Саяно-Шушенская ГЭС. Часть III
* * * предыдущая часть * * *
Четыре негритенка пошли купаться в море,
Один попался на приманку, их осталось трое.
Трое негритят в зверинце оказались,
Одного схватил медведь, и вдвоем остались.
Двое негритят легли на солнцепеке,
Один сгорел - и вот один, несчастный, одинокий.
Четыре миллиметра
Четыре негритенка пошли купаться в море,
Один попался на приманку, их осталось трое.
Как уже было сказано ранее, вопрос о состоянии плотины после аварии стал в силу ряда причин политизированным, а обсуждение по существу плавно сошло на нет. А между тем, состояние плотины по прежнему вызывает опасения, причём не только в связи с возможными подвижками во время аварии, сколько с долговременными деформациями оной плотины, не связанными с самой аварией:
По данным "РусГидро", за 30 лет наблюдений максимальные перемещения были зафиксированы в 2006 году на гребне плотины ключевой секции №33. Они составили 141,5 миллиметра, критерий К1 (145,5 миллиметра) не был превышен.
Вышеупомянутый критерий К1, согласно руководящему документу 153-34.2-21.342-00 ПОСОБИЕ К "МЕТОДИКЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИЕВ БЕЗОПАСНОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ"", обозначает максимально-допустимое изменение длины элеметов конструкции гидросооружения, после которого его эксплуатация становитя потенциально опасной. После прохождения этой отметки, в плотине возникают необратимые и быстро прогрессирующие деформации. Иными словами, в 2006м году плотину от "потенциально опасного состояния" отделяли всего четыре миллиметра. "Вот на эти три процента и живем". Кстати, сейчас, при уровне водохранилища 500м плотина накренилась на 120мм, что заметно больше, чем в "трудный" 2006й год:
Любая деформация такого массивного сооружения, как плотина, имеет под собой достаточно вескую причину, которая не приходит и не уходит сама по себе.
Причинами деформации плотины могут выступать в основном давление воды на тело плотины и тектонические подвижки в её окрестностях. Что касается давления воды, то следует отметить, что в начале 90х рассчётный напорный уровень был снижен на 1 метр как раз из-за деформаций плотины, и нельзя сказать, достаточным ли было это понижение. Ведь 1 метр водяного столба - это очень небольшая прибавка к давлению. Но ведь есть еще и геологические условия, и с ними как раз не все гладко:
"...в середине Енисейского водохранилища над водой нависает около 9 миллионов кубометров рыхлого и глыбового материала, который пока медленно сползает вниз. А если тектонический взброс или близкое землетрясение? Всё рухнет в водную гладь…
К сожалению, специалистов из нашего института отстранили от изучения состояния и оценки вероятности обрушения этих масс в Саянское водохранилище («нет денег на вашу науку»).
Ныне покойный Александр Сергеевич Митропольский ещё в 1969 году обратил внимание на подъём южной и опускание северной частей выбранного района, сделав вывод о тектонических движениях долины Енисея. К нему не прислушались.
Выгоды экономические разлагают волю. На виду и на слуху то, что более очевидно и легче понимается общественностью. Совершенно не поднят пласт информации, касающейся аномальных вариаций геофизических полей. А зря, ведь уже имеются спутниковые регистрации электромагнитных пульсаций (например, над Северо-Гиссарским разломом в Таджикистане). Эти пульсации в миллиарды (!) раз превышают обычные фоновые значения.
- С момента знакомства с проблемой (заметьте, середина 60-х годов прошлого столетия!) геологи отстаивали полную непригодность этого района для строительства столь высоконапорной ГЭС. В начале 90-х мне пришлось участвовать в составлении писем с обоснованием необходимости понижения ёмкости водохранилища на десять кубокилометров, а в середине 90-х водоёмкость предлагалось уменьшить вообще вдвое. Результатом этой «академической паники» стала … ликвидация исследовательских работ. Были демонтированы стационарные пункты и свёрнуты работы по изучению береговых процессов и объектов по периметру водохранилища.
Один из лучших сейсмологов России незадолго до своей смерти завещал: «Алексей, если у тебя попросят совета, а по всему судя, не попросят, но всё же, а вдруг: настаивай на грамотном и полном спуске водохранилища. Людей жалко, они-то здесь при чём?»
