оценка современного технического состояния гидроузла на р. яузе

УДК 628.1(1-21):628.113
ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ГИДРОУЗЛА НА Р. ЯУЗЕ
В.И.Волков, Г.М. Каганов, О.Н.Черных,
ФГОУ ВАПО МГУП, г. Москва, Россия
В.И. Алтунин
МАДИ, Москва, Россия
Для реализации основных положений Закона РФ «О безопасности гидротехнических
сооружений» (ГТС) в г. Москве и выявления ГТС, представляющих наибольшую
опасность, угрозу населению и объектам экономики, для каждого административного
округа (АО) Москвы и всего мегаполиса в целом было выполнено обследование
технического и экологического состояния ряда водоёмов и их ГТС в разных округах
города [1]. Обследования выполнялись по договору с Главным управлением природных
ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по г. Москве, по методике,
разработанной на кафедре гидротехнических сооружений МГУП [2]. Одним из крупных
объектов натурных обследований в 2003 году был гидроузел на р. Яузе (II класс),
эксплуатация которого осуществляется
ГУП «Мосводосток» и ДЗ «Гидромост».
Гидроузел находится на границе СВАО и ЦАО г. Москвы. Он предназначен для
поддержания подпорного уровня выше створа гидроузла, регулирования пропуска
бытовых и паводковых расходов воды и обеспечения условий судоходства на р. Яузе. В
состав основных сооружений гидроузла входят: водосбросная плотина (рисунок),
судоходный шлюз, водные подходы к шлюзу, разделительный остров, здания механизмов
гидроузла, здание трансформаторной подстанции. Все сооружения гидроузла размещены
в искусственном левобережном русле, спрямляющем существующую излучину р. Яузы,
в 2,9 км от её устья. Ширина р. Яузы за подходами к гидроузлу в верхнем и нижнем
бьефах равна 25,0 м. Шлюз и плотина находятся на минимально возможном расстоянии
между собой и разделены островом шириной 20,0 м, служащем для ограждения
судоходных подходов к шлюзу от течений. На устоях верхней головы шлюза и плотины
расположены здания механизмов. Механизмы управления оборудованием на нижней
голове находятся в помещениях, выполненных внутри устоев.
Нормальный подпорный уровень верхнего бьефа поднят над навигационным
уровнем р. Москвы примерно на 4,0 м; расчётный напор на сооружениях – 4,0 м. Под
основными сооружениями и подпорными стенами нижнего бьефа залегают мергелистые
глины, мергель и известняки, а в основании стен верхнего бьефа - пески, супеси и
выветрелые известняки. Как коренные породы, так и аллювиальные ввиду
незначительной толщины их пластов, мало сжимаемые.
В расчётном режиме гидроузел обеспечивает пропуск паводковых, меженных и
обводнительных расходов р. Яузы со снижением до минимума вероятности наводнений и
затопления прибрежных городских территорий. Паводковые расходы р. Яуза в
зависимости от обеспеченности изменяются от 13,7 м3/с до 345,0 м3/с. В меженный
период естественный бытовой расход р. Яузы близок к 1,0…1,8 м3/с. Для улучшения
экологической обстановки и обеспечения шлюзования в р. Яузу из Химкинского
водохранилища через Лихоборский обводнительный канал и р. Лихоборку подаётся
дополнительный расход до 6,0 м3/с. Пропуск расходов может производиться через
водосливной пролёт плотины, отверстие шлюза, правую водосбросную галерею плотины
и левую галерею, служащую также для наполнения и опорожнения шлюза.
Водосбросная плотина неразрезного типа, выполненная из монолитного
железобетона, имеет один пролёт шириной 20,0 м и оборудована секторным затвором
гидромеханического действия (шведский тип). При полном открытии отверстия верхняя
кромка затвора опускается на 0,3 м ниже порога плотины. Обшивка секторного затвора
расположена с напорной стороны и изогнута по радиусу 5,0 м. Сливная поверхность
затвора выполнена из листовой стали с отверстиями в верхней части, которые служат для
наполнения камеры затвора при маневрировании. Интересно отметить, что секторный
затвор в течение последних 20 лет находился в стационарном положении.
