автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Оценка состояния и назначение критериев безопасности намывных золошлакоотвалов

На правах рукописи

ФИЛИППОВА Елена Александровна

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И НАЗНАЧЕНИЕ КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОСТИ НАМЫВНЫХ ЗОЛОШЛАКООТВАЛОВ

Специальности: 05.23.07 - "Гидротехническое строительство"

05.23.02 - "Основания и фундаменты, подземные сооружения"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург, 2005 г.

Работа выполнена в ОАО "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники им. Б.Е. Веденеева".

Научные руководители:

доктор технических наук В. Б. Глаговский; доктор технических наук, профессор В. Г. Пантелеев.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор С.Г. Шулшан\ кандидат технических наук, профессор В.В. Малаханов.

Ведущая организация - ОАО "Северо-западный энергетический инжиниринговый центр" филиал СЕВЗАПВНИПИЭНЕРГОПРОМ / СЕВЗАПЭНЕРГОМОНТАЖПРОЕКТ

Защита состоится "30" декабря 2005 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 512.001.01 ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева" (195220, Санкт-Петербург, Гжатская ул., 21).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева".

Автореферат разослан ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Т.В. Иванова

гоом Ziei4l9

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации.

Актуальность работы определяется необходимостью выполнения требований законодательных, в первую очередь Федерального Закона "О безопасности гидротехнических сооружений", и нормативных документов оценивать состояние гидротехнических сооружений (ГТС), анализировать причины возможного снижения безопасности сооружения и своевременно осуществлять разработку и реализацию мер по обеспечению технически исправного состояния сооружения и его безопасности, а также по предотвращению аварии ГТС. Действующие нормативно-методические документы не учитывают специфики таких гидротехнических сооружений, как золошлакоотвалы (ЗШО), для которых этапы проектирования, строительства и эксплуатации, как правило, совпадают, нагрузки и воздействия носят меняющийся характер и, зачастую, имеют место сложные инженерно-геологические условия площадки отвала с минимальной площадью отчуждения под сооружение. В настоящее время отсутствует единая методика оценки состояния ГТС, в том числе намывных отвалов, основанная на комплексном подходе к оценке состояния сооружения, используя многофакторные исследования.

В рамках заявленной темы диссертации поставлены задачи, решения которых, на основе единого подхода, позволят логически увязать такие взаимосвязанные вопросы, как оценка состояния отвалов, назначение критериев безопасности, разработка и расчетное обоснование мероприятий по обеспечению нормального эксплуатационного состояния ЗШО, возможность управления уровнем безопасности ЗШО. Цели и задачи работы.

Основной целью диссертационной работы являлось решение вопроса обеспечения надежности намывных золошлакоотвалов с учетом специфики сооружений, базирующееся на разработке методики оценки состояния ЗШО как системы "сооружение-основание" и назначении критериев безопасности ЗШО в рамках детерминистической постановки задачи.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие основные задачи: проанализированы особенности намывных золошлакоотвалов на стадии проектирования, строительства и эксплуатации;

выполнен анализ причин аварий ЗШО в России и ряде зарубежных стран; разработана методика оценки состояния ЗШО, в том числе с использованием многофакторных исследований и учетом специфики системы "сооружение-основание";

разработаны способы оперативной оценки устойчивости ограждающих дамб ЗШО с учетом влияния основания на стадии проектирования, строительства и эксплуатации;

разработаны принципы определения критериев безопасности с учетом специфики эксплуатации ЗШО;

разработаны принципы управления надежностью и безопасностью ЗШО с использованием результатов оценки состояния сооружения;

на конкретных примерах эксплуатируемых ЗШО проиллюстрированы результаты выполненной оценки состояния и назначения критериев безопасности сооружения.

. ''ос. национальная)

I БИБЛИОТЕКА I

г<дь дй

#

Личный вклад автора:

Разработана методика комплексной оценки состояния намывных золошлакоотва-лов, основанная на расчетно-теоретических исследованиях с учетом специфики сооружений, в том числе работы системы "сооружение-основание". Разработаны способы оперативной оценки устойчивости ограждающих дамб золошлакоотвала на стадии проектирования, строительства и эксплуатации. Разработаны принципы определения критериев безопасности золошлакоотвала. Выполнен анализ влияния результатов оценки состояния отвалов на управление их безопасностью.

Выполнены расчеты по оценке состояния, назначению критериев безопасности, расчетному обоснованию оптимальной конструкции упорной призмы ограждающей дамбы порядка двадцати золошлакоотвалов ТЭС ОАО "Свердловэнерго", ОАО "Комиэнерго", ОАО "Кировэнерго", ОАО "Омскэнерго", ОАО "Вологда-энерго", а также Эстонской Республики.

При выполнении отдельных разделов расчетной части работы автор сотрудничал с Ю.Г. Ротченко, Т.А. Созиновой, М.Л. Халеневой, Г.А. Чугаевой - всем им выражается глубокая признательность. Научная новизна диссертационной работы.

Разработана комплексная методика оценки состояния намывных золошлакоотвалов, базирующаяся на результатах расчетно-теоретических и натурных исследований.

Разработаны упрощенные способы оценки состояния откосов дамб ЗШО с учетом влияния основания, позволяющие в первом приближении оценить достаточность в рамках нормативных требований устойчивости откосов и принять решение об оптимальных параметрах дамб без выполнения расчетов. Разработаны основные принципы определения критериев безопасности золошлакоотвалов с учетом специфики сооружения.

Определена роль результатов оценки состояния ЗШО в вопросах управления безопасностью сооружения.

Практическая ценность и научная значимость работы.

Практическая ценность и научная значимость работы состоит в создании методик, базирующихся на едином комплексном подходе к проведению процедуры оценки состояния золошлакоотвала, как системы "сооружение-основание", назначению критериев безопасности сооружения, обоснованию конструктивно-технологических решений, направленных на обеспечение нормального эксплуатационного состояния золошлакоотвала.

Результаты работы внедрены при проектировании, эксплуатации и реконструкции более двадцати золошлакоотвалов ряда энергосистем, что позволило:

разработать оптимальные конструктивно-компоновочные решения упорной

призмы и золошлакоотвала в целом;

обеспечить контроль состояния золошлакоотвалов;

разработать и реализовать на сооружениях мероприятия по обеспечению нормального эксплуатационного состояния намывных отвалов энергосистем. Вышеизложенные результаты внедрения дали существенный экономический эффект и позволили обеспечить эксплуатационную надежность и безопасность сооружений в целом в соответствии с требованиями Федерального Закона "О безопасности гидротехнических сооружений".

Материалы диссертации использованы также при разработке Пособия к "Методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений" 2004 г, СНиП 33-01-2003 "Гидротехнические сооружения. Основные положения", 2004 г. Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались на международной конференции "Инженерно-геологические изыскания и исследования в криолитозоне", С-Пб 2000 г., семинаре "Причины чрезвычайных ситуаций при эксплуатации гидротехнических сооружений и меры по их предупреждению. Внедрение системы финансового обеспечения гражданской ответственности на основе страхования", Москва, 2002 г., на научно-практической конференции "Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений и предотвращение вредного воздействия вод в период прохождения половодий и паводков", г. Пятигорск, 2004 г., на семинаре "Совершенствование государственного надзора и контроля в сфере безопасности гидротехнических сооружений на объектах промышленности и энергетики", Казань, 2005 г.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 12 публикациях. Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (119 наименований); содержит 169 страниц текста, 32 рисунка, 7 таблиц.

Основные положения, выносимые на защиту:

Методика оценки состояния золошлакоотвалов с учетом специфики системы "сооружение-основание".

Оперативная оценка состояния золоптакоотвала, базирующаяся на упрощенных способах оценки устойчивости откосов упорной призмы и ее элементов с учетом влияния основания.

Принципы определения критериев безопасности ЗШО.

Принципы управления безопасностью ЗШО с использованием результатов оценки состояния сооружения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и практическая значимость темы диссертационной работы, сформулирована основная цель исследований и дана краткая характеристика работы.

В первой главе приводится анализ современного состояния исследований по вопросам оценки состояния гидротехнических сооружений, в том числе золошлакоотвалов; отмечены особенности проектирования, строительства и эксплуатации намывных ЗШО.

Проблемам, связанным с оценкой состояния грунтовых ГТС на современном уровне, как это диктуют действующие нормативные и законодательные документы в области надежности и безопасности ГТС, а также требования к проведению натурных наблюдений на сооружениях и технической диагностике сооружения в целом, посвящены работы А.К. Бугрова, В.Н. Бухарцева, А.Г. Василевского, И.М. Васильева, В.Б. Глаговского, A.JI. Гольдина, В.Н. Жиленкова, П.Л. Иванова, И.Н. Иващенко, Г.М. Каганова, Н.Ф. Кривоноговой, B.C. Кузнецова, С.А. Кузьмина, Т.Ф. Липовецкой, В.В. Малаханова, А.Л. Можевитинова, М.П. Павчича, Д.Б. Радкевича, Л.Н. Рассказо-ва, Г.А. Чугаевой, В.И. Щербины, С.Г. Шульмана и др.

