Книга адресована специалистам-гидроэнергетикам, персоналу гаэс, проектировщикам, преподавателям и студентам гидроэнергетических специальностей. Может быть полезна также специалистамэнергетикам

Рис. 19.2. Схема противооползневых мероприятий Загорской ГАЭС:
1 – дамба верхнего бассейна; 2 – дренаж дамбы верхнего бассейна; 3 – дренажная завеса; 4 – упорная призма; 5 – контрбанкет; 6 – трубчатый коллектор; 7 – наслонный песчаный дренаж; 8 – линейная призма-коллектор
6. Создание системы мониторинга – оперативного контроля за состоянием склона и безопасностью размещения на нем сооружений, предусматривающей проведение взаимоувязанных натурных наблюдений, обработку и анализ полученных данных, корректировку прогнозов, оперативную выдачу рекомендаций и принятие мер по обеспечению надежности сооружений.
Инженерно-геологические проблемы, связанные с «вписыванием» ГАЭС в окружающую геологическую среду и обеспечением устойчивости склонов, на этапе проектирования и строительства являются наиболее сложными в связи с тем, что принципы, выработанные практикой для строительства ГЭС, не вполне пригодны для ГАЭС. Сложность проблем определяется следующими особенностями этих сооружений:
приуроченностью к участкам рельефа, как правило, связанным
со структурно-геологическими аномалиями; высокими требованиями строительного и технологического харак-
тера, большим функциональным разнообразием объектов и в то же время их взаимной зависимостью;
существенно иной, чем у ГЭС, конструкцией, компоновкой
и условиями эксплуатации сооружений (наличие высоко поднятого над низовыми сооружениями обширного водоема, необходимость устройства временных и постоянных выемок в подошве высоких склонов или поблизости от них, соблюдение требования сохранения устойчивости склона при стремлении максимально сблизить нижний и верхний водоемы, неравномерность режима работы со- оружений и связанные с этим интенсивные колебания уровней воды в водоемах и т. д.).
Следует учитывать, что при разработке проектов равнинных ГАЭС богатый опыт зарубежного строительства ГАЭС не может быть использован по следующим причинам: сооружения большинства зарубежных ГАЭС располагаются
на скальных грунтах; большинство зарубежных ГАЭС – высоконапорные, верхние бас-
сейны имеют небольшие объемы, изолировать которые от массива пород как технически, так и экономически сравнительно несложно.
Таким образом, можно констатировать, что с точки зрения инже- нерно-геологических условий строительства равнинные ГАЭС (абсолютное большинство проектируемых в Европейской части России) являются объектами повышенной сложности. Это подтверждается данными изысканий по Загорской, Ленинградской, Средневолжской, Краснодарской, Центральной и другим ГАЭС.
В центральных и западных районах России, где располагается большинство потенциальных площадок для строительства ГАЭС, возвышенные участки представляют собой конечно-моренные гряды (Загорская ГАЭС) и ледниковые валы (Ржевская площадка Центральной ГАЭС), берега глубоко врезанных долин (Краснодарская, Средневолжская, Ленинградская ГАЭС).
В районах большинства объектов склоны возвышенных участков захвачены сложными экзогенными процессами (оползни, карст, выветривание и т. д.). На некоторых объектах имеют место неотектонические поднятия (Октябрьская площадка Центральной ГАЭС, Краснодарская ГАЭС).
Наиболее сложным из таких объектов является Загорская ГАЭС, расположенная на склоне Клинско-Дмитровской моренной гряды в контурах древней переуглубленной долины р. Кунья, левого притока р. Дубны. На участке сооружений Загорской ГАЭС в коренных и моренных отложениях выявлены многочисленные следы гляциодинамических процессов, протекавших на различных этапах истории геологического развития долины, в результате которых в бортах долины сформировались сложные оползневые дислокации. Среди них развиты оползни-блоки, приповерхностные и погребенные на большую глубину нарушения, обусловленные медленными вековыми пластическими смещениями глинистых грунтов. Глубокое влияние сложного комплекса процессов на инженерно-геологические свойства глинистых пород отразилось в снижении их плотности и существенном ухудшении прочностных свойств. Такие явления практически не изучены и не имеют аналогов в инженерно-геологиче- ской практике.