Маневрирование им не производилось.
Маневрирование рабочим затвором осуществляется реечным механизмом. Перед
секторным затвором со стороны верхнего бьефа установлен ремонтный плоский
поворотный затвор (клапанный), вращающийся на горизонтальной оси, который в
нерабочем состоянии опущен в нишу верховой части флютбета, а в рабочем положении
наклонён под углом 75о к горизонту в сторону нижнего бьефа.
Разрез по оси водосбросной плотины гидроузла на р. Яузе
В правом устое плотины находится водосбросная галерея сечением 2,5х2,5 м,
служащая для сброса бытовых и обводнительных расходов в р. Яузу в период ремонта
или осмотра основного секторного затвора. Она включается в пропуск расходов также в
зимний период, когда секторный затвор должен полностью подниматься и перекрывать
отверстие во избежание обмерзания. Галерея оборудована одним основным плоским и
двумя ремонтными затворами.
В левом устое плотины расположена водопроводная галерея размером 2,5х2,5 м,
соединяющая верхний и нижний бьефы плотины и имеющая ответвление в судоходный
шлюз. Основное назначение галереи - наполнение и опорожнение камеры шлюза при
пропуске судов в навигационный период. При отсутствии судоходства на реке через
галерею возможен пропуск бытовых расходов, но только с закрытым отверстием
шлюзового отвода ремонтным затвором.
В приплотинной секции стен набережной верхнего бьефа размещены входные
отверстия водопроводных галерей, в нижнем – выходные отверстия галерей, а также
трубопровода рек Чечеры и Черногрязки. В доковых секциях нижнего бьефа плотины
расположен водобойный колодец для гашения энергии падающего с плотины потока. Для
уменьшения фильтрации в обход сооружений в створе плотины и верхней головы шлюза
выполнены вертикальные железобетонные диафрагмы, сопряжённые с откосами
котлованов и пластом мергелистой глины по основанию
В нижнем бьефе плотины, непосредственно на водобойной плите (в створе выхода
водопроводных галерей), в момент обследования имелся значительный навал
строительных отходов в виде бетонных обломков, металлолома, досок, брусьев и др.
Следует отметить, что по данным топосъёмки и водолазного осмотра, во время
предыдущего обследования технического состояния сооружений гидроузла в 1993 г.
были отмечены те же явления, когда высота навала доходила до 1,5 м [3]. Это указывает
на недостаточно высокое качество ремонтно-восстановительных работ, проводимых в
последние годы на гидроузле, и на отсутствие регулярности качественного технического
обслуживания сооружений. Присутствие мусора на дне и водной поверхности приводит к
формированию сбойного течения в нижнем бьефе. Сбой начинается в конце водобоя, что
снижает эффективность его работы и приводит к увеличению размывающей способности
потока на значительном участке нижнего бьефа за рисбермой. Поток, прижимаясь к
правому берегу, может деформировать как облицовку набережных стен, так и привести к
размывам дна за рисбермой, переформированию отложения наносов на большой части
акватории нижнего бьефа плотины и шлюза (где, как показали промеры на водных
подходах в 1993 г., отложения имели толщину около 0,6…0,8 м, а вдоль причальной
стенки достигали 1,6 м).