Отмечено, что ЗШО, как напорное гидротехническое сооружение, имеет ряд принципиальных особенностей с точки зрения оценки состояния сооружения, основные из которых следующие:

изменяющиеся во времени параметры и характеристики ограждающей дамбы ЗШО и ее основания;

совпадение по срокам этапов проектирования, строительства и эксплуатации; наличие (как правило) сложных инженерно-геологических условий площадки ЗШО с минимальной площадью отчуждения и др.

В области обоснования конструкции золошлакоотвалов, технологии намыва, определения свойств золошлакового материала известны работы А.И. Глебова, М.Л. Киселевой, А.Б. Колпачковой, И.В. Корытовой, Э.А. Лариной, В.А. Мелентьева, В.М. Павилонского, В.Г. Пантелеева, А.П. Патиченко, Ю.М. Сысоева, Г.Т. Трункова, Г. А. Чугаевой, и др.

Анализ основных положений существующего подхода к оценке состояния эксплуатируемого ЗШО в рамках действующих нормативных требований выявил следующее:

В настоящее время недостаточно разработана нормативно-методическая база, отсутствует методика оценки состояния ЗШО, позволяющая на современном уровне оценивать состояние строящихся и эксплуатируемых ЗШО, назначать критерии безопасности и осуществлять прогноз состояния ЗШО. Рекомендованные действующими нормативными документами способы оценки состояния системы "сооружение-основание" не учитывают специфики ЗШО как гидротехнического сооружения.

Существуют отдельные, как правило, не структурированные и не связанные друг с другом в единую методику, рекомендации по контролю или оценке разрозненных показателей состояния ЗШО.

Общепринятым и зафиксированным в нормативных документах на проектирование является принцип расчетного обоснования конструкции грунтовых сооружений, в том числе ЗШО, основанный на методе предельных состояний, при этом выполняются расчеты по опенке фильтрационной прочности, устойчивости и деформаций.

В главе проанализированы и приведены требования, предъявляемые к надежности и безопасности ЗШО на всех этапах "жизненного цикла" сооружения, которые в свою очередь диктуют необходимый состав расчетов при обосновании конструкции ограждающей дамбы ЗШО. Отмечается, что в настоящее время отсутствуют какие-либо нормативные документы, регламентирующие требования к составу расчетов, расчетных методов и случаев с учетом специфики проектирования, строительства и эксплуатации золошлакоотвалов, что является одной из основных причин ошибок при обосновании конструкции упорной призмы ЗШО, которые могут привести к возникновению аварии или аварийной ситуации на ЗШО.

Разработан единый подход к оценке причин аварий, оценке состояния ЗШО, назначении критериев безопасности в детерминистической постановке, базирующийся на использовании метода предельных состояний.

Сформулированы и обоснованы основные задачи исследования, решаемые в диссертационной работе.

Во второй главе разработана методика оценки состояния ЗШО, в рамках которой:

1. Разработан состав расчетов при оценке состояния системы "упорная призма ЗШО - основание", базирующийся на методе предельных состояний в детерминистической постановке с учетом специфики проектирования, строительства и эксплуатации ЗШО как гидротехнического сооружения.

2. Приведены основные требования к проведению необходимых исследований при оценке состояния эксплуатируемого ЗШО.

Предложена трактовка используемого в Правилах технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации понятия "многофакторные исследования", которые предписано проводить при оценке состояния ГТС.

3. Разработаны расчетные случаи и дано обоснование назначения расчетных схем, с учетом эксплуатации и наращивания ЗШО в высоту поэтапно до максимально возможной.

В качестве примера на рис. 1 показаны расчетные случаи для обоснования устойчивости откосов первичной дамбы (с учетом дальнейшего наращивания ЗШО в высоту дамбой первого яруса).

Приводятся также расчетные случаи (схемы и описания к ним) для расчетного обоснования конструкции дамбы яруса наращивания и упорной призмы в целом с учетом поэтапности возведения до максимально возможной высоты. Для многосекционного ЗШО разработаны расчетные случаи для разделительной дамбы с учетом наращивания ЗШО в высоту.

Основной расчетный случай Особый расчетный случай

Наружный (низовой) откос Наружный (низовой) откос

Ярус наращивания с мсжпамбовым просфанпвом

Дамба яруса наращивания примыкал к верховому опсоеу первичной дамбы

Рис. 1. Расчетные случаи для обоснования устойчивости откосов первичной дамбы (фрагмент)

4. Установлено, что одним из факторов, который определяет устойчивость и влияет на деформации дамб ярусов наращивания и упорной призмы в целом, является технология намыва золошлакового материала (ЗШМ). Намываемый материал служит в дальнейшем основанием дамбы яруса наращивания, поэтому, управляя

технологией намыва, можно задавать определенные физико-механические, в том числе деформационные характеристики основания намытого с учетом фракционирования ЗШМ. Этот прием позволяет оптимизировать размеры упорной призмы ЗШО, обеспечивая при этом надежность сооружения.

Определены контролируемые диагностические параметры технологии намыва золошлакового материала. 5. Разработаны способы оперативной оценки устойчивости откосов ограждающей дамбы ЗШО - первичной и ярусов наращивания, с учетом влияния основания. Опыт эксплуатации ЗШО показывает, что при неправильном производстве работ по отсыпке дамб - первичной и ярусов наращивания, а также при несоблюдении технологии намыва ЗШМ, в теле упорной призмы могут образовываться прослойки грунта или ЗШМ с низкими прочностными свойствами. Выполнена оценка влияния слабых прослойков грунта основания и ЗШМ на заложение откосов дамбы. Построены графики зависимости, которые позволяют в первом приближении без выполнения расчетов устойчивости, зная прочностные свойства грунтов или ЗШМ, назначать размеры дамб.

Выполнена оценка влияния прочностных свойств материала тела дамб на устойчивость откосов. Анализ серии выполненных расчетов позволил определить количественную границу степени влияния сцепления грунта на устойчивость откосов сооружения. По результатам выполненных расчетов построены графики зависимости коэффициента устойчивости от рассмотренных параметров. Такие графики, построенные для всего диапазона встречающихся в практике откосов и грунтов, легко использовать на предварительных этапах проектирования, а также для обоснования выбора расчетных сечений дамбы при оценке напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. В качестве примера на рис. 2 приведены графики зависимости коэффициента устойчивости А, = / (^¡;ст;Н) для дамбы с заложением откоса

т = 2.5.

к,

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

0,000

0,004 0,008 0,012 0,016 0,020 0,024 Сп МПа

Рис. 2. График зависимости к„ =/(р,;сл;Н) для откоса т = 2.5

Установлено, что одной из причин аварий ЗШО является образование и развитие во времени трещин. Приводятся основные причины трещинообразования, дана классификация трещин - по геометрии, по причине возникновения, по характеру происхождения, по потенциальной опасности.

Приводятся результаты оценки влияния процесса трещинообразования на устойчивость откосов дамб. Расчетным путем исследовано для откосов различной крутизны т влияние глубины трещин А на устойчивость откосов и разработаны рекомендации по их залечиванию.

На основании выполненных расчетов установлена зависимость устойчивости откосов дамбы от размеров трещины А и прочностных характеристик материала дамбы в сформировавшейся плоскости сдвига - <рс и с,.. Установлено, что с ростом глубины трещины влияние сцепления с, уменьшается На основе выполненных расчетов построена серия графиков зависимости к% =/(<р,; с,) (см рис. 3).

сс = 0 МПа_____ —*—*—А = 1/4 Н

сс = 0.1 МПа_______ —.—.— А = 1/3 Я

сс = 0.2 МПа__I .— А = 1/2 Н

сс = 0.3 МПа_

Рис. 3. График зависимости к, =/(p(;cj для т = 2.5

Графики зависимости ks = f(<pc; cj являются универсальными и применимыми для предварительной оценки устойчивости дамбы, в теле которой образовалась трещина. Зная характеристики <рс и сс, глубину трещины и крутизну откоса т, можно с помощью графиков зависимости ks = f(q>L; сс) приближенно оценить устойчивость сооружения.

На основе анализа выполненных расчетов устойчивости и графиков зависимости ks=f (<рс; сс) была построена серия графиков зависимости т = f (<рс; ct; h) для сооружения III класса (А,=1.15), с помощью которых, зная <рс сt и h можно определить крутизну откоса т, в соответствии с требованиями СНиП 2.06.05-84* к устойчивости сооружения (см. рис. 4).

Используя построенные графики, можно в первом приближении оценить насколько опасна трещина в теле дамбы с точки зрения устойчивости откоса и определить соответствующие ремонтные мероприятия.

