автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Обоснование устойчивости и прочности башенных водоприемников гидротехнических сооружений в условиях закарстованных оснований

Баранов Александр Евгеньевич

ОБОСНОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ И ПРОЧНОСТИ БАШЕННЫХ ВОДОПРИЕМНИКОВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЗАКАРСТОВАННЫХ ОСНОВАНИЙ

05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□03455032

Москва 2008

003455832

Работа выполнена в «Институте Гидропроект» - филиале ОАО «Инженерный центр ЕЭС» (г.Москва) и в Московском государственном университете природообустройства.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Защита состоится « 22 » декабря 2008 г. в 18 часов на заседании диссертационного совета Д 220.045.02 в Московском государственном университете природообустройства по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, 19, корп.1, ауд. 201; факс 976-10-46, mailbox@msuee.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Московского государственного университета природообустройства.

Автореферат разослан » ноября 2008 г.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Каганов Григорий Михайлович

Шайтанов Владимир Яковлевич

кандидат технических наук, профессор Левачёв Станислав Николаевич

Ведущая организация:

ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений», г.Москва

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Евдокимова И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Водоприемники гидротехнических сооружений (ГТС) по классификации в нормах на проектирование являются основными сооружениями, участвующими в создании напорного фронта и приравненные к тому же классу ГТС, что и плотины. Башенные водоприемники (для туннельных и трубчатых водосбросов, во-довыпусков, водоспусков и водоводов) применяются в компоновках гидроузлов и гидроэлектростанций (ГЭС) в основном с грунтовыми плотинами, реже - с арочными и гравитационными бетонными и ж/бетонными плотинами, а также в компоновках гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Количество башенных водоприемников по результатам анализа, выполненного в диссертации, занимает порядка трети от общего числа применяемых в компоновках ГТС водоприемников других типов. Башенные конструкции в силу геометрических особенностей являются более чувствительными к устойчивости по сравнению с другими ГТС.

При проектировании, в силу ряда обстоятельств размещение ГТС и башенных водоприемников, осуществляется во многих случаях на территориях с основаниями нарушенной геологической структуры. Карст, классифицируется как один из опасных геологических процессов, таких как оползни, переработка берегов, сейсм. Карстопроявления характеризуются постепенным разрушением подземными и поверхностными водами скальных, полускальных пород, с образованием пустот, пещер, эрозий, оседаний, провалов. С учетом природных и (или) техногенных воздействий возникает активизация карста. Воздействия, обусловленные деформациями основания с карстом, согласно требованиям норм, относятся к особым нагрузкам. По экспертной оценке для РФ площадь территории, затрагиваемая карстом, составляет около 66%, а для стран мира — порядка 31%.

При реализации программы перспективного развития гидроэнергетики России для целого ряда гидротехнических объектов на её территории (а также стран СНГ) возникнет проблема учета явления карста, в том числе для гидроузлов, ГЭС и ГАЭС с башенными водоприемниками.

Существующие в нормах методы расчетов устойчивости и прочности ГТС при обосновании проектных решений, не учитывают специфику башенных водоприемников, их совместную работу со скальными, полускальными основаниями, подверженными карстовым нарушениям, кроме того в нормативных документах отсутствуют рекомендации по проектированию мероприятий инженерной противокарстовой защиты башенных ГТС.

В публикациях по изученной проблеме отсутствуют данные по натурным исследованиям башенных водоприемников ГТС, в т.ч. построенных на закарсто-ванных основаниях.

С учетом вышеизложенного, решение комплекса вопросов, связанных с обеспечением устойчивости и прочности башенных водоприемников на закарсто-ванных основаниях, является весьма актуальной задачей.

Объектом исследования в диссертации являются башенные бетонные и ж/бетонные водоприемники ГТС на скальных и полускальных основаниях (далее по тексту - скальных), ослабленных карстовыми проявлениями. Соответственно, предметом исследования служит совместная работа башенных водоприемников ГТС и закарстованных скальных оснований, и их укрепление с помощью инженерных мероприятий.

Цели и задачи исследования. Цель диссертации - решение проблемы обеспечения устойчивости и прочности башенных водоприемников гидротехнических сооружений при их проектировании и строительстве в условиях проявления карста в скальных основаниях, в т.ч. за счет мероприятий инженерной защиты , для повышения их надёжности и безопасной эксплуатации.

В процессе исследований предстояло решить следующие задачи:

- выполнить анализ нормативно-методической и научно-технической литературы, публикаций по теме проектирования, строительства, расчетного обоснования башенных конструкций, в т.ч. водоприемников ГТС, на скальных основаниях, ослабленных геологическими нарушениями, включая явление карста;

- осуществить совершенствование методологии расчетов устойчивости и прочности ГТС, применительно к башенным водоприемникам совместно со скальными основаниями, в т.ч. с наличием карстопроявлений;

- создать математическую трехмерную модель системы «башенный водоприемник - закарстованное основание», выполнить ее апробацию, учитывающую специфику башенных водоприемников, на примере туннельного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла;

- исследовать напряженно-деформированное состояние (НДС), устойчивость, прочность системы в пространственных условиях, с учетом линейных и нелинейных эффектов, изменения степени закарстованности основания;

- разработать комплекс мероприятий инженерной защиты по повышению несущей способности пораженных карстом скальных оснований, применительно к водоприемникам башенного типа ГТС и выполнить апробацию их надежности для ряда мероприятий, на примере Юмагузинского гидроузла;

- разработать программу натурных исследований и сопоставить результаты работы по теме диссертации с натурными наблюдениями башни водоприемника упомянутого ГТС;

- разработать и обосновать рекомендации к нормам по проектированию в гидротехническом строительстве, в части расчетов устойчивости и прочности башенных водоприемников ГТС на скальных основаниях, в т.ч. в условиях карста, и их инженерной противокарстовой защиты.

Научная новизна работы.

К новым научным результатам относятся следующие:

- впервые выполнен анализ значительного количества башенных водоприемников ГТС в мире, составлены сведения о перспективе их строительства в РФ и странах СНГ, на основе которых разработаны классификация и систематизация этих сооруже-

ний, обусловленные их конструктивными особенностями, отличиями от башенных сооружений промгражцанского строительства, включая оценку карстоопасности;

- по результатам научного исследования сформулирован комплекс детальных рекомендаций, позволяющих системно подходить к обоснованию расчетов устойчивости и прочности башенных водоприемников на скальных основаниях, затронутых карстом, с учетом специфики этих сооружений и ряда особенностей, в т.ч.: нагрузок и воздействий, выбора расчетных случаев, оценки предельных состояний, карстопроявлений, параметров «активной зоны» в основаниях и др.;

- впервые уточнена методология расчетов трехмерной задачи НДС, устойчивости и прочности применительно к системе «башенный водоприемник - закарстованное скальное основание», разработан ряд принципиальных положений (нормативных требований) к этим расчетам, учитывающих особенности башенных водоприёмников, деформаций грунтов основания из-за явления карста; настоящая методология нашла отражение в разработанной пространственной математической модели системы, которая прошла апробацию в процессе научных исследований на конкретном сооружении;

- систематизирован комплекс инженерных методов противокарстовых мероприятий защиты башенных водоприемников, часть которых была впервые разработана и апробирована с положительными результатами обеспечения устойчивости и прочности сооружений и их оснований, на примере использования на конкретном объекте;

- на основе научных результатов диссертации впервые осуществлено проектирование высотной конструкции башни водоприемника (67 м), возведенного на существенно закарстованном основании с неравномерным характером распределения карстовых зон, большим объемом и значительными размерами карстовых полостей; запроектированная конструкция показала хорошую эксплуатационную надежность, подтвержденную натурными исследованиями.

Практическое значение работы состоит в следующем.

Рекомендации, изложенные в диссертационной работе, предполагается использовать при проектировании башенных водоприемников ГТС в районах развития карста, например, на Рогунской ГЭС, на перспективных объектах в РФ: Нижнеангарские, Южноякутские ГЭС, Эвенкийская ГЭС, на гидроузлах на реках Амур, Лена, Б. Енисей, на ряде ГАЭС в Центрально-Европейской части.

Результаты диссертации планируется включить в технические стандарты по проектированию ГТС и их оснований, в части рекомендаций по расчетам устойчивости и прочности системы «башенный водоприемник - закарстованное скальное основание», а также рекомендаций по противокарстовой защите их оснований, обеспечивающих безопасность ГТС.

Практическую ценность представляет сформированный каталог 182 гидроузлов, ГЭС и ГАЭС, построенных в мире с башенными водоприемниками (высотой более 30 м), в т.ч. с оценкой карстоопасности в створах этих объектов.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей, в т.ч. 4 в журнале «Гидротехническое строительство». Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждены на заседании секции «Гидроэнергетика, энергетические сооружения и строительные конструкции» НТС «Ин-

женерного центра ЕЭС» с участием сотрудников кафедры ГТС МГУП, а также доложены на 3-й научно-технической конференции «Гидротехника. Новые разработки и технологии» во ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева.

Реализация работы. Результаты исследований реализованы в проектной документации для строительства башенного водоприемника туннельного водо-сброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла на р. Белой в Башкортостане (главный инженер проекта гидроузла - автор диссертации), а также при назначении критериев безопасности этой конструкции для декларации безопасности. Частично рекомендации диссертации использованы при проектировании башенного воодоприемника Сангтудинской ГЭС-1 на р.Вахш в Таджикистане.

Структура и объем диссертации. Состоит: из введения, 6 глав, заключения, библиографического списка используемой литературы из 121 наименования и 6 приложений. Объем диссертации составляет 230 стр., включая 49 рис., 4 табл. и каталог башенных водоприемников на 14 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, приведены цели и задачи исследований, сформулирована научная новизна работы, используемые методы при ее выполнении, подтверждены достоверность, практическое значение исследований, указаны источники информации, даны сведения по апробации, реализации результатов, структуре и объеме работы.

В первой главе выполнен анализ используемых в настоящее время методов расчетных исследований напряженно-деформированного состояния, устойчивости и прочности системы «бетонное сооружение - скальное основание», в т.ч. для оснований с нарушенной структурой.

Сооружение и основание представляют единую систему, если скальные, (полускальные) грунты основания характеризуются нарушенной, неоднородной структурой (например, карст), решение задач устойчивости и прочности приобретает особую значимость для безопасной эксплуатации объекта.

Приводится краткое изложение разработанных в конце 70-х, начале 80-х годов методик по решению задач НДС, прочности и устойчивости системы «скальное основание - сооружение» (Гришин М.М., Гольдин A.JL, Розанов Н.П., Мгалобелов Ю.Б., Орехов В.Г., Храпков A.A., Ухов С.Б., Фрадкин Б.В. и др.). Последние 25 лет для решения задач практически во всех областях технических знаний, включая расчеты ГТС и их оснований, активно применяется метод конечных элементов (МКЭ). Первые публикации по внедрению этого метода в СССР при проектировании плотин были сделаны Розиным Л.А., Уховым С.Б. За этот период времени технический прогресс в области математического моделирования и вычислительной техники, производительности компьютеров, их программного обеспечения шагнул далеко вперед, включая расчеты системы «бетонное, ж/бетонное ГТС - основание» в пространственных условиях, с учетом различного

рода нелинейных эффектов (Белостоцкий А.М., Бронштейн В.И., Газиев Э.Г., Грошев М.Е., Зарецкий Ю.К., Зерцалов М.Г., Иванов П.Л., Ксенофонтов В.К., Лисичкин С.Е., Мгалобелов Ю.Б., Николаев В.Б., Рассказов Л.Н., Речицкий В.И., Рубин О.Д., Семенов В.В., Толстиков В.В., Фишман Ю.А. и др.). Изложены основные принципы использования МКЭ при расчетах по исследуемой теме, включая моделирование нарушенных скальных оснований для ГТС.

По существующей в России инженерной практике расчеты устойчивости и прочности системы «сооружение - скальное основание» регламентированы требованиями норм по методу предельных состояний по двум группам: по несущей способности и общей устойчивости (полная непригодность к эксплуатации), и по деформациям (непригодность к нормальной эксплуатации). Анализ несущей способности оснований и устойчивости сооружений производится: по сравнению напряжений, полученных, как правило, из решений линейно упругой задачи, а также допустимых напряжений, вычисленных исходя из прочности материалов и расчлененных коэфф. запаса надежности. Проверка устойчивости сооружений выполняется по соотношению удерживающих сил с учетом параметров сопротивления сдвигу и сдвигающих сил. Проверки выполняются независимо друг от друга, их связывает проверка местной прочности сооружения и основания.

Последние редакции отечественных норм по проектированию ГТС, их оснований были разработаны более 20 лет тому назад, за это время возможности расчетных исследований системы «бетонное сооружение - скальное основание» существенно расширились. Для этого используются современные компьютерные программы и соответствующие математические модели упомянутой системы.

Анализ методов расчетов устойчивости и прочности в рассмотренных публикациях, в отечественных строительных нормах и правилах проектирования общестроительных сооружений и ГТС, а также оснований (СНиПы: 2.02.02-85, 2.06.09-84, 2.06.07-87, 2.06.08-87, 52-01-2003, 33-01-2003, 2.02.01-83*, 11-0296, 22-02-2003), в зарубежной нормативно-методической литературе (США, Германия, Канада, Португалия) показал, что в них не приведена методика этих расчетов, учитывающих специфические особенности башенных бетонных и ж/бетонных сооружений на скальных (полускальных) закарстованных основаниях, в т.ч. с применением компьютерных 3-х мерных моделей.