Состояние лицевых бетонных поверхностей устоев плотины, находящихся выше
уровня воды, относительно удовлетворительное. Незначительные разрушения бетона
имеются на правобережном устое в верхнем бьефе в верхней части под облицовочным
гранитным камнем. На момент обследования бетонная поверхность набережной по урезу
воды была отремонтирована. Несмотря на это, по правому устою вдоль всей поверхности
набережной стенки идёт наклонная трещина шириной до 0,03 м. В верхней части
левобережного устоя плотины имеются дефекты бетонной поверхности: наблюдаются
сколы на участках длиной около 0,4…0,6 м и глубиной от 0,05…0,1 м до 0,2 м. Всё это
привело к обнажению арматуры и её интенсивной коррозии. В 2003 г. было произведено
восстановление лицевых поверхностей бетона береговых устоев по урезу воды, а выше
него ремонт пока не выполнен. Бетонная поверхность покрыта белыми подтёками –
следами выщелачивания бетона, сколами и участками шелушения. Поверхность устоев
плотины следует отремонтировать с использованием бетонополимерных составов.
В 2000-2003 гг. было заменено основное механическое оборудование водосбросной
плотины: секторный затвор водосброса, основные и ремонтные затворы водопроводных
галерей и шлюзового отвода (8 затворов) и отремонтирован (а не заменён на новый, как
планировалось по проекту) ремонтный клапанный затвор плотины. В момент
обследования все отверстия на водосливной грани металлического секторного затвора
были забиты бытовым мусором, травой и т. п., что придавало водосливной грани вид
быстротока с искусственной шероховатостью. Отметим и ещё одно отступление от
проекта реконструкции гидроузла: отсутствие двух насосных установок, которые должны
были располагаться в устоях плотины и предназначались для откачки воды с целью
проведения во время
эксплуатации гидроузла периодических осмотров и
профилактических ремонтов сооружений и механизмов.
Судоходный шлюз на гидроузле однокамерный, однониточный, с полезными
размерами камеры 35,0х10,0 м и минимальной глубиной на порогах 2,0 м. В состав
основных конструкций шлюза входят: верхняя и нижняя головы, камера и причальнонаправляющие сооружения в бьефах. Основные ворота на верхней голове – плоские,
опускные, колёсные, а на нижней – двустворчатые, ремонтные затворы - спицевого типа.
Стенка падения имеет высоту 3,8 м.
Гидротехнические сооружения судоходного шлюза находятся в работоспособном
состоянии. Глубина воды в камере при уровне воды в ней нижнего бьефа составляет 2,0м,
а при уровне верхнего бьефа – 6,0 м. Стены камеры шлюза и участки голов, находящиеся
под влиянием переменного уровня воды и механического воздействия судов, имели в
момент обследования (сентябрь 2003 г.) повсеместные поверхностные разрушения
бетона. Поверхности стен имели шелушение (до 1,5 см) и истирание до 0,05 м и более. В
отдельных местах была оголена арматура стен. Левобережный устой верхней головы
шлюза со стороны камеры имел более значительное разрушение бетона и частично
парапета: глубокие сколы до 0,1…0,2 м с обнажением арматуры. Бетон выкрошился на
участках по урезу воды и верховой бровки стенок камеры. Выделялись места более
глубоких разрушений в углах рымовых ниш, деформационных швов, стремянок и др. Вся
бетонная поверхность была покрыта белыми пятнами, но бетон гасителя находился в
хорошем состоянии. Перед затворами было много плавающего мусора. Наблюдалась
незначительная фильтрация через донные уплотнения затвора головы шлюза. В 2004 году
были проведены ремонтно-восстановительные работы боковых стен камеры и голов
шлюза.
Причальные и направляющие сооружения шлюза в бьефах обеспечивают
безопасность движения судов в подходах. В очертаниях подхода к плотине соблюдены
условия обеспечения плавного, без особых завихрений и водоворотов, прохода потока у
плотины, что уменьшает опасность размыва русла вблизи сооружений гидроузла.
Подходы к плотине и шлюзу обустроены набережными стенами, являющимися
продолжением набережных реки. Верховая часть раздельного острова длиной 84,6 м на
подходе к шлюзу выполняет роль правобережной причальной линии для судов,
ожидающих шлюзования. Набережная стенка по левому берегу подхода оборудована как
причал.