Также уникальными по инженерно-геологическим условиям являются Ленинградская, Центральная, Средневолжская, Краснодарская и другие ГАЭС.
С влиянием подземных и фильтрующихся вод связаны сложные вопросы обеспечения устойчивости склонов и откосов на участке Ленинградской ГАЭС, которая располагается в бассейне р. Ояти. Нижнее водохранилище и напорно-станционный узел проектируется в долине ее притока р. Шапши, а верхнее водохранилище – на водоразделе между ними. Береговой массив сложен девонской песчано-глинистой толщей, перекрытой четвертичными ледниковыми накоплениями – суглинистой мореной мощностью до 70 м и залегающими в его основании водно-ледниковыми гравийнопесчаными отложениями общей мощностью около 30 м. Особенности гидрогеологических условий Ленинградской ГАЭС определяются следующими факторами: склоны долины сложены неустойчивыми к воздействию воды породами, что проявляется в существенном снижении прочности глин при возрастании их влажности и в развитии фильтрационных деформаций прослоев песков и алевролитов при их вскрытии на склонах и в откосах; подземные воды на склонах разгружаются значительно выше
уровня воды в реках, что предопределяет развитие непрерывных деформаций пород на склонах и оползневых процессов.
Создание ГАЭС существенно влияет на окружающую природную среду. Если на участках основных сооружений предусматриваются различные защитные мероприятия, например, по сохранению устойчивости склона, то на других участках, в частности, по периметру нижнего бассейна, эффективные меры принимаются не всегда. А опыт Загорской ГАЭС с ежесуточными колебаниями уровня нижнего бассейна с амплитудой 10 м показывает, что это влечет за собой активизацию локальных оползневых процессов на больших по протяженности участках крутых склонов.
В процессе предпроектных проработок схемы размещения ГАЭС основным критерием для оценки перспективности площадок служит перепад высот в рельефе, поэтому выбирают отрезки долин с высокими и крутыми склонами. На этом этапе изыскательские работы ограничиваются геологическим обоснованием площадок и сбором фондовых материалов. Их цель заключается в выявлении особенностей геологического строения района (структурно-тектонических, геоморфологических условий, ведущих физико-геологических процессов, сейсмичности района и др.). На основе этих материалов составляется рабочая гипотеза геологического строения перспективных площадок и намечается в общих чертах круг инженерно-гео- логических проблем.
Достоверность оценки инженерно-геологических условий предполагаемого участка строительства ГАЭС в технико-экономиче- ском обосновании в значительной мере зависит от соблюдения определенных методических принципов при проведении изыскательских работ. К ним относится, в частности, непременное требование выполнения оптимальных объемов и необходимых видов изысканий на выбранной площадке. Это требование приобретает особое значение в связи с устойчивой тенденцией сокращения финансирования и, следовательно, объемов изыскательских работ. Недостаточные объемы выполненных изыскательских работ на Загорской ГАЭС (3 % сметной стоимости объекта против 7 % в зарубежной практике) привели к многочисленным проектным недоработкам; многие проблемы решались непосредственно во время строительства, что привело к значительному удорожанию объекта в сравнении с первоначальной сметой.
Большое значение для оптимальной организации строительства имеют климатические условия в районе расположения ГАЭС. Большая часть потенциальных площадок для строительства ГАЭС располагается в центральной климатической области равнинной зоны Европейской части России. По ландшафтным условиям территория относится к лесной зоне, по условиям увлажнения – к зоне влажного климата. Средняя многолетняя годовая сумма осадков, например, в зоне Загорской ГАЭС составляет 629 мм, из них 70 % приходится на теплый, наиболее благоприятный с точки зрения условий строительства, период: апрель – октябрь. Суточный максимум осадков достигает 60 мм, количество дней с осадками в году – до 260. Эта климатическая особенность может быть решающей в определении темпов работ при возведении гидротехнических сооружений гидроузла, в особенности земляных сооружений. Например, верхний бассейн Загорской ГАЭС формируется из насыпных дамб моренного суглинка: объем качественных насыпей составляет 21 млн м³. Плотность уплотненного грунта должна составлять 1,98 т/м³, что достигается только при оптимальной влажности 12–13 %. Качественное возведение дамб из такого материала возможно только в сухую погоду, а зимой – при морозах не более минус 15–20 °С.