Во второй главе диссертации исследуются особенности расчетного обоснования устойчивости и прочности башенных водоприемников гидротехнических сооружений и скальных оснований, нарушенных карстом.

Башенные водоприемники ГТС применяются на входных трактах водосбросов, водовыпусков, водоспусков гидроузлов и турбинных водоводов ГЭС и ГАЭС. Водоприемники (в т.ч. башенные) являются основными ГТС, участвующие в создании напорного фронта, по их классификации (СНиП 33-01-2003), по отношению к высоте сооружения и типу грунтов основания, они приравниваются к тому же классу, что и плотины. В нормативно-методической и технической литературе отсутствуют определения конструктивных параметров башенных водопри-

емников, поэтому автором разработана классификация по габаритам, высоте и типу их конструкции.

Рассмотрены вопросы, касающиеся области применения водоприемников ГТС башенного типа, их преимуществ и недостатков. Отмечается, что этот тип водоприемников, в силу геометрических особенностей, является более чувствительным к устойчивости по отношению к другим. В процессе изучения примеров строительства и эксплуатации башенных водоприемников с высотой более 30 м на гидроузлах, ГЭС и ГАЭС в СССР, России, зарубежных странах, возникла потребность в их систематизации и классификации, что было выполнено в составе диссертации в виде каталога для 182 объектов. Каталог даёт представление об особенностях башенных водоприемников в компоновках ГТС, в том числе для 10 объектов на территории РФ, 40- в республиках СНГ, 132- в государствах мира.

Приводится анализ особенностей работы башенных ГТС (водоприемники, верхние головы шлюзов) на скальных основаниях в сравнении с башенными промгражданскими сооружениями (элеваторы, градирни, дымовые трубы и т.д.). Прежде всего, эти особенности заключаются в наличии постоянного контакта ГТС с водной средой, что создает специфику нагрузок и воздействий в расчетах, а также значительное превышение их величин. К таковым относятся: понижение прочностных характеристик скальных пород (из-за фильтрационного, физико-химического воздействия воды в микротрещинах - карст), гидростатическое давление, фильтрационное противодавление на подошву основания ГТС, объемные силы фильтрующей воды в основании и в водонасыщенных зонах ГТС, гидродинамические нагрузки при сейсмических воздействиях, волновые, ледовые, от навала судов, плавающих древесных остатков. Другие особенности: учет нагрузок от автотранспорта на мостовом переходе и от кранового оборудования (которые, как правило, устраиваются на башенных ГТС), расчеты при пониженном уровне воды в водохранилище, взрывные в строительный период, в ремонтном случае.

Отмечено, что применительно к башенным водоприемникам ГТС в сопоставлении с общестроительными башенными конструкциями, в гидротехнических нормах отсутствуют критерии по предельным деформациям, в части осадок и крена в расчетах по 2-й группе предельных состояний. Выявлены отдельные разночтения в нормах по принципам расчетов деформаций скальных оснований ГТС и промгражданских сооружений.

Изложены понятия, определения по явлению карстоопасности. Карстовые проявления относятся к категории опасных геологических процессов (СНиП 2202-2003). По классификации нагрузок (СНиП 2.01.07-85*), деформации закарсто-ванных грунтов, наравне с сейсмическими и взрывными воздействиями, отнесены к категории особых нагрузок. Выделяют три типа карста: карбонатный (труднорастворимые скальные породы), сульфатный (среднерастворимые полускальные породы), хлоридный или соляной (легкорастворимые). По условиям размещения на земной поверхности различают два вида карста: покрытый и открытый.

Приводится обзор и анализ нормативно-методической, технической литературы и публикаций по основным положениям и расчетам по проблеме устойчи-

вости и прочности башенных сооружений на закарстованных основаниях, как для гидротехнического, так и для лромгражданского строительства.

Если методы выявления карста при проведении инженерно-геологических и изысканий в гидротехническом строительстве в достаточной мере апробированы и применяются в зарубежной и отечественной практике (Семенов М.П., Лы-кошин А.Г., Меланович Р.Т., Парабучев И.А., Рейдер Ф. и др.), то методы расчетов, учитывающих влияние карстовых проявлений на устойчивость и прочность ГТС, особенно башенного типа, для проектной деятельности не разработаны.

Результаты рассмотрения ведомственных норм по проектированию сооружений и оснований в области промгражданского строительства, в т.ч. для башенных конструкций и в условиях карста (рекомендации, инструкции, пособия, своды правил), а также территориальных строительных норм, показали, что в них не учитывается специфика гидротехнического строительства. Сделан вывод, что несмотря на существенное количество публикаций по проблеме карста и наличие нормативной документации по теме проектирования и изысканий для общестроительных сооружений на карсте (в т.ч. по методам расчетов), все они не учитывают особенности нагрузок и воздействий для условий гидротехнического строительства (гл. 2 диссертации) и не могут быть применены при проектировании ГТС. Указанное (последнее) обстоятельство повсеместно отмечается в нормах по вопросам проектной деятельности в промышленном и гражданском строительстве.

Применительно к гидротехническому строительству, по результатам анализа отечественной и зарубежной литературы и нормативной документации по исследуемой теме, констатируется, что в них не отражена методика расчетов башенных бетонных и ж/бетонных ГТС, в т.ч. водоприемников, а также учет кар-стопроявлений для этих сооружений. Выявлена одна публикация, косвенно затрагивающая эту тему (Ильин Ю.А., Михайлов О.В., Рубин О.Д.), - по отношению к расчетам на карсте верхней головы шлюза Павловской ГЭС в Башкирии.

По результатам анализа составленного каталога для 182-х ГТС с водоприемниками башенного типа, который рекомендуется использовать для поиска проектных аналогов, проведена обработка информации в виде диаграмм (например, рис. 1), включая оценку карстоопасности, на территориях РФ, стран СНГ, зарубежных государств.

Глава третья посвящена совершенствованию вопросов расчетных исследований НДС, устойчивости и прочности при проектировании башенных водоприемников ГТС на скальных закарстованных основаниях.

Приводится подробное описание предлагаемой автором методологии этих исследований, учитывающей специфику работы башенных водоприемников ГТС на скальных основаниях, затронутых карстом.

• Важной задачей расчетов является построение математической инженерно-геологической модели закарстованного основания, для чего должны быть сформированы достоверные исходные данные по: очертаниям и распространению карста в основании сооружения; характеру заполнения карстовых полостей; назначе-

нию расчетных прочностных и деформационных характеристик для закарстован-ного основания и грунтов заполнителя полостей; прогнозу активизации карста -увеличению габаритов полостей и степени разуплотнения основания в целом (сульфатный, гипсовый карст) или частично - вымывание заполнителя из полостей (карбонатный); оценке степени воздействия применяемых в основании сооружения противокарстовых мероприятий.

• После разработки инженерно-геологической модели разрабатывается математическая модель системы «башенный водоприемник - закарстованное скальное основание», назначается её расчетная область (с рекомендуемыми из опыта размерами) в глубину порядка 2,5-3,0 и в плане 1,5-1,8 высоты водоприемника. В модели сооружения намечаются этапы его строительства для оценки влияния изменений на НДС системы, степени статической неопределимости и истории за-гружения сооружения по мере его возведения, что важно для поэтапного ввода водоприемника в эксплуатацию по мере наполнения водохранилища. Наличие деформационных швов, как правило, позволяет рассматривать в расчетной схеме только сооружение самой башни без учета смежных конструкций. В предлагаемой расчетной схеме по контакту плиты и упоров с основанием вводятся условия, обеспечивающие отсутствие растягивающих напряжений и заданную величину сдвиговых характеристик по плоскостям на контакте. При аппроксимации скального основания КЭ предусматривается возможность развития в нем пластических деформаций, раскрытия контакта фундамента башни с основанием и неупругих деформаций сдвига по контакту. Для этой цели используются специальные КЭ.

• Производится выбор расчетного случая, исходя из геометрических особенностей башни на особые нагрузки и воздействия, и сочетания: инерционные силы и гидродинамическое давление при сейсмическом воздействии, динамические при взрывах в строительный период, ледовые, волновые, температурные, на всплытие в ремонтном случае, деформации основания, обусловленные карстом, а также постоянные и временные: от давления наносов, навала судов и плавающей древесины, ветровые при строительстве и при опорожненном водохранилище.

• Затем расчетами устойчивости башни водоприемника по 1-й группе предельных состояний (на основе СНиП 33-01-2003) проверяется условие:

Р<11 / (УпУ!с / 7с)=К / Ууст , (1.1)

где: Р и 11 - соответственно расчетные значения обобщенного силового воздействия (сила, момент с учетом коэфф. надежности по нагрузке) и обобщенной несущей способности; у„ - коэфф. надежности по ответственности сооружения (1.25 для I класса ГТС); у1С - коэфф. сочетания нагрузок (1.0 для основного сочетания при нормальной эксплуатации, 0.9 -для периода строительства и нормальной эксплуатации); ус-коэфф. условий работы (1.0 при расчете устойчивости по трещине в основании или по скальному массиву и 0.95 при расчете устойчивости по контакту сооружение-основание); ууст-обобщенный коэфф. устойчивости.

и

• В соответствии со СНиП 2.02.02-85 по проектированию оснований ГТС, производятся расчеты местной прочности скального основания башни (для I и II класса) по предельным состояниям 2-й группы, при основном сочетании нагрузок, при этом все коэфф. принимаются равными 1.0 из-за учета особенностей сооружения. Напряжения в основании, которые допускается определять по теории упругости, должны проверяться на следующие условия - по трещинам в основании и по контакту с сооружением; по массиву основания, соответственно:

О] <Я tj.ii, с^ц , С,„) > 1, (1.2)

Оз < Я (,га,и, 5т ^ фга>ц, Ст,ц ) > 1, (1.3)

где: о] - нормальное напряжение в трещине или на контакте; о3 - главное напряжение в массиве основания; 5j и 5т - коэфф. местной прочности по трещине (контакту) и по массиву; Яу>п , II ^ ц - расчетные значения предела прочности скального массива на растяжение, по контакту и по массиву; tg ср^ц, С^ц и фШ)Ц, СтИ - расчетные сдвиговые характеристики, соответственно.

В развитие СНиП, так как в исследованиях используется также нелинейный метод исследования НДС основания и контакта, следует первые условия прочности (по растяжению) не рассматривать и производить анализ глубины раскрытия контакта и положения зоны разуплотнения в основании.

В процессе расчетов выяснилось, что приведенная в СНиП 2.02.02-85 формула для 8т (как критерия обеспечения местной прочности в скальном массиве, в виде отношения предельных касательных напряжений на расчетной площадке к эксплуатационным) неудобна в расчетах, поэтому было предложено, назвав 8Ш локальным коэффициентом запаса прочности на сдвиг в скальном массиве - Кт, и придать этой формуле другой, упрощенный вид:

Кт = [(а, + а3) БШф т11 +2 Ст,ц соэф т,ц] / (а, - о3). (1.4)

Отмечается, что по СНиП 2.02.02-85 в скальных основаниях бетонных и ж/бетонных ГТС допускаются области, где уп=1.25>5^1 и уп=1.25>5ш>1, т.е. ко-эфф-ы местной прочности 5) и бт могут быть меньше коэфф-ов надежности по степени ответственности сооружения уп . Для бетонных и ж/бетонных плотин на скальных основаниях это положение апробировано практикой проектирования, но для башенных водоприемников в силу их геометрических особенностей, указанные значения локальных коэфф-ов прочности представляются слишком заниженными (гл. 4 диссертации), поэтому предлагается ввести другие условия:

^ (или К ^ >1.25 и 5т (или Кт) >1.25. (1.5)

В итоге, оценка местной прочности скального основания в массиве и по контакту (в т.ч. с карстовыми нарушениями под водоприемником), выполняется по формулам (1.2), (1.4) и (1.5).

• На основе СНиП 2.02.-85 производятся расчёты по деформациям башенного водоприёмника (I и II класс) и его основания (осадки, горизонтальные пере-

мещения, крены), с учётом предельных значений деформаций для разных диапазонов высот башен, по результатам исследований в гл. 4 диссертации, в. т.ч. для расчётов перемещений с предлагаемой глубиной «активной зоны» в основании.

• Расчеты общей прочности бетона башни водоприемника предлагается выполнять на основе СНиП 2.06.06-85 «Плотины бетонные и ж/бетонные» (но не СНиП 2.06-08-87 «Бетонные и ж/бетонные конструкции ГТС», так как для исследуемой конструкции он не применим) в виде проверки условия:

аа < Р (Кс) / ( У„Ую / УсаУ.Уп) = Р (йс) > Упроч, (1.6)

где: Ста - расчетное напряжение; - расчетное сопротивление бетона; Б - функция в зависимости от характера напряженного состояния; у„ и у|с - коэфф. (как для формулы 1.1); уС(1 - коэфф. условий работы бетона по растяжению (по табл.6 СНиП: для основного сочетания нагрузок и воздействий - 0.9, для особых - 1.0, тоже сейсмических - 1.1); у, - коэфф. нарастания прочности бетона с возрастом (по табл. За СНиП от 0.9 до 1.15); ул - коэфф. способа приготовления и укладки бетона (1.0, при полностью автоматиз. процессе - 1.1); упр0ч - обобщенный коэфф. прочности. Принимается полный состав нагрузок и воздействий, предельные значения растянутой зоны на гранях башни и по контакту с основанием, с учётом выполненных исследований в диссертации, рекомендуется не назначать.

