Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений

Наведена класифікація порушень бетонних покрить гідротехнічних споруд та розглянуті методи й методика їх визначення, а також причини, що їх викликають.

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
Hauptverfasser:	Усаченко, Б.М., Ведмедев, А.В., Гирский, А.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2004
Schriftenreihe:	Геотехнічна механіка
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87319
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений / Б.М. Усаченко, А.В. Ведмедев, А.В. Гирский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 170-177. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-87319
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-873192015-10-18T03:02:32Z Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений Усаченко, Б.М. Ведмедев, А.В. Гирский, А.В. Наведена класифікація порушень бетонних покрить гідротехнічних споруд та розглянуті методи й методика їх визначення, а також причини, що їх викликають. Hydroengineering structures concrete coverings failures classification is presented. Failures estimation method and techniques, failures reasons are considered. 2004 Article Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений / Б.М. Усаченко, А.В. Ведмедев, А.В. Гирский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 170-177. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87319 622.831:626.816 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Наведена класифікація порушень бетонних покрить гідротехнічних споруд та розглянуті методи й методика їх визначення, а також причини, що їх викликають.
format	Article
author	Усаченко, Б.М. Ведмедев, А.В. Гирский, А.В.
spellingShingle	Усаченко, Б.М. Ведмедев, А.В. Гирский, А.В. Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений Геотехнічна механіка
author_facet	Усаченко, Б.М. Ведмедев, А.В. Гирский, А.В.
author_sort	Усаченко, Б.М.
title	Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений
title_short	Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений
title_full	Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений
title_fullStr	Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений
title_full_unstemmed	Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений
title_sort	оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2004
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87319
citation_txt	Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений / Б.М. Усаченко, А.В. Ведмедев, А.В. Гирский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 170-177. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv	AT usačenkobm ocenkatehničeskogosostoâniâbetonnyhpokrytijgidrotehničeskihsooruženij AT vedmedevav ocenkatehničeskogosostoâniâbetonnyhpokrytijgidrotehničeskihsooruženij AT girskijav ocenkatehničeskogosostoâniâbetonnyhpokrytijgidrotehničeskihsooruženij
first_indexed	2025-07-06T14:54:33Z
last_indexed	2025-07-06T14:54:33Z
_version_	1836909774709456896
fulltext	170 УДК 622.831:626.816 Б.М. Усаченко, А.В. Ведмедев, А.В. Гирский ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ Наведена класифікація порушень бетонних покрить гідротехнічних споруд та розглянуті методи й методика їх визначення, а також причини, що їх викликають. THE HYDROENGINEERING STRUCTURES CONCRETE COVERINGS TECHNICAL STATEMENT ESTIMATION Hydroengineering structures concrete coverings failures classification is presented. Failures es- timation method and techniques, failures reasons are considered. 1. Введение. Вторая половина 20 века характеризуется развитием и ростом строительства крупных хозяйственных объектов, к числу которых относится ряд гидротехни- ческих сооружений: водопроводящие каналы, гидротехнические тоннели, пло- тины и водосбросные сооружения гидро- и теплоэлектростанций. Основным защитным конструктруктивным элементом этих сооружений является моно- литные бетонные покрытия. В настоящее время весьма остро назрела проблема обследования и последующего ремонта и реконструкции многих сооружений данного типа. Визуальное обследование и систематические наблюдения специалистов предприятий, эксплуатирующих гидротехнические сооружения, показывают, что долговременная эксплуатация объектов приводит к негативному воздейст- вию комплекса факторов на состояние монолитных бетонных конструкций, вы- ражающемся в повреждении бетона на отдельных участках, нарушению темпе- ратурно-деформационных швов, развитию трещин и локальных расслоений бе- тона, разрушению арматуры, нарушению связи между бетоном и подстилаю- щими вмещающими