вибраторов на пневмоходу;

б) самосвал БелАЗ и бадья 8 м

И тем не менее, более совершенная непрерывная технология

охлаждения, начиная с момента укладки бетонной смеси, применение

среднетермичных цементов, целесообразное варьирование марками

укладываемого бетона, достаточно строгое соблюдение требований ТП,

а)

устанавливающих последовательность и сроки бетонирования бло-

ков – позволило существенно повысить трещиностойкость тела

плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Здесь было зафиксировано 300

сквозных трещин лишь во внутреннем массиве – это почти втрое

меньше, чем на Красноярской плотине. Одной из основных причин

температурного трещинообразования явилось несоблюдение сроков

распалубки блоков. Преимущество непрерывного охлаждения было

ещё и в том, что оно позволило, как правило, укладывать бетон на

строительстве плотины Саяно-Шушенской ГЭС высокими блоками от

6 м до 18-24 м, длина блоков достигала 30 м. Около 60% от общего

объёма плотины было уложено такими блоками.

Для укладки бетона был создан комплекс высокопроизво-

дительной техники (рис. 2.25, 2.26): специальные башенные бетоно-

укладочные краны КБГС-1000 грузоподъёмностью 25 т и с вылетом

стрелы 40 м; бадьи объёмом 8 м

; бетоновозы БелАЗ-540А на эту

грузоподъёмность; специальные манипуляторы на гусеничном ходу

с навесными пакетами мощных вибраторов ИВ-90 для уплотнения

бетонной смеси в блоке; переставная консольная опалубка более чем

с 50-разовой оборачиваемостью – это далеко не весь перечень тех-

ники, используемой на строительстве плотины.

Рис. 2.27 Схема поперечного сечения плотины

1 – первая очередь строительства плотины по пусковой схеме; 2 – вторая очередь;

3 – третья очередь

На стройке была достигнута достаточно высокая интенсив-

ность бетонных работ, но предполагаемые проектом темпы энерго-

)

Фактический объем бетона в теле плотины

меньше за счет хорошей сохранности скалы и по-

вышения из-за этого отметки подошвы плотины.

Проектная укладка бетона

в плотину и пуск агрегатов

Год

Объем укладки

бетона в

плотину, тыс.м

Пусковой

УВБ,

№

пускового

агрегата

1967 546 - -

1968 1202 - -

1969 3169 - -

1970 2861 383 1, 2

1971 1400 445 3, 4, 5

1972 125 540 6, 7, 8

Итого 9303

отдачи всё-таки не могли быть выполнены. Проектная схема в

определённой мере идеализировала технологические возможности

стройки. Поэтому реальная схема возведения плотины складыва-

лась в ходе строительства под влиянием ряда объективных и субъек-

тивных условий и не могла обеспечить проектных сроков.

Строительство плотины по проекту предполагалось осущест-

вить в три этапа (рис. 2.27) с большой интенсивностью укладки

бетона (около 3,2 млн. м

в год) и, в целом, с огромным объёмом

строительно-монтажных работ к пуску первого агрегата (76% от

общего объёма), что не обеспечивалось достигнутым в гидро-

строительстве уровнем отечественной технологии производства

работ. Позднее техническим проектом 1970 г. и первым пусковым

комплексом 1975 г. предполагалось возведение плотины также

тремя этапами (табл. 10), но уже с меньшей интенсивностью укладки

бетона. Однако и это осуществить не удалось.

Фактически плотина возводилась условно в 9 этапов с орга-

низацией выштрабок для транспортировки бетона на отм. 344 по

третьим столбам и на отм. 401, 444 по вторым столбам (рис. 2.28,

таблица 10).

Недооценка технологических возможностей строительства

плотины явилась следствием, в основном, волевых подходов к

определению сроков ускоренной энергоотдачи гидроузла.

Фактические этапы возведения арочно-гравитационной плоти-

ны и технологическая схема охлаждения её бетонной кладки ввели

ограничения и на период её омоноличивания, которое выполнялось

с января до середины мая, в период сезонного снижения гидроста-

тической нагрузки и температуры речной воды.

