Мониторинг напряженно-деформированного состояния гидротехнических сооружений мелиоративных систем

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Общей целью проведения эксплуатационного мониторинга технического состояния ГТС мелиоративных систем являются выявление ухудшения степени физического износа, причин, обуславливающих их состояние, фактической работоспособности элементов и разработка мероприятий по обеспечению их различных эксплуатационных параметров, а также описание технического состояния.

Преобладающими аварийными дефектами являются полное разрушение отдельных элементов водопроводящих каналов, образование дефектов, нарушающих нормальную работу конструкции данного сооружения; нарушение стыковых соединений, а также разрушение зон опирания.

В процессе визуального осмотра, прежде всего, следует обращать внимание на внешние признаки элементов водопроводящих каналов, вызывающих наибольшее опасения. На данном этапе обследования имеется возможность классифицировать степень разрушения по внешним признакам элемента сооружения (например, полное разрушение элемента). Для определения фактического состояния сооружения (размеры дефектов, степень потери несущей способности вследствие циклов замораживания и оттаивания).

На долговечность железобетонных элементов водопроводящих каналов существенное влияние оказывают величина защитного слоя бетона и наличие на нём дефектов - раковин, пор, трещин и т.д. Защитный слой предохраняет арматуру от доступа влаги, кислорода, агрессивных веществ и газов. Арматурные стержни, имеющие небольшой защитный слой или значительные дефекты в нём, подвергаются коррозии в первую очередь.

С целью установления фактической прочности бетона железобетонных облицовок, они были обследованы методом ударного импульса электронным измерителем прочности бетона. Места измерений были привязаны к георадарным обследованиям для определения прочности бетона в характерных точках профилей.

Обработка результатов зондирования железобетонных облицовок представлена рисунками. Так на рисунках 1 и 2 показан фрагмент георадарного зондирования по оси канала включающий в себя 7 железобетонных облицовок, где произведено обследование участка канала на характерные дефекты и повреждения в результате эксплуатации. На рисунке 1 видны образования раковин и отслоений бетона на 4, 5 и 7 плитах, а также образование трещин на стыке между 4 и 5 плитами.

Рисунок 1 - Профиль №1 по оси водопроводящего канала включающий в себя 7 железобетонных облицовок

На рисунке 2 произведено выделение разуплотнении грунта под железобетонной облицовкой №5 и 7, а также проседание основания на стыке между №4 и 5 плитами. Плиты №1, 2, 3 и 6 находятся в удовлетворительном состоянии и могут эксплуатироваться в дальнейшем.

Рисунок 2 - Профиль №1 по оси канала включающий в себя 7 железобетонных облицовок с выделенными пустотами

На рисунке 3 представлен профиль №2 по оси канала включающий в себя 5 железобетонных облицовок и произведено выделение арматуры, где №2 и 4 плита находятся в удовлетворительном состоянии, отчетливо просматривается арматурная сетка, нет раковин и трещин в бетоне окружающим её. Плита №3 находиться в неудовлетворительном состоянии, произошло разрушение, и разуплотнение защитного слоя бетона образуются раковины и коррозия бетона в местах соприкосновения плиты с основанием.

Рисунок 3 - Профиль №2 по оси канала включающий в себя 5 железобетонных облицовок с выделенной арматурой

Для получения полных данных было произведено георадарное зондирование по ширине канала, а именно его стенок как наиболее подверженных разрушению вследствие соприкосновения с водой. На рисунке 4 представлен профиль №3 по ширине канала включающий в себя 4 железобетонные облицовки. Отчётливо видно смешение слоёв диэлектрической проницаемости зондируемой среды посередине профиля, где происходить разрушение защитного слоя бетона как снаружи, так и с места опирания плиты на основании вследствие проникновения воды, а также коррозия арматуры.

Рисунок 4 - Профиль №3 по ширине канала включающий в себя 4 железобетонные облицовки

На рисунке 5 представлен профиль №4 по ширине канала включающий в себя 5 железобетонные облицовки с выделением арматуры. Плиты №3 и 4 находящиеся в соприкосновении с водой вышли из строя, и требуют немедленной замены. Видны отражения от арматуры, которая смещена и также нарушена арматурная сетка.

Рисунок 5 - Профиль №4 по ширине канала включающий в себя 5 железобетонные облицовки

Далее на рисунке 6 представлен профиль 5, который проходит по оси канала в месте соприкосновения с водой. Произведено выделение образовавшихся пустот и нарушений стыковых соединений между плитами. Видно, что на стыке между №3 и 4 плитами образовались раковины и происходит коррозия бетона, а плита №6 имеет продольную трещину вследствие просадки основания под ней. Также происходит оголение арматурной сетки и её коррозия.