бетонную конструкцию грунтами. Это приводит к возник- новению законтурной фильтрации и образованию пустотности за бетонной оболочкой, просадочным явлениям в грунтовых толщах и по бетону. Все это свидетельствует о том, что с целью недопущения бетонных конструкций до критического состояния и предупреждения развития факторов повышенного экологического и инженерного риска в их эксплуатации, целесообразно выпол- нять комплекс мероприятий по обследованию, включающих приборную (гео- физическую) диагностику, визуальный осмотр, метрические измерения, отбор проб бетона и получение деформационных и прочностных характеристик. Не- обходимость этого также вытекает из Постановления Кабинета Министров Ук- раины № 409 от 05.05.1997 г «Про забезпечення надійності та безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж» [1]. 2. Теоретические исследования В ходе проведенных нами обследований бетонных конструкций покрытий, откосов, оболочки тоннелей ряда гидротехнических сооружений (Кременчуг- ская ГЭС, каналы – Северо-Крымский, Днепр-Донбасс, Каховский главный ма- 171 гистральный; плотины Криворожской и Старо-Бешевской ГРЭС и др.) выделе- но четыре модельных уровня анализа [2], приведенные в табл. 1: а) нульмерный (точечный); б) одномерный (линейный); в) двумерный (плоский); г) трёхмер- ный (объёмный). Таблица 1. – Модельные уровни анализа повреждений бетонного покрытия Модельный уровень ана- лиза Виды по- вреждений Характер разрушения Количественная оценка Методы ис- следования I нульмерный (точечный) Поверх- ность плит, Стыки плит Коррозия поверхностей бетона, кольцевые структуры разрушения, вскрытие арматуры, скол бетона, круговое (асимметричное) раз- рушение, прогиб, осе- дание, уступ Глубина проник- новения коррозии, высота обнажения крупного заполни- теля, площадь корродированного бетонного покры- тия Визуальный осмотр, мет- рические из- мерения II одномерный (линейный) Темпера- турно- деформаци- онные швы, протяжён- ные трещи- ны разру- шения бе- тона в зоне волнобоя и переменно- го увлажне- ния Относительное смеще- ние, разнопрофильное разрушение, пунктир- ные, сплошные трещи- нообразования, лемни- скатное трещинообра- зование Протяжённость, глубина, ширина разрушения швов, протяжённость и ширина раскрытия трещин Визуальный осмотр, мет- рические из- мерения III двумерный (плоский) Нарушения сочленения бетонного покрытия и опорных плит Опускание опорных плит, прогиб плит бе- тонного покрытия Величина отста- вания опорной плиты Визуальный осмотр, мет- рические из- мерения IV трёхмер- ный (объём- ный) Простран- ственное нарушение системы «бетонное покрытие – подсти- лающее ос- нование» Гидромеханическая суффозия (локальный и протяжённый вынос грунта), искривление бетонного покрытия, проседания, разруше- ние бетона, разрывы плит, изгиб, кручение, фрактальные разруше- ния нижней части бе- тонного покрытия Глубина и объём заоболочечных полостей Геофизиче- ские методы: виброакусти- ческая диаг- ностика, пас- сивная элек- тромагнитная диагностика, электромет- рия и т.д. К точечному уровню относятся повреждения на поверхности и стыках плит, выражающиеся в коррозии поверхностей бетона, кольцевых структурах разру- 172 шения, вскрытии арматуры. Коррозия бетонного покрытия по характеру воз- действия воды и в зависимости от реакций, возникающих в бетоне и в цемент- ном камне, оценивается согласно классификации В.М. Москвина [3], в которой выделяется три основных вида. К первому виду относятся явления выщелачи- вания агрессивной водой, связанные с фильтрацией и выносом составных час- тей цементного камня. При коррозии второго вида возникают обменные реак- ции, такая агрессия называется углекислой, магнезиальной и общекислотной. Третий тип коррозии бетона связан с сульфатной агрессией, когда происходит образование и рост кристаллов солей, которые накапливаются в порах и трещи- нах бетона. Количественно точечный уровень анализа оценивается площадью и глубиной разрушения бетона. В случае, когда выявить глубину распростране- ния разрушения сложно, можно воспользоваться величиной высоты обнажения крупного заполнителя. Ко второму одномерно-линейному уровню анализа следует относить темпе- ратурно-деформационные швы, протяжённые трещины разрушения бетона и другие дефекты. Количественно данные типы нарушений оцениваются протя- жённостью, глубиной, шириной разрушения швов, протяжённостью и шириной раскрытия трещин. При оценке трещин важно выявить направление распро- странения для определения зависающих и наиболее напряжённых частей плит бетонного покрытия, что свидетельствует о наличии полостей и их расположе- нии