Таким образом, число благоприятных для производства земляных работ рабочих дней в году не превышает 100–150. Кроме того, положение может усугубить то, что применяемый для укладки грунта в дамбы верхнего бассейна землевозный транспорт (автосамо- свалы, автоскреперы) на пневмоходу не способен передвигаться по суглинку не только во время дождя, но и в последующие 1–2 дня до подсыхания верхнего слоя отсыпки. Устройство временных землевозных дорог с бетонным покрытием дает малый эффект, так как при этом не решается проблема передвижения транспорта на пневмоходу по карте отсыпки.
Особенно сложными и длительными по времени являются засыпки «пазух» подпорных стенок водоприемника моренным суглинком. Уже уложенный переувлажненный во время отсыпок грунт приходится заменять свежим сухим грунтом.
Кроме того, отработанный под бетонирование откос напорной грани дамбы под воздействием осадков начинает размокать и раз- уплотняться до закрытия его железобетонной плитой. Поэтому практически по всей площади откоса верхнего бассейна необходимо дополнительно укладывать бетон толщиной 8–10 см, чтобы защитить откос от размыва и разуплотнения до производства работ по облицовке.
Повышение темпов возведения суглинистых дамб классической конструкции при нормированных значениях влажности грунта, укладываемого в тело дамбы, в условиях влажного климата возможно по двум направлениям: переход на работу скреперами на гусеничном ходу, а также снижение требований к объемному весу грунта в теле дамбы за счет более распластанных профилей или замена ограждающих земляных дамб на подпорные железобетонные стенки по типу Круонисской ГАЭС (см. рис. 10.9).
Однако в мировой практике в странах с влажным климатом (Великобритания, Япония и др.) применяются конструкции земляных дамб, позволяющие при строительстве использовать всепогодную технологию укладки грунта.
Особенность таких конструкций заключается в том, что в теле дамбы кроме горизонтального и наклонного или вертикального дренажа по мере необходимости устраивают песчаные линзы, со- единенные с наклонным (вертикальным) дренажем.
На рис. 19.3 показана конструкция дамбы для всепогодной технологии отсыпки применительно к условиям Загорской ГАЭС-2.
В соответствии с предлагаемой конструкцией тело дамбы за контуром экрана выполняется из моренных суглинков, а также технологических слоев песка, укладываемых при неблагоприятных погод-

ных условиях. В конструкции дамбы выполняются два обязательных дренажа из песка – горизонтальный и наклонный. Отсыпка технологических слоев песка при неблагоприятных погодных условиях производится со стороны наклонного дренажа на любых участках дамбы по высоте и не доводится на 5 м до экрана из моренного суглинка. Обязательным условием является соединение всех технологических слоев песка с наклонным дренажем.
При укладке грунта с повышенной влажностью влага за счет дисперсии проникает в технологические песчаные слои и в конечном итоге отводится через дренажный коллектор, обеспечивая обезвоживание ядра дамбы.
Кроме того, по опыту строительства Загорской ГАЭС, темпы укладки бетона в основные сооружения значительно замедлялись большим разнообразием применяемых марок бетона. При общем объеме бетона основных сооружений около 900 тыс. м³ проектом предусмотрено более 20 марок бетона. Только в здании ГАЭС при объеме бетона около 310 тыс. м³ запроектировано 14 марок. Такое разнообразие требуемых марок приводит к большим трудностям как в поставке и хранении его составляющих, так и в процессе приготовления. Бетонный завод на площадке строительства Загорской ГАЭС был рассчитан на выработку четырех марок в полуавтоматическом режиме, а вынужден был выдавать ежесменно по 8–11 марок бетона и раствора.