Приведены рекомендации по проведению оценки состояния ЗШО визуальным и инструментальным путем. Контроль состояния ЗШО осуществляется путем сравнения контролируемых показателей состояния с их критериальными значениями Установлены контролируемые показатели при оценке по предельным состояниям - устойчивости, фильтрационной прочности и деформациям.

т.

з

2,5

2

1,5

О 5 10 15 20 25 30

ct = 0 МПа__________* *—h= 1/4 Н

сс = 0.1 МПа________■ ■—А = 1 /3 Я

сс = 0.2 МПа______ —•—•—h = 1/2 И

сс = 0.3 МПа_

Рис. 4. Графики зависимости т =/(tpjc^h) для сооружений III класса при к, = 1.15 для основного сочетания нагрузок

Разработан состав нагрузок и воздействий на ЗШО, который необходимо учитывать при определении количественных значений показателей состояния системы "сооружение-основание".

Разработан состав натурных визуальных и инструментальных наблюдений на ЗШО и требования к проведению анализа результатов натурных наблюдений.

В третьей главе диссертационной работы обосновано назначение состава контролируемых показателей состояния ЗШО Отмечается, что действующая "Методика определения критериев безопасности" не учитывает специфики эолошлакоотвалов, что нашло отражение при разработке Пособия к Методике Особое внимание в работе уделено выявлению и анализу факторов, которые могут быть признаками нарушения работы ЗШО и которые в свою очередь являются основополагающими в построении "деревьев отказа" при анализе риска аварий.

Определены основные принципы выбора диагностических показателей состояния ЗШО с учетом специфики сооружения. Разработан состав диагностических показателей (качественных и количественных) состояния ЗШО, для которых установлены принципы определения критериальных значений.

\\ Хч \ , \ 1 1

* 1 •>.' V. V. V, к /\ \ V\ \ •Лл.'ч V

' . "•V. * 1 ^ * • г vV N '•>. V ■ V ** V ч Vx , 4

Введение не одного, а двух уровней критериальных значений диагностических показателей состояния ЗШО (К1 и К2), что было предложено и внедрено в 8О2 годы на ЗШО Кировских ТЭЦ-3 и ТЭЦ-4, а также на Воркутинской ТЭЦ-2, обеспечивает возможность своевременного принятия мер по ликвидации потенциально опасного или предаварийного (аварийного) состояния сооружения.

В целом, количественные диагностические показатели состояния эксплуатируемого ЗШО, измеряемые с помощью технических средств и вычисляемые на основе измерений, следующие:

положение поверхности депрессии фильтрационного потока в теле упорной призмы дамбы (ограждающей и разделительной) ЗШО, определяемое, исходя из условия устойчивости, фильтрационной прочности сооружения и технологии намыва золошлакового материала. Согласно рекомендации В.Н. Жиленкова при назначении критериев безопасности, определяющих положение поверхности депрессии, следует особо учитывать явление капиллярного подъема; перемещения и деформации элементов ограждающей дамбы ЗШО и упорной призмы в целом;

фильтрационный расход профильтровавшейся воды из ЗШО;

температурный режим тела и основания дамб ЗШО (показатель для сооружений,

расположенных в Северной строительной климатической зоне);

поровое давление в теле и основании упорной призмы ЗШО;

размеры пляжа намываемого из золошлакового материала;

допустимые уровни воды в отстойном пруду (превышение гребня над отметкой заполнения ЗШО) (определяются согласно принятой технологии намыва и класса сооружения);

величина остаточной емкости ЗШО; пропускная способность водосбросного устройства.

Отмечена необходимость контроля размеров упорной призмы и ее элементов, физико-механических характеристик намываемого в тело яруса наращивания и в основание ЗШМ, уклона и параметров фракционирования по зонам намываемого в отвал золошлакового материала.

На примере ЗШО №2 Кировской ТЭЦ-3 (КТЭЦ-3) проиллюстрирована процедура назначения критериев безопасности с учетом специфики эксплуатируемого ЗШО.

В состав эксплуатируемого (с 1970 г.) гидротехнического комплекса КТЭЦ-3 входят ГТС системы гидрозолоудаления (ГЗУ) и системы техводоснабжения.

Согласно проекту, ЗШО №2 является сооружением III класса, трехсекционный, с дамбами ярусов наращивания из золошлакового материала (рис. 5).

Система намыва ЗШМ осуществляется по распределительным золошлакопрово-дам, рассредоточенным способом от дамбы к прудку, что позволяет создавать пляж из ЗШМ по всему периметру дамб.

Проведенный анализ опасностей, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации ГТС КТЭЦ-3, показал, что к возможной аварии, способной привести к чрезвычайной ситуации, может привести отказ ЗШО в результате прорыва ограждающей дамбы, поэтому в соответствии с Федеральным Законом "О безопасности гидротехнических сооружений" и "Методикой...", критерии безопасности следует разрабатывать для ЗШО №2.

Визуальными наблюдениями осуществляется ежедневный контроль качественных показателей состояния, а именно контролируются:

состояние гребня и откосов первичной дамбы, дамб ярусов наращивания, меж-дамбового пространства, упорной призмы в целом;

технология намыва (тела дамбы яруса наращивания и ее основания) - работа выпусков, наличие пляжа;

целостность золошлакопроводов, соединений и выпусков; целостность и водопропускная способность водосбросных колодцев;

К количественным диагностическим показателям состояния ЗШО, контроль которых позволяет оперативно и достоверно оценивать эксплуатационную надежность ЗШО №2, относятся:

отметки уровней воды в пьезометрах; отметка заполнения ЗШО; размер намываемого пляжа.

Для каждого измеряемого диагностического показателя состояния определены критериальные значения К1 и К2 для основного и особого сочетания нагрузок соответственно.

В качестве примера приводится определение критериев безопасности для дамб ЗШО №2 в районе пьезометрического створа №4 секции №2 (рис. 6).

Для рассматриваемого примера - поперечное сечение упорной призмы секции №2 в районе пьезометрического створа №4, выбрана и откорректирована расчетная модель на основе анализа данных проектных материалов, геотехконтроля, проводи-

мого на сооружении, многолетних натурных наблюдений состояния ЗШО, фактических значений физико-механических характеристик тела, основания дамб и намываемого ЗШМ, а также исполнительной и батиметрической съемки.

Условное обаэночения:

-ЗммкнМ материал /, \ -Пкм

[4/1 -Наммпма к<мм«М материал К \1 -Паст млаватма

Рис. 6. Поперечный разрез по секции 2 ЗШО №2 Кировской ТЭЦ-3.

(Пьезометрический створ №4).

Для откалиброванной расчетной модели в соответствии с рекомендациями второй главы диссертационной работы установлены расчетные случаи, на основе выполненных поверочных расчетов определены критериальные значения К1 и К2 количественных диагностических показателей состояния ЗШО (таблица 1).

Отмечается, что ввиду специфики конструкции ограждающей дамбы золошлако-отвала, а также условий его эксплуатации, построение прогнозной статистической модели нецелесообразно, по причине постоянного изменения во времени размеров сооружения, свойств материала, слагающего упорную призму, технологии намыва и т. д. Построение детерминистической прогнозной модели следует выполнять для условия максимального заполнения секции ЗШО (вывода секции из эксплуатации для отсыпки следующего яруса наращивания).

Таблица 1.

Кировская ТЭЦ-3. Золошлакоотвал № 2. Секция №2.

Критериальные значения количественных диагностических показателей

№ п/ п Критериальные значения

Отметка уровня воды в пьезометре (пьезометрический створ №4), м Отметка заполнения золошлахоотвала, м Длина намываемого пляжа

номер пьезометра отметка верха пьезометра, м К1, м К2, м при наличии пляжа из ЗШМ, м при отсутствии пляжа из ЗШМ (отстойный пруд примыкает к верховому откосу дамбы), м Ь, м

К1 К2 К1 К2 К2

1 2 3 4 5 6 7 9 10

1 П-1 129 28 126 5 127 0 128 1 128 2 127 6 127 7 500

2 П-2 123 36 121 2 122 5

3 П-3 121 43 1175 118 5

4 П-4 120 92 116 8 118 0

5 П-5 11531 114 0 114 6

Критериальные значения уровней воды в пьезометрах получены исходя из условия обеспечения устойчивости сооружения, которое являлось определяющим по сравнению с фичьтрационной прочностью.

В настоящее время критерии безопасности, фрагмент которых приведен выше в качестве примера, утверждены и используются персоналом станции для оперативного контроля состояния ЗШО в целях обеспечения эксплуатационной надежности ЗШО, что нашло отражение в инструкциях по эксплуатации для персонала ТЭЦ.

В четвертой главе на конкретных примерах продемонстрированы особенности применения методики оценки состояния ЗШО.

Особое внимание уделено учету фракционирования при намыве золошлакового материала в расчетах по оценке его несущей способности как основания дамбы яруса наращивания (на примере разделительной дамбы ЗШО Иркутской ТЭЦ-9, см. рис. 7).