под бетонным покрытием. Третий двумерный уровень анализ приурочен к нарушению сочленения бе- тонного покрытия и опорных плит, перекрывающих температурно- деформационные швы, а также вдоль протяжённых трещин. Характерным здесь является опускание опорных плит, прогиб плит бетонного покрытия. Количест- венная оценка нарушения заключается в величине отставания опорной плиты или смещения плит относительно друг друга. Методами исследования первых трёх уровней являются визуальный осмотр и последующие метрические изме- рения выявленных дефектов. Четвёртым модельным уровнем анализа является трёхмерный или объём- ный. Данный уровень определяет пространственное нарушение системы «бе- тонное покрытие – подстилающее основание», проявлением которого является гидромеханическая суффозия (локальный и протяжённый вынос грунта), ис- кривление бетонного покрытия, проседания, разрушение бетона, разрывы плит, изгиб, кручение и др. Данные нарушения являются наиболее опасными, по- скольку существенно снижают эксплуатационную надёжность объектов. Нарушение системы «бетонное покрытие – подстилающее основание» тре- бует особого внимания, поэтому наиболее важна его количественная оценка, которая заключается в определении объёмов полостей под бетонным покрыти- ем. Определение данного параметра возможно прямыми и косвенными метода- ми. Прямым методом является бурение шпуров или выдалбливание окон в бе- тонном покрытии по определённой сетке и выявление и замер полостей под бе- тонным покрытием. Этот метод хотя и является эффективным, но усиливает без того нарушенное состояние конструкции и обладает существенной трудоёмко- 173 стью. Наиболее перспективным в этом плане являются косвенные методы не- разрушающего контроля, одним из которых является метод виброакустической диагностики, применяемый нами при оценке состояния системы «бетонное по- крытие – подстилающее основание». Целью виброакустической диагностики бетонного покрытия является выявление нарушений контакта между бето- ном и грунтом и косвенная оценка пустотности под покрытием в его над- водной части. Принцип виброакустической диагностики заключается в пред- варительном возбуждении свободных колебаний, путем нанесения удара и од- новременной регистрации их параметров [4]. 3. Натурные исследования Реализация теоретических и методических разработок осуществлена при оценке технического состояния левобережной земляной плотины Кременчуг- ской гидроэлектростанции и примыкающего к ней Табурищанского мыса [5, 6]. Наблюдения выполнялись на доступных для обследования участках бетон- ного покрытия верхового откоса. Визуальный осмотр показал, что основными формами нарушенности являются: большие полости под плитами крепления (объёмный модельный уровень), пространственные деформации плит бетонно- го покрытия (двумерный модельный уровень), протяжённые продольные и по- перечные трещины, разрушение температурно-деформационных швов (линей- ный модельный уровень), коржевание и скол кромок плит бетонного покрытия, поверхностная и глубинная коррозия, отслоения бетона (точечный модельный уровень). В местах неплотного прилегания к основанию бетонного покрытия в последнем возникают механические нагрузки, которые приводят к деформаци- ям, крену и осадке плит и развитию в них трещинных зон. Повреждения бетона в основном связаны с разрыхлением структуры, ее поризованностью, повы- шением водопроницаемости, снижением прочности, отторжением защитного бетонного слоя. Первоначально прослеживается образование каверн на по- верхности, а затем отмечается трещинообразование вглубь материала с раз- рушением глубинных слоев бетона и коррозией арматуры. Все это в услови- ях постоянного волнобоя и увлажнения частично снижают проектные харак- теристики охранной конструкции плотины. Данные дефекты следует рассмат- ривать в ключе трёх основных аспектов: механическом, физико-механическом и физико-химическом. Механический аспект. В местах неплотного прилегания к основанию бетонно- го покрытия в последнем возникают механические нагрузки, которые приводят к деформациям бетонных карт и развитию в них трещинных зон. Характер трещи- новатости на откосе имеет свои особенности: продольные трещины расположены вблизи уровня поверхности воды при длительном её пребывании в водохранили- ще; поперечные трещины наблюдаются в срединной части карт бетонного покры- тия, которые испытывают волнобой. Величина раскрытия трещин – от нескольких миллиметров до 1-2 сантиметров. На некоторых участках верхового откоса канала сформировался грунтовый слой с растительностью. Физико-механический аспект. Типичным для верхового откоса плотины яв- ляется разрушение деревянных прокладок температурно-деформационных 174 швов и последующее коржевание и скол кромок примыкающего к ним бетон- ного покрытия, вследствие чего образуются щели между отдельными плитами бетонного покрытия на всю его толщину. Наибольшая динамика разрушения примыкающих к температурно-деформационным швам кромок бетона наблю- дается на стыке четырёх плит, т.