Вода р. Яузы имеет высокую степень загрязнённости как взвешенными, так и
растворёнными веществами, вследствие чего река полностью утратила способность к
самоочищению, хотя за последние 4 года, по данным предприятия «Мосэкомониторинг»,
качество воды в ней резко улучшилось. В момент обследования цвет воды был светложёлтый, около 80 градусов цветности. Запах очень слабый, затхлый (не замечаемый, но
обнаруживаемый специалистом, соответствует 1 баллу). Вода мутная, муть заметная,
осадок незначительно илисто-хлопьевидный.
По левому берегу шлюза вдоль голов и камеры, а также на разделительном острове
вместо проектных цветников и газонов разбит сад из фруктовых деревьев. На острове
вдоль набережных стен, вокруг зданий механизмов и у стен камеры шлюза проложены
асфальтовые пешеходные дорожки. Асфальт на дорожках повсеместно разрушен и зарос
травой. Особых деформаций территории не наблюдается. Имеются незначительные
понижения отдельных участков, глубиной 0,1…0,2 м., которые находятся на левом берегу
шлюза и острове. Понижения вызваны, скорее всего, неравномерным уплотнением
засыпки вследствие переувлажнения почвы в отдельных местах при уходе за посадками.
В парковой части гидроузла тропиночная сеть не выражена. Живой надпочвенный покров
изменён незначительно, примерно I – II стадия степени нарушенности растительности.
Причальные сооружения шлюза и вертикальные стены водных подходов находятся
в удовлетворительном состоянии. В верхнем бьефе шлюза причал и стены набережных
заметных деформаций и разрушений не имеют. Бетонная поверхность стен покрыта
свежей штукатуркой. В нижнем бьефе у причала, где ранее наблюдались многочисленные
разрушения поверхности стен и особо значимые разрушения – в конце причала у
лестничного схода, во время капитального ремонта произведено восстановление
бетонной облицовки. Деформационные швы между секциями причалов и набережных в
видимой зоне выше уровней воды находятся в рабочем состоянии.
Асфальтовое покрытие пешеходных тротуаров вдоль всех набережных и причалов
на большей длине имеет поперечный уклон в сторону стен. Атмосферные осадки,
скапливаясь у стен, проникают под асфальт и вызывают смачивание и выщелачивание
бетона. Об этом свидетельствуют белые пятна и подтёки на вертикальных поверхностях
стен на высоте 1,0…2,0 м от верха. При восстановлении асфальтового покрытия
необходимо, по возможности, обеспечить защиту стен от притока атмосферных осадков.
Водомерный пост (рейки, установленные на левом устое плотины), существовавший
до реконструкции гидроузла, давал значение уровней воды, отличающееся от уровней по
основному водомерному посту на р. Москве («Бабьегоревская плотина», находящемуся в
3-х км выше устья р. Яузы). Во время капитального ремонта силами персонала гидроузла
со стороны шлюза на островной части верхнего бьефа была установлена водомерная
металлическая рейка. Считаем необходимым оборудовать водомерный пост в
соответствии с проектом реконструкции гидроузла (две водомерные рейки у плотины в
верхнем и нижнем бьефах), привязать его к опорным реперам, существующим в одной
высотной системе с постом «Бабьегородская плотина» на р. Москве, и зарегистрировать
в Московском Центре по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
Устройство полноценного водомерного поста поможет исключить грубые погрешности
при водохозяйственных расчётах и определять необходимые гидрологические
характеристики р. Яузы.
При строительстве гидроузла
была установлена контрольно-измерительная
аппаратура (КИА): были размещены 30 контрольных реперов и 24 пьезометрические
скважины. При обследовании в 1993-1994 гг. было установлено отсутствие контрольных
реперов и марок: часть из них разрушена, а часть закрыта бетонным или асфальтовым
покрытиями [3]. Такая же ситуация сохранилась и до настоящего времени. Состояние
пьезометрической сети не позволяет проводить наблюдения. Для периодической оценки
надёжности сооружений, регулярного наблюдения за деформациями, уровнями
грунтовых вод и уровнями воды в бьефах, своевременного выявления дефектов и
назначения ремонтных мероприятий необходимо восстановить КИА или устроить заново
сеть КИА на сооружениях и территории гидроузла по мере завершения основных работ,
связанных с реконструкцией шлюза и плотины.
