Подводное обследование гидротехнических сооружений

 

В последние годы при обследовании подводных частей морских и речных гидротехнических сооружений все чаще используются аквалангисты.

Подводный пловец, имеющий акваланг и одетый в плавательный костюм, обладает большей мобильностью, чем водолаз в гидрокомбинезоне с кислородным аппаратом или вентилируемым снаряжением. Это обстоятельство немаловажно при решении вопроса, в каком снаряжении следует производить осмотр гидротехнических сооружений. Успешное выполнение задачи в значительной мере определяется и другим обстоятельством: кто непосредственно производит подводный осмотр. Опыт показывает, и это естественно, что инженер-гидротехник, достаточно уверенно владеющий техникой подводных погружений, более внимательно и квалифицированно осматривает сооружение, чем водолаз, не имеющий специальной гидротехнической подготовки. При натурных обследованиях на реках возникла необходимость устанавливать под водой различные приборы специального назначения. Эта работа также поручается аквалангистам.

В настоящей статье дается обзор некоторых методических положений и приемов, применяемых при обследовании подводных частей гидротехнических сооружений.

В обследование сооружений входит комплекс таких работ, как освидетельствование, перерасчет (если таковой требуется) и испытание сооружения.

В результате освидетельствования:

— проверяются размеры конструкции и ее элементов, а также устанавливается их соответствие проектным размерам;

— производится оценка технического состояния конструкции и соединений, выявляются их дефекты, в том числе оценивается состояние материала конструкции;

— в случае необходимости испытаний материала конструкции выбираются участки для отбора проб или проведения испытаний материала на месте (без выреза образцов).

При пересчете конструкций вносятся коррективы на их фактическое состояние.

При испытании сооружения производится наблюдение за поведением обследуемого сооружения под действием приложенных статистических и динамических нагрузок и других внешних факторов.

Прежде чем начать освидетельствование сооружения, необходимо ознакомиться с технической документацией объекта и составить программу работ. Следует собрать все имеющиеся документы, в том числе акты на скрытые работы и акты на определение качества строительных материалов, например, бетона. Недостающие документы должны быть восстановлены в определенные сроки. Если восстановить чертежи невозможно, производят обмер конструкций в натуре. После ознакомления с технической документацией и ее критической переработки составляется программа обследования.

Из морских гидротехнических сооружений наиболее частыми объектами освидетельствования являются причальные, набережные и пирсы, внешние оградительные молы, волноломы и берегоукрепительные буны, волноотбойные стенки. Из речных — бетонные водосборные и глухие плотины, земляные и каменно-набросные плотины и дамбы. Подводные части этих и других гидротехнических сооружений характеризуются простыми геометрическими формами. Их поверхности выполнены из бетона, стали, каменной кладки, песка, каменной наброски и т. д. Реже встречаются конструкции, сделанные из дерева.

При освидетельствовании гидротехнических сооружений применяется следующее оборудование и оснащение:

1. Измерительный инструмент:

— рулетка стальная 20-метровая;

— промерный лот с линем;

— футшток — дюралюминиевая труба длиной до 8 м, состоящая из четырех звеньев и имеющая деления через 1 см (водолаз получает футшток в собранном виде);

— полутораметровая дубовая линейка с движком, который можно фиксировать винтом. (Это приспособление, напоминающее по форме большой штангенциркуль, позволяет измерять длину с точностью 0,5 см);

— полутораметровая дубовая рейка, раскрашенная чередующимися черными и белыми полосами по 5 см (применяется для относительно грубых измерений);

— трос, размеченный бирками через 1 м;

— угломер-кренометр, имеющий фиксацию маятника;

— научный глубиномер.

2. Оснащение для зачистки поверхностей:

— скребки (обычно выполняются с деревянной ручкой);

— металлические щетки;

— напильники.

3. Оборудование для хранения и передачи информации:

— алюминиевые пластинки с шероховатой поверхностью для записей простым карандашом;

— легководолазная телефонная станция ЛВТС-63 для передачи сообщений на поверхность в процессе подводных работ;

— фото-, кино- и телевизионное оборудование.

При проведении работ в мутной воде, а также в закрытых и затененных частях сооружения необходимо осветительное оборудование. Источники света с местным батарейным или аккумуляторным питанием зачастую не обеспечивают необходимой освещенности. Надежным и достаточно сильным источником света в таких случаях будет подводный фонарь ПФ-1 мощностью 1 квт, питающийся от внешнего источника энергии напряжением 110 в. Фонарь обладает положительной плавучестью.

До начала подводных работ важно разработать план осмотра поверхностей и объектов обследования с тем, чтобы не пропустить какого-то участка. Это обстоятельство особенно существенно, если площади поверхностей, подлежащих осмотру, велики. Пространственная привязка выявленных дефектных мест должна быть достаточно простой, надежной и точной, чтобы в дальнейшем можно было быстро найти эти места для ремонта, повторного обследования и т. д. Поэтому необходимо надлежащим образом расчленить как подводную, так и надводную часть сооружения. На протяженных сооружениях (причалах, молах, земляных плотинах, дамбах и пр.) целесообразно использовать геодезическую сеть, обычно имеющуюся на таких сооружениях. Если сети нет или ее невозможно использовать, промер длины сооружения следует произвести стальной рулеткой с обозначением точек через 100 или 10 м. Маркировка обычно наносится краской на поверхности сооружения. На причальных сооружениях не рекомендуется делать привязку местоположения обследуемых объектов к швартовым устройствам (причальным тумбам, рымам), так как их иногда переносят на другие места.