е. на углах плит. Данное явление объясняется наличием наибольшего количества свободных поверхностей в этой части бе- тонной плиты. Эти разрушения являются следствием попеременного увлажне- ния и высыхания, которые сопровождаются деформациями усадки и набухания материала, набуханием растворимых солей в порах цементного камня, попере- менное замерзание и оттаивание бетона, особенно в водонасыщеном состоянии, каковым является постоянное состояние бетонного покрытия верхового откоса. Физико-химическое воздействие окружающей среды на бетонное покрытие проявляется в корродировании бетона. По данным визуального осмотра выделены участки корродированного бетонного покрытия. На данном объекте выделяется два типа коррозии бетона поверхностная и глубинная. Количественно поверхно- стную коррозию бетонного покрытия можно охарактеризовать высотой обнаже- ния крупного заполнителя (щебня). Таким образом, на верховом откосе выделя- ются участки с нулевым обнажением (четко виден щебень) и участки с высотой обнажения до 2 см. Глубинная или точечная коррозия на данном объекте прони- кает вглубь до 10-15 см и является следствием, как поверхностной коррозии, так и особенностями приготовления бетонной смеси при формировании бетонного по- крытия. При активном воздействии атмосферных агентов глубинная коррозия достигает арматуры, что является крайне негативным фактором для долговремен- ной прочности железобетона. На отдельных участках выявлены отслоения бетона, что также может быть причиной глубинных дефектов. После визуального обследования была проведена приборная диагностики бетонного покрытия. Виброакустические измерения проводились аппаратурой ДИКОН. Шаг профиля был равен 4 м. Для каждой точки выполнялось по три замера и результаты усреднялись. Для индикатора ДИКОН приводится усред- ненное значение количества свободных колебаний. Особенность виброакустического метода и применяемой аппаратуры за- ключаются в том, что не существует универсальных критериев оценки пустот- ности, трещиноватости и других аномалий. При анализе данных следует руко- водствоваться следующими критериальными оценками, установленными путем контрольного бурения на аналогичных объектах и закачкой строительной сме- си, представленными в табл. 2. По результатам вибродиагностики построены карты изменения информа- тивного параметра по поверхности бетонного покрытия. По картам определены площади участков слабой (S1), средней (S2) и сильной (S3) нарушенности и вы- числены объемы полостей под бетонным покрытием. В качестве иллюстрации на рис. 1 приведена карта пустотности под бетонным покрытием с наложенной картой визуального осмотра в интервале пикетов 49 - 51. 175 1 – уч ас тк и со сл аб ой на ру ш ен но ст ью (с м .т аб л. 2) ;2 – уч ас тк и со ср ед не й на ру ш ен но ст ью ;3 – уч ас тк и с си ль но й на ру ш ен но ст ью ;д ро б- ны е чи сл а по ка зы ва ю т па ра м ет ры те м пе ра ту рн о- де ф ор м ац ио нн ы х ш во в (ч ис ли те ль – гл уб ин а ш ва ,з на м ен ат ел ь – ш ир ин а ш ва ) Р ис .1 – С ов м ещ ён ны е ка рт ы ин ф ор м ат ив но го пр из на ка ви бр оа ку ст ич ес ко й ди аг но ст ик и и ви зу ал ьн ог о ос м от ра на П К 49 – П К 51 176 Таблица 2 – Критериальные оценки пустотности, определяемые виброакустическим мето- дом, и характерные значения числовых параметров пустотности для различных категорий участков № п/ п Значение инфор- мативного пара- метра Категория участка Относительная пло- щадь пустот на уча- стке, k Характерная глубина пустот h, м 1 менее 10 Слабая нарушенность 0,10 0,05 2 10-14 Средняя нарушен- ность 0,30 0,10 3 более 14 Сильная нарушен- ность 0,60 0,15 Карты информационного признака виброакустической диагностики выпол- нялись с применение программного продукта Surfer седьмой версии с исполь- зованием интерполяционного метода Kriging, который наиболее полно отража- ет реальную картину. На ряде участков метрическими измерениями удалось зафиксировать ано- мальную глубину пустот под бетонным покрытием, что позволило уточнить ре- зультаты виброакустической диагностики. Виброакустической диагностикой выявлена пустотность под бетонным по- крытием и подтверждена в доступных местах метрическими измерениями. Ве- личина пустот в отдельных местах достигает глубины 50-75 см. Относительная пустотность под бетонным покрытием колеблется от 0,008 до 0,040 и в среднем по всей обследованной поверхности составляет 0,020 м3/м2. Таким образом, данные, полученные при оценке технического состояния различных гидротехнических сооружений, позволяют рационально выбрать мероприятия по ремонту конструкций. 