В процессе строительства необходим всесторонний инженерногеологический контроль, качественное ведение документации строительных выемок, наблюдения и дополнительные исследования в котлованах и на существующих сооружениях. При этом следует иметь в виду, что объем таких работ на ГАЭС, как правило, больше, чем на аналогичных по мощности ГЭС. Строительство ГАЭС требует высокой культуры строительных работ, соблюдения установленной технологии строительства, так как непредусмотренные проектом подрезки склонов, их замачивание или пригрузка совершенно недопустимы. Они ведут к возникновению необратимых деформаций склонов, провоцированию оползневых подвижек и, следовательно, к удорожанию строительства, увеличению сроков ввода станции в эксплуатацию, снижению надежности сооружения.
Классическим примером в этом отношении может служить ситуация, сложившаяся во время строительства Загорской ГАЭС. Очень трудоемкой и дорогостоящей оказалась задача стабилизации и обеспечения устойчивости левобережного оползня, расположенного в южной части площадки основных сооружений ГАЭС, вблизи от напорных трубопроводов и дамбы верхнего бассейна.
Причинами активизации ранее стабилизировавшегося древнего оползневого склона явились нарушения баланса грунтовых масс в результате подрезки нижней части склона и пригрузки его верхней части непроектными отвалами грунтов при устройстве бермы под автодорогу, а также плохая организация отвода поверхностных вод. Развитие оползня быстро приобрело прогрессирующий характер с последовательным распространением поверхностных трещин отрыва, определяющих его границу, вверх по склону на 250 м и формированием оползневых блоков все возрастающего объема. В конечной стадии развития объем оползневого массива достиг 0,8–1,0 млн м³. Скорость движения оползня по генеральному направлению за время существования оползня (1979–1987 гг.) изменялась от долей миллиметра до 200 мм в сутки.
Опасность возникновения оползневых явлений на южном склоне не была должным образом оценена в техническом проекте. Многочисленные нарушения проектной технологии работ по укреплению склона обусловили цепную реакцию развития оползня, приведшую к разрушению значительной части склона и потребовавшую проектирования и выполнения комплекса специальных мероприятий по обеспечению его устойчивости.
Дополнительно при проектировании и строительстве поверхностных водохранилищ ГАЭС, располагаемых в регионах с длительным периодом отрицательных температур, следует учитывать характер процесса льдообразования в открытых водоемах.
По опыту эксплуатации водохранилищ Загорской ГАЭС, в зимний период процесс льдообразования происходит двояко: образование плавающего ледяного поля, толщина которого не пре-
восходит одного метра, объем изымаемой из оборота воды в этом случае может быть легко рассчитан; образование и непрерывное нарастание торосов на откосах дамб
и мелководьях, оставленных при формировании профилей бассейнов.
Процесс торосообразования в условиях ежесуточно изменяющихся в значительных пределах уровней воды практически не изучен; практика показывает, что в зимний период размер этих торосов достигает семи и более метров. Суммарный объем ледяных торосов значительно превосходит объем плавающего ледяного поля, и общие потери полезного (оборотного) объема воды определяются в основном именно количеством и величиной торосов на откосах дамб и мелководьях (в условиях Загорской ГАЭС потери суточной выработки составляют до 10 %).
Наличие крупногабаритных торосов не только увеличивает потери полезного объема воды, но и удлиняет период таяния льда, в результате чего восстановление штатного объема суточной выработки в холодную зиму затягивается до конца апреля – начала мая.
С этой точки зрения предпочтительнее конструкции ограждающих дамб с использованием вертикальных железобетонных ограждающих элементов по варианту Круонисской ГАЭС или применение конструкции «дамбы обжатого профиля» (рис. 10.9). Кроме того, при проектировании и строительстве следует избегать образования мелководий в акватории водохранилищ.