Выбор расчетных схем и назначение расчетных случаев осуществлялось согласно разработанной и приведенной во второй главе диссертационной работы методике оценки состояния ЗШО. В результате учета фракционирования ЗШМ при намыве в расчетах по оценке деформаций разделительной дамбы с учетом напряженно-деформированного состояния было выделено три характерных участка основания: пляжная зона с крупнозернистым ЗШМ, пляжная зона со среднезернистым ЗШМ и прудковая зона с водонасыщенным мелкозернистым ЗШМ. Выполненные расчеты с использованием программного пакета "COSMOS/M" позволили обосновать конструкцию разделительной дамбы с учетом неравномерности осадок вдоль оси дамбы и в перпендикулярном к ней направлении. В качестве примера на рис. 7 приведена эпюра осадок участка дамбы в прудковой зоне с учетом технологии производства работ и нагрузок (в том числе строительного периода).

Разработанная методика оценки состояния, принципы назначения критериев безопасности ЗШО для золошлакоотвалов I класса, а также роль результатов оценки состояния ЗШО в обосновании ремонтных мероприятий проиллюстрированы на примерах ЗШО Воркутинской ТЭЦ-1 и Эстонской электростанции. В результате:

Назначены диагоностические показатели состояния ЗШО и обоснованы их критериальные значения, используя результаты оценки текущего состояния ЗШО и прогноза при проектной отметке заполнения.

Исходя из результатов оценки состояния ЗШО, обоснованы, в том числе расчетным путем, необходимые ремонтные мероприятия по выводу сооружения из аварийного в нормальное эксплуатационное состояние.

Для принятых диагностических створов обоснован состав и номенклатура необходимой для контроля состояния КИА и назначены критерии безопасности. Специфика оценки состояния ЗШО, как сооружения I класса, продемонстрирована на примере золошлакоотвала Эстонской электростанции, которая является самой крупной электростанцией в мире, работающей на сланцевом топливе. На примере ЗШО Эстонской электростанции показан также учет влияния трещин и прослоек грунта основания с низкими прочностными свойствами на устойчивость низового откоса по способам, предложенным в диссертационной работе.

Приведенный пример иллюстрирует применение разработанной методики оценки состояния, базирующейся на комплексных ("многофакторных" по терминологии ПТЭ) исследованиях с учетом поэтапности возведения ЗШО и фракционирования намытого в основание и отсыпанного в тело упорной призмы ЗШМ.

Расчетным путем была выполнена оценка существующего состояния ЗШО с учетом напряженно-деформированного состояния системы "упорная призма - основание" и разработаны мероприятия по обеспечению нормативной устойчивости откоса с учетом наращивания отвала в высоту, которые заключались в срезке верхней части низового откоса дамбы с пригрузкой срезанным материалом инспекторской дороги, расположенной у подошвы откоса дамбы (см. рис. 8 б).

Y, м

О 50 100 150 200 250 Х,м

Рис. 8 а. Эстонская Электростанция. Золошлакоотвал. ПК 39+00 (наращивание до V80.00 м). Результаты расчетов устойчивости откосов Существующее состояние (2003 г.)

О 50 100 150 200 L, м

Рис. 8 б. Эстонская Электростанция. Золошлакоотвал. ПК 39+00 (наращивание до V80.00 м). Результаты расчетов устойчивости откосов при наращивании до отм. 80.00 м и выполнении ремонтных мероприятий на низовом откосе

Все предложенные выше мероприятия по обеспечению надежности ЗШО Ворку-тинской ТЭЦ-1 и Эстонской станции реализованы в проектах и на сооружениях.

Особое внимание при исследованиях уделено определению роли оценки состояния в вопросах управления безопасностью ЗШО (рис. 9).

Установлена связь вида эксплуатационного состояния ЗШО и уровня безопасности сооружения, предложены основные пути обеспечения нормального эксплуатационного состояния ЗШО (рис. 10).

Выявлена логическая связь "оценка состояния" <=> критерии безопасности => обоснование мероприятий по обеспечению нормального уровня безопасности => пути управления безопасностью ЗШО.

Результаты анализа 1 причин аварии на ЗШО t

Оценка состояния ГТС I

Визуальным путем

Инструментальным и/или } расчетным путем

Качественные В Количественные 1

t

Вывод об эксплуатацией- | ном состоянии сооружения!

Характеристика аварии

Уровень безопасности

Расчет параметров 'волны прорыва*

í I Мвроп| ГЛнормалы

Мероприятия по обеспечению | уровня безопасности!

Определение ущербе В 'третьим лицам' от аварии!

Проведение монито ринга состояния

Ж

овышение квалифи кации персонала

Рис. 9. Роль оценки состояния в вопросах управления безопасностью ЗШО

нормального уровня безопясяосгн

Рис. 10. Основные пути обеспечения нормального эксплуатационного состояния ЗШО

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. Проанализированы основные положения существующего подхода к оценке состояния эксплуатируемого ЗШО в рамках нормативных требований, с учетом особенностей проектирования, строительства и эксплуатации намывных золош-лакоотвалов. Выполнен анализ причин аварий ЗШО, который позволил выявить и ранжировать факторы, определяющие надежность сооружения.

2. Разработана методика оценки состояния ЗШО основанная на проведении комплексных (многофакторных) исследований, в рамках которой:

Разработан состав расчетов при оценке состояния системы "упорная призма ЗШО-основание", базирующийся на методе предельных состояний в детерминистической постановке с учетом специфики проектирования, строительства и эксплуатации ЗШО как гидротехнического сооружения.

Разработаны расчетные случаи и дано обоснование назначения расчетных схем, с учетом эксплуатации и наращивания ЗШО в высоту поэтапно до максимально возможной.

Определены контролируемые диагностические параметры технологии намыва основания дамбы яруса наращивания золошлаковым материалом.

3. Разработаны способы оперативной оценки устойчивости откосов ограждающей дамбы ЗШО - первичной и ярусов наращивания, в составе которых:

Выполнена оценка влияния слабых прослойков грунта основания и ЗШМ на заложение откосов дамбы. Построены графики зависимости, которые позволяют в первом приближении без выполнения расчетов устойчивости, зная прочностные свойства грунтов или ЗШМ, назначать размеры дамб.

Выполнена оценка влияния прочностных свойств материала тела дамб на устойчивость откосов. Анализ серии выполненных расчетов позволил определить количественную границу степени влияния сцепления грунта на устойчивость откосов сооружения. По результатам выполненных расчетов построены графики зависимости коэффициента устойчивости от рассмотренных параметров. Такие графики, построенные для всего диапазона встречающихся в практике откосов и грунтов, легко использовать на предварительных этапах проектирования, а также '

для обоснования выбора расчетных сечений дамбы при оценке состояния с учетом напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. Выявлены и ранжированы основные причины трещинообразования, являющегося V,

одной из возможных причин аварий, выполнена классификация трещин - по геометрии, по причине возникновения, по характеру происхождения, по потенциальной опасности.

Выполнена оценка влияния процесса трещинообразования на устойчивость откосов дамб. На основании проведенных расчетов установлена зависимость устойчивости откосов дамбы от размеров трещины и прочностных характеристик материала дамбы в сформировавшейся плоскости сдвига. На основе выполненных расчетов построена серия графиков зависимости к, Д(рс; с,), т = Дщ; сс; И), которые являются универсальными и применимыми для предварительной оценки устойчивости дамбы и обоснования необходимой крутизны откоса при наличии трещины.

Приведены рекомендации по проведению оценки состояния ЗШО визуальным и инструментальным путем. Установлены контролируемые показатели при оценке по предельным состояниям - устойчивости, фильтрационной прочности и деформациям, приведен перечень контролируемых нагрузок и воздействий на ЗШО.

4. Разработан состав натурных визуальных и инструментальных наблюдений на ЗШО и требования к проведению анализа результатов натурных наблюдений.

5. При разработке "Пособия к Методике определения критериев безопасности" учтена специфика ЗШО как ГТС, а именно:

Разработан перечень факторов, которые могут быть признаками нарушения работы ЗШО, и которые, как правило, являются основополагающими в построении * "деревьев отказа" при анализе риска аварий.

Определены основные требования к выбору диагностических показателей состояния ЗШО с учетом специфики сооружения. Разработан состав диагностических показателей (качественных и количественных) состояния ЗШО, для которых разработаны принципы определения критериальных значений, проиллюстрированные на конкретных примерах.

6. Выявлен и показан на примере обоснования конструкции разделительной дамбы ЗШО Иркутской ТЭЦ-9 учет фракционирования намытого ЗШМ при оценке его несущей способности как основания дамбы яруса наращивания.