Иными словами, плотина стоит в месте пересечения трёх разломов, и почва под ней постоянно движется. Поэтому нельзя успокаивать себя, считая, что опасность была в 2006м году, а вот сейчас... а вот сейчас нам уже могут и врать про эти критерии.
Можно сказать, что плотина держится исключительно благодаря своему запасу прочности. Но как обстоит дело с этим запасом?
Сделано в СССР
Трое негритят в зверинце оказались,
Одного схватил медведь, и вдвоем остались.
Как уже было сказано ранее, злобный враг народа Чубайс заявил после аварии, что её причиною стало плохое проектирование ГЭС советскими инженерами. Позже, его поддержал г-н Милов из глубоко неодобрямоемой мною тусовки "Солидарность", и многие другие лица, именующие себя "либералами". В результате комбинации репутации наших "либералов" и репутации "советских инженеров", а также повышенного содержания в интернетах школоты и умственных инвалидов, вопрос состояния плотины превратился в обычный срач между либералами, и всеми остальными.
Я не пытаюсь как-либо обелить эту стрёмную братию, но что, если конкретно в этом случае Чубайс был прав, даже если он десять раз американский шпион? Ведь по сути, уверенность в том, что в СССР строили на века - это просто вера в раскрученный брэнд, и базируется она, как и прочие советские мифы, лишь на том, что "сейчас всё хуже" и куче мифов про "великую державу". Но помимо веры есть ведь еще и суровая реальность:
Колонны каркаса машинного зала смонтированы с отклонениями от разбивочных осей до 100 мм, между колоннами в отдельных местах отсутствуют горизонтальные связи. Стеновые панели уложены с отклонением от осей до 150 мм... Подкрановые пути и площадки имеют перепады по высоте до 100мм и местами имеют наклонение до 8 градусов ...
Заместитель начальника Управления строительства т.Гора В.Т. дал указание на производство обратной засыпки фундамента на участке, где во многих местах повреждена горизонтальная гидроизоляция... Повреждение гидроизоляции может привести к проникновению грунтовых вод в помещение станции и радиоактивному заражению окружающей среды...
Бетонный завод работает неритмично, качество его продукции низкое. При укладке особо тяжёлого бетона были допущены перерывы в работе, что привело к образованию раковин и расслоению фундамента.
Это так строили Чернобыльскую АЭС, а не коровник какой-нибудь. К счастью, бдительные чекисты вовремя одёрнули бракоделов, и бракованные строения "перестроили", а потому ЧАЭС накрылась силами советских атомщиков, а не советских строителей. Но ЧК следило не за всеми стройками в стране:
«27 марта 1966 г. наступила положительная температура наружного воздуха. Началось оттаивание замороженного бетона и раствора. Потребовалось четверо суток с положительной температурой воздуха и 30 марта дом рухнул»
«в целом монтажные работы отличались очень низким качеством: толстые швы, многочисленные закладки кирпичом, металлические подкладки, некачественное замоноличивание вертикальных швов или вообще отсутствие таковых…»
«Монтажные работы производились в зимнее время при отрицательной температуре от минус 8 до минус 30 градусов мороза по Цельсию… После двухдневного потепления 22 апреля средняя часть дома обрушилась…»
И таких "историй успеха" целая книга из 500 листов. Бетон не застывал, а замерзал, и в первую же оттепель дом таял как ледяная избушка.
Хорошо, что эти дома рухнули до заселения в них советских граждан, некоторые города сносили землетрясения: Ашхабадское землетрясение: причины разрушений: несоблюдение норм строительства в сейсмически опасной зоне, использование несоответствующих проектов, как правило, очень плохое качество строительных работ; спитакское землетрясение: причина катастрофы - безмерное воровство строительных подрядчиков. "Экономичные" проекты не отвечали сейсмоопасности зоны, но и их требования не соблюдали. В бетон не клали цемента, редкая арматура еле прихватывалась сварщиками.
В общем, низкое качество работ в строительной отрасли СССР было систематическим, и компенсировалось исключительно за счёт значительно запаса прочности, закладываемого проектировщиками. Как видите, иногда даже запаса прочности не хватало, чтоб скомпенсировать дурость и жадность строителей коммунизма.