• В тех зонах башни водоприемника, где условия прочности (1.6) не удовлетворяются, должны производиться расчеты на армирование по СНиП 2.06.08-87. Однако, в этом СНиП только упоминается, что расчеты прочности массивных ж/бетонных пространственных конструкций (к ним относятся башенные водоприемники) рекомендуется производить по главным напряжениям, но не излагается методика и конкретные расчетные зависимости.

Такая методика для сложного 3-х мерного напряженного состояния, с учетом распределения главных напряжений, возникновения трещин, учета контактных швов в конструкциях и др. особенностей, была разработана в НИИЭС, в ЦСКТЭ (Лисичкин С.Е., Николаев В.Б., Рубин О.Д.) и включена в стандарт РАО «ЕЭС России» «Правила проектирования бетонных и ж/бетонных конструкций ГТС», в развитие СНиП 2.06.08-87. Расчеты прочности и пространственного армирования башни водоприемника Юмагузинского гидроузла в соответствии с этой методикой, на основе расчетов НДС системы «сооружение - основание», были апробированы с участием автора на исследуемой конструкции.

Отмечается, что подобная методика «РАСАР» по расчетам прочности и армирования массивных ж/бетонных пространственных ГТС (Орехов В.В., Мга-лобелов Ю.Б.) разработана в «Гидропроекте» в 2005 г. и также применима для расчетов башенных водоприемников.

Приводится краткое описание методики НИИЭС, ЦСКТЭ. Величины усилий в арматуре вычисляются экспериментально. Коэффициенты армирования в направлении осей определяются по формулам:

цх= (от/ Я5) Б*, цу= (ат/ Я5) Ру, (ат/ Я5) Р2,

(1.7)

где: Fx, Fy , Fz - обобщенные экспериментально-теоретические функции, зависящие от углов наклона (а, Р, у) вектора ат к осям координат, диаметров арматуры, классов бетона и арматуры и т.п.; Rs- расчетное сопротивление арматуры.

Условия прочности железобетонных элементов по оси X таковы:

Vic Уп Кх cm < ус ys цх Rs, аналогично по осям Y и Z, (1.8)

где: Кх (Ку , К z) - коэфф-ы., учитывающие схему армирования элемента и влияние нагельного эффекта, определяются на основе графика методики, в зависимости от диаметра арматуры и угла наклона главных растягивающих напряжений к осям координат; у\с, уа , ус - принимаются по СНиП 33-01-2003; ys - коэфф. условий работы арматуры по СНиП 2.06.08-87.

В сечениях при наличии растягивающих напряжений на гранях, контактирующих с водой, учитывается силовое воздействие фильтрующейся воды в зависимости от конструкции водоприемника, в т.ч. в строительных швах. Для тонкостенных конструкций, по СНиП 2.06.08-87, продольная арматура определяется по нормальным силам и моментам с проверкой на трещиностойкость, по значениям поперечных сил вычисляется поперечная арматура.

• С учетом вышеизложенного в гл. 2,3 диссертации, приводятся разработанные автором предложения по уточнению нормативных требований и научному обоснованию методологии проектирования и расчетов башенных водоприемников ГТС на закарстованных основаниях.

По отношению к СНиП 33-01-2003 по основным положениям проектирования ГТС и СНиП 2.06.08-87, а также нормативной документации в их развитие, данные предложения затрагивают следующие вопросы:

- классификацию, габаритные параметры и общие требования по конструированию водоприемников башенного типа (гл. 2 диссертации);

- необходимость включения башенных водоприемников в классификационную таблицу ГТС, в зависимости от их высоты и типов оснований (гл. 2);

- обязательность расчета на особые нагрузки и воздействия, сочетания: волновые, ледовые, на всплытие башни для ремонтного случая, деформации грунта основания при карстопроявлениях, гидродинамические при сейсме, взрывные в строительный период, температурные воздействия, а также постоянные и временные: давление наносов, навал судов и плавающей древесины, ветровые при опорожненном водохранилище (гл. 2);

- назначение дифференцированных коэфф. по нагрузкам в зависимости от градации башенных водоприемников по высоте (постановка вопроса);

- принципы расчетов общей прочности и армирования конструкций башенных водоприемников (гл. 3).

Применительно к СНиП 2.02.02-85 по проектированию оснований ГТС и методической документации к ним, предлагаются рекомендации по:

- назначению предельных значений кренов и осадок башенных водоприемников различной высоты на скальных основаниях для поверочных расчетов и установления критериев безопасности их состояния (гл. 4);

- допустимости оценки устойчивости системы «скальное основание - башенный водоприемник» по результатам анализа расчетов НДС (гл. 3);

- уточнению ряда требований к расчетам местной прочности для башенных водоприемников, в сравнении с другими бетонными и ж/бетонными ГТС (гл. 3 и постановка вопроса);

- доработки принципов расчетов устойчивости башен водоприемников по схеме предельного поворота (опрокидывания) и контактных напряжений между фундаментом и основанием, по сравнению с нормативной методикой, на примере расчета бетонных сооружений (плотины) - (постановка вопроса);

- назначению коэфф-тов запаса прочности скального массива на сдвиг в расчетах местной прочности оснований для башенных водоприемников (гл. 4);

- назначению параметров «активной зоны» в скальных основаниях башенных ГТС, для оценки границ противокарстовых мероприятий (гл. 4).

В главе четвертой изложены последовательность и результаты расчетных исследований устойчивости и прочности башенного водоприемника в условиях карста, в т. ч. для апробации предлагаемой методологии, на примере туннельного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла.

Приводится описание конструкции башенного водоприемника этого объекта (см. рис. 2), построенного в Республике Башкортостан на р. Белой. Гидроузел -комплексного назначения, 1-го класса, во временной эксплуатации с 2004 г., 1-я очередь сдана Госкомиссии в 2007 г. Водоприемник высотой 67 м, построен на значительно закарстованных известняках, в основании и бортах котлована реализован комплекс инженерных противокарстовых мероприятий.

Дается описание результатов инженерно-карстологических изысканий и геологических условий. По ходу изысканий и вскрытия котлована водоприемника, в известняках выявлено крупное тектоническое нарушение в виде протяженной трещины с раскрытием до 10 см, заполненной глиной и брекчией. Нарушению сопутствует большая зона влияния с повышенной закарстованностью и тре-щиноватостью. Карст карбонатный, древний и современный, открытый и закрытый, воронкообразной формы с разветвлениями и проседаниями (рис. 2, 3). Полости имеют заполнитель и соединены между собой, их размеры от 30 см до 3-5 м. Поэтому достаточно сложной задачей было определение очертаний, характера распространения карста, назначения его параметров для формирования математической инженерно-геологической модели основания.

Изложены принципы составления исходных данных, назначения нагрузок и воздействий, их сочетаний, выбора расчетной схемы, приведены сами данные, а также - ход выполнения расчетных исследований, описание конечно-элементной модели конструкции башни и ее основания.

На рис. 4 представлена структурная модель расчетной области ж/бетонной конструкции башни и закарстованного основания. При разработке модели МКЭ применялись объемные (трехмерные) 6-ти узловые, плоские (двухмерные) контактные КЭ, общее количество которых - около 180 тысяч.

В соответствии с разработанной программой, исследования НДС, устойчивости и прочности системы «водоприемник - закарстованное основание» (на базе программ «ADINA», «ANSIS») в 2001-2003 гг. были осуществлены для проектных целей в «Институте Гидропроект» с участием Ксенофонтова В.К., Мгало-белова Ю.Б., Годунова Б.И., Крыловой Е.В., (и автора настоящей диссертации -главного инженера проекта Юмагузинского гидроузла), а также Лисичкина С.Е., Рубина О .Д. (НИИЭС, ЦСКТЭ) и затем в 2005-2007 гг. исследования по указанной теме были продолжены и завершены автором, в т. ч. для апробации предлагаемой методологии и рекомендаций.

В главе диссертации выполнен подробный анализ полученных результатов расчетных исследований НДС, устойчивости и прочности системы, вертикальных перемещений (Uz) - осадок основания (рис. 5, 6), горизонтальных перемещений (Ux, Uy) - наклона башни, коэфф. запаса прочности на сдвиг (Km, Kj), приведена информация по серии № 3 основных расчетов по отношению к экстремальным значениям напряжений ctz, Сть Стз по горизонтальным сечениям нижней части башни, ее фундаментной плиты (рис. 7, 8) и закарстованного основания. Результаты этих исследований сведены в таблицы и иллюстрированы 23 схемами в 3-х мерном изображении.

С целью обоснования рекомендаций по границам «активной зоны» в за-карстованном основании, предельным осадкам и кренам башенных водоприемников и назначения предельного коэфф. запаса прочности (местной - Кт) на сдвиг в массиве их оснований и по контакту (Kj), были проведены дополнительные серии №№ 4, 5 основных расчетов. Кроме того выполнено 27 серий расчетов (целевых), также для оценки глубины «активной зоны», с упрощенной математической моделью башни и основания (программа «MicroFe») на примере башни водоприемника Юмагузинского гидроузла. При этом рассматривалась различная высота башен (от 30 до 120 м с интервалом 20 м), переменный характер закарстованности оснований (с модулем деформации от Е=Н03 до 15-Ю3 МПа, от сильнодеформи-руемых до слабодеформируемых), а также применение нескольких видов проти-вокарстовой защиты, в т.ч. в условиях приводящих к предельным состояниям устойчивости и прочности. По результатам исследований, полученная глубина «активной зоны» составила от 1,2 до 0,85 размера фундамента башни вдоль водного потока. Осредненные предельные значения коэфф. Кт и Kj составили величину 1,25-1,22, с запасом принято 1,25. Рекомендованы предельные величины осадок и кренов для различных диапазонов башен по высоте, с учетом ограничений целостности конструктивных элементов этого типа водоприемника. Часть обобщенных результатов этих расчетов в виде графиков приведена на рис. 9,10,11.

Проведенные серии №№1 ...3 основных расчетов, в связи с необходимостью: учета карстопроявлений в процессе строительства, изысканий и проектирования по объекту; оценки влияния инженерных мероприятий по защите от карста; апробации методологии и рекомендаций, изложенных в гл. 3 диссертации, позволили отметить следующее.

1. Первая серия расчетов с наличием карстовых нарушений в основании башни водоприемника со стороны верхнего бьефа и частично под башней, без мероприятий по защите от карста, дала неудовлетворительные результаты: практически все условия устойчивости и прочности не были выполнены или находились на уровне близком к предельному состоянию.

2. Во второй серии расчетов система «сооружение - основание» находится в сложном НДС, обусловленном влиянием близко расположенной в основании башни карстовой полости. Деформированное состояние водоприемника, с мероприятием по защите от карста, реализованным на объекте ( рис. 2), в виде объединения башни с входным порталом туннеля, характеризуется заметной неравномерностью горизонтальных и вертикальных перемещений (наклона) конструкции, но условие устойчивости соблюдается и полученные величины перемещений являются допустимыми, т.к. не превышают рекомендуемых в диссертации предельных значений. Вместе с тем в основании, в зоне от фундамента башни до слоя карста, условие местной прочности не было удовлетворено (Кт< 1,0-1,25), что свидетельствовало о недостаточности эффекта противокарстовых мероприятий.

3. В третьей серии расчетов, при устройстве дополнительных мероприятий в виде боковых ж/бетонных упоров (с целью передачи части нагрузки от веса башни и оборудования на борта откосов скального массива), а также укрепительной цементации в бортах (рис. 2), условия местной прочности были выполнены, максимальные значения осадок составили величину в допустимых пределах. На локальных участках сопряжения башни с откосами, в них возникли растягивающие напряжения, превысившие прочность известняков на растяжение, однако, область их распространения была ограничена в нижней части откосов и не влияла на устойчивость конструкции. Максимальные вертикальные сжимающие напряжения в прослойке карста под фундаментом составили около 0,25 МПа, при этом напряжения в пределах всего основания были зафиксированы сжимающими. По мере углубления в массив, распределение минимальных главных (сжимающих) напряжений о3 стало более равномерным. В скальном массиве и в грунте заполнителя карстового нарушения, сжимающие напряжения не превысили прочности пород на одноосное сжатие (соответственно- 5ч-50 и 3-^5 МПа).

4. Несмотря на подтверждение (по серии № 3 расчетов) эффективности примененных противокарстовых мероприятий, было рекомендовано выполнить резервные буронабивные ж/бетонные сваи в основании башни с укрепительной цементацией и заменить одну распорную конструкцию на контрфорсную. Эти решения были осуществлены в проектной документации и реализованы на строительстве Юмагузинского гидроузла.

По результатам исследований также разработаны критериальные диагностические показатели состояния (К1 и К2) водоприемника, в части осадок и крена (наклона) башни, для включения в декларацию безопасности этого объекта.

Приводится описание расчетов прочности, армирования фундаментной плиты и конструкции башни, их результатов, по итогам которых разработаны принципиальные схемы армирования. Расчетные исследования выполнены по

методике НИИЭС, ЦСКТЭ для массивных объемных ж/бетонных конструкций (гл. 3) с использованием информации по исследованиям НДС системы. Для подтверждения полученных результатов по выбору оптимального решения по назначению арматуры, были проведены расчеты аналитическими методами.