7. На примерах ЗШО Воркутинской ТЭЦ-1 и Эстонской электростанции проиллюстрирована разработанная методика оценки состояния, принципы назначения

критериев безопасности ЗШО, в том числе для золошлакоотвалов I класса, а также роль результатов оценки состояния ЗШО в обосновании ремонтных мероприятий.

8. Показана роль оценки состояния в управлении безопасностью золошлакоотвала. Выявлена логическая связь "оценка состояния" критерии безопасности => обоснование мероприятий по обеспечению нормального уровня безопасности => пути управления безопасностью ЗШО.

9. Разработанные методики в рамках нормативного подхода к оценке состояния сооружения в детерминистической постановке задачи могут являться основой для решения вопроса надежности системы "золошлакоотвал - основание" вероятностными методами теории параметрической надежности.

10. Результаты работы внедрены при проектировании, эксплуатации и реконструкции более двадцати золошлакоотвалов ряда энергосистем, что позволило разработать оптимальные конструктивно-компоновочные решения упорной призмы и золошлакоотвала в целом, обеспечить контроль состояния золошлакоотвалов, разработать и реализовать на сооружениях мероприятия по обеспечению нормального эксплуатационного состояния намывных золошлакоотвалов. Результаты внедрения дали экономический эффект и позволили обеспечить безопасную эксплуатацию сооружений в целом.

11. Материалы диссертации использованы при разработке Пособия к "Методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений", 2004 г., СНиП 33-01-2003 "Гидротехнические сооружения. Основные положения", 2004 г.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Филиппова ЕА. Конструктивно-технологические решения, направленные на обеспечение устойчивости грунтовых сооружений, подверженных влиянию сезонных температурных воздействий. // Материалы VI Научно-технического семинара "Актуальные проблемы механики, прочности и теплопроводности при низких температурах", С.-Петербург, 18-19.11.1999 г. - 7 с.

2. Филиппова Е.А., Чугаева Г.А. Влияние прочностных характеристик тела и основания золоотвалов на их устойчивость.// Известия ВНИИГ, т. 235, 1999.

3 Филиппова Е. А. Влияние процесса трещинообразования на устойчивость откосов ограждающих дамб отвалов. // Известия ВНИИГ, т. 235, 1999.

4. Глебов А.И., Водолазкин В.Н., Корытова И.В., Филиппова Е.А. Пути повышения надежности намывных золошлакоотвалов при их возведении в сложных природно-климатических условиях на примере Воркутинской ТЭЦ-2.// Известия ВНИИГ, т. 235, 1999.

5. Филиппова Е.А. Критерии безопасности и оценка состояния эксплуатируемых грунтовых гидротехнических сооружений. // Безопасность энергических сооружений". Научно-технический и производственный сборник №7, Москва, 2000. -Юс.

6. Филиппова Е.А. Условия обеспечения безопасной эксплуатации грунтовых сооружений различного назначения. // Материалы международной конференции "Инженерно-геологические изыскания и исследования в криолитозоне", ИГК-2000, С.-Петербург. - 6 с.

7. Филиппова Е.А. Оценка состояния грунтовых гидротехнических сооружений различного назначения на основе многофакторного анализа при декларировании безопасности. Материалы семинара "Причины чрезвычайных ситуаций при эксплуатации гидротехнических сооружений и меры по их предупреждению. Внедрение системы финансового обеспечения гражданской ответственности на основе страхования". Москва, 2002. - 15 с.

8. Филиппова Е.А. Назначение диагностируемых показателей состояния и их критериальных значений для ГТС ГРЭС и ТЭС (на примере золошлакоотвала Кировской ТЭЦ-3). Журнал "Электрические станции" №2, 2003 г. - 6 с.

9. Филиппова Е.А. Принципы обеспечения безопасности ГТС и основные способы управления безопасностью ГТС. Материалы научно-практической конференции "Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений и предотвращение вредного воздействия вод в период прохождения половодий и паводков", Пятигорск, 2005. - 5 с.

10. Пособие к "Методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений" / Под редакцией И.Н. Иващенко, И.Ф. Блинова М.: ОАО "НИИЭС", 2004. - 96 с.

11. Филиппова Е.А., Чугаева Г.А. Критерии безопасности грунтовых сооружений различного назначения на основе расчетов устойчивости откосов. Гидравлика (наука и дисциплина): Материалы Междунар. науч.-теор. конф. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.-3 с.

12. Пантелеев В.Г., Чугаева Г.А., Филиппова Е.А. и др. Состав расчетных случаев при анализе устойчивости откосов грунтовых сооружений различного назначения. // Известия ВНИИГ, т. 231,1996. - 10 с.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 28.11.2005. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 197Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: 550-40-14

Тел./факс: 247-57-76

«25 8 6t

РЫБ Русский фонд

2006-4

29639 S

\

¡i

Введение.

1. Общая постановка задачи оценки состояния золошлакоотвалов (ЗШО).

1.1. Особенности проектирования, строительства и эксплуатации намывных золошлакоотвалов.

1.2. Основные положения существующего подхода к оценке состояния эксплуатируемого ЗШО в решках нормативных требований.

1.3. Анализ причин аварий, имевших место на ЗШО.

1.4. Задачи исследования.

Выводы.

2. Методика оценки состояния ЗШО.

2.1. Принципы выбора расчетных методов при оценке состояния ЗШО на стадии проектирования, строительства, эксплуатации.

2.1.1. Состав расчетов, применяемых при оценке состояния ЗШО.

2.1.2. Оценка инженерно-геологических условий района строительства золошлакоотвала

2.1.3. Состав расчетов при обосновании технологии возведения дамб ярусов наращивания ЗШО.

2.1.4. Основные принципы проведения многофакторных исследований при оценке состояния ЗШО на стадии эксплуатации.

2.2. Обоснование назначения расчетных случаев и выбора расчетных схем с учетом "жизненного цикла" ЗШО.

2.3. Оценка влияния слабых прослойков грунтов или золоишакового материала на крутизну откосов упорной призмы.

2.4. Учет технологии намыва в обосновании конструкции упорной призмы.

2.5. Принципы оперативной оценки устойчивости ограждающей дамбы ЗШО на стадии проектирования, строительства и эксплуатации.

2.5.1. Оценка влияния прочностных свойств материала тела дамб на устойчивость упорной призмы.

2.5.2. Влияние процесса трещинообразования на устойчивость откосов ограждающих дамбЗШО.

2.6. Рекомендации по проведению процедуры оценки состояния ЗШО визуальным и инструментальным путем.

2.6.1. Общие положения проведения оценки состояния ЗШО.

2.6.2. Состав натурных наблюдений на ЗШО.

2.6.3. Анализ результатов натурных наблюдений.

Выводы:.

3. Принципы определения критериев безопасности ЗШО.

3.1. Обоснование назначения контролируемых показателей состояния ЗШО.

3.2. Основные принципы выбора диагностических показателей состояния ЗШО.

3.3. Методические основы определения критериев безопасности с учетом специфики ЗШО.

Выводы:.

4. Особенности применения методики оценки состояния ЗШО.

4.1. Учет фракционирования при намыве золоишакового материала в расчетах осадок дамбы ЗШО.

4.1.1. Выбор расчетных схем и обоснование расчетных случаев.

4.1.2. Результаты расчетов осадок с учетом напряженно-деформированного состояния.

4.2. Взаимосвязь процедуры оценки состояния ЗШО, назначения критериев безопасности и обоснования выполнения ремонтных работ.

4.3. Оценка состояния золоитакоотвала I класса.

4.4. Принципы управления надежностью и безопасностью ЗШО с использованием результатов оценки состояния.

Выводы.

В нашей стране и за рубежом возведено и возводится большое количество намывных отвалов, предназначенных для гидравлического складирования отходов золы и шлака ТЭС. Каждые 10-15 лет выход этих отходов удваивается, следовательно, при имеющемся дефиците земельных ресурсов, остро ставится проблема рационального складирования отходов производства. Однако из-за недостаточной изученности данной проблемы не всегда принимаются наиболее оптимальные проектные, строительные и эксплуатационные решения.

При этом большое значение имеет исследование и разработка новых рациональных конструкций золошлакоотвалов, оценка состояния эксплуатируемых ЗШО, совершенствование технологии возведения и обеспечение надежности эксплуатации, что с каждым годом становится все актуальнее. Актуальность этой проблемы объясняется общенациональными, экономическими, эксплуатационными и природоохранными факторами и подтверждается требованиями, изложенными в ряде нормативных и законодательных документов в области безопасности ГТС [23, 24, 25, 54, 58, 80, 92].

Актуальность темы диссертации

Актуальность работы определяется необходимостью выполнения требований законодательных, в первую очередь Федерального Закона "О безопасности гидротехнических сооружений" [23], и нормативных документов оценивать состояние гидротехнических сооружений (ГТС), анализировать причины возможного снижения безопасности сооружения и своевременно осуществлять разработку и реализацию мер по обеспечению технически исправного состояния сооружения и его безопасности, а также по предотвращению аварии ГТС.

