Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Особенности проведения обследования строительных конструкций реконструируемых гидротехнических объектов

Авторы:

В. Н. Киселев, заместитель главного инженера по строительству и архитектуре

А. Д. Белецкая, заведующая группой обследований

В. В. Богатырева, Л. Ю. Васютин, инженеры 1 категории АО «Ленгидропроект»

В условиях комплексной реконструкции ГЭС проведение обследований носит базовый определяющий характер. Обследование строительных конструкций зданий и сооружений гидротехнических объектов и объектов водного транспорта является неотъемлемой частью при проектировании их реконструкции или капитального ремонта, служит для оценки возможности их дальнейшей безаварийной эксплуатации или необходимости восстановления и усиления.

Ключевые слова: реконструкция ГЭС, визуальное и инструментальное обследование технического состояния зданий и сооружений ГЭС, поверочный расчет по результатам обследования, объемы необходимого усиления и ремонта.

Рис. 1. Пример выполнения фотоотчета по результатам визуального обследования

АО «Ленгидропроект» в своей практике в основном занимался проектированием новых гидроузлов. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС привела к необходимости разработки проектной документации на восстановление и реконструкцию ГЭС в большом объеме. В этот период в срочном порядке были задействованы все силы института на обследование конструкций, оборудования и инженерных систем станции. Но, как показала практика, своих сил оказалось достаточно только для визуального обследования, и то не всего комплекса, а из инструментального обследования специалисты ЛГП владели только геодезическими наблюдениями и инженерно-геологическим контролем, включая лабораторные исследования грунтов. Для проведения комплексных обследований были привлечены специалисты ВНИИГ им Б. Е. Веденеева, НИИЖБ, ЦНИИСК им Кучеренко, ЦКТИ им Крылова, «СибПроектстальконструкция», НТЦ «Виктория», Навгеоком, ООО «Природа» и ряда других организаций. Результаты полученных обследований не всегда давали необходимую полноту данных. Это обстоятельство было связано с тем, что ГЭС — технически сложный объект, и ввиду этого не всегда технические задания на обследования учитывали все нюансы, которые было необходимо изучить. Благодаря стараниям всех участников и неформальному подходу к работе поставленные задачи были успешно выполнены, что и нашло отражение в положительном заключении ГлавГосэкспертизы.

При этом опыт работ на СШГЭС доказал необходимость создания группы по проведению обследований в АО «Ленгидропроект». Актуальность данного вопроса резко возросла в связи с принятием решения ПАО «РусГидро» о реконструкции большого количества ГЭС, эксплуатирующихся более 20 лет. План работ ЛГП по реконструируемым объектам с 32% в 2013 году вырос в 2016 году до 60%. Обследования являются базой для проведения реконструкции ГЭС.

Рис. 2. Определение толщины стенки трубы приемного портала Чиркейской ГЭС ультразвуковым толщиномером А1209

В 2014 году АО «Ленгидропроект» создает группу по проведению обследований, которая была оснащена необходимым оборудованием, и в настоящее время основную часть обследований выполняет собственными силами.

Созданная группа занимается обследованием следующих типов конструкций:

—     металлоконструкции всех типов, включая опоры ЛЭП, порталы и антенные сооружения;

—     железобетонные конструкции всех типов, включая обделки туннелей;

—     кирпичную кладку и перегородки любого типа.

Рис. 3. Определение остаточной прочности бетона балок щитового отделения Воткинской ГЭС методом ударного импульса электронным склерометром ОНИКС-2.6

При реконструкции ГЭС и объектов водного транспорта необходимо выполнение комплекса работ по обследованию технического состояния большого количества зданий и сооружений, а также специфических гидротехнических сооружений из массивного бетона, грунтовых сооружений, бортов водохранилищ, склонов, селеопасных логов, лавиноопасных склонов и др. Обследование производится в соответствии с титульным списком, утвержденным заказчиком реконструкции.

Обследованию подлежат практически все группы строительных конструкций и все типы материалов, включая грунтовые.

В отдельную группу нужно выделить подлежащие обследованию сооружения, выполненные из металлоконструкций различного назначения. Сюда входят мосты, опоры воздушных переходов, лестницы в теле и с наружной стороны плотины, конструкции под оборудование ОРУ и т. д.

