сотрудник
сотрудник
, Россия
ВАК 05.17.00 Химическая технология
ВАК 05.23.00 Строительство и архитектура
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
Выполнен анализ степени сейсмообеспеченности грунтовых плотин Республики. Приведены данные повреждений и разрушений плотин после некоторых произошедших землетрясений, сделаны выводы и даны рекомендации, повышающие устойчивость и безопасное их функционирование.
землетрясения, плотины, разрушения, повреждения, устойчивость
Введение. В странах, которые большей частью является сельскохозяйственными, ирригационные сооружения, многие системы энергетики и коммунальной инфраструктуры связаны со строительством различных плотин, дамб и заграждений. Они являются важнейшими объектами экономики этих стран, и в особенности стран, где водные ресурсы ограничены и реки имеют переменные течения, временами с весьма низким уровнем воды. Поэтому для удовлетворения нужд отраслей экономики этих стран необходимо соответственное накопление воды. И в этом плане водохранилища играют важную роль для производства электроэнергии, для равномерного удовлетворения водой нужды сельского хозяйства (в настоящее время водохранилища Республики Узбекистан обеспечивают водой около 90 % сельскохозяйственного производства, ГЭС дают 40 % электроэнергии), снабжения питьевой водой населения и в целом для устойчивого функционирования других отраслей экономики, главное – безопасность порядка 50 % населения проживающего в регионе.. С другой стороны они могут быть разрушены (например, при землетрясениях). Даже их частичное разрушение или повреждение может привести к прорыву водохранилища и почти мгновенному затоплению населенных пунктов, промышленных объектов и сельскохозяйственных угодий. Тем самым наносится огромнейший экономический ущерб с многочисленными человеческими жертвами, происходит нарушение экологии окружающей среды.
Методология. На основе опыта изучения последствий ряда землетрясений для г. Ташкента разработана методология и концепция оценки сейсмического риска с целью составления планов мероприятий по его снижению, которые вполне приемлемы для плотин и других гидротехнических сооружений с учетом корректировки отдельных положений, учитывающих их специфику.
Основная часть. Вся территория Республики Узбекистан в большей или меньшей степени подвержена землетрясениям, но не строить плотины с их гидроэнергетическими узлами означало бы ограничить развитие многих естественных ресурсов, необходимых для развития экономики и жизнедеятельности населения.
В связи с этим в Республике плотины начали строить еще сначала прошлого века, они создавались даже на территориях, где раньше отмечались землетрясения. Например, в районе Чарвакского водохранилища в недалеком прошлом отмечались ряд землетрясений: Пскемское
По технико-экономическим показателям, технологии строительства, здесь наибольшее распространение получили грунтовые плотины и из эксплуатируемых в настоящее время 55 плотин: 29 – земляные однородные; 17 – земляные (каменно-земляные) с ядром; 6 – земляные с экраном.
Наибольшее число подобных плотин эксплуатируются в Нидерландах (100 %), в Англии (67 %), наименьшее – в Норвегии (1 %) и в Австрии (12 %).
Но больше всех грунтовые плотины строятся в высоко сейсмических районах Японии, Китая и США. Они возводятся из доступных и дешевых местных материалов и практически на любых основаниях. Например, в Японии за последние 70 лет было построено 1852 плотины, из них 1227 – из грунтовых материалов, в том числе 43 – каменно-набросных. В США ежегодно строится 125 плотин, и почти все из грунтовых материалов.
В Центральной Азии из гравийно-галечниковых и каменно-земляных материалов построены Чарвакская, Нурекская, Ронгунская и др. плотины.
Но плотины, как и другие гидротехнические сооружения, могут разрушаться при воздействии на них землетрясений. Статистика свидетельствует, что вызванные повреждением подпорных сооружений в связи с сейсмическим факторам начитывает десятки, а с учётом земляных дамб – многие сотни случаев, включая высокие плотины различных конструкций [2]. Выход их из строя чреват серьезными экономическими потерями, связанными с частичным или полным прекращением снабжения потребителей водой, электрической энергией и теплом.
Ежегодно в мире происходят повреждения, отказы и аварии около 15 % всех построенных плотин. Порядка 70–75 % этих событий связана с грунтовыми плотинами. Широко известны крупные аварии национального масштаба таких плотин с человеческими жертвами, с большим, социальным и экологическим ущербом: Мачху- 11 (Индия); Буффало Крик, Каньон-Лейк и Титон (США); Тоус (Испания); Тоухоу (Китай); Орос (Бразилия); Хаиокори (Южная Корея) и другие.
По этому вопрос безопасности плотин приобретает особую актуальность, так как в настоящее время во многих государствах имеется значительное число плотин, повреждение или разрушение которых может повлечь за собой серьезные социальные, экономические и экологические последствия. Например, разрушение плотин Сарезского озера грозит потоплением городов Узбекистана, Таджикистана, Афганистана и в меньшей степени Туркменистана [3], от Чарвакского водохранилища исходит потенциальная опасность наводнения г. Ташкента и его пригородов [1].