А при чем тут СШ ГЭС, спросите вы? А при том, что в процессе её строительства имело место всё выше перечисленное, кроме разве что воровства цемента в заметных количествах. Процитируем ставшего известным в связи с августовской аварией Брызгалова:
"Объем бетона в сооружениях гидроузла Саяно-Шушенской ГЭС по проекту составляет 9,5 млн. м3, а чтобы обеспечить пуск первого агрегата, первоначальным пусковым комплексом предписывалось уложить 7,2 млн. м3, или 76% от общего объема. Затем этот объем неоднократно пересматривался и был снижен сначала до 6,8 млн. м3 (72%), потом до 4,1 млн. м3 (43%), и наконец при 3,2 млн. м3 (34%) фактически уложенного бетона всеми участниками сооружения Саяно-Шушенской ГЭС было дано согласие на ввод в эксплуатацию первого агрегата"...
"Недооценка явилась следствием, в основном, волевых подходов к определению сроков ускоренной энергоотдачи гидроузла"...
"Существенные различия между реальным и проектным напряженно-деформированным состоянием обусловлены отклонением фактической последовательности возведения плотины от проектной. Многоэтапность возведения плотины; штрабление профиля; отставание бетонирования IV столбов . Что привело к перегрузке верхнего арочного пояса и уменьшению сжатия на низовой грани консолей".
А вот что написано в ранее упомянутом "Акте" Ростехнадзора по поводу плотины СШ ГЭС:
«…К существенным недостаткам организации возведения гидротехнических сооружений СШГЭС следует отнести то, что генеральная схема строительства не была окончательно принята до разворота работ и претерпевала по объективным и субъективным причинам изменения в разгар строительства…»
«…(это) стало причиной ряда негативных последствий (инцидентов), которые устранялись в период эксплуатации, основными из которых явились трещинообразование в первых столбах плотины, разуплотнение основания и разрушение водобойного колодца СШГЭС…»
«…Перед пуском последующих агрегатов проектом предусматривалось возведение плотины полным профилем, который обеспечить по тем же технологическим причинам было невозможно. В результате напряженно-деформированное состояние плотины, работающей неполным профилем, не соответствовало проектным предположениям. Это привело к трещинообразованию в бетоне первых столбов, разуплотнению скального основания и, как следствие, повышенной фильтрации воды, частичной деградации материалов в этих зонах…»
Причина такого "волевого подхода" кроется в том, что плотину строили не как в нормальных странах - для получения электроэнергии, а ко 100летию со дня рождения немецкого агента Бланка. И обязательно - самую большую плотину в мире, чтоб все удивились:
А потом у нас в верхах решили: почему бы не построить гиганта к столетию со дня рождения Ленина, плотину высотой 250 метров. Мы тогда настолько были смелыми, и все вроде могли. Но решение было преждевременным и, честно сказать, необоснованным. Точно рассчитать профиль такой высокой плотины мы не могли. И не только мы, в мире нельзя было этого сделать. Мы какими-то приближенными методами пользовались, делали модели. И мы эту плотину построили. А после того, как наполнили водохранилище до нормального подпертого уровня, в ней образовались трещины.
Это не я придумал, а Анатолий Епифанов, целый эксперт по надежности плотины Саяно-Шушенской ГЭС, работающий в этой должности уже 17 лет. Итак, благодаря головотяпству, именуемому у Брызгалова "волевым подходом", СШ ГЭС строили с отступлениями от проекта, что привело к образованию трещин(забегая вперёд замечу - огромных трещин) в основании плотины, и отклонению механических напряжений в теле плотины от расчётных значений, а также, подмыв плотины грунтовыми водами. Не обошлось и без игнорирования мнения учёных-геологов:
События, предсказанные ещё в 60-х годах прошлого столетия (о чём имеются публикации в научных журналах), частично осуществились 17 августа текущего года. Сорок лет назад геологи, геодезисты, геоморфологи, гидрогеологи и «тектоно-структурщики» обнаружили большую интенсивную и разнообразную геологическую активность в районе и на участке строительства ГЭС. Активность особенно проявлялась в значительных движениях земной коры и в сгущениях разломной сети. Вывод был один: продолжить дальнейшие изыскания, а начавшееся строительство приостановить....
В 70-е годы была опубликована монография лауреата Госпремии Л.К. Зятьковой «Новейшая тектоника Западного Саяна», где изложены (с женской детальностью и пунктуальностью) все характеристики тектоно-структурных процессов. Там же дана информация и о грядущей (тяжёлой!) судьбе плотины. Если услышите в СМИ, что «наука не знала и не предупреждала», это - от «отца лжи».