Использование речной воды, забираемой из нижних слоёв

водохранилища, температура которой позволяла обеспечить сниже-

ние температуры тела плотины для омоноличивания лишь в течение

4,5 месяцев, и определяло в основном объём охлаждаемого ежегодно

бетона к началу его омоноличивания. (За период омоноличивания цемен-

тировалось максимально 300-500 карт швов).

Амплитуда годовых колебаний температуры бетона напорной

и низовой граней штрабленого профиля плотины достигала соот-

ветственно 7-10 и 10-15

С. Активные температурные изменения в

массиве бетона происходили в зоне 6-8 м от грани.

Внутри массива сезонные изменения температуры составляли

С летом и 4

С зимой.

Минимальные температуры бетона наблюдались в феврале-

марте, максимальные – в августе-сентябре, т.е. февраль-март и август-

сентябрь являлись экстремальными периодами для температурного

Таблица 10. Сопоставление фактических (Ф) этапов возведения

Саяно-Шушенского гидроузла с проектными предположениями (П), м

состояния штрабленой плотины с характерными максимальными

перепадами температур: зимой – между максимумом внутри мас-

сива и минимумом в наружной зоне, летом – между максимумом

в наружной зоне и минимумом во внутренней.

Эта закономерность определила правила омоноличивания

штрабленого профиля плотины. Было учтено, что при охлаждении

напорной грани I столб поворачивается в её сторону. Цементация

шва I-II, которая способствовала технологическому обжатию напор-

ной грани, производилась при максимальном температурном повороте

)

Предполагалось, что к пуску агрегата в 1978 г. будет уложено в плотину 1592 тыс. м

фактически – 1200 тыс. м

П О К А З А Т Е Л И

Проек-

тируе-

мые

этапы

строи-

тельства

Годы

строи-

тельства

Интенсив-

ность

укладки

бетона

тыс.

год

Режим

водохранилища,

отм

аполнения

отм. сработки,

№

пуск агрегата

и его номер, СРК-

продолжит. работы

агрегатов № 1, 2

со сменными ра-

бочими колёсами

турбин

Годовая

выработка

эл.энергии,

млрд.

кВт

Факти-

ческие

этапы

возве-

дения

плоти-

ны

П Ф П Ф П Ф П Ф

I 1978

1900

1200

383

(первое

наполн.)

382

(первое

наполн.)

№

1,2

СРК

№

СРК

0,25

- I

1979

2000

1120

435

383

419,9

363,1

СРК

№

2,3

СРК

3,75

0,6 II

1980

1970

1170

467

383

442,2

383,3

№

3,4

СРК

№

4,5

СРК

9,4 4,2 III

III

1981 975 950

520

433

447,8

385,6

№

5,6,

7,8

№

СРК

12,5

5,6 IV

1982 - 614

540

500

465,2

381,6

№

9,10

СРК

20,6

9,9

1983 - 574

540

500

475,3

382,5

СРК

23,3

9,6

1984 - 510

540

500

498,6

446,2

№

7,8

СРК

23,3

10,0 VI

1985 - 510

540

500

516,9

451,1

№

9,10

23,3

16,0 VII

1986 - 450

540

500

521,3

463,0

23,3

20,6 VIII

1987 - 195

540

500

530,0

463,3

23,3

20,2

1988 - 49

540

500

534,0

497,0

23,3

20,8

Итого выработка эл.энергии 186,3117,5

Рис

. 2.28

Этапы

возведения

загружения

плотины

Саяно

Шушенской

ГЭС

I столба. При последующем сезонном разогреве бетона первый столб,

положение которого было зафиксировано в результате проведенной

цементации, не мог занять первоначального положения – до цемен-

Рис. 2.29 Приращение напряжений на напорной грани плотины

а) – расположение измерительных точек 1-5;

б) – температура наружного воздуха Т

нв

и температура воды водохранилища

у плотины на середине его глубины Т

;

в), г) – арочные и консольные напряжения в соответствующих точках без учета

деформаций; за “нулевое” принято состояние на 1. 04 каждого года

тации. В результате сжатие напорной грани в последующий период

возрастало с ростом её температуры и становилось необратимым,

поскольку бетон напорной грани оказывался под водой и уже не

охлаждался до температуры окружающего воздуха.