Таким образом, обследованием установлено отсутствие регулярности технического
обслуживания гидросооружений и механизмов, включающего осмотры, уход,
отслеживание и оценку качества текущего и капитального ремонта, КИА, а также
наличие специалистов-гидротехников и надзорщиков-эксплуатационников, требуемых
соответствующими нормативными документами на гидроузлах такого класса.
Эксплуатация гидроузла производится с отступлением от требований действующих
«Инструкций…», «Указаний…» и «Правил технической эксплуатации…» судоходных
гидротехнических сооружений по наблюдениям с нарушенной сетью КИА,
установленной на гидроузле ещё во время строительства. На гидроузле отсутствует
журнал наблюдений и осмотров гидротехнических и строительных конструкций.
Инструкция по эксплуатации гидроузла, датированная 1942 г., устарела и практически не
выполняется. Необходимо разработать новый современный вариант инструкции, внеся
дополнительные пояснения, указания и требования, касающиеся заменённого и
реконструированного механического оборудования. Инструкция обязательно должна
учитывать оценку степени безопасности эксплуатации всех сооружений гидроузла,
находящегося в сложных услових такого крупного мегаполиса, как г. Москва.
Осуществляемые периодические работы по удалению наносов и мусора на водных
подходах к шлюзу должны строго контролироваться и обеспечивать установленную
гарантированную судоходную глубину 2,0 м. Завал водоотводного тракта в нижнем бьефе
плотины (в водобойном колодце и за ним) может значительно усложнить пропуск
паводковых расходов воды редкой повторяемости.
Сооружения гидроузла в целом работоспособны. Однако для обеспечения их
дальнейшей,
безаварийной эксплуатации и окончательного восстановления всех
основных функций гидроузла требуется оперативное и качественное проведение
очистных работ в его акватории, восстановление повреждённых бетонных поверхностей
стен набережных, береговых устоев плотины, плановое завершение реконструкции
камеры, голов судоходного шлюза и зданий механизмов на разделительном острове и
шлюзе.
В заключение следует заметить, что на момент обследования состояние
гидротехнических сооружений гидроузла на р. Яуза (по градации, принятой в российском
Регистре ГТС) соответствовало пониженному уровню безопасности.
Потенциально возможная авария сооружений гидроузла представляет угрозу
подтопления и затопления прилегающих территорий города, прекращение судоходства и
может вызвать последствия катастрофического характера для города и крупных
предприятий. В соответствии с Законом РФ «О безопасности гидротехнических
сооружений» рекомендуется организовать регулярные наблюдения с помощью
установленных пьезометров и осадочных марок, реперов, а также визуальные
наблюдения за состоянием основных сооружений гидроузла с регистрацией в журнале
наблюдений
специально
подготовленным
квалифицированным
надзорщиком.
Целесообразно устроить на гидроузле полноценный водомерный пост для получения
достоверных данных о гидрологическом режиме р. Яузы.
Библиографический список
1. Мониторинг состояния ГТС г. Москвы. Отчёт НИЧ МГУП, Каганов Г.М., Волков В.И.,
Алтунин В.И., Алтунина А.В., Черных О.Н. М.: МГУП , 2003.
2. Каганов Г.М., Волков В.И., Черных О.Н. Обследование ГТС при оценке их
безопасности. М.: МГУП, 2001.
3. Обследование современного технического состояния гидроузла на р. Яуза.
Технический отчёт АООТ Гипроречтранс, Самарин В.Ф., Розинский А.Г. М., 1994.