Наука знала и предупредала, но её никто не слушал. Конечно, можно заявить, что опасное землетрясение в районе СШ ГЭС может случиться раз в 1000 лет, и можно не беспокоиться на этот счёт, но за такие оценки надо бить в морду лица. Землетрясения происходят не "раз в несколько тысяч лет", а при стечении определённых геологических условий. А эти условия меняются достаточно быстро, примером может служить хотя бы ряд затонувших 500 лет назад островов в районе гибралтара. Именно поэтому оперирование периодами 1000, 2000 и т.д. лет при оценке вероятности сильного землетрясения недопустимо. А уж если плотину строили в сейсмически-неустойчивом районе, то нельзя оперировать ни тысячами, ни сотнями, ни даже десятками лет. За такие "оценки безопасности" надо сразу сажать лет на 20.
Но даже если отбросить возможность землетрясения, существует другая причина признать состояние плотины критическим.
Трещина
Двое негритят легли на солнцепеке,
Один сгорел - и вот один, несчастный, одинокий.
.
Как уже было сказано ранее, в основании плотины из-за отклонений от проекта возникла здоровенная трещина. Вот что он ней пишет всё тот же Брызгалов:
"...установлено, что восприятие нагрузки плотиной неполного (штрабленого) профиля привело к появлению трещины с большей глубиной её распространения, чем при расчётном случае..."
Если я правильно понял Брызгалова, советские проектировщики спроектировали плотину с трещинами. Вернее даже не так: сперва советские дуроломы из генплана решили удивить мир самой большой плотиной ко 100 летию со дня рождения Бланка. Желание показать западу "кузькину мать" было, бетон тоже. А ума не было. Поэтому, в духе примитивных вождей дикий африканских племён советские дуроломы решили забабахать какую нибудь огромную штуковину, типа монумента, а для пущей важности перегородить этим монументом что нибудь тоже большое, например, Енисей. Тут уже в игру вступили советские проектировщики, и дали стране. А потом пришли советские строители и еще больше дали стране. Так бы они и давали, но тут уже советского мракобесия не выдержали законы физики, и монумент затрещал и начал крениться:
"Начало раскрытия трещины происходит при уровне верхнего бьефа 515-520 м. При нагрузке, соответствующей отметке около 536 м, она получает распространение на глубину до 13 м. При номинальном уровне трещина достигает межстолбчатого шва I-II, или 22-24 м от напорной грани. При минимальном уровне трещина практически закрывается"
"произошел рост углов наклона плотины от отм. 359 м и выше в сторону нижнего бьефа, а на отм. 308 м в сторону верхнего бьефа"
Позднее пришлось даже приглашать французов замазывать своими растворами эти "запроектированные" трещины. А что означают все перечисленные дефекты с точки зрения механики? Ответ на этот вопрос даёт нам книга Джеймса Гордона "Конструкции, или почему не ломаются вещи" в восьмой главе, называемой "Стены, плотины, арки". Известно, что прочность камня и подобных ему материалов такова, что из него можно строить вертикальные башни высотой до 2х километров. Однако ни одно реальное здание пока даже не приблизилось к этой планке, более того, многие из них разрушились, имея более чем скромную высоту. Давным давно, в начале 19го века английский учёный Томас Юнг создал теорию, позволившую предсказывать поведение каменной кладки под нагрузкой. Она объясняла разрушение каменной кладки не излишним весом строения, а потерей устойчивости. Дело в том, что, хотя камень и бетон хорошо выдерживают сжимающие нагрузки, они очень плохо сопротивляются растягивающим напряжениям. Прочность камня, горных пород, бетона на сжатие в 33 с половиною раза больше, чем на разрыв, а количество энергии для разрушения сжатием в 1122 раза больше, чем при растяжении. Поэтому бетон нельзя тянуть, особенно если он неармированный. А как плотина, давящая "вниз", может потянуть вверх? Да очень просто:
До тех пор пока нагрузка P действует вертикально вниз в плоскости симметрии, то есть посредине стены, кладка будет сжата равномерно и, согласно Гуку, соответствующее распределение сжимающих напряжений по толщине стены также будет равномерным(cм рисунок слева)
Предположим теперь, что вертикальная нагрузка P немного сместилась в сторону и действует не точно в плоскости симметрии стены. В этом случае сжимающее напряжение не будет постоянным вдоль ее сечения: для того чтобы в точности уравновесить действующую нагрузку, оно должно быть с одной стороны больше, чем с другой. Юнг показал, что если материал подчиняется закону Гука, то напряжения по толщине стены будут изменяться линейно и распределение напряжений будет выглядеть так, как показано на рисунке справа.