По разработанной с участием автора программе натурных исследований за перемещениями и осадками башни водоприемника, по итогам мониторинга 2004-2007 гг. в диссертации проведен анализ информации показаний КИА, установленной на сооружении, построены графики для этого вида деформаций (рис. 12, 13). Контроль за горизонтальным смещением башни вдоль и поперек водного потока осуществлялся по показаниям обратного отвеса, за вертикальными перемещениями (осадками) верха водоприемника — по 4-м геодезическим маркам. Отмечается, что результаты натурных наблюдений по этим показаниям достаточно близко совпадают с выводами расчетных исследований, как по характеру деформаций, так и по их величине и не превышают назначенных критериев безопасности 1-го уровня К-1. Из-за влияния карстовой зоны, горизонтальные смещения конструкции вдоль потока направлены в сторону верхнего бьефа, максимальные измеренные значения составили не более 3 мм (при К1=20 мм), а смещения поперек потока ориентированы в сторону левого берега, при этом величина осадок гребня башни составила 14 мм (при К 1=40 мм). Из графиков следует, что эти показатели носят знакопеременный характер, с учетом сезонной составляющей от влияния колебаний уровня верхнего бьефа в водохранилище (до 32 м), а также температурных факторов, ледовых нагрузок, опорожнения башни в период её осмотров.

В главе пятой выполнен анализ темы, касающейся обоснования инженерных противокарстовых мероприятий при проектировании ГТС на скальных основаниях, а также проблемы карстоопасности для гидротехнического строительства.

Приведен краткий обзор и анализ нормативно-методической и технической литературы по вопросам противокарстовой защиты для сооружений: общестроительных (СНиП 22-02-2003, 22-01,-95, 2.02.01-83*), гидротехнических и мелиоративных (СНиП 33-01-2003, 2.06.06-85, 2.06.09-84, 2.06.05-84*, 2.02.02-85, 2.06.0385), а также - ведомственных норм для промгражданского строительства и территориальных строительных норм по Нижегородской обл. и Башкирии.

Отмечен практический интерес по этой теме изданий отечественных и зарубежных авторов по инженерной геологии для гидротехнической тематики (Адамович А.Н., Дзваньский Я., Карпышев Е.С., Лыкошин А.Г., Меланович Р.Т., Молоков Л.А., Нейштадт Л.И., Парабучев И.А.), и в области строительства и кар-стоведения (Гвоздецкий H.A., Дублянская Г.Н., Дублянский В.Н., Леоненко М.В., Мартин В.И., Сорочан Е.А., Толмачев В.В., Травкин А.И., Хоменко В.П. и др.).

Рассмотрена проблема карстоопасности для гидротехнического строительства в РФ. Приводятся данные оценок автора по увеличению в среднем в 2,7 раза зарегистрированных проявлений карста на её территории (около 66%) за последние 15 лет, при этом из 79 субъектов РФ явление карста имеет место на территориях 63-х. Продолжается рост карстопроявлений на земной поверхности мира

(31%), что объясняется: освоением новых территорий с более сложными геологическими основаниями; научно-техническим прогрессом в области инженерных изысканий; отнесением тех территорий к категории карстоопасных, которые имеют не только открытый, но покрытый карст; техногенными воздействиями.

Констатируется, что в практике гидротехнического строительства зафиксирован целый ряд случаев, когда в начальный период проектных и строительных работ не были выявлены карстопроявления (по внешним признакам, без инженер-но-карстологических исследований). Только в ходе строительства (при вскрытии котлованов сооружений, буровых и горнопроходческих работ) или в процессе эксплуатации, карст был обнаружен. Такие примеры характерны для Чарвакской, Миатлинской ГЭС и др., по отношению к башенным водоприемникам - для Юма-гузинского гидроузла, Санггудинской ГЭС-1, для которых позднее обнаружение карста привело к необходимости дополнительных инженерных мероприятий, увеличению сроков строительства и его стоимости.

Рассмотрена методика количественной оценки карста в скальных основаниях в гидротехническом строительстве (Каякин В.В., Мулина A.B.), во многом отличающаяся от методики для промгражданского строительства и ее влияние на выбор мероприятий противокарстовой защиты башенных сооружений.

Выполненный в главе анализ позволил сформулировать следующее.

На основе изучения автором литературы по теме и анализа карт карсто-опасности, отмечается, что створы 29-и (45%) ГЭС и ГАЭС (мощностью более 300 МВт), по программе перспективного развития гидроэнергетики в РФ до 2030 г., размещаются на территориях с различной степенью карстопроявлений, в основном в районах Сибири и Дальнего Востока. Сделано предположение, что при проектировании ряда строящихся и перспективных ГТС на территории РФ и стран СНГ, которые имеют башенные водоприемники высотой более 30 м (в т.ч. запроектированы в качестве варианта), возникнет проблема учета влияния карста, например: Санггудинская ГЭС-2, Рогунская ГЭС, Намахвани ГЭС-1, Эвенкийская, Выдумская, Витимская, Учурские ГЭС и др. (для 17 объектов).

Существующие рекомендации по проектированию мероприятий по борьбе с карстом для общестроительных сооружений освещены в нормативной литературе РФ достаточно, но во многих случаях не могут быть использованы для ГТС из-за специфики постоянного влияния на них водной среды.

Применительно к гидротехническому строительству детальные рекомендации по защите от карста практически отсутствуют, существуют рекомендации общего порядка по усилению скальных оснований с нарушенной структурой для ГТС (Лыкошин А.Г., Парабучев И.А.), для бетонных плотин (Мгалобелов Ю.Б., Тайчер С.Н.), СНиП 2.02.02-85. Для башенных водоприемников ГТС положения по мероприятиям противокарстовой защиты в нормах не разработаны.

В главе шестой приводятся составленные автором рекомендации по проектным решениям инженерной защиты от карста в скальных, полускальных основаниях башенных водоприемников гидротехнических сооружений.

Дается изложение разработанной и систематизированной классификации противокарстовых инженерных мероприятий для башенных водоприемников ГТС, описание 25 предлагаемых типов и подтипов защиты от карста, их сочетаний, примеров и условий использования с иллюстрациями в виде 20 графических схем, в т.ч. примененных на Юмагузинском гидроузле.

К указанным мероприятиям относятся: укрепительная цементация оснований (глубинная, заполнительная полостей, комбинированная); горная проходка шахт, штолен (в виде решеток или шпонок) в закарстованном массиве, с забивкой бетоном выработок, полостей; устройство подземных опорных бетонных или ж/бетонных конструкций (сваи, стенки); обжатие или закрепление оснований анкерами (преднапряженными или пассивными); устройство подпорных стенок или железобетонных облицовок в бортах котлована; локальные противофильтраци-онные завесы; частичная пригрузка башни водоприемника грунтовым материалом; расширение конструкции фундамента башни; опирание башни на скальные борта котлована в виде распорных массивных конструкций или контрфорсов; объединение конструкции башни с входным порталом туннеля; комбинированные инженерные мероприятия по защите от карста.

Описываются характерные карстовые нарушения, влияющие на несущую способность оснований башенных ГТС. Отмечается обязательность проведения карстомониторинга в период строительства и первых лет эксплуатации ГТС для оценки эффективности противокарстовых мероприятий и обеспечения безопасной работы объектов. Предлагаются рекомендации по параметрам «активной зоны» в скальном основании башенных водоприемников ГТС с целью назначения границ инженерной защиты от карста, в.т.ч. рассмотренные в гл. 4 диссертации.

В качестве примера приводится описание запроектированных инженерных мероприятий для башенного водоприемника Юмагузинского гидроузла (рис. 2,3), в виде опирания башни на скальные борта котлована, объединения башни с входным порталом туннеля, буронабивных свай и укрепительной цементации в закарстованном основании. По результатам опытно-фильтрационных работ и анализа данных мониторинга в период эксплуатации ГТС этого объекта, сделан вывод об эффективности рекомендованных мероприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации сформулированы следующие основные выводы.

1. Выполненный статистический анализ показал, что башенные водоприемники, являющиеся основными сооружениями, нашли широкое применение в гидротехническом строительстве. По причине конструктивных особенностей они являются более чувствительными к устойчивости, чем другие ГТС, которые участвуют в создании напорного фронта, особенно в условиях карста.

Анализ технической литературы по исследованной теме и современных карт карстоопасности выявил, что при проектировании намеченных к строительству в РФ гидротехнических объектов до 2030 г., по программе перспективного

развития гидроэнергетики, а также в странах СНГ, возникнет проблема учета явления карста, в т.ч. для 17 гидроузлов, ГЭС и ГАЭС с башенными водоприемниками высотой более 30 м.

2. Анализ действующей в РФ и в ряде зарубежных стран нормативно-методических, научно-технических изданий, публикаций по проектированию, расчетам устойчивости и прочности бетонных, ж/бетонных гидротехнических сооружений и их скальных оснований показал, что в них не отражены конкретные требования по проектированию и методологии расчетов по этой теме, учитывающие специфику башенных водоприемников ГТС, не рассмотрены вопросы влияния карста и применения противокарстовых мероприятий в их основаниях.

Проектные требования и методики таких расчетов для общестроительных башенных сооружений, не мо1ут быть использованы для гидротехнического строительства, т.к. требуют соответствующей корректировки, учитывающей постоянное влияние водной среды на ГТС, что обуславливает необходимость учета для них целого ряда специфических нагрузок и воздействий, и их сочетаний.

3. Впервые сформулированы системный подход и рекомендации по совершенствованию методологии расчетов НДС, устойчивости и прочности бетонных и ж/бетонных сооружений, применительно к башенным водоприемникам гидроузлов, ГЭС и ГАЭС на скальных основаниях, ослабленных карстом.

4. На основе созданной пространственной математической модели системы «башенный водоприемник - закарстованное основание» , в т.ч. для башен с различной высотой , степенью влияния карста, выполнены серии упомянутых исследований, в линейной и нелинейной постановке задачи, с учётом особенностей башенных конструкций, а также специфики нагрузок и воздействий на ГТС.

5. Разработан комплекс предложений: по предельным деформациям башенных ГТС , параметрам «активной зоны» в их основаниях, с целью оценки назначения границ противокарстовых мероприятий, коэфф. запаса прочности на сдвиг в основаниях для расчетов местной прочности, учету ряда рекомендаций по изученной теме в нормах и правилах по проектированию ГТС и их оснований.

6. Разработаны предложения по комплексу мероприятий инженерной защиты для бетонных и ж/бетонных башенных водоприемников с целью повышения несущей способности их скальных оснований, нарушенных карстопроявлениями. Сформулирована и дана классификация 25 типов (и подтипов) мероприятий про-тивокарстовой защиты для этих сооружений на скальных основаниях, с графическими иллюстрациями, с описанием особенностей и условий их применения.

7. Усовершенствованная методология расчетов НДС, устойчивости и прочности системы «башенный водоприемник - закарстованное основание», а также разработанные в диссертации предложения по конструкции ряда типов инженерных противокарстовых мероприятий были апробированы при обосновании проектных решений и строительстве башенного водоприемника туннельного водо-сброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла в Республике Башкортостан, находящегося в эксплуатации с 2004 г.

8. Анализ данных мониторинга башни водоприемника Юмагузинского гидроузла, проведенного по разработанной программе натурных исследований, показал, что контролируемые параметры перемещений и осадок этого сооружения не превышают критериев безопасности, учтенных при проектировании, и их диапазон весьма близок к результатам настоящих исследований. Этот факт свидетельствует о сопоставимости предложений по совершенствованию методологии и назначению мероприятий защиты от карста, разработанным в диссертации, проектным решениям, реализованным при строительстве башенного водоприемника.

9. Разработана классификация водоприемников башенного типа ГТС по габаритам, высоте и типам конструкции. Составлен каталог для 182-х ГТС с башенными водоприемниками высотой более 30 м на гидроузлах, ГЭС и ГАЭС в СССР, России, странах мира, в т.ч. с оценкой карстоопасности. Каталог дает представление об особенностях башенных водоприемников в компоновках ГТС в условиях карста и может быть применен при проектировании для выбора аналогов на стадиях схемы территориального планирования и проектной документации.

10. Сформулированные в диссертации рекомендации по расчетным исследованиям устойчивости и прочности башенных водоприемников на скальных основаниях, пораженных карстом и рекомендации по их инженерной защите, обеспечивающих безопасность, предложено учесть в составе технических стандартов по проектированию гидротехнических сооружений и их оснований.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Андрианов A.B., Баранов А.Е., Крылова Е.В. Опыт активного проектирования противокарстовых мероприятий на участке входного оголовка донного во-досброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла // Гидротехническое строительство. -2003. -№3. - С. 28-33.

2. Баранов А.Е. Юмагузинский гидроузел на р.Белой в Республике Башкортостан // Гидротехническое строительство. - 2004. - №7. - С. 2-6.

3. Баранов А.Е. Из опыта проектирования и строительства Юмагузинского гидроузла на р.Белой // Научно-технический журнал «Вестник МГСУ». - 2006. №2.-С. 112-122.

4. Баранов А.Е., Годунов Б.И. Особенности проектных решений водопод-водящих сооружений донного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла // Гидротехническое строительство. - 2006. - №5. - С. 2-8.

5. Баранов А.Е. Новый гидротехнический объект в европейской части России - Юмагузинский гидроузел. Особенности проектных решений // Гидротехническое строительство. - 2007. - №7. - С. 42-49.

1-1

8 0% (из 10

гтс)

Башня_

/водоприемник

Рис. 1. Процентное отношение башенных водоприемников с карстопроявлениями от их общего количества (182 ГТС), с распределением по территориям (по каталогу):

1 - Российская Федерация;

2 - страны СНГ;

3 - государства мира

\ Буронабивные

укрепительной цементации

Рис. 2. Конструкция башенного водоприемника водосброса-водовыпускаЮмагузинского гидроузла. Разрез вдоль оси

Ряс. 3. Закарстованное основание под фундаментом башни с буронабивными сваями. Разрез поперек оси. (44), 28 - длина свай в м, соответственно, в варианте по проекту и по факту

Ш =-4.903 МХ =-0.011

Рис. 4.