4. Выводы 1. В настоящее время остро назрела проблема обследования и последующе- го ремонта и реконструкции бетонных конструкций различных гидротехниче- ских сооружений. 2. При оценке технического состояния бетонных покрытий целесообразно пользоваться четырьмя модельными уровнями анализа: а) точечный; б) линей- ный; в) плоский; г) объёмный. Каждый уровень изучает определённые виды по- вреждений и соответствующий им характер разрушения. 3. Дефекты бетонного покрытия, выявляемые при визуальном осмотре, сле- дует рассматривать в ключе трёх основных аспектов: механическом, физико- механическом и физико-химическом. 4. Нарушение системы «бетонное покрытие – подстилающее основание» требует особого внимания, поскольку снижают проектные параметры гидро- технического сооружения, поэтому определение полостей под бетонным по- крытием является первоочередной задачей. 5. Доказано, что положительные результаты по определению зон пустотности под бетонным покрытием даёт применение виброакустической диагностики. Объективную оценку технического состояния бетонных покрытий гидро- 177 технических сооружений даёт комплексное визуальное и приборное обследова- ние. Дальнейшую работу по повышению эффективности оценки технического состояния объектов данного типа следует сосредоточить на расширении мето- дической и приборной базы по оценке нарушенности грунтов, подстилающих бетонное покрытие. Нами проводятся исследования по применению методов пассивной электромагнитной и электрометрической диагностики в решении рассматриваемой проблемы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Постанова Кабінету Міністрів України від 05.05.97 № 409 "Про забезпечення надійності и безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж". 2. Степанов И.Н. Формы в мире почв. – М.: Наука, 1986 – 192 c. 3. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. – М.: Стройиздат, 1986. – 464 с. 4. Яланский А.А. и др. Теоретические и аппаратурные разработки виброволнового контроля строительных конструкций и материалов. /Яланский А.А., Паламарчук Т.А., Сергиенко В.Н., Усаченко В.Б. //Тезисы докладов IV-ой международной научной конференции «Материалы для строительных конструкций». - Днепропетровск, 1996 - С. 73. 5. Инструментальное виброакустическое обследование системы «бетонное покрытие – грунт» верхового откоса левобережной плотины Кременчугской ГЭС: Отчет о НИР / НПП Технополис «Экоиндустрия», руково- дитель Б.Усаченко, 2005. – 50 с. 6. Инструментальное виброакустическое обследование системы «бетонное покрытие – грунт» опытного участка Табурищанского мыса Кременчугской ГЭС: Отчет о НИР / НПП Технополис «Экоиндустрия», руково- дитель Б.Усаченко, 2005. – 46 с. УДК 622.83 В.Н. Сергиенко, С.П. Мусиенко, В.Б. Усаченко МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРОРАБОТКИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОДВОДНОЙ ВИБРОДИАГНОСТИКИ Розглянуто проблему виявлення порожнин під бетонним покриттям. Встановлено мож- ливість використання вібраційної діагностики зі змінною базою для контролю підводних об'- єктів. Наведено приклад практичного використання методики. THE METHODICAL DEVELOPMENTAL WORKS AND PRACTICAL APPLICATION OF AN UNDERWATER VIBRATION DIAGNOSTICS The problem of revealing of emptiness under a concrete covering is considered. The opportu- nity of use of vibrating diagnostics with variable base for the control of underwater objects is estab- lished. The example of practical use of a technique is given. Значительная часть искусственных водохранилищ на территории Украины была сооружена в середине прошлого столетия. Под влиянием естественных факторов покрытие верховых откосов плотин водохранилищ в большой мере утратило свои первоначальные эксплуатационные качества. Основным следст- вием этого является образование пустот под плитами противофильтрационного покрытия, площадь которых достигает в отдельных случаях десятки квадрат- ных метров. Под влиянием силы тяжести происходит первоначальная осадка плит покрытия с образованием в нем трещин, за счет чего значительно усили- вается фильтрация воды сквозь тело насыпной плотины. Процесс разрушения

Оценка технического состояния бетонных покрытий гидротехнических сооружений

Institution

Ähnliche Einträge