В республике, где помимо водохранилищ, имеются 23 речных водозаборных гидроузла и 180 селехранилищ. Особую опасность представляют участки обвальных перекрытий, способствующих возникновений озер. Сейчас в горно-складчатых областях Узбекистана и смежных территориях Киргизии и Туркменистана наблюдаются около 43 горных завальных озер. Из них 11 – находится в Узбекистане, 119 – в Киргизии, 12 – в Туркменистане.
Многие водохозяйственные объекты были построены уже давно. Так, Асакинский гидроузел и Саларская ГЭС были построены в 1926 году. Раватходжинский гидроузел был построен в 1929 году. Большой Ферганский канал был построен в 1939 году, а последняя реконструкция канала Даргом – в 1930 году, Каттакурганское водохранилище было построено в 1941 году. К 2000 году были проведены капитальные ремонты только на 6 водохранилищах. Остальные объекты нуждаются в ремонте или замене оборудования металлоконструкции, укрепления нижних бьефов и т.п. Наблюдение за селехранилищами ведутся на недостаточном уровне, поэтому об их техническом состоянии судить трудно [4].
За последние 100 лет воздействие землетрясений различной интенсивности от 4–6 баллов и выше испытали около 400 грунтовых плотин, дамб и насыпей [5]. При этом количество повреждений и аварий этих сооружений, вызванных землетрясениями, составило в разных странах от 1 до 6 % по сравнению с числом таких случаев от воздействия других причин. По статическим данным 1966 г. например, из 1226 плотин Японии, 90 % которых имели высоту более
В табл. 1 приведены данные о поведении некоторых гидросооружений из грунтовых материалов при некоторых произошедших землетрясениях с интенсивностью свыше 6 баллов. Дамба Тарбела – это одна из крупнейших электростанций в стране (мощность – 3478 МВт), расположена в
2030 году.
Однако, сейчас седиментация значительно ниже, чем прогнозировалась ранее. В настоящее время, по предварительным оценкам, срок эксплуатации плотины будет до 2060 года [10].
Выводы. Анализ последствий от воздействия землетрясений на грунтовые плотины еще раз подтверждают, что вопрос безопасности их приобретает особое значения и актуальность тем, что во многих государствах имеется значительное число плотин, повреждение или разрушение которых может повлечь за собой серьезные социальные, экономические и экологические последствия. Отсюда возникает необходимость в обеспечении безопасности каждой плотины, для этого необходимо принять все меры к тому, чтобы данное сооружение не представляло угрозы для жизни людей, их здоровья, имущества, а также для окружающей среды.
Для повышения устойчивости гидротехнических сооружений и их безопасного функционирования, необходимо, на наш взгляд, периодическое контрольное инспектирование и периодическое проведение оценки прочности, надежности ГТС с привлечением соответствующих специалистов из научных организаций, обеспечение каждого сооружения организацией регулярных ремонтных и восстановительно – укрепительных работ, как это делается на строительных объектах жилищного и промышленного направления. Это касается всех водохозяйственных объектов Республики, многие из которых уже выработали или близки к выработке
40–50 летнего срока эксплуатации, запасы прочности их исчерпываются и нуждаются в капитальном ремонте.
Таблица 1
Данные о повреждениях и разрушениях некоторых грунтовых гидротехнических
сооружений от воздействия произошедших землетрясений в прошлом
|
|
№ п.п. |
Плотина (страна) |
Год. постройки |
Размеры плотины (высота : длина по гребню : ширина по гребню), м |
Заложение откосов |
Противо-фильтрационное устройство |
Геологические условия основания |
Возраст плотины до землетрясения, лет |
Данные о землетрясении |
Характер деформаций и повреждений |
||||||||||
|
|
верхового |
низового |
||||||||||||||||||
|
|
1 |
Сан-Андреас (США) |
1870 |
29,0 : 272 : 7,5 |
3,5 |
3,0 |
центральное ядро из уплотненной глины |
делювий 12,2, подстилаемый скалой |
5 |
1875г. |
Разрушена |
|||||||||
|
|
28 |
1898г. |
Разрушена |
|||||||||||||||||
|
|
36 |
18.04.1906г.Сан-Франциско, М=8,3, ускорение-0,25g, разрыв через плотину |
сдвиг гребня на |
|||||||||||||||||
|
|
2 |
Сан-Фернандо нижняя (США) |