Структурная

модель расчетной

области

сооружения

башни

водоприемника. Кинематические граничные условия

-5

Перемещения им

-2

-1

Рис. 5.

Характер деформирования и распределения значений перемещений в изохромах и2 в башне со стороны верхнего бьефа

Перемещения мм

-3

Рис. 6. Изохромы значений вертикальных перемещений

Цг в скальном массиве и в карстовой зоне в основании при

взгляде сверху со стороны верхнего бьефа. 1 - контур карстовой зоны

ь»

Ш »-8,416 Ш я-О.378

Шкала значений напряжений, МПа

'.Ш =-10,32 Ш =-0.111

Шкала значений напряжений, МПа

Рис. 7. Изохромы значений главных минимальных напряжений ст3 в фрагменте башни на отм. 209,5-5-230 при взгляде сверху, со стороны нижнего бьефа

Рис. 8. Изохромы значений главных максимальных напряжений а! в фундаментной плите сооружения башни при взгляде снизу, со стороны верхнего бьефа

Рис. 9. Графики влияния перемещений (наклона) башни их по контакту фундамент-основание, осадок Ц, в массиве основания на коэфф. запаса прочности на сдвиг К; (по контакту) и Кт (в массиве). №1-^5 - серии основных расчетов на примере башни Юмагузинского гидроузла

17х, мм

С. МП» (шах)

Отметка подошвы фундамента

Ь=20 м - ширина фундамента вдоль потока

Ь,=30м

Ь2=70м

Ь,=100м

О

Рис. 11. Графики распространения макс, вертикальных сжимающих напряжений (02) и коэфф. запаса прочности на сдвиг в массиве (К1П) по мере заглубления (Н) в основание для башен высотой Ьь Ь3, по целевым расчетам для оценки глубины «активной зоны»

Рис. 10. Графики оценки влияния карста на глубину

<5

«активной зоны» через отношение в

в«.

горизонтальных сечениях основания башни Юмагузинского гидроузла, где: ^ - площадь максимальных значений изолиний Кт =1,0-1,25 коэфф. запаса прочности на сдвиг в массиве основания, м2; - площадь закарстованной зоны основания, м2; №№ 3,4,5 - номера серий основных расчетов

I 5

а °

-1

УВБ'

260 _ «Г

л ю

240

•220

200

180

ИЮН05 сзи 05 дек ОБ елр 08 мол 06 снтОЗ ЯМ8 07 пай 07 85Г07

Рис. 12. Горизонтальные смещения их (наклона вдоль потока) башни водоприемника по показаниям обратного отвеса. Данные мониторинга Юмагузинского гидроузла 2005-2007 гг.

ноя 07

«юл 04

03 яки 05 яивОб шштОб »на 07 июл07

Рис. 13, Вертикальные смещения (осадки) Ш башни водоприемника, измеренные по геодезическим маркам (Вх1...Вх4). Данные мониторинга Юмагузинского гидроузда 2004-2007 гг.

Заказ №325 Тираж. 100 экз.

Отпечатано, тип «Институт Гидропроекта

V

1Л

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТОЙЧИВОСТИ, ПРОЧНОСТИ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ «СКАЛЬНОЕ ОСНОВАНИЕ - БЕТОННОЕ СООРУЖЕНИЕ».

1.1. Общие понятия о вопросах устойчивости, прочности и НДС конструкций и их оснований.

1.2. Анализ разработанных и исследуемых методик в решении задач НДС, устойчивости и прочности системы «скальное основание - сооружение», с учетом неоднородного или нарушенного основания.

1.3. Об основных принципах метода конечных элементов, в т.ч. при расчетах и моделировании неоднородных, нарушенных скальных оснований.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСЧЕТНОГО ОБОСНОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ И ПРОЧНОСТИ БАШЕННЫХ ВОДОПРИЕМНИКОВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ НА СКАЛЬНЫХ ОСНОВАНИЯХ, В Т.Ч. ЗАКАРСТОВАННЫХ.

2.1. Классификация башенных водоприемников и гидротехнических сооружений, в составе которых они применяются.

2.1.1. Термин: водоприемиик башенного типа ГТС.

2.1.2. ГТС с башенными водоприемниками.

2.1.3. Классификация башенных водоприемников.

2.2. Обзор и анализ нормативно-методической документации по расчетам устойчивости и прочности при проектировании башенных сооружений, в т.ч. водоприёмников ГТС.

2.2.1. О расчетах устойчивости и прочности башенных сооружений в нормативно-методической литературе.

2.2.2. О расчетах устойчивости и прочности башенных сооружений в технической литературе.

2.3. Особенности нагрузок и воздействий на башенные конструкции ГТС в сравнении с сооружениями промышленного и гражданского строительства.

2.4. Область применения водоприемников башенного типа ГТС, преимущества и недостатки, примеры. Разработка справочного каталога.

2.5. Определения и классификация явления «карст».

2.6. Анализ нормативно-методической и технической литературы по расчетам сооружений на закарстованных основаниях.

2.6.1. О расчетах сооружений на карсте в нормативно-методической литературе

2.6.2. О расчетах сооружений на карсте в технической литературе.

2.7. Выводы.

ГЛАВА 3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТОВ УСТОЙЧИВОСТИ, ПРОЧНОСТИ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БАШЕННЫХ ВОДОПРИЕМНИКОВ ГТС СОВМЕСТНО СО СКАЛЬНЫМИ ОСНОВАНИЯМИ, ПОРАЖЕННЫМИ КАРСТОМ.

3.1. Предложения по уточнению требований к проектированию и расчетам устойчивости, прочности и НДС башенных водоприемников ГТС в составе нормативной документации.

3.2. Рекомендации по совершенствованию методологии расчетов устойчивости, прочности и НДС применительно к башенным водоприемникам ГТС на скальных закарстованных основаниях.

3.2.1. Об особенностях исходных данных и последовательности выполнения расчетов.

3.2.2. О количественной оценке закарстованности.

3.2.3. О методологии расчетов устойчивости башни и местной прочности основания.

3.2.4. О метрдологпи расчетов прочности и армирования конструкции башни.

3.3. Выводы.

ГЛАВА 4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ, ПРОЧНОСТИ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БАШЕННОГО ВОДОПРИЕМНИКА В УСЛОВИЯХ ЗАКАРСТОВАННОГО ОСНОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ ЮМАГУЗИНСКОГО ГИДРОУЗЛА.

4.1. Конструкция башенного водоприемника туннельного донного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла.

4.2. Описание результатов инженерно-карстологических изысканий и геологических условий закарстованного основания башенного водоприемника

4.3. Исходные данные, последовательность расчетных исследований.

4.4. Описание конечно-элементной модели системы «башенный водоприемник -закарстованное основание».

4.5. Анализ полученных результатов основных расчетных исследований.

4.5.1. Расчеты НДС, устойчивости и прочности системы.

4.5.2. Расчеты прочности и армирования башни водоприемника.

4.6. Анализ данных мониторинга за состоянием башни водоприемника Юмагузинского гидроузла.

4.7. Обоснование рекомендаций по предельным деформациям башенных водоприемников на скальных основаниях.

4.7.1. Предельные значения коэффициента запаса прочности на сдвиг в скальном основании башенных водоприемников.

4.7.2. Предельные значения осадок и крена башенных водоприемников. Критерии безопасности.

4.8. Обоснование границ «активной зоны» в скальном основании под фундаментом башенных водоприемников.

4.9. Выводы.

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ РАЗРАБОТКИ ПРОТИВОКАРСТОВЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СООРУЖЕНИЙ В ГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ.

5.1. Обзорный анализ нормативно-методической и технической литературы по противокарстовым мероприятиям.

5.1.1. Общие положения.

5.1.2. Федеральные нормы о проектировании общестроительных и градостроительных сооружений в условиях карста.

5.1.3. Федеральные нормы о проектировании гидротехнических и мелиоративных сооружений в условиях карста.

5.1.4. О проектировании сооружений на закарстованных основаниях в ведомственных нормах и научно-технической литературе.

5.2. Увеличение количества зарегистрированных проявлений карста, в т.ч. на гидротехнических объектах в РФ.

5.3. Перспективы строительства ГТС на закарстованных территориях РФ.

5.4. Условия развития карста в речных долинах, определяющие характер противокарстовой защиты, применительно к гидротехническому строительству.

5.5. Анализ методики количественной оценки карстопроявлений при проектировании гидротехнических сооружений.

5.6. Выводы.

ГЛАВА 6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ПРОТИВОКАРСТОВОЙ ЗАЩИТЕ БАШЕННЫХ ВОДОПРИЕМНИКОВ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ.

6.1. Противокарстовые мероприятия для башенного водоприемника донного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла.

6.2. Рекомендации по защите от карста при проектировании башенных водоприемников ГТС.

6.2.1. Характер нарушений закарстованных скальных оснований, представляющих опасность для ГТС.

6.2.2. Классификация противокарстовых мероприятий для башенных водоприемников ГТС.

6.2.3. Описание предлагаемых способов инженерной противокарстовой защиты башенных водоприемников ГТС.

6.3. Выводы.

Актуальность работы

Водоприемники гидротехнических сооружений (ГТС) по классификации в нормах на проектирование [Л. 90], по отношению к высоте и типу грунтов основания, являются основными гидротехническими сооружениями, участвующими в создании напорного фронта и поэтому они приравнены к тому же классу сооружений, что и плотины.

Башенные водоприемники применяются для туннельных и трубчатых водосбросов, водовыпусков, водоспусков и водоводов для компоновок гидроузлов и гидроэлектростанций (ГЭС) в основном с грунтовыми плотинами (% -е отношение которых составляет около 80% от всех типов плотин [Л. 120]), реже — с арочными плотинами, а также для компоновок гид-роаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Количественное отношение башенных водоприемников по данным анализа литературных источников, по отношению к другим типам водоприемников, составляет от 32 до 40% [Л. 91-^-93], что подтверждает востребованность темы по проектированию и расчетному обоснованию устойчивости и прочности исследуемых башенных конструкций для создания условий по безопасной эксплуатации ГТС.

В процессе проектирования гидротехнических сооружений «привязку» водоприемников башенного типа, как правило, стараются выполнять на скальных, полускальных основаниях с ненарушенной структурой. Однако, в силу ряда обстоятельств размещение ГТС, а также башенных водоприемников, осуществляется на территориях, в районах или участках, подверженных различным геологическим нарушениям.

Карст, согласно существующей классификации [Л. 89], является одним из опасных геологических процессов, таких как: оползни, селевые потоки, переработка берегов, подтопление, сейсм и др. Явление карста — это процесс постепенного разрушения (растворения) подземными и поверхностными водами скальных, полускальных пород (известняки, доломиты, мел, мрамор, гипс, ангидрид, галий, сильвин), сопровождающийся образованием пустот, пещер, эрозий, оседаний, провалов, обрушением грунтов. При расчетном обосновании системы «сооружение-основание» воздействия, обусловленные деформациями оснований с карстом, следует относить к особым нагрузкам [Л. 80].

Во второй половине прошлого века получило развитие строительство значительной части гидротехнических объектов как в мире, так и в СССР и в России на территориях, подверженных карстовым проявлениям. По современной экспертной оценке, например для РФ, площадь территории, подверженной карсту, составляет около 66% [Л. 27, 109], а на поверхности стран мира - порядка 31% [Л. 13, 28, 114]. С учетом конкретных природных и (или) техногенных воздействий возникает процесс активизации карстовых проявлений.

При реализации программы перспективного развития гидроэнергетики России для целого ряда гидротехнических объектов на её территории (а также стран СНГ) возникнет проблема учета явления карста, в том числе для гидроузлов, ГЭС и ГАЭС с башенными водоприемниками .

В настоящей работе изучается малоисследованная проблема влияния карстовых проявлений на проектные решения, связанные с обеспечением устойчивости и прочности конструкций башенных водоприемников ГТС, в т.ч. на примере проектирования и строительства Юмагузинского гидроузла на р.Белой в Республике Башкортостан.

В нормативной документации современные методы расчетного обоснования устойчивости и прочности не учитывают специфику работы бетонных и ж/бетонных башенных водоприемников совместно со скальным (полускальным) основанием, ослабленным карстом, также в нормах отсутствуют рекомендации по способам инженерной защиты от карста исследуемой конструкции, для обеспечения ее надежной и безопасной эксплуатации.

В публикациях по изученной проблеме отсутствуют данные по натурным исследованиям башенных водоприемников ГТС, в т.ч. построенных на закарстованных основаниях.

С учетом вышеизложенного, решение комплекса вопросов, связанных с обеспечением устойчивости и прочности башенных водоприемников на закарстованных основаниях, является весьма актуальной задачей.