Работы по обследованию выполняются в соответствии с ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» [4] и СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» [9].

Большие объемы работ по обследованию требуют тщательной подготовки. Она включает в себя сбор и анализ исходных данных, подбор и обобщение необходимой проектной, рабочей и исполнительной документации. Необходимые чертежи копируются для работы с ними на объекте. Особое внимание следует обращать на результаты проведенных ранее обследований, ремонты и на исполнительную документацию.

Рис. 4. Определение остаточной прочности бетона шахты генератора Воткинской ГЭС методом отрыва со скалыванием прибором ОНИКС-1.ОС.100

Совместно с заказчиком составляется сводный акт на комплексное обследование ГЭС, куда включаются представители заказчика, генпроектировщика по всем специальностям и субподрядных организаций, участвующих в проекте реконструкции ГЭС. В данном акте приводятся все материалы предшествующих обследований, материалы визуального обследования всех зданий и сооружений и инженерных систем, даются рекомендации на проведение инструментального обследования и рекомендации на продолжение эксплуатации или ремонт, усиление или замену. Сводный акт корректируется в процессе продвижения проекта и проведения инструментального обследования и в окончательном виде подписывается заказчиком, генпроектировщиком и представителями субподрядных организаций. Сводный акт включается в состав проектной документации в раздел «Иная документация», в сводном акте дается ссылка на отчеты по видам проведенных обследований. По видам инструментальных обследований составляются программы, утверждаемые заказчиком, где указывается перечень подлежащих обследованию конструкций, перечень предполагаемых дефектов, подлежащих выявлению, места и методы инструментального обследования.

Рис. 5. Определение остаточной прочности бетона плиты перекрытия здания ГЭС Воткинской ГЭС методом ударного импульса прибором ОНИКС-2.6

Первым этапом работы по обследованию является визуальное обследование.

Визуальное обследование включает в себя:

—  описание и фотографирование дефектов;

—  составление ведомостей дефектов с фиксацией их мест и характера;

—  определение мест проведения инструментального обследования как конструкций, так и, при необходимости, их оснований. Места инструментальных измерений определяются в конструкциях, подверженных наибольшим повреждениям в процессе эксплуатации;

—  уточнение программы работ по результатам визуального обследования.

По результатам визуального обследования дается предварительная оценка технического состояния объекта, которая уточняется на втором этапе работы. Пример фотоотчета см. на рис. 1.

Вторым этапом работы по обследованию является инструментальное обследование.

Рис. 6. Обследование зоны с прокатной пленой траверсы перекидки в теле плотины Саяно-Шушенской ГЭС ультразвуковым дефектоскопом

Инструментальное обследование включает в себя:

—     определение геометрических параметров сооружений и зданий, включая обмеры внутренних помещений. Обмеры проводятся для выявления расхождений с чертежами проектной, рабочей и исполнительной документации. В случае, если техническая документация частично или полностью отсутствует, выполняются обмерные чертежи, которые используются при разработке проекта реконструкции. Если по каким-то причинам проведение обмерных работ с помощью рулеток, лазерного дальномера, линейки, отвеса не представляется возможным (например, работы под опорами воздушных переходов, находящимися под напряжением), необходимо, с привлечением субподрядной организации, провести лазерное сканирование объекта с последующим выполнением по его данным обмерных чертежей.

При необходимости, для определения геометрических параметров сооружений и выявления дефектов, связанных с отклонениями высотных вертикальных конструкций от проектного положения, а также для определения разности осадок фундамента здания выполняется топографо-геодезическая съемка;

— определение геометрических параметров дефектов конструкций с помощью рулеток, линейки, штангенциркуля;

— определение геометрических параметров трещин любого вида — положения, формы, направления распространения, длины и ширины раскрытия. Ширина раскрытия трещин замеряется технической лупой с измерительной шкалой и щупами, глубина — щупами и ультразвуковым прибором «Пульсар-2.2»;

Рис. 7. Проведение инженерно-геологических изысканий (реновации) на трассе ВЛ
220 кВ «Бурейская ГЭС — Завитая цепь I, II» с проходкой шурфа для обследования фундаментов опоры