Пока что соединению, которое мы видим на предыдущем рисунке, ничто не угрожает: по всему сечению АВ действуют только сжимающие напряжения. Однако если приложение нагрузки сместится еще дальше от середины стены - на границу так называемой "средней трети" стены, то возникнет ситуация, изображенная на рисунке слева, в которой распределение напряжений имеет треугольную форму и сжимающее напряжение на одном из краев соединения обращается в нуль.
Само по себе это пока еще не опасно, но для вдумчивого человека вполне очевидно, что при этом что-то готово вот-вот произойти. И действительно, если нагрузка сместится еще немного к краю, "что-то" и в самом деле произойдет - возникнет ситуация, изображенная на рисунке справа
Сжимающее напряжение вблизи одной из поверхностей стены теперь сменилось на растягивающее. Здесь уже нельзя быть уверенным в том, что раствор сможет выдержать растягивающее напряжение. Обычно он и в самом деле не выдерживает и происходит то, чего и следовало ожидать, - в соединении возникает трещина. Конечно, если стена трескается, это плохо и этого лучше не допускать, однако такая трещина еще не означает, что стена непременно и без промедления рухнет. Весьма вероятно, что края трещины несколько разойдутся, но стена останется стоять, покоясь на той части соединения, где контакт не нарушен(см рисунок слева).
Но все это не сулит спокойной жизни, и наступит день, когда линия действия силы окажется за пределами стены, и нетрудно догадаться, что произойдет. В стене не может возникнуть необходимых растягивающих напряжений, ее часть начнет свисать над основанием, и тогда стена опрокинется и упадет(см рисунок справа).
Часть же про плотины я процитирую практически полностью, поскольку она прямо относится к СШ ГЭС:
Подобно стенам, каменные плотины обычно разрушаются не из-за недостатка прочности, а из-за недостатка устойчивости - они, как и стены, могут опрокидываться. Боковое давление на плотину со стороны запруженной воды, как правило, сравнимо с весом каменной кладки плотины. Поэтому положения активной линии давлений могут резко меняться в зависимости от уровня запруженной воды. Для плотин в отличие от обычных зданий недопустимы никакие вольности в обращении с правилом "средней трети". Их каменная кладка ни в коем случае не должна содержать трещин, особенно со стороны, обращенной к запруживаемой воде. Присутствие трещины позволило бы воде под давлением войти внутрь конструкции, что повлекло бы за собой два нежелательных последствия. Во-первых, вода повреждала бы каменную кладку. В больших плотинах для предотвращения всякого просачивания воды в тело плотин обычно предусматривается специальный дренаж. Во-вторых, давление воды внутри трещины создавало бы направленную вверх силу, которая в критической ситуации опрокидывает дамбу.
А что же видим мы на СШ ГЭС? А это самое и видим: плотина кренится при повышении уровня водохранилища, а трещина - раскрывается, как и положено при выходе линии давления за пределы средней трети.
После проведения ремонтных работ вновь наблюдаются приращения деформаций растяжения под станционными и водосливными секциями плотины. При этом зона деформации растяжения в основании плотины заглубляется на 74 метра от напорной грани при общей ширине плотины 105 метров. Это обстоятельство можно интерпретировать следующим образом: плотина надёжно опирается на скальное основание только последним, четвертым столбом.
Иными словами, на 3/4 плотина уже не гравитационная. Брызгалов утверждал, что 35% прочности плотины обеспечивается за счёт арочности, стало быть 65% обеспечено гравитационными свойствами. А их то и нет! Напряжения растяжения означают, что плотина не давит на своё основание, она подвисла. А значит, у плотины вообще нет никакого запаса прочности Фактически трещина уже подпилила плотину по всей ширине, но плотина большая, и поэтому пока держится. По это - пока. Чернобыльскую АЭС атомщики тоже не сразу подорвать сумели. Каждый год плотину качает туда и обратно из-за колебаний уровня водохранилища, и трещина вряд ли осталяет это дело без внимания.
* * * продолжение следует * * *