Научная новизна работы

К новым научным результатам относятся следующие:

- впервые выполнен анализ значительного количества башенных водоприемников ГТС в мире, составлены сведения о перспективе их строительства в РФ и странах СНГ, на основе которых разработаны классификация и систематизация этих сооружений, обусловленные их конструктивными особенностями, отличиями от башенных сооружений промгражданского строительства, включая оценку карстоопасности;

- по результатам научного исследования сформулирован комплекс детальных рекомендаций, позволяющих системно подходить к обоснованию расчетов устойчивости и прочности башенных водоприемников на скальных основаниях, затронутых карстом, с учетом специфики этих сооружений и ряда особенностей, в т.ч. : нагрузок и воздействий, выбора расчетных случаев, оценки предельных состояний, карстопроявлений, параметров «активной зоны» в основаниях и др.;

- впервые уточнена методология расчетов трехмерной задачи НДС, устойчивости и прочности применительно к системе «башенный водоприемник - закарстованное скальное основание», разработан ряд принципиальных положений (нормативных требований) к этим расчетам, учитывающих особенности башенных водоприёмников, деформаций грунтов основания из-за явления карста; настоящая методология нашла отражение в разработанной пространственной математической модели системы, которая прошла апробацию в процессе научных исследований на конкретном сооружении;

- систематизирован комплекс инженерных методов противокарстовых мероприятий защиты башенных водоприемников, часть которых была впервые разработана и апробирована с положительными результатами обеспечения устойчивости и прочности сооружений и их оснований, на примере использования на конкретном объекте;

- на основе научных результатов диссертации впервые осуществлено проектирование высотной конструкции башни водоприемника (67 м), возведенного на существенно закарстованном основании с неравномерным характером распределения карстовых зон, большим объемом и значительными размерами карстовых полостей; запроектированная конструкция показала хорошую эксплуатационную надежность, подтвержденную натурными исследованиями.

Практическое значение работы

Результаты работы были использованы при разработке проектной (рабочей) документации (ОАО «Институт Гидропроект», г. Москва) для строительства башенного водоприемника донного туннельного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла в условиях значительных проявлений карбонатного карста [JL 4, 9, 10]. Сооружения указанного водосброса находятся во временной эксплуатации с 2003 г., в середине 2007 г. состоялась приемка 1-ой очереди гидроузла в постоянную эксплуатацию.

Для возможности исследования способов противокарстовой защиты, закарстованно-сти оснований ГТС башенного типа (эксплуатируемых, строящихся, проектируемых), по результатам изучения фактического материала с примерами возведения башенных водоприемников ГТС, как в России и бывших странах СССР, так и зарубежом, был сформирован справочный каталог 182 гидроузлов, ГЭС и ГАЭС с напором более 30 м, которые имеют башенные водоприемники, в т.ч. с наличием карста. Каталог представляет практическую ценность для подбора примеров аналогов башенных водоприемников ГТС на стадиях схем территориального планирования и проектной документации.

Рекомендации, изложенные в диссертационной работе, предполагается использовать при проектировании башенных водоприемников ГТС в районах развития карста, например, на Сангтудинской ГЭС-1 в Таджикистане (строительство и проектирование возобновлено с 2005 г.), там же Рогунской ГЭС (продолжение работ по объекту начато в 2008 г.), а также на перспективных гидротехнических объектах в Российской Федерации: каскаде Нижнеангарских ГЭС, Туруханской ГЭС, Учурском энергокомплексе, каскадах ГЭС на реках Амур, Лена, Большой Енисей, ГАЭС в Центрально-Европейской части и др.

Результаты диссертации планируется включить в технические стандарты по проектированию ГТС и их оснований, в части рекомендаций по расчетам устойчивости и прочности системы «башенный водоприемник — закарстованное скальное основание», а также рекомендаций по противокарстовой защите их оснований, обеспечивающих безопасность ГТС.

Практическое значение диссертации состоит также в том, что ее результаты в части разработанных рекомендаций по методам расчетов и инженерной защиты от карста, могут быть использованы при проектировании и строительстве башенных водоприемных гидротехнических сооружений в районах развития карста, с точки зрения повышения уровня безаварийной эксплуатации ГТС в Российской Федерации и странах СНГ и реализации закона «О безопасности гидротехнических сооружений» [Л. 101].

Результаты исследований реализованы в проектной документации для строительства башенного водоприемника туннельного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла на р. Белой в Башкортостане (главный инженер проекта гидроузла - автор диссертации), а также при назначении критериев безопасности этой конструкции для декларации безопасности. Частично рекомендации диссертации использованы при проектировании башенного во-одоприемника Сангтудинской ГЭС-1 на р. Вахш в Таджикистане.

Краткий обзор литературы по вопросам исследуемой темы

Исследуемая тема, касающаяся специфики проектирования гидротехнических сооружений башенного типа в условиях карста, косвенным образом затрагивает также смежные специализации: инженерную геологию (точнее карстологию), механику грунтов (скальных), основания и фундаменты.

По результатам изучения и анализа публикаций в научно-технических журналах и технической литературе (Орехов В.Г. [JI. 24], Ухов С.Б. [JL 103], Мгалобелов Ю.Б. [JL 48], Фишман Ю.А. [Л. 76], Зарецкий Ю.К. [Л. 29], Иванов П.Л. [Л. 31], Цытович H.A., Тер-Мартиросян З.Г., Фрадкин Б.В. и др.), а также нормативно-методических документов по проектированию в строительстве, сделан вывод о том, что сформированные с середины 80-х годов прошедшего столетия принципы расчетов по методу предельных состояний устойчивости и прочности сооружений на скальных основаниях, включая неоднородные, до настоящего времени не претерпели существенных изменений.Эта методология закреплена в строительных нормах и правилах по проектированию в СССР и РФ для гидротехнического, промышленного и гражданского строительства в следующих основных документах: СНиП 2.02.01-83* (Основания зданий и сооружений [Л. 81]), СНиП 2.02.02-85 (Основания гидротехнических сооружений [Л. 82]), СНиП 33-01-2003 (Гидротехнические сооружения. Основные положения [Л. 90]), а также в их развитие в пособиях, рекомендациях, сводах правил.

Начиная с середины 90-х годов, в связи со значительным прогрессом в области вычислительной техники и программных комплексов, такие расчеты устойчивости, прочности и напряженно-деформированного состояния системы «сооружение — скальное основание» (в т.ч. нарушенной структуры), выполняются повсеместно с использованием компьютерных программ на основе метода конечных элементов (Белостоцкий A.M. [JL 11], Газиев Э.Г. [JI. 12], Зарецкий Ю.К. [Л. 30], Мгалобелов Ю.Б. [Л. 68], Речицкий В.И. [Л. 68], Ухов С.Б. [Л. 104], Грошев М.Е., Нефёдов A.B., Николаев В.Б., Лисичкин С.Е., Рубин О.Д. и др.).

Вместе с тем требования в нормативных документах РФ, упомянутых выше, и ряда зарубежных стран [Л. 49], к проектным решениям и расчетам устойчивости и прочности башенных водоприемников в условиях гидротехнического строительства, в т.ч. с наличием карста, по результатам исследований не были выявлены.

По исследуемой теме не были найдены публикации в изученной отечественной и зарубежной научно-технической и методической литературе [Л. 2, 5, 15, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 34, 43, 47, 54, 56, 57, 59, 60, 61, 63, 70, 75, 77, 79, 91, 92, 93, 103, 110, 112, ИЗ, 115, 116, 117, 119, 120], а также - в докладах международных конгрессов по большим плотинам СИГБ: Х-го (Монреаль, Канада, 1970 г., вопросы 37 и 38) [Л. 39], XVI-ro (Сан-Франциско, США, 1988 г., вопрос 66 - частично): IV-ro (Нью-Дели, Индия, 1951 г., вопрос 12), 1Х-го (Стамбул, Турция, 1967 г., вопрос 33), XI-го (Мадрид, Испания, 1973 г., вопрос 41), ХШ-го (Нью-Дели, Индия, 1979 г, вопрос 50), XVIII-ro (Дурбан, ЮАР, 1994 г., вопрос 71), ХХ-го (Пекин, Китай, 2000 г, вопрос 79), ХП-го (Барселона, Испания, 2006 г., вопрос 84, 86)1.

Исключение составили две публикации, косвенно затрагивающие тему диссертации, а именно: на примере верхней головы шлюза Павловской ГЭС, как башенной конструкции, о расчетных исследованиях НДС совместно с закарстованным основанием (Рубин О.Д., Ильин Ю.А., Михайлов О.В. [Л. 33] 2002 г.). Еще одна статья опубликована в зарубежном журнале ([Л. 111], Chopra Anil К., USA, 1975 г.) по теме учета гидродинамических нагрузок при сейсме на башенные водоприемники на примере двух гидроузлов в США.

В исследованной нормативно-методической литературе, методология расчетов конструкций гидротехнических сооружений на скальных основаниях в целом представлена достаточно подробно, однако, во-первых: она была составлена 20-25 лет назад и устарела, во-вторых: для башенных водоприемников в частности, отсутствует ряд тем, например: об их параметрах, классификации как типа основных ГТС; о методике расчетов устойчивости и прочности башенных конструкций; о принципах назначения расчетных схем, нагрузок, коэффициентов для указанных расчетов; о требованиях к предельным деформациям для этих сооружений и их оснований; о методологии учета карстовых проявлений.

1 - Наименование упомянутых вопросов приведено в статье Самарина В.Г. [JI. 72]

В связи с этим поиск публикаций был расширен, применительно к другим областям строительства - промышленного и гражданского, по теме проектирования, расчетов устойчивости и прочности высотных сооружений башенного типа, в т.ч. с примерами возведения таких конструкций на закарстованных основаниях. В результате были выявлены отдельные публикации по вопросам совершенствования расчетов фундаментов башенных промышленных сооружений (Соломин В.И., ОФ №11, 1991 г.; Алейников С.М., ЭС №11, 1994 г.). Кроме того, по теме проектирования плитных фундаментов, в т.ч. для сооружений башенного типа, в 1984 г. было разработано руководство (НИИОСП, [JI. 71]).

Имеют место многочисленные публикации по вопросам карстологии, проектирования и расчетов в условиях карста применительно к общестроительным сооружениям (Смирнов А.И., Травкин А.И. [JI. 1], Гвоздецкий H.A. [JI. 13], Костарев В.П. [JI. 40], Кутепов В.М. [JI. 44, 45], Толмачев В.В., Леоненко M.B. [JI. 96, 97], Саваренский И.А., Попов И.В., Максимович Г.А. и др.), по этой теме наработана в достаточном объеме нормативно-методическая документация [JI. 35, 52, 53, 66, 67, 75].

Но, что важно, в изученной литературе по проектированию сооружений промышленного и гражданского строительства не отражена специфика постоянного влияния водной среды для условий гидротехнического строительства, поэтому положения и требования, которые зафиксированы в ней, не могут быть применены для гидротехнических сооружений без значительной доработки, учитывающей особенности при проектировании ГТС.

Рассмотренная техническая литература применительно к изысканиям на строительстве гидротехнических сооружений в условиях закарстованных оснований (Соколов Д.С., Лы-кошин А.Г., Молоков Л.А., Карпышев Е.С, Парабучев И.А. [Л. 37, 46], Миланович Р.Т. [Л. 114], Варга A.A., Кондратьев H.H.) , затрагивает в первую очередь инженерную геологию, но не вопросы проектирования и специфики расчетов ГТС.

Предложения по учету при проектировании прогноза влияния карста, включая башенные конструкции, имеют место только для общестроительных сооружений. Вместе с тем, для гидротехнического строительства (в целом для всех ГТС) существует методика количественной оценки карстопроявлений, значительно отличающаяся от условий промышленного и гражданского строительства (Каякин В.В., Мулина A.B. [Л. 38]).

Аналогичная ситуация по вопросам проектирования противокарстовой защиты конструкций. Например, тема, касающаяся рекомендаций по применению противокарстовых мероприятий подробно изложена во многих публикациях только применительно к промышленным и гражданским сооружениям, включая башенные конструкции (Метелюк Н.С., Толмачев В.В., Троицкий Г.М., Хоменко В.П., Сорочан Е.А. [Л. 99] и др.), а также в нормативно-методической литературе [Л. 62, 63, 64, 94], в Федеральных нормах (СНиП 2.02.01-83* [Л.

81], СНиП 22-02-2003 [Л. 89] и в территориальных нормах по РФ [Л. 101, 102]. Однако, как и по вопросам методологии расчетов устойчивости и прочности, требования в этой технической литературе, по отношению к защите от карста, не применимы для ГТС без соответствующей корректировки, по причине специфики их работы и значительных отличий в воздействиях и нагрузках в условиях постоянного контакта с водной средой.

По этой теме противокарстовых инженерных мероприятий для башенных водоприемников гидротехнических сооружений , публикаций не было выявлено и нормативная документация не разрабатывалась. Вместе с тем, следует отметить, что принцип некоторых разработанных в настоящей диссертации типов и подтипов противокарстовых мероприятий для башенных ГТС, заимствован из предложений по укрепительным мероприятиям для нарушенных скальных оснований бетонных плотин (Газиев Э.Г. [Л. 12], Гришин М.М., Розанов Н.П. [Л. 24], Мгалобелов Ю.Б. [Л. 48, 50], Тайчер С.И. [Л. 95]), а общие рекомендации по защите сооружений и их оснований от влияния карста для условий гидротехнического строительства в целом описаны в технической литературе (Лыкошин А.Г., Парабучев И.А. [Л. 46]).

В соответствии с законом РФ «О техническом регулировании» [Л. 106] должны быть разработаны соответствующие общие и специальные технические стандарты, в т.ч. по проектированию в строительстве, с отменой действующей в РФ нормативной документации.

Всвязи с этим, предложения и рекомендации по отношению к исследуемой в диссертации теме устойчивости и прочности башенных водоприемников ГТС в условиях карста, предлагается учесть в составе стандартов по проектированию в строительстве для гидротехнических бетонных и железобетонных сооружений на скальных (полускальных) основаниях и по их инженерной защите от карста.

Цели и задачи исследований

Цель исследований в диссертации — решение проблемы обеспечения устойчивости и прочности башенных конструкций водоприемников гидротехнических сооружений при их проектировании и строительстве на скальных (полускальных) основаниях, пораженных карстом, в т.ч. за счет инженерных мероприятий по повышению их несущей способности.