— измерение толщин металлических элементов конструкций производится ультразвуковым толщиномером А1209 и штангенциркулем для определения коррозионных потерь элементов. Измеренная толщина элемента сравнивается с заданной в проектной документации;

— определение фактической прочности бетона и кирпича конструкций и их элементов механическими методами неразрушающего контроля или ультразвуковым методом, при необходимости выбуриваются керны;

— определение физико-механических характеристик грунтов основания сооружений и анализа их изменений в процессе эксплуатации (с реновацией инженерно-геологических изысканий).

Примеры проведения инструментального обследования см. на рис. 2–6.

При обследовании оснований и фундаментов необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания под обследуемыми сооружениями (при необходимости).

Рис. 8. Общий вид шурфа, пройденного в рамках обследования фундаментов здания ОПУ 220 кВ Воткинской ГЭС

В открытых шурфах определяется тип фундаментов, форма в плане, размер, глубина заложения для сравнения с проектным решением, устанавливаются повреждения и прочность материалов их конструкций, наличие и состояние гидроизоляции. Примеры выполнения данных работ см. на рис. 7 и 8.

Третьим этапом работы по обследованию является выполнение поверочного расчета.

Поверочный расчет.

По результатам инструментального обследования выполняется поверочный расчет несущей способности всех обследованных зданий и сооружений с учетом фактических геометрических параметров, прочностных характеристик материалов и выявленных дефектов и повреждений, уточненных характеристик грунтов основания.

Рис. 9. Обследование кровельных балок и плит покрытия машинного зала Воткинской ГЭС с тележки мостового крана

Четвертым этапом обследования является оформление технического отчета. В нем содержатся выводы по результатам обследования, окончательная оценка технического состояния каждого объекта и материалы, обосновывающие принятую категорию технического состояния.

Трудоемкость выполнения отчета вызвана большим количеством разного рода дефектов, отражаемых в дефектных ведомостях, сведенных в таблицы, где для каждого дефекта указаны количественные параметры, дающие возможность произвести оценку влияния данного дефекта на техническое состояние конструкций. По каждому дефекту даются рекомендации по ремонту, которые учитываются при определении объемов ремонтных работ.

Рис. 10. Подготовка мест испытания на железобетонной балке перекрытия здания ГЭС, включающая в себя удаление штукатурного слоя и шлифовку поверхности бетона

При проведении обследования особого внимания требует организация работ по инструментальному обследованию зданий. Высота этажей в основном колеблется от 5 до 12 метров, что требует организации работ по монтажу строительных лесов или подмостей, с которых выполняется инструментальное обследование балок, плит перекрытия и покрытия, стен на высоких отметках. Часть работ в машинном зале ГЭС осуществляется с тележки мостового крана (рис. 9), для обследования водоводов, низовых граней плотин и других высотных сооружений привлекаются альпинисты, а для подводного обследования водолазы.

После определения конкретных участков, где будет проводиться инструментальное определение прочностных характеристик материалов конструкций, данные участки должны быть тщательно зачищены от штукатурки или продуктов коррозии и отшлифованы (рис. 10, 11, 12). Это требует значительных временных и трудозатрат.

Для выполнения инструментального обследования в институте АО «Ленгидропроект» имеется достаточное приборное оснащение:

Рис. 11. Подготовка мест испытания на металлической балке лестничной клетки здания ГЭС, включающая в себя удаление отделочного слоя и очистку поверхности металла от продуктов коррозии

1.  Измеритель прочности материалов ОНИКС-1.ОС.100 — предназначен для определения прочности бетона на сжатие методом отрыва со скалыванием в бетонных и железобетонных конструкциях по ГОСТ 22690-2015 [6].

2.  Электронный склерометр ОНИКС-2.6 (версия 1) — предназначен для определения прочности бетона на сжатие методом ударного импульса в бетонных и железобетонных конструкциях по ГОСТ 22690-2015 [6] и прочности кирпича.

3.  Склерометр ОМШ-1 — предназначен для определения прочности бетона на сжатие методом упругого отскока в бетонных и железобетонных конструкциях по ГОСТ 22690-2015 [6].