1912-1930 |
43,3 : - : - |
- |
- |
однородная из несвязанных грунтов |
слой аллювиальных отложений, подстилаемый скалой |
58 после укрепления-47 |
7.11.1971г.Лос-Анже-лес (Калифорния, США); М=6,6; баллов, R=14км, a=0,4-0,5g, |
оползень берега и верховой призмы длиной (рис. 2) [6] |
|||||||||
|
|
3 |
Бхудж (Индия) |
В результате землетрясения 26.01.2001г. М=7,9 и J=8 баллов повреждения различной тяжести получили 245 небольших земляных плотин и дамб. Погибло 80 тыс. человек (рис.6) [7]. |
|||||||||||||||||
|
|
4 |
Роджерс (США) |
В результате землетрясения 23.08.1954г.в г. Фэллон с М=6,6;J=7 б., R=57км, a=0,07g полностью разрушена земляная плотина Роджерс Дам [9] (рис.3) |
|||||||||||||||||
|
|
5 |
Сычуань (Китай) |
12.05.2008г. произошло землетрясение в г. Сычуань с М=7,9-8,0 и J=11 баллов. В результате подземных толчков разной степени повреждения получили 1583 плотины самых разных типов, в том числе несколько крупных. Погибли 69 тыс. человек, несколько миллионов остались без крова (рис.7) [7]. |
|||||||||||||||||
|
|
6 |
Тарбела Пакистан |
1968-1977 |
147,9 : 2700 : - |
1:2,65 |
1 очередь 1:1,8 при полной высоте 1:1,7 |
наклонное ядро из гравелистого материала |
аллювиальные отложения 60- |
- |
31.06.1974г. Два сейсмических толчка с М=6,5 баллов, R=0 км |
разрушение туннеля длиной |
|||||||||
|
|
7 |
Чирюртская (Россия) |
1964 |
37,5 : 540 : 9,5 |
2,5-3,5 |
2,0-2,5 |
центральное суглинистое ядро |
переслаиваюшиеся пласты плотных глин, песчаника и известняк |
6 |
14.05.1970г. Кумторкалла (Дагестан, Россия); М=6,6; J=8 баллов, R=30км, a>0,10g, глубина очага h=12км |
продольные трещины шириной до |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наклон парапета в сторону верхового бьефа на 10-15 градусов (рис.5) |
|||||||||
|
|
8 |
Озеро Яшинкуль (Киргизия) |
В результате Ташкентского землетрясения 26 апреля |
|||||||||||||||||
|
Рис. 1. Сдвиг в земляной плотине Сан-Андреас от воздействия землетрясения силой в 10 баллов в 1906г. [8]
|
Рис. 2. Вид на плотину Сан-Фернандо (нижняя) после землетрясения [6] |
Рис. 3. Разрушение земляной плотины Роджерс Дам [9] |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
Рис. 4. Дамба Тарбела - действующая ГЭС в Пакистане на реке Инд |
|
|||||||||||||||||||
|
Рис. 5. Повреждения плотины Чирюртской ГЭС при Дагестанском землетрясении 14.05.1976 г. [6] |
Рис. 6. Продольные трещины на верховой грани плотины Фейтигадх (Индия), вызванные землетрясением Бхудж 26.01.2001 г. [7] |
плотины «Зипингпу» во время землетрясения в г. Сичуань [7] |
1. Ахмедов М.А. О повреждениях и сейсмостойкости водохозяйственных объектов // Водохранилища, чрезвычайные ситуации и проблемы устойчивости. Ташкент: НУУ. 2004. С. 15–31.
2. Бредлоу Д.Д., Пальмиери А., Салман М.А. Нормативно-правовая база безопасности плотин (сравнительно-аналитический обзор). М.: Весь мир, 2002. 173с.
3. Рысбеков Ю.Х. Озеро Сарез – как потенциальная угроза национальной и региональной безопасности // Материалы Первой республиканской научно-практической конференции. Ташкент. 1999. С. 29–31.
4. Антонов В.И. Водные ресурсы Узбекистана как часть общих водных ресурсов бассейна Аральского моря и их использование в современных условиях и в перспективе // Водные ресурсы, проблемы Арала, окружающая cреда. Ташкент: «Университет», 2000. С. 19–39.
5. Савинов О.А., Сумченко Е.И. Сейсмические воздействия на гидротехнические сооружения // Повреждения плотин при землетрясениях (обзор). Вып.1. М., 1976. 30с.
6. Красников Н. Д. Сейсмостойкость гидротехнических сооружений из грунтовых материалов. М.: Энергоиздат, 1991. 240с.
7. Бронштейн В.И. Повреждения плотин при землетрясениях и методы их сейсмоусиления [Электронный ресурс]. URL: http:www//nasha ucheba.ru (Дата обращения 10.09.2015 г.)
8. Гельфер А.А. Причины и формы разрушения гидротехнических сооружений. М., 1936. 319с.
9. Штейнбругге К.В., Моран Д.Ф. Повреждения, вызванные землетрясениями 6 июля и 23 августа 1954г. // Инженерный анализ последствий землетрясений в Японии и США. М.: Госстройиздат, 1961. C. 186–193.
10. Lorrai, C and Pasche, N. 'Tarbela Dam-Case Study' Swiss Federal Institute of Technology Zurich: April 2007.