Для реализации этой цели в процессе исследований предстояло решить следующие конкретные задачи:

- провести анализ нормативно-методической документации, научно-технической литературы, публикаций по теме проектирования и методов расчетов устойчивости и прочности башенных сооружений на скальных (полускальных) основаниях в целом, а также оснований с нарушенной структурой, в т.ч. для башенных водоприемников ГТС;

- разработать предложения по совершенствованию методологии расчетного обоснования устойчивости и прочности башенных водоприемников гидротехнических сооружений совместно со скальными основаниями с наличием карстопроявлений;

- разработать математическую трехмерную модель системы «башенный водоприемник - закарстованное скальное основание» и выполнить её апробацию на примере туннельного донного водосброса проектируемого Юмагузинского гидроузла;

- выполнить расчетные исследования НДС, устойчивости и прочности башенного водоприемника ГТС в условиях карста-в пространственных условиях, в.т.ч. с учетом нелиней-' ных эффектов на примере строительства Юмагузинского гидроузла, с целью обоснования проектных решений, назначения критериальных показателей для включения в декларацию безопасности этого объектаи апробаиции соответствующих рекомендаций;

- выполнить анализ применения противокарстовых мероприятий при проектировании гидротехнических сооружений, а также сооружений промышленного и гражданского строительства, по отношению к конструкциям башенного типа;

- разработать комплекс инженерных мероприятий и рекомендации по проектированию защиты от карста башенных водоприёмников ГТС, а также апробировать ряд мероприятий на примере башенного водоприёмника Юмагузинского гидроузла;

- сформировать по результатам работы конкретные предложения и требования по проектированию гидротехнических сооружений башенного типа на скальных оодованиях , в части обеспечения их устойчивости и прочности, а также инженерной защиты от карстопроявлений, для планируемых к изданию общих и специальных технических стандартов по проектированию в гидротехническом строительстве.

Объектом исследования являются башенные бетонные и железобетонные водоприемники гидротехнических сооружений на скальных и полускальных основаниях, ослабленных карстовыми проявлениями.

Предметом исследования служит совместная работа башенных водоприемников ГТС гидроузлов, гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций и закарсто-ванных скальных (полускальных) оснований, соответственно их противокарстовая защита, обеспечивающая нормальную и безопасную эксплуатацию.

Методы исследования

На начальном этапе исследования выполнялись в виде поиска публикаций, нормативных материалов, технической литературы с последовательным изучением и обработкой собранной информации, ее анализа по вопросам теоретико-методологической части расчетов устойчивости и прочности гидротехнических сооружений, в том числе башенных на закар-стованных скальных основаниях, а также - особенностей и применения противокарстовых мероприятий для высотных и башенных конструкций.

Процесс исследования методов расчетов башенных конструкций ГТС на закарстован-ных основаниях осуществлялся посредством серии экспериментальных расчетов на основе численного метода конечных элементов. На примере проектных решений башенного водоприемника Юмагузинского гидроузла были реализованы в объемной постановке задачи расчетные исследования НДС, устойчивости и прочности системы «сооружение - скальное за-карстованное основание» с применением современных компьютерных программ. По результатам расчетов с помощью конструктивно-поискового изучения темы диссертации, были разработаны рекомендации по методологии расчетов применительно к башенным водоприемникам ГТС на скальных и полускальных основаниях и их противокарстовой защите.

Структура настоящей работы построена по следующему принципу. По результатам изучения и анализа специальной технической, нормативно-методической литературы, публикаций отображены принципиальные положения разработанных и действующих методик расчетных исследований НДС, устойчивости и прочности бетонных и железобетонных сооружений на скальных основаниях, в т.ч. с нарушенной структурой (глава 1). Исследованы особенности расчетного обоснования устойчивости и прочности башенных водоприемников ГТС с высотой более 30 м и примеры их использования в гидротехническом строительстве (глава 2). Далее рассмотрена тема совершенствования методологии таких расчетов для водоприемников башенного типа на скальных основаниях, пораженных карстом (глава 3). В следующей главе изложены последовательность и результаты расчетных модельных исследований по теме диссертации применительно к конкретному объекту (глава 4).

В последних главах диссертации рассмотрена тема, взаимосвязанная с основной, по вопросам обоснования проектных решений противокарстовых инженерных мероприятий для башенных водоприемников ГТС (глава 5) и приведено описание разработанных в диссертации рекомендаций по этим мероприятиям (глава 6).

Основными источниками получения информации были нормативно-методические документы, научные труды и публикации (за период с 60-х годов прошлого века по настоящее время) в отечественной и зарубежной научно-технической литературе по теории, исследованиям, проектированию и изысканиям в строительстве по следующим вопросам:

- расчеты устойчивости и прочности на скальных основаниях сооружений, в т.ч. гидротехнических, с использованием метода конечных элементов;

- расчеты сооружений, в т.ч. башенных водоприемников ГТС и общестроительных конструкций башенного типа, учитывающих специфику закарстованных оснований;

- применение башенного типа водоприемников ГТС на примере эксплуатируемых, строящихся и перспективных отечественных и зарубежных гидроузлов, ГЭС и ГАЭС;

- распространение карстоопасности на земной поверхности РФ, бывших стран СССР, государств мира, применительно к гидротехническому строительству;

- противокарстовые мероприятия для сооружений гидротехнического, промышленного и гражданского строительства, в т.ч. для башенных конструкций.

В составе диссертации были также исследованы материалы конгрессов Международной комиссии по большим плотинам (СИГБ) по тематике башенных водоприемников при проектировании и строительстве водосбросных, водопропускных, водоприемных и регулирующих сток гидротехнических сооружений, а также по тематике карста — Международных симпозиумов по карстоведению и инженерной геологии.

Из специализированных технических журналов, изученных при поиске материалов по исследуемой теме, отметим следующие: «Гидротехническое строительство», «Энергетическое строительство», «Энергетика за рубежом», «Основания и фундаменты. Механика грунтов», «Геоэкология» («Инженерная геология»), THE INTERNATIONAL JOURNAL ON «HYDROPOWER & DAMS» и др. Кроме того, был произведен поиск публикаций в ведомственных трудах научно-исследовательских, проектных и изыскательских институтов гидротехнической принадлежности: Гидропроекта и его филиалов, НИИЭСа, ВНИИГа, ВНИИ Во-дгео, Гидроспецпроекта, Союзводпроекта, а также в зарубежной технической литературе.

6.3. Выводы

1. Конкретные типы рекомендуемых противокарстовых мероприятий были апробированы и реализованы на примере проектирования и строительства (включая расчетное обоснование, см. главу 4) эксплуатируемого башенного водоприемника донного туннельного во-досброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла в Республике Башкортостан.

2. Некоторые типы противокарстовой защиты нашли применение для башенного водоприемника туннельных водоводов строящейся Сангтудинской ГЭС-1 в Таджикистане и могут быть использованы для перспективных ГТС с башенными водоприемниками (см. гла-ву2).

3. В настоящей главе в виде конкретных рекомендаций приведены разработанные классификации, с описанием особенностей и условий применения для 14-и типов (и 11-ти подтипов) противокарстовой защиты в скальных (полускальных) основаниях башенных водоприемников гидротехнических сооружений как гидроузлов, так и ГЭС, и ГАЭС. В приложении 6 (табл. П.6) даны графические иллюстрации всех 25-и указанных типов и подтипов противокарстовых мероприятий.

Кроме того, систематизирована и обобщена информация по характеру нарушений скальных закарстованных оснований применительно к ГТС.

4. Вместе с тем, предлагаемые рекомендации, несмотря на определенную специфику, могут быть применены для «верхних голов» шлюзов как гидротехнических башенных сооружений, а также с некоторой привязкой использованы для других ж/бетонных гидротехнических сооружений, проектируемых на скальных основаниях, пораженных карстом.

5. При разработке специальных технических стандартов по теме инженерной защиты от опасных геологических процессов, указанные рекомендации должны найти применение как для ж/бетонных сооружений ГТС в целом, так и для их башенных конструкций.

1. Абдрахманов Р.Ф., Мартин В.И., Попов В.Г., Рождественский А.П., Смирнов А.И., Травкин А.И. / Карст Башкортостана. Уфимский НЦ РАН, Институт геологии. - Уфа, 2002, -384 с.

2. Авакян А.Б., Салтанкин В.П., Шарапов В.А. Водохранилища. -М.: Мысль, 1987, -325 с.

3. Адамович А.Н. Закрепление грунтов и противофильтрационные завесы. -М.: Энергия, 1980,-320 с.

4. Андрианов А.В., Баранов А.Е., Крылова Е.В. Опыт активного проектирования про- тивокарстовых мероприятий на участке входного оголовка донного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла // Гидротехническое строительство . - 2003. - №3. - 28-5-33.

5. Аршаневский Н.Н., Губин М.Ф., Карелин В.Я., Кривченко Г.И. и др. / Гидроэлектрические станции. Изд. 3-е с изм. и дополн. -М.: Энергоатомиздат, 1987, -464 с.

6. Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации. / МЧС России, РАН. -М., 2005, -271с.

7. Баранов А.Е. Юмагузинский гидроузел на р. Белой в Республике Башкортостан // Гидротехническое строительство. - 2004. - №7. - 2-К>.

8. Баранов А.Е. Из опыта проектирования и строительства Юмагузинского гидроузла на р.Белой. // Научно-технический журнал «Вестник МГСУ». - 2006. - №2. - 112-5-122.

9. Баранов А.Е., Годунов Б.И. Особенности проектных решений водоподводящих сооружений донного водосброса-водовыпуска Юмагузинского гидроузла // Гидротехническое строительство. - 2006. - №5. - 2-*-8.

10. Баранов А.Е. Новый гидротехнический объект в европейской части России - Юмагузинский гидроузел. Особенности проектных решений. // Гидротехническое строительство. -2007. - №7. - С . 42-49.

11. Белостоцкий A.M. Современные математические модели и методы оценки состояния эксплуатируемых энергетических сооружений. // Научно-технический и производственный сборник. Безопасность энергетических сооружений. -М., -1998. - №1. - 32-^ -39.

12. Газиев Э.Г. Скальные основания бетонных плотин. -М.: АСВ, 2005, -280с.

13. Гвоздецкий Н.А. Природа мира. Карст. -М.: Мысль, 1981, -212с.

14. Геология и плотины. Сборник статей / Минэнерго СССР. ВГПИиНИИ «Гидропроект» им. Я. Жука. - Тома IX (1984 г.), - X (1986 г.). То же / Минтопэнерго РФ. - Том XIII (1994 г.).

15. Гидроаккумулирующие электростанции. Под ред. Шейнмана Л.Б. -М., 1978, -183с. 16.. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения : ГОСТ 19 185-73.

16. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений. Справочное пособие. Разделы 2 и 3. -М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 126-253.

17. Гидротехнические сооружения. Часть 1. / Под ред. Гришина М.М. -М.: «Высшая школа», 1979, -615с.

18. Гидроэлектростанции России / РАО Энергетики и Электрификации «ЕЭС России». ПИиНП ОА «Институт Гидропроект». -М., 1997, -461с.

19. Гидроэлектростанции СССР / части 1, 2. Министерство Энергетики и Электрификации СССР. Главниипроект. ВПИиНИИ «Гидропроект», -М., 1978-79 (для служебного пользования).

20. Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов СССР. / Под общей редакцией Непорожнего П.С. Изд. 2-ое дополн. и перераб. -М.: Энергоиздат, 1982. -560с.

21. Гидроэнергетические объекты 12-ой пятилетки и их роль в решении энергетической программы СССР на данном этапе / Сборник научных трудов Гидропроекта. Вып. 127. 1987, -168с.

22. Гинзбург М.Б. Основные тенденции современного строительства высоких плотин за рубежом. -Л. 1975, с 5 4- 6.

23. Гришин М.М., Розанов Н.П., Белый Л.Д. и др. Бетонные плотины (на скальных основаниях). -М.: Стройиздат, 1975, -352с.

24. Гуртовник Ф.И., Гаева Н. Подземные сооружения Сангтудинской ГЭС-1 / Сборник научных трудов Гидропроекта. 1991. Вып. 157, с. 48-Н56.

25. Дзваньский Я., Колеорев И.С., Молоков Л.А., Рейтер Ф.. Инженерно- геологические исследования в гидротехническом строительстве. -М., 1981.

26. Дублянская Г.Н., Дублянский В.Н. Карстующиеся породы и типологическое районирование закарстованных территорий // Геоэкология. - 1994. - №6. - 72+79.

27. Зарецкий Ю.К. Карабаев М.И. Краткое описание математической модели системы сооружение-основание. / Научно-технический и производственный сборник. «Безопасность энергетических сооружений». -М. - 1998. - №1. - с.75—78.

28. Зарецкий Ю.К. Расчеты сооружений и оснований по предельным состояниям // «Основание и фундаменты. Механика грунтов». -М., - 2003. - №3. - 2-^ 9.

29. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений. Механика грунтов. Изд. 2-ое, перераб. и дополн., -М.: Высшая школа, 1991, -447с.

30. Изыскание и активное проектирование / Сборник научных трудов Гидропроекта. Вып. 113 / Под ред. Молокова Л.А., Фишмана Ю.А. - Минэнерго СССР, ВПИиНИИ «Гидропроект». -М., 1986.

31. Ильин Ю.А., Михайлов О.В., Рубин О.Д. Оценка напряженно-деформированного состояния верхней головы Павловского шлюза / Безопасность энергетических сооружений. Вып. №9, 2001, с. 1474-157, вып. №10, 2002, с. 78н-92.