Рисунок 6 - Профиль №5 по оси канала включающий в себя 7 железобетонных облицовок с выделенными пустотами

Оценка технического состояния железобетонных облицовок оросительных систем произведенная неразрушающими методами, показала, что можно выявлять характерные дефекты и повреждения не видные при визуальном осмотре элементов сооружения. Так на примере профиля №4 выявлены плиты находящиеся в неудовлетворительном состоянии - №2 и 3 требуемые немедленной замены, а №1 и 4 находятся в нормальном эксплуатационном состоянии.

Вовремя выявленные дефекты и повреждения способствуют нормальному эксплуатационному процессу сооружения в дальнейшем.

Водостойкость бетона характеризует его способность сопротивляться физико-химическому воздействию воды и зависит от растворимости гидратированных соединений, образующихся при твердении цементного камня. Понятие водостойкости неразрывно связано с водонепроницаемостью материалов и химическим составом омываемых вод.

Проведено моделирование элементов длительно эксплуатируемого водопроводящего канала на предмет образования и развития дефектов за время эксплуатации (рисунок 7).

На основании полученных данных сделан обобщенный анализ результатов исследований состояния длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений на фильтрационные процессы, циклическое замораживание и оттаивание. На основании зависимостей циклов замораживания и оттаивания от потери прочностных характеристик и фильтрации воды строилось математическое обеспечение программного комплекса.

Программный комплекс моделирования технического состояния водопроводящих сооружений предназначен для расчёта прогнозируемого срока их службы. С его помощью можно произвести прогнозирование суммарного количества циклов замораживания и оттаивания как прошедших за период эксплуатации, так и оставшихся до потери несущей способности железобетона. В среде комплекса предусмотрена возможность выполнить расчёт объёмов разрушений бетона.

Рисунок 7 - Моделирование технического состояния железобетонной облицовки водопроводящего канала

водопроводящий гидратированный бетон растворимость

В качестве исходных данных для создания программного комплекса моделирования использованы результаты проведенных визуальных наблюдений и натурных исследований.

Рисунок 8 - Моделирование просадки железобетонной облицовки водопроводящего канала вследствие образования разуплотнения подстилающего грунта из-за фильтрации воды

Рисунок 9 - Моделирование просадки и потери устойчивости железобетонной облицовки водопроводящего канала вследствие образования пустот из-за фильтрации воды

Рисунок 10 - Моделирование сползания железобетонной облицовки водопроводящего канала вследствие образования пустот из-за фильтрации воды

К ним относятся:

- результаты визуального осмотра элементов водопроводящих сооружений с выявлением характерных повреждений;

- геометрические параметры повреждения, полученные с помощью приборов неразрушающего контроля, а именно диаметр зоны повреждения, глубина зоны повреждения;

- данные Rсж бетона, полученные по показаниям электронного измерителя прочности бетона.

Для проведения необходимых расчётов моделирования программный комплекс имеет в наличии информационно-справочные данные по элементам водопроводящих сооружений находящихся в эксплуатации.

Программный комплекс разработан с использованием системы управления базами данных (СУБД) Microsoft Access, проект Microsoft Access включающий следующие объекты: таблицы, формы, запросы, макросы и модули. Использование данного программного продукта позволяет для каждого обнаруженного повреждения водопроводящего сооружения произвести оценку и прогнозирование суммарного напряженно-деформированного состояния.

Выводы:

1. Национальный стандарт ГОСТ Р 22.1.12-2005 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования» позволяет сформулировать основные требования к мониторингу ГТС (каналы, акведуки, дюкеры, гидротехнические туннели, регуляторы водосбросы, водоспуски на магистральных каналах, мостовые переезды и т.д.) мелиоративных систем.

2. Качественный мониторинг ГТС мелиоративных систем с использованием инструментальных методик и численных методов позволяет оценить изменение напряженно-деформированного состояния при различных сочетаниях постоянных, временных, кратковременных и особых нагрузок.

3. Анализ НДС отдельных ГТС мелиоративных систем юга России свидетельствует о высоком количестве сооружений с неудовлетворительным и опасным уровнем безопасности. Это объясняется недостаточностью выполняемых ремонтных работ, нерегулярностью уходных работ, низкой квалификацией эксплуатационного персонала.

Размещено на Allbest.ru