Рис. 12. Подготовка мест испытания на несущей кирпичной стене корпуса управления, включающая в себя удаление штукатурного слоя и шлифовку поверхности кирпичной кладки

4.  Измеритель времени и скорости распространения ультразвука
«Пульсар-2», модификация «Пульсар-2.2» — предназначен для определения прочности бетона на сжатие ультразвуковым методом в бетонных и железобетонных конструкциях по ГОСТ 17624-2012 [9] и оценки глубины трещин.

5.  Мультидетектор PS 38 — предназначен для обнаружения железосодержащих (арматура) и цветных (медь и алюминий) металлов, деревянных балок, пластмассовых труб, э/проводки и э/кабелей в сухих основаниях.

6.  Ультразвуковой толщиномер А1209 — предназначен для измерений толщины стенок труб (включая изгибы), котлов, баллонов, сосудов, работающих под давлением, обшивок и других изделий из черных и цветных металлов, с гладкими или грубыми и корродированными поверхностями, а также изделий из пластмасс и других материалов с высоким затуханием ультразвука при одностороннем доступе к поверхности этих изделий.

6.  Дефектоскоп ручной ультразвуковой А1214 EXPERT — предназначен для поиска, определения координат и оценки размеров различных нарушений сплошности и однородности материала в изделиях из металла и пластмасс.

Рис. 13. Примеры точек наведения визирного луча тахеометра для определения координат точек подвеса проводов и тросов переходной опоры 220 кВ Воткинской ГЭС

7.  Различные инструменты, необходимые при проведения подготовительных работ по зачистке бетона, кирпича и металла для выполнения инструментального обследования.

Наиболее полными по объему выполненных работ по обследованию явились два объекта реконструкции — Воткинская ГЭС и Чиркейская ГЭС. При этом данные обследования при всей кажущейся одинаковости задач существенно различались.

На Воткинской ГЭС наиболее трудоемким явилось обследование зданий АСУТП и ОПУ 220 кВ в связи с тем, что образование трещин в стенах здания вызвало необходимость выявить причины дефекта. Это привело к необходимости выполнения большого объема инженерно-геологических изысканий. Вторым фактором, усложняющим работы, явилось обследование воздушных переходов, где помимо полного обследования технического состояния опор, была выполнена топографо-геодезическая съемка точек подвеса (рис. 13) и габаритов проводов, тросов и инженерно-геологические изыскания по обследованию фундаментов опор. Это было нужно для выполнения расчета воздушных переходов по современным нормативным требованиям.

Рис. 14. Вырезка отверстия для обследования внутренней поверхности металлической трубы переходной опоры Чиркейской ГЭС

На Чиркейской ГЭС, наряду с большим объемом работ, пришлось столкнуться с техническим разнообразием подлежащих обследованию сооружений, что требовало разного подхода к проводимым работам. Наряду с полным обследованием здания ГЭС, двух производственных корпусов, корпуса управления и других вспомогательных зданий, обследовались цементационная и кабельная шахты большой глубины, балконы низовой грани плотины, опоры воздушных переходов. Так как опоры воздушных переходов выполнены из элементов трубчатого сечения, из них были вырезаны образцы для определения величины коррозии внутренней поверхности с последующей заваркой накладками из равнопрочного металла (рис. 14, 15). Кроме того, было выполнено обследование склонов на предмет выявления неустойчивых скальных массивов, появившихся за время эксплуатации станции.

Рис. 15. Отверстие для обследования внутренней поверхности металлической трубы переходной опоры Чиркейской ГЭС

Выводы

1.  В условиях комплексной реконструкции ГЭС проведение обследований носит базовый определяющий характер. Обследование строительных конструкций зданий и сооружений гидротехнических объектов и объектов водного транспорта является неотъемлемой частью при проектировании их реконструкции или капитального ремонта, служит для оценки возможности их дальнейшей безаварийной эксплуатации или необходимости восстановления и усиления.