32. Илюшин В.Ф., Дубинчик Е.И. Высоконапорные подземные водосбросы. / Библиотека гидротехника и гидроэнергетика. Вып. 75. -М., 1983, -104с.

33. Инструкция по проектированию зданий и сооружений в районах г.Москвы с проявлением карстово-суффозионных процессов. - Мосгорисполком. -М., 1984, -14с.

34. Карпышев Е.С., Молоков Л.А., Нейштадт Л.И. и др. Инженерно-геологические изыскания для строительства гидротехнических сооружений. -М.: Энергия, 1972, -376с.

35. Карпышев Е.С. Справочно-библиографический каталог по геологии оснований плотин. / Минэнерго СССР. ВГПИиНИИ «Гидропроект». -М.: Энергия, 1967, -124с.

37. Костарев В.П. Инженерно-карстологические изыскания: нормативы, их исполнение и совершенствование / Материалы Международного симпозиума «Карстоведение - XXI век: теоретическое и практическое значение». - Пермь, 2004. - с. 201-К204.

38. Костарев В.П. О нормативах и основных инструктивно-методических документах по инженерно-геологическим изысканиям на закарстованных территориях. Геология и полезные ископаемые Запада Урала. - Пермь, 2003. - 253^256.

39. Кузнецов И.Н. Методика научного исследования. - Минск, 1997.

40. Куперман В.Л., Мостков В.М., Илюшин В.Ф., Гевирц Г.Я. Подземные сооружения гидроэлектростанций.-М., 1996, -315с.

41. Кутепов В.М. Оценка устойчивости закарстованных территорий методом анализа напряженного состояния массивов горных пород. Обзор и рекомендации. -М.: ЦП НТ Горного общества, 1986, -68с.

42. Кутепов В.М., Парабучев И.А., Килин Ю.А. Карст и его влияние на освоение территорий. Карстоведение - XXI век: Теоретическое и практическое значение. / Материалы международного симпозиума. - Пермь, 2004, с. 192-^198.

43. Лыкошин А.Г., Молоков Л.А., Парабучев И.А. Карст и строительство гидротехнических сооружений. Гидропроект.-М., 1992, -324с.

44. Материалы по проектированию гидротехнических узлов. Серия II. Изыскания. / Минстрой электростанций СССР. ВГПИ «Гидроэнергопроект». - Тома I (1959 г.), - IV (1964 г.),-V (1967 г.).

45. Мгалобелов Ю.Б. Прочность и устойчивость скальных оснований бетонных плотин. -М.: Энергия, 1979, -215с.

46. Мгалобелов Ю.Б. Сравнение критериев надежности при проектировании бетонных плотин на скальных основаниях по российским СНиП и американским стандартам // Гидротехническое строительство. - 2007. - №9. - 45-^ -53.

47. Мгалобелов Ю.Б., Тайчер Н. Расчеты устойчивости скальных береговых упоров арочных плотин / Библиотека гидротехника, вып.ЗО. -1972.

48. Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений / РД153-34.2-21.342-00. РАО «ЕЭС России».- М., 2001, -22с.

49. Методические рекомендации по проектированию безкаркасных жилых зданий в карстовых районах / НИИСК Госстроя СССР. - Киев, 1986, -52с.

50. Методические рекомендации по проектированию фундаментов зданий и сооружений в карстовых районах / НИИСК Госстроя СССР. - Киев, 1977, -72с.

51. Основные положения правил использования водных ресурсов Нугушского водохранилища на р.Нугуш. РВ-150-67. Минводхоз РСФСР. -М., 1967, -31с.

52. Особенности проектирования и строительства гидротехнических сооружений в условиях жаркого климата / Под редакцией Розанова Н.П. -М.: Колос, 1993, -304с.

53. Особенности проектирования и эксплуатации ГАЭС (тема 5-48/8, доклад) / Совет экономической взаимопомощи. Секция 3. Постоянная комиссия по электроэнергетике. - Румыния, г.Геркулане, 1975, -93с.

54. Природные опасности России / РАН, МЧС РФ, под общ. ред. Осипова В.Н., Шойгу К. -М.: Крук, 2002, с. 135-158.

55. Проектирование и строительство больших плотин / Вып. 2. По материалам IX Международного Конгресса (под общ. редакцией Борового А.А.). -М.: Энергия, 1972, -158с.

56. Радченко В.Г., Глаговский В.Б., Кассирова Н.А., Курнева Е.В., Дружинин М.А. "Современное научное обоснование строительства каменнонабросных плотин с железобетонными экранами" // Гидротехническое строительство. - 2004. - №3. - 2-ь8.

57. Рекомендации по использованию аналогов для проектирования и строительства насыпных плотин / П-774-83/Гидропроект. -М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 40+41.

58. Рекомендации по закреплению растворами закарстованных грунтов в основании гражданских и промышленных объектов / НИИОСП. -М., 1985, -28с.

59. Рекомендации по защите эксплуатируемых гражданских зданий в карстовых районах / НИИСК Госстроя СССР. - Киев, 1989, -162с.

60. Рекомендации по использованию инженерно-геологической информации при выборе способов противокарстовой защиты / ПНИИИС. -М.: Стройиздат, 1987, -80с.

61. Рекомендации по компоновке затворных камер и расчетам гидродинамических воздействий потока на плоские, сегментные и дисковые затворы гидротехнических сооружений / П 84-79 / ВНИИГ. -Л., 1980, -123с.

62. Рекомендации по проектированию зданий и сооружений в карстовых районах СССР / ПНИИИС, -М. 1967, -73с.

63. Рекомендации по проектированию фундаментов на закарстованных территориях. / НИИОСП. -М., 1985, -78с.

64. Речицкий В.И., Фишман Ю.А., Мгалабелов Ю.Б. и др. Под ред. Шемякина Е.И. // Механика скальных пород и современное строительство. -М.: Недра, 1992, -317с.

65. Розин Л.А. Расчет гидротехнических сооружений на ЭЦВМ. Метод конечных элементов. -Л., 1971.

66. Руководство по проектированию гидротехнических туннелей / ВПИиНИИ «Гидропроект». Минэнерго СССР. -М., 1982, -288с.

67. Руководство по проектированию плитных фундаментов каркасных зданий и сооружений башенного типа/ НИИОСП им. Н.М. Герсеванова. -М.: Стройиздат, 1984, -263с.

68. Самарин В.Г. Об изданиях международной комиссии по большим плотинам. /Безопасность энергетических сооружений. Научно-технический и производственный сборник. Вып. 6. РАО «ЕЭС России», АО НИИЭС, -М., 2000, с. 228+269.

69. Самарин И.К. Взаимодействие конструкций гидротехнических сооружений с основанием. -М.: Стройиздат, 1978, -136с.

70. Секторов В.Р. Зарубежное гидроэнергостроительство. -М.: Энергия, 1968, -188с.

71. Семенов А.Н. Гидроэнергетическое строительство в России и за рубежом. Уроки прошлого - проблемы настоящего. -М., 2003, -272с.

72. Скальные основания гидротехнических сооружений / Под ред. Фишмана Ю.А. Труды Гидропроекта. Вып. 50. -М., 1976, -93с.

73. Слисский СМ. Гидравлика зданий гидроэлектростанций. -М., 1970, -424с.

74. Современные методы расчета ГЭС и АЭС на основе использования ЭВМ / Сборник научных трудов Гидропроекта. Под ред. Золотова Л.А., Дзюбы К.И. Вып. 100, -М., 1985,-161с.

75. Современные плотины мира (сокращенный перевод книги «WORLD DAMS TODAY») TOKYO, 1967. Минэнерго СССР. -М., 1970, -233с.

76. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. Госстрой СССР. -М., 1989.

77. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. Госстрой России. -М., 2003.

78. СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. ЦНТП Госстроя СССР, -М., 1986.

79. СНиП 2.06.05-84*. Плотины из грунтовых материалов. Госстрой СССР. -М., 1991.

80. СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные. Госстрой СССР. -М., 1986.

81. СНиП 2.06.09-84. Туннели гидротехнические. Госстрой СССР. -М., 1985.

82. СНиП 2.09.03-85. Сооружения промышленных предприятий. ЦНИИ промиздат, -М., 2002. •

83. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Минстрой России. -М., 1997.

84. СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий. -М.: ПНИИИС, 1996.

85. СНиП 22-02-2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Росстрой. -М., 2004.

86. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. -М., 2004.

87. Справочник водохранилищ СССР. Часть I. Водохранилища объемом 10 млн.м и более / Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР. ВПИиНИО «Союзводпроект». -М., 1988.

88. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Ч.П. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. Госстрой России. -М.: ПНИИИС, 2000.

89. Тайчер Н. Безопасность плотин с точки зрения оснований и устойчивости берегов водохранилищ (По материалам VIII конгресса СИГБ) // Гидротехническое строительство. -1969. -№4. -С.35-40.

90. Толмачев В.В., Леоненко М.В. Анализ нормативных документов по изысканиям и проектированию в карстовых районах России / Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий. T.I. -Екатеринбург: АКВА-ПРЕСС, 2001, с. 200-е-206.

91. Толмачев В.В., Леоненко М.В. Еще раз о классифицировании закарстованных территорий по степени опасности / Материалы Международного симпозиума «Карстоведение -XXI век: теоретическое и практическое значение». - Пермь, 2004, с. 230-^ -234.

92. Толмачев В.В., Леоненко М.В. О классификации закарстованных территорий по провальной опасности // Основания и фундаменты, механика грунтов. - 2005. - №2. -С. 11-44.

93. Толмачев В.В., Троицкий Г.М., Хоменко В.П. Под ред. Сорочана Е.А. Инженерно- строительное освоение закарстованных территорий. -М.: Стройиздат, 1986, -176с.

94. Трофимова Е.В. Карст Сибири и Дальнего Востока: особенности современного развития / Иркутский Госуниверситет. Материалы Международного симпозиума. «Карстоведение - XXI век: теоретическое и практическое значение». - Пермь, 2004, с. 132-437.

95. ТСН Республики Башкортостан 302-50-95 РБ. Инструкция по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на закарстованных территориях. Госстрой Республики Башкортостан, - Уфа, 1996, -41с.

96. ТСН 22-308-98 НН. Инженерные изыскания, проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений на закарстованных территориях Нижегородской области. - Нижний Новгород, 1999, -68с.

97. Ухов СБ. Расчет сооружений и оснований методом конечных элементов. МИСИ. -М., 1973.

98. Федеральный закон «О техническом регулировании» от 15.12.2002 г., с изменениями, внесенными Федеральным законом от 09.05.2005 г. №45-ФЗ.

99. Хазиахметов P.M. О концепции прогноза развития гидроэнергетики России в первой половине XXI века // Гидротехническое строительство. — 2005. - №9. - 13-16.

100. Щелканов Ю.А., Андрианов А.В., Крылова Е.В. Противокарстовые инженерные мероприятия на объектах гидротехнического строительства // Гидротехническое строительство. - 2004. - №3. - 13-18.

101. Экзогенные геологические процессы на территории РФ в 2002 г. / Информационный бюллетень. МПР России. Вып. 13 (5). 2003. ПО. ABAFFY D., LISKA М., LUKAC М. VODNE DIELA NA SLOVENSKU. PRIRODA - 1979, -321 s.

102. CHOPRA ANIL К., LIAW С - Y. EARTHQUAKE RESISTANT DESIGN OF INTAKE - WATER TOWERS. «J. STRUCT. DIV. PROC. AMER. SOC. CIV. ENG.», 1975, №7, p. 1330-1366.

103. DUSH L.A. CHAIRMAN P.E. DAM SAFETY: HIGH INEREST BUT CONSTRUCTION, №4, 1984, p. 14-46.

104. KERNING, C , WENZHONG, Z., "CONCRETE FACED ROCKFILL DAMS IN CHINA", INTERNATIONAL WATER POWER & DAM CONSTRUCTION, SEPTEMBER, 1999.

105. MILANOVIC P.T. HIDROGEOLOGIJA KARSTA I METODE ISTRAZIVANJA. - TREBINJE, zb. I, 1979, -305 p .

106. MINGXI, С, ET AL, "SAFETY MONITORING DESIGN AND DAM BEHAVIOR EVALUATION OF WUIUWATI HIGH CONCRETE FACE SANDY GRAVEL ROCKFILL DAM", PROCEEDINGS. PNTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CONCRETE FACED ROCKFILL DAMS, BEIJING, CHINA, 2000.

107. PINTO, N.L. DE S., "QUESTIONS TO PONDER ON DESIGNING VERY HIGH CFRDS", HYDROPOWER & DAMS, ISSUE FIVE, 2001.

108. THE INTERNATIONAL JOURNAL ON «HYDROPOWER & DAMS». ISSUE №4, №6, 1999; ISSUE №4, 2000; ISSUE №4, 2002; ISSUE №2, 2003; ISSUE №2, 2004; ISSUE №2, №3, 2006.

109. THEROND R. RECHERCHE SUR L'ETANCHEITE DES LACS DE BARRAGE EN PAYS KARSTIQUE, EDITEUR/PARIS, 1973, -444 p.

110. TWENTY-SECOND CONGRESS ON LARGE DAMS. VOLUME 1, QUESTIONS 84, R. 1, 53, 54, 65. VOLUME 3, QUESTIONS 86, R. 32, 41, 53. BARCELONA-SPAIN. 2006.

111. WORLD ATLAS & INDUSTRY GUIDE. HYDROPOWER & DAMS. 2004, p. 23-50; 2006, p. 24-58. 121. 16 th CONGRESS OF ICOLD, QUESTIONS 61, R. 39, 42. SAN FRANCISCO, 1988.