Осуществленное таким образом температурное преднапря-

жение арочно-гравитационной плотины (рис. 2.29) (обжатие напор-

ной грани было не менее, чем на 1 МПа) позволило в ходе строи-

тельства частично компенсировать влияние ослабления профиля,

вызванного его штраблением [75].

В таблице 11 показаны некоторые этапы фактического омоно-

личивания плотины. Из неё видно и фактическое нагружение плоти-

ны, разрешенное благодаря предварительному напряжению верхних

поясов её штрабленого профиля.

Таблица 11. Некоторые этапы омоноличивания плотины

Саяно-Шушенской ГЭС

К 1989 г. строительство плотины Саяно-Шушенской ГЭС было

завершено, она представляла собою монолитную конструкцию, что

подтверждалось проектной организацией, поэтому в 1990 году

плотина была поставлена под проектный напор при НПУ 540 м.

2.2.2.3 Качество бетона

На Красноярской ГЭС соответствие свойств бетона, уложенного

в плотину, требованиям проекта проверялось путём испытания

контрольных образцов, отобранных при укладке, и кернов, выбу-

ренных из массива, а также по водопоглощению скважин, пробу-

ренных в теле плотины.

Предельная

УВБ, м

Годы

строительства

отметка

омоноличива-

ния плотины

по температур-

Максимально

допускаемый

при омоно-

Годовой фактический

ным условиям,

личивании

максимальный минимальный

1979 386,0 - 419,9 363,1

1980 413,0 401,0 442,2 383,3

1981 428,0 410,0 447,8 385,6

1982 455,0 416,0 465,2 381,6

1983 467,0 423,0 475,3 382,5

1984 494,0 455,0 498,6 446,2

1985 503,0 465,0 516,9 451,1

Распределение бетона, уложенного в основные сооружения

Красноярской ГЭС, по маркам приведено в таблице 12.

Таблица 12. Объёмы бетона, уложенного

в Красноярский гидроузел (по маркам)

Данные результатов испытаний контрольных образцов с целью

определения прочности на сжатие показывают, что для всех марок

бетона за весь период строительства прочность бетона превышала

проектную.

Для наиболее распространенной марки бетона М-200, В-6 (8) и

М-200, МРЗ-100 средняя прочность на сжатие составила 31 МПа, что

получено на основе испытаний 6416 образцов [1].

Модуль упругости бетона плотины составляет около 2,5

МПа.

Высокая прочность бетона подтверждается и результатами

испытаний кернов, выбуренных из массива плотины. Для марки

М-200, В-6 средняя прочность бетона на сжатие, по данным испы-

таний 5144 шт. кернов, составила 30,4 МПа.

Было обследовано 22 блока станционной и 14 блоков водо-

сливной части плотины по определению прочности бетона на сжатие

с помощью ультразвука. Средняя прочность для марки М-200, В-6 (8)

составляла 24,2-36,2 МПа в возрасте от 44 до 220 суток. Коэф-

фициенты вариации при этом составляли 0,11-0,20.

Из таблицы 13 видна хорошая сходимость результатов опре-

деления прочности на сжатие бетона бычков отсасывающих труб

здания Красноярской ГЭС по всем трём методикам [1].

Прочность бетона на растяжение составляет 2,0 МПа.

Одновременно с регулярным осмотром распалубливаемых

поверхностей и документированием результатов освидетельство-

вания были проведены натурные исследования бетона путём его

осмотра наблюдателями, спускавшимися непосредственно в сква-

жины большого диаметра, заглублённые в основание. Для этого было

пробурено три скважины глубиной 40-50 м диаметром 1220 мм. Ос-

мотр поверхности скважин показал высокое качество уложенного

Общий объём

уложенного

Распределение объёма бетона по маркам,

тыс. м

бетона,

тыс. м

М-150

В-2

М-200

В-6,(8)

М-200

МРЗ-100

М-200

МРЗ-200

М-250

МРЗ-300

М-300

М-400

МРЗ-500

5572,1 1224,9 2568,2 526,6 316,5 721,7 100,6 113,6

100% 22% 46,1% 9,5% 5,7% 12,9% 1,8% 2,0%