2.  В работе по предварительному визуальному обследованию должны участвовать представители заказчика, генпроектировщика и субподрядных организаций, на основании чего должен быть составлен предварительный сводный акт, в котором определяются конструкции и узлы, где должны быть проведены инструментальные обследования. После проведения всего комплекса обследований сводный акт оформляется и подписывается ответственными представителями участников и включается в состав проектной документации.

3.  На сегодняшний день в институте АО «Ленгидропроект» созданы все условия для квалифицированного выполнения работ по обследованию. Приобретено необходимое оборудование, подготовлен квалифицированный персонал, хорошо владеющий инструментом, нормативной базой и методиками выполнения работ.

Литература

1. Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29 декабря 2004 г. (ред. от 13.07.2015 г.) № 190-ФЗ.

2. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ (ред. от 02.07.2013 г.) «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

3. Постановление Правительства Российской Федерации от 26 декабря 2014 г. № 1521 «Об утверждении перечня национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

4. ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. — Введ. 2014-01-01. — М.: Стандартинформ, 2014. — 54 с.

5. ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. — Введ. 2015-07-01. — М.: Стандартинформ, 2015. — 13 с.

6. ГОСТ 22690-2015. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля. — Введ. 2016-04-01. — М.: Стандартинформ, 2016. — 43 с.

7. ГОСТ 18105-2010. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. — Введ. 2012-09-01. — М.: Стандартинформ, 2012. — 12 с.

8. ГОСТ 31384-2008. Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования. — Введ. 2010-03-01. — М.: Стандартинформ, 2010. — 45 с.

9. ГОСТ 17624-2014. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. — Введ. 2014-01-01. — М.: Стандартинформ, 2014. — 15 с.

10. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих конструкций зданий и сооружений. — Введ. 2003-08-21. — М.: ФГУП ЦПП, 2004. — 26 с.

11. СП 15.13330.2012. Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*. — Введ. 2013-01-01. — М.:
Изд-во ООО «Аналитик», 2012. — 80 с.

12. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. — Введ. 2013-01-01. — М.: Изд-во ООО «Аналитик», 2012. — 155 с.

13. СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*. — Введ. 2011-05-20. — М.: Минрегион России, 2011. — 96 с.

14. СП 22.13330.2011. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*. — Введ. 2011-05-20. — М.: Минрегион России, 2011. — 164 с.

15. СП 28.13330.2012. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85. — Введ. 2013-01-01. — М.: Изд-во ООО «Аналитик», 2012. — 93 с.

16. РД 153-34.1-21.326-2001. Методические указания по обследованию строительных конструкций производственных зданий и сооружений тепловых электростанций. Часть 1. Железобетонные и бетонные конструкции. — Введ. 2001-08-01. — М.: СПО ОРГРЭС, 2001. — 69 с.

17. РД 153-34.1-21.530-99. Методические указания по обследованию строительных конструкций производственных зданий и сооружений тепловых электростанций. Часть 2. Металлические конструкции. — Введ. 2000-12-01. — М.: СПО ОРГРЭС, 2001. — 49 с.

18. СТО 17230282.27.010.001 2007. Здания и сооружения объектов энергетики. Методика оценки технического состояния. — Введ. 2007-11-15. — М.: ОАО РАО «ЕЭС России», 2007. — 180 с.

19. СП 47.13330.2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96. — Введ. 2013-07-01. — М.: Минрегион России, 2012. — 109 с.

20. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ. — Введ. 1998-03-01. — М.: Госстрой России, 1997. — 47 с.

21. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. — Введ. 2001-01-01. — М.: ФГУП ЦПП, 2004. — 88 с.

22. ГОСТ 530-2012. Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. — Введ. 2013-07-01. — М.: Стандартинформ, 2013. — 27 с.

23. РД 34.20.504-94. Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 Кв. — Введ. 1996-01-01. — М.: Изд-во НЦ «Энас», 2003. — 150 с.

24. Правила устройства электроустановок. 7-е и 6-е издания. — СПб.: Изд-во «Деан», 2012. — 1168 с.

25. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). Укрниипроектстальконструкция. — М.: Стройиздат, 1989. — 160 с.

Скачать статью  в pdf-формате: Особенности проведения обследования строительных конструкций реконструируемых гидротехнических объектов