Проблемам, связанным с оценкой состояния грунтовых ГТС на современном уровне, как это диктуют действующие нормативные и законодательные документы в области надежности и безопасности ГТС, а также требования к проведению натурных наблюдений на сооружениях и технической диагностике сооружения в целом, посвящены работы А.К. Бугрова, В.Н. Бухарцева, А.Г. Василевского, И.М. Васильева, В.Б. Глаговского, A.JL Гольдина, В.Н. Жиленкова, П.Л. Иванова, Н.И. Иващенко, Г.М. Каганова, Н.Ф. Кривоноговой, B.C. Кузнецова, С.А. Кузьмина, Т.Ф. Липовецкой, В.В. Малаханова, А.Л. Можевитинова, М.П. Павчича, Д.А. Радкевича, Л.Н. Рассказова, Г.А. Чугаевой, В.И. Щербины, С.Г. Шульмана и др. [2, 4, 5, 10, 11, 12, 13, 15, 26, 28, 29, 35, 62].

В области обоснования конструкции золошлакоотвалов, технологии намыва, определения свойств золошлакового материала известны работы А.И. Глебова, М.Л. Киселевой, А.Б. Колпачковой, И.В. Корытовой, Э.А. Лариной, В.А. Мелентьева, В.М. Павилонского, В.Г. Пантелеева, Ю.М. Сысоева, Г.Т. Трункова, Г.А. Чугаевой, и др. [14, 27, 32, 33, 36, 37, 42, 44, 45, 46, 48, 49, 50, 51, 52, 53,83, 87, 105, 106].

Действующие нормативно-методические документы не учитывают специфики таких гидротехнических сооружений, как золошлакоотвалы, для которых этапы проектирования, строительства и эксплуатации, как правило, совпадают, нагрузки и воздействия носят меняющийся характер и, зачастую, имеют место сложные инженерно-геологические условия площадки отвала с минимальной площадью отчуждения под сооружение. В настоящее время отсутствует единая методика оценки состояния ГТС, в том числе намывных отвалов, основанная на комплексном подходе к оценке состояния сооружения, используя (по терминологии Правил технической эксплуатации [60]) многофакторные исследования.

В рамках заявленной темы диссертации поставлены задачи, решения которых, на основе единого подхода, позволят логически увязать такие взаимосвязанные вопросы, как оценка состояния отвалов, назначение критериев безопасности, разработка и расчетное обоснование мероприятий по обеспечению нормального эксплуатационного состояния ЗШО, возможность управления уровнем безопасности ЗШО.

Цели и задачи работы

Основной целью диссертационной работы являлось решение вопроса обеспечения надежности намывных золошлакоотвалов с учетом специфики сооружений, базирующееся на разработке методики оценки состояния ЗШО как системы "сооружение-основание" и назначении критериев безопасности ЗШО в рамках детерминистической постановки задачи.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие основные задачи:

- проанализированы особенности намывных золошлакоотвалов на стадии проектирования, строительства и эксплуатации;

- выполнен анализ причин аварий ЗШО в России и ряде зарубежных стран;

- разработана методика оценки состояния ЗШО, в том числе с использованием многофакторных исследований и учетом специфики системы "сооружение-основание";

- разработаны способы оперативной оценки устойчивости ограждающих дамб ЗШО с учетом влияния основания на стадии проектирования, строительства и эксплуатации;

- разработаны принципы определения критериев безопасности с учетом специфики эксплуатации ЗШО;

- разработаны принципы управления надежностью и безопасностью ЗШО с использованием результатов оценки состояния сооружения;

- на конкретных примерах эксплуатируемых ЗШО проиллюстрированы результаты выполненной оценки состояния и назначения критериев безопасности сооружения.

Личный вклад автора

- Разработана методика комплексной оценки состояния намывных золошлакоотвалов, основанная на расчетно-теоретических исследованиях с учетом специфики сооружений, в том числе работы системы "сооружение-основание".

- Разработаны принципы оперативной оценки устойчивости ограждающих дамб золошлакоотвала на стадии проектирования, , строительства и эксплуатации.

- Разработаны принципы определения критериев безопасности золошлакоотвала.

- Выполнен анализ влияния результатов оценки состояния отвалов на управление их безопасностью.

- Выполнены расчеты по оценке состояния, назначению критериев безопасности, расчетному обоснованию оптимальной конструкции упорной призмы ограждающей дамбы порядка двадцати золошлакоотвалов ТЭС ОАО "Свердловэнерго", ОАО "Комиэнерго", ОАО "Кировэнерго", ОАО "Омскэнерго", ОАО "Вологдаэнерго", а также Эстонской Республики.

При выполнении отдельных разделов расчетной части работы автор сотрудничал с Ю.Г. Ротченко, Т.А. Созиновой, M.JI. Халеневой, Г.А. Чугаевой

- всем им выражается глубокая признательность.

Научная новизна диссертационной работы

- Разработана комплексная методика оценки состояния намывных золошлакоотвалов, базирующаяся на результатах расчетно-теоретических и натурных исследований.

- Разработаны упрощенные способы оценки состояния откосов дамб ЗШО с учетом влияния основания, позволяющие в первом приближении оценить достаточность устойчивости откосов и принять решение об оптимальных параметрах дамб без выполнения расчетов.

- Разработаны основные принципы определения критериев безопасности золошлакоотвалов с учетом специфики сооружения.

- Определена роль результатов оценки состояния в вопросах управления безопасностью.

Практическая ценность и научная значимость работы

Практическая ценность и научная значимость работы состоит в создании методик, базирующихся на едином комплексном подходе к проведению процедуры оценки состояния золошлакоотвала, как системы "сооружение-основание", назначению критериев безопасности сооружений, обоснованию конструктивно-технологических решений, направленных на обеспечение нормального эксплуатационного состояния золошлакоотвала.

Результаты работы внедрены при проектировании, эксплуатации и реконструкции более двадцати золошлакоотвалов ряда энергосистем, что позволило:

- разработать оптимальные конструктивно-компоновочные решения упорной призмы и золошлакоотвала в целом;

- обеспечить контроль состояния золошлакоотвалов;

- разработать и реализовать на сооружениях мероприятия по обеспечению нормального эксплуатационного состояния намывных отвалов энергосистем.

Вышеизложенные результаты внедрения дали существенный экономический эффект и позволили обеспечить эксплуатационную надежность и безопасность сооружений в целом в соответствии с требованиями Федерального Закона "О безопасности гидротехнических сооружений".

Материалы диссертации использованы также при разработке Пособия к "Методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений" 2004 г. [55], СНиП 33-01-2003 "Гидротехнические сооружения. Основные положения", 2004 г [80]. Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались на международной конференции "Инженерно-геологические изыскания и исследования в криолитозоне", С-Пб 2000 г, семинаре "Причины чрезвычайных ситуаций при эксплуатации гидротехнических сооружений и меры по их предупреждению.

Внедрение системы финансового обеспечения гражданской ответственности на основе страхования", Москва, 2002 г, на научно-практической конференции "Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений и предотвращение вредного воздействия вод в период прохождения половодий и паводков", г. Пятигорск, 2004 г., на семинаре "Совершенствование государственного надзора и контроля в сфере безопасности гидротехнических сооружений на объектах промышленности и энергетики", Казань, 2005 г.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 12 публикациях.

Основные положения, выносимые на защиту

- Методика оценки состояния золошлакоотвалов с учетом специфики системы "сооружение-основание".

- Оперативная оценка состояния золошлакоотвала, базирующаяся на упрощенных способах оценки устойчивости откосов упорной призмы и ее элементов с учетом влияния основания.

- Принципы определения критериев безопасности ЗШО.

- Принципы управления безопасностью ЗШО с использованием результатов оценки состояния сооружения.

Ю.Результаты работы внедрены при проектировании, эксплуатации и реконструкции более двадцати золошлакоотвалов ряда энергосистем, что позволило разработать оптимальные конструктивно-компоновочные решения упорной призмы и золошлакоотвала в целом, обеспечить контроль состояния золошлакоотвалов, разработать и реализовать на сооружениях мероприятия по обеспечению нормального эксплуатационного состояния намывных золошлакоотвалов. Результаты внедрения дали экономический эффект и позволили обеспечить безопасную эксплуатацию сооружений в целом.

11.Материалы диссертации использованы при разработке Пособия к "Методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений", 2004 г., СНиП 33-01-2003 "Гидротехнические сооружения. Основные положения", 2004 г.

1. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений. М. - Л.: Госстройиздат, 1955. 291 с.

2. Беллендир Е.Н., Ивашинцов Д.А., Стефанишин Д.В., Финагенов О.М., Шульман С.Г. Вероятностные методы оценки надежности грунтовых гидротехнических сооружений. СПб.: Изд-во ОАО "ВНИИГ им Б.Е. Веденеева". 2004 г. в 2-х томах.

3. Бугров А.К. Методы конечных элементов в расчетах консолидации водонасыщенных грунтов // Гидротехническое строительство. 1975. №7. С. 35-38.

4. Василевский А.Г., Ивашинцов Д.А., Федоров М.П., Шульман С.Г.

5. Современные проблемы оценки надежности и экологической безопасности объектов энергетики // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1997. - Т. 233.

6. Василевский А.Г. Задачи создания нормативно-методической базы по надежности и безопасности эксплуатируемых гидротехнических сооружений//Гидротехническое строительство. 1997. NG.

7. Васильев И.М. Прочность и устойчивость грунтовых плотин. Автореф. дис. докт. техн. наук. Л., 1985. - 36 с.

8. Гераськин Н.Н., Придорогин В.М. Оценка надежности грунтовых сооружений, возводимых в северной строительно-климатической зоне. МКиС "Оценка и обеспечение надежности гидротехнических сооружений" 1981 г., с.41 -45.

9. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1983 г.

10. Гидротехническое строительство в районах вечной мерзлоты и сурового климата: Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергия, 1979. 186 с.

11. Глаговский В.Б., Беллендир Е.Н. и др. Математическое моделирование грунтовых сооружений и оснований / Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, т. 231, 1996. С. 272-286.

12. Глаговский В.Б., Гольдин А.Л. и др. Исследования в области нескальных оснований и грунтовых сооружений / Гидротехническое строительство, 1997, № 6.

13. Глаговский В.Б., Липовецкая Т.Ф., Прокопович B.C. Развитие методов оценки устойчивости системы "сооружение-основание" / Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, т. 231, 1996. С. 257-271.

14. Глаговский В.Б., Финагенов О.М. Расчетная оценка устойчивости гидротехнических сооружений при сейсмических нагрузках Сборник "Средства математического моделирования", СПб, 1998. С 86-90.

15. Глебов А.И., Водолазкин В.Н., Корытова И.В., Филиппова Е.А. Пути повышения надежности намывных золошлакоотвалов при их возведении в сложных природно-климатических условиях на примере Воркутинской ТЭЦ-2.// Известия ВНИИГ, т. 235, 1999 г.

16. Гольдин А.Л., Рассказов Л.Н. Проектирование грунтовых плотин. М.: Изд-воАСВ, 2001.-384 с.

17. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. T.l. М.: Стройиздат, 1973. 373 с.

18. Горелик Л.В. Расчеты консолидации оснований и плотин из грунтовых материалов. Л.: Энергия, 1975 г., с. 154.

19. Добкин Э.Л., Пантелеев В.Г. Осаждение в воде золы твердого топлива ТЭС // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Т. 89. - 1969. - С. 174-185.

20. Добрынин С.Н., Тихонова Т.С. и др. Математические модели для прогноза состояния ГТС по данным натурных наблюдений // Гидротехническое строительство. 1994. - №2.

21. Евдокимов П.Д., Бушканец С.С., Липовецкая Т.Ф. Опыт исследований для обоснования строительства плотин на слабых фунтах // Известия ВНИИГ. 1988. Т.117. С.76-81.

22. Евдокимов П.Д., Сазонов Г.Т. Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. М.: Недра, 1978. - 440 с.

23. Евдокимов П.Д. Устойчивость гидротехнических сооружений и прочность их оснований. JL: Энергия, 1966 г.

24. Закон РФ "О безопасности гидротехнических сооружений". №117-ФЗ. Утвержден 21.07.1997.

25. Закон РФ "О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" №68-ФЗ от 21.12.1994.

26. Закон РФ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов". №116-ФЗ Утвержден 21.07.1997.

27. Золотов Л.П., Иващенко И.Н., Радкевич Д.Б. Оперативная количественная оценка уровня безопасности эксплуатируемых гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. 1997. - №2г.

28. Золошлаковые материалы и золоотвалы / Под ред. В.А. Мелентьева. М.: Энергия. 1978 г.

29. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений, М.: Высшая школа, 1985. 352 с.

30. Ивашинцов Д.А., Векслер А.Б., Стефанишин Д.В. Экологические и социально-демографические последствия гидротехническогостроительства (проблемы безопасности и риска). // Гидротехническое строительство. 1993. - №12.

31. Инструкция по контролю качества возведения намывных земляных сооружений. ВСН 43-71 / Минэнерго СССР. "Энергия". ЛО, 1971. - 80 с.

32. Канарский В.Ф. Устойчивость и прочность откосов земляных сооружений. -М.: Энергоиздат, 1982 г.

33. Корытова И.В., Шульман С.Г. О выборе принципа возведения намывных золошлакохранилищ тепловых электростанций с учетом случайных факторов // известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1999 г., т. 233, с. 25 34.

34. Кузнецов Г.И. Криогенные процессы и устойчивость хвостохранилищ на многолетнемерзлых основаниях / проблемы инженерного мерзлотоведения в гидротехническом строительстве. М.: Наука, 1986 г., с. 67 75.

35. Малаханов В.В. Техническая диагностика грунтовых плотин. М.: Энергоатомиздат, 1990.

36. Мелентьев В.А., Жолнерович В.Г. Раздельный намыв золошлакоотвалов. // Электрические станции. 1984. - №2. - С. 19-21.

37. Мелентьев В.А., Колпашников Н.П., Волнин Б.А. Намывные гидротехнические сооружения. Д.: Энергия, 1973. - 247 с.

38. Мелентьев В.А., Павчич М.П. Катастрофические аварии хвостохранилищ. // Гидротехническое строительство. 1986. - №11. - С. 55-56.

39. Методические указания по проведению анализа риска аварий гидротехнических сооружений / СТП ВНИИГ 230.2.001-00 / Под ред. Е.Н. Беллендира, С.В. Сольского, Н.Я. Никитиной. С-Пб: ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева 2002 г.

40. Мирцхулава Ц.Е. О дальнейшем развитии теории надежности гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. 1989. - №3.

41. Можевитинов A.J1. Общий метод расчета устойчивости откосов. Известия ВНИИГ, 1970 г., №92, с. 11 22.

42. Павчич М.П., Балыков Б.И. Методы определения коэффициента фильтрации грунтов. Л.: Энергия, 1976 г.

43. Пантелеев В.Г. Золоотвалы тепловых электрических станций (конструкции, новые методы расчета, научные основы проектирования): Автореф. дис. докт. техн. наук. Л., 1982. - 48 с.

44. Пантелеев В.Г., Мелентьев В.А., Добкин Э.Л. и др. Золошлаковые материалы и золоотвалы. М.: Энергия, 1978. - 295 с.

45. Пантелеев В.Г. Назначение класса намывного отвала // Гидротехническое строительство. 1990 г., №6, с. 9 13.

46. Пантелеев В.Г. Патиченко А.П. Намыв отвалов промышленных отходов рассредоточенным способом. / ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. JL, 1984. - 62 с. Деп. В Информэнерго 27.06.88 г., №2865 - ЭН88.

47. Пантелеев В.Г., Чугаева Г.А., Сокуров В.В. Причины и классификация отказов намывных золошлакоотвалов // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, т. 231, с. 464 470.

48. Пантелеев В.Г., Чугаева Г.А., Филиппова Е.А. и др. Состав расчетных случаев при анализе устойчивости откосов грунтовых сооружений различного назначения. // Известия ВНИИГ, т. 231, 1996 г., 10 с.

49. Патиченко А.П. Распределение частиц по режимам движения при напорном гидротранспортировании твердого материала // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Т. 217. Л.: Энергия, 1989. - С. 29-37.

50. Патиченко А.П. Баланс фракций твердых частиц при гидротранспортировании разнофракционного материала. // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Т. 217. Л.: Энергия, 1989. - С. 37-43.

51. Пантелеев В.Г. Экономичные конструкции золоотвалов ТЭС // Энергетическое строительство. 1980 г. - №11, с. 11-18.

52. Положение о системе отраслевого надзора за безопасностью гидротехнических сооружений электростанций / РД 34.03.102-94.- М.: Минтопэнерго РФ, 1995.

53. Пособие к "Методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений" / Под редакцией И.Н. Иващенко, И.Ф. Блинова М.: ОАО "НИИЭС", 2004, 96 с.

54. Пособие по проектированию гидравлического транспорта (к СНиП 2.05.0785) / ПромтрансНИИпроект. М.: Стройиздат, 1988. - 40 с.

55. Постановление Правительства РФ "О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера" №1094 от 13.09.1996.

56. Постановление Правительства РФ "Об организации государственного надзора за безопасностью гидротехнических сооружений" №1320 от1610.1997.

57. Постановление Правительства РФ "Об утверждении Положения о декларировании безопасности гидротехнических сооружений" №1303 от0611.1998.

58. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской федерации. Утв. Приказом Минэнерго России №229 от 19.06.03.

59. Проектирование оснований гидротехнических сооружений. Пособие к. СНиП II-16 76. Л.: ВНИИГ, 1984 г.

60. Радкевич Д.Б. Декларирование безопасности гидротехнических сооружений // Библиотечка гидротехника. Безопасность гидротехнических сооружений. Приложение к журналу "Гидротехническое строительство"; вып.2. - М.: НТФ "Энергопрогресс", 2000.

61. Рассказов Е.Н., Витенберг М.В. напряженно-деформированное состояние плотин из местных материалов и их устойчивость. Сборник трудов института ВОДГЕО, 1972, №34, с. 18 32.

62. РД 153-34.2-21.342-00. Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений. Утв. Департаментом научно-технической политики и развития РАО "ЕЭС России". М., 2001.

63. РД 34 15.073-91. Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением фунтовых сооружений в энергетическом строительстве министерство энергетики и электрификации СССР, 1991 г.

64. Рекомендации по диагностическому контролю фильтрационного и гидрохимического состояния золоотвалов. П89 2001 / ВНИИГ, 2001 г.

65. Рекомендации по обследованию гидротехнических сооружений с целью оценки их безопасности. П 92-2001 / ВНИИГ, Санкт-Петербург: 2001. -48 с.

66. Рекомендации по обследованию золошлакоотвалов тепловых электростанций. Утв. РАО "ЕЭС России" 20.03.98 г.

67. Рекомендации по оценке устойчивости гидротехнических сооружений из грунтовых материалов при сейсмовзрывных и эксплуатационных динамических воздействиях: П 29-86 / ВНИИГ, 1986 г.

68. Рекомендации по проведению натурных наблюдений и исследований креплений откосов грунтовых сооружений и береговых склонов. П74 -2000 / ВНИИГ, Санкт-Петербург.: 2000. 32 с.

69. Рекомендации по проектированию золошлакоотвалов тепловых электростанций: П 26-85 / ВНИИГ, 1986 г.

70. Руководство по проектированию дренированных золоотвалов тепловых электрических станций. П 64-77 / ВНИИГ, 1977 г.

71. Серков B.C., В.В. Малаханов. Техническая диагностика ГТС // Гидротехническое строительство. 1980. - Вып. 7. - С. 19-22.

72. СНиП 1.02.07-87. Инженерные изыскания для строительства. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.

73. СНиП 23-01-99* (II-A, 6-72). Строительная климатология. М.: Госстрой России, 2003.

74. СНиП 2.06.04-82* (II 57-75). Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

75. СНиП II-7-81*. Строительство в сейсмических районах. М.: Госстрой России ГУПЦПП, 2000.

76. СНиП 2.01.15-90. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1991.

77. СНиП 2.02.02-85*. Основания гидротехнических сооружений. М.: Госстрой России, 2004.

78. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. -М.: Госстрой России, 2004.

79. СНиП 2.06.05-84* (Н-И.4-73). Плотины из грунтовых материалов. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1991.

80. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

81. Состав и свойства золы и шлака ТЭС: справочное пособие / В.Г. Пантелеев, Э.А. Ларина, В.А. Мелентьев и др.; Под ред. В. А. Мелентьева.- Д.: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние, 1985. 288 с.

82. Стефанишин Д.В. Классификация золоотвалов ТЭС по критериям надежности и безопасности // Теплоэнергетика, 1997 г., №2, с. 47 50.

83. Стефанишин Д.В., Шульман С.Г. Методика оценки надежности и безопасности золоотвалов и хвостохранилищ // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 1991 г., т. 225, с. 12 18.

84. Стефанишин Д.В., Шульман С.Г. Проблемы надежности гидротехнических сооружений, г. Санкт-Петербург, 1991.

85. Сысоев Ю.М., Кузнецов Г.И. Проектирование и строительство золоотвалов. М.: Энергоатомиздат, 1990 г.

86. Тезисы докладов четырнадцатого Всесоюзного тематического координационного совещания на тему: Фильтрационные исследования и расчеты золоотвалов крупных ТЭС и хвостохранилищ. Л.: 1976. - 24 с.

87. Тейтельбаум А.И., Мельник В.Г., Саввина В.А. Трещинообразование в ядрах и экранах каменно-земляных плотин. М.: Стройиздат, 1973. С. 87-92.

88. Технология возведения золоотвалов с дамбами обвалования из золошлакового материала. Обзорная информация / Пантелеев В.Г., Жолнерович В.Г. М.: Информэнерго, 1988. - 48 с.

89. Типовая инструкция по эксплуатации гидротехнических сооружений гидроэлектростанций. П 79-200 / ВНИИГ. Санкт-Петербург: 2000. 52 с.

90. Трунков Г.Т., Колпачкова А.Б. Хвостохранилища обогатительных фабрик и меры по предотвращению их разрушения // Цветные металлы, 1980 г., №4, с. 101 106.

91. Указания по расчету устойчивости земляных откосов. 2-е издание- М.: Минэнерго СССР, 1971. ВСН 04-71.

92. Федоров М.П., Шульман С.Г. Надежность и экологическая безопасность энергетических объектов. Научно-технические ведомости. СПб.: 1995. -№1.

93. Филиппова Е.А. Влияние процесса трещинообразования на устойчивость откосов ограждающих дамб отвалов. // Известия ВНИИГ, т. 235, 1999 г.

94. Филиппова Е.А. Критерии безопасности и оценка состояния эксплуатируемых грунтовых гидротехнических сооружений. // Безопасность энергических сооружений". Научно-технический и производственный сборник №7, Москва, 2000 г.

95. Филиппова Е.А. Методика оценки состояния грунтовых гидротехнических сооружений и их элементов. / Материалы семинара "Практика декларирования безопасности ГТС, ГЭС и ТЭС", г. Екатеринбург, 1999.

96. Филиппова Е.А. Условия обеспечения безопасной эксплуатации грунтовых сооружений различного назначения. // Материалы международной конференции "Инженерно-геологические изыскания и исследования в криолитозоне", ИГК-2000, С.-Петербург, 6 с.

97. Филиппова Е.А. Р1азначение диагностируемых показателей состояния и их критериальных значений для ГТС ГРЭС и ТЭС (на примере золошлакоотвала Кировской ТЭЦ-3). Журнал "Электрические станции" №2, 2003 г., 6 с.

98. Филиппова Е.А., Чугаева Г.А. Влияние прочностных характеристик тела и основания золоотвалов на их устойчивость.// Известия ВНИИГ, т. 235, 1999 г.

99. Филиппова Е.А., Чугаева Г.А. Критерии безопасности грунтовых сооружений различного назначения на основе расчетов устойчивости откосов. Гидравлика (наука и дисциплина): Материалы Междунар. науч.-теор. конф. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004. Зс.

100. Фильтрационные исследования и расчеты при проектировании гидротехнических сооружений. Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. Л.: Энергоатомиздат, 1983 г.

101. Фильтрационная прочность грунтов и расчеты обратных фильтров гидротехнических сооружений. Труды координационных совещаний по гидротехнике. Выпуск 72. Л.: Энергия, 1972 г.

102. Хуан Я.Х. Устойчивость земляных откосов. М.: Стройиздат, 1988 г.

103. Царев А.И., Иващенко И.Н., Малаханов В.В., Блинов И.Ф. Критерии безопасности гидротехнических сооружений как основа контроля их состояния. // Гидротехническое строительство, №1, 1994.

104. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 446 с.

105. Цытович Н.А. и др. Прогноз скорости осадок оснований сооружений (консолидации и ползучести многофазных грунтов). М.: Стройиздат, 1967 г.

106. ПЗ.Чугаева Г.А. Расчет устойчивости земляных откосов с учетом неоднородности деформационных характеристик грунта. Известия ВНИИГ, т. 117, с. 19-29.

107. Чугаев P.P. Гидротехнические сооружения. М. Высшая школа, 1975 г.

108. Чугаев P.P. Расчет устойчивости земляных откосов и бетонных плотин на нескальном основании по методу круглоцилиндрических поверхностей обрушения. М. - Д.: Государственное энергетическое издательство, 1963 г. - 144 с.

109. Чугаев P.P. Расчет устойчивости земляных откосов по методу плоских поверхностей сдвига грунта. Д.: Энергия, 1964 г.

110. Шевченко И.Н., Саввина В.А., Тейтельбаум А.И. Определение параметров глинистых грунтов для оценки трещинообразования в ядрах плотин // Труды ин-та ВОДГЕО, 1974. №44. с. 86-89.

111. И8.Шульман С.Г. Натурные исследования гидросооружений цели и методы (системный подход). Известия ВНИИГ, том 190, 1986 г., с. 38 -43.

112. Assessment of the State and Arrangements for the Strengthening of Bank Slopes of Hydraulic Structures / G. Chugaeva, E. Filippova, V. Glagovsky, V. Prokopovich. International Conference on Slope Engineering 8-10 December 2003, Hong Kong.