Существуют разнообразные удобные способы разбивки поверхности подводной части сооружения.

Членение вертикальных и наклонных поверхностей по длине лучше производить по естественным границам, например, по швам между массивами-гигантами в причальных и внешних оградительных сооружениях. При отсутствии четких вертикальных границ, разделяющих удобные для осмотра участки, как например, в шпунтовых стенках, можно обозначать границы осматриваемого участка спусковыми концами.

Аквалангисту при осмотре вертикальных и наклонных поверхностей рекомендуется двигаться в горизонтальном направлении, постепенно увеличивая глубину погружения. Высота ступеней определяется прозрачностью воды и размерами ожидаемых повреждений (рис. 1).

 

 Рис.1. Рекомендуемый путь движения подводного пловца при осмотре вертикальной или наклонной грани сооружения

Естественными горизонтальными границами зоны осмотра могут быть, например, курсы (ряды) массивов на причальных и внешних оградительных сооружениях, выполненных из массивов кладки. Если нет четких горизонтальных границ, для ориентировки можно использовать несколько достаточно часто расположенных спусковых концов, размеченных бирками. Концы опускаются с таким расчетом, чтобы бирки одного индекса находились на одном уровне (рис. 2).

 

 

Рис.2. Горизонтальное и вертикальное членение поверхности сооружения с помощью нескольких спусковых концов, размеченных бирками

Произведя осмотр сооружения, пловец двигается в горизонтальном направлении, контролируя глубину погружения по биркам. Если имеется наручный глубиномер, то спусковые концы с бирками можно располагать реже, имея в виду, что контроль глубины при горизонтальном движении частично осуществляется по глубиномеру.

Для членения осматриваемой площади наряду с описанными способами, применима и веревочная сеть с крупными ячейками (1 × 1 м или 2 × 2 м).

Однако для безопасности погружений сеть можно использовать лишь в том случае, если ее, возможно, повесить в непосредственной близости (не далее 10—15 см) от поверхности сооружения. Это не всегда осуществимо, так как грани сооружения могут иметь наклон, ступенчатую форму и т. д.

Подводные работы при освидетельствовании гидротехнического сооружения включают в себя осмотр поверхностей и отдельных конструктивных элементов, выявление дефектов конструкций, линейных и угловых измерений, осмотр дна вблизи сооружения.

Нередко при осмотре сооружения создают существенные трудности: малая прозрачность воды на реках и сильное обрастание поверхностей сооружения различными растительными, и животными организмами на море.

При малой прозрачности воды используют просверливающие приставки, наполненные чистой водой, светильники, а иногда, отказавшись от осмотра, обследуют конструкцию просто на ощупь. На морских сооружениях значительная часть времени расходуется на расчистку конструкций. И это следует учитывать, планируя сроки работы.

В конструкциях из железобетона наиболее часто встречаются такие дефекты, как отколы углов массивов, обнажение арматуры, трещины, каверны, разошедшиеся швы между отдельными массивами или блоками бетонирования (рис. 3). В причальных и внешних оградительных сооружениях, выполненных из массивной клади, отмечались случаи неправильного положения бетонных массивов. Обследуя изгибаемые железобетонные элементы, необходимо обратить особое внимание на растянутые зоны, где возможно появление трещин (рис. 4).

 

Рис. 3. Откол граней или углов бетонных массивов в массивной кладке

Рис.4. Неправильное положение бетонного массива в массивной кладке

При осмотре каменных конструкций следует попытаться оценить состояние, как основного материала, так и связующего. В таких конструкциях возможно появление трещин, а также выпадение отдельных камней.

Для остальных конструкций характерны такие дефекты, как трещины, сильные деформации, вмятины, дефекты сварных швов (непровар, подрезы, наплывы и др.) и заклепок (дрожание или перемещение головки, неплотное прижатие головки и др.). Поэтому растянутые зоны конструктивных элементов должны быть тщательно осмотрены.

Само собой разумеется, что при освидетельствовании любых сооружений, выполненных в металле, железобетоне, камне и пр., главное внимание уделяется оценке состояния несущих конструкций. Для этого необходимо иметь ясное представление о расчетной схеме сооружения.

Одним из ответственных, а зачастую и уязвимых мест сооружения является зона контакта сооружения с грунтом основания. Эту границу нужно тщательно обследовать, выявить возможные подмывы основания, выпор или высыпание грунта из пазух подпорных стенок, занос грунтом подошвы сооружения и другие аналогичные по характеру нарушения.

У некоторых организаций уже накоплен опыт обследования мостовых опор в зимнее время со льда. Более сложные условия подледных погружений компенсируются в данном случае следующими существенными преимуществами: вода более прозрачна, чем летом, закрыто судоходство, нет необходимости в обеспечивающих плавсредствах. Кроме того, в зимнее время уровень воды в реке бывает обычно ниже, чем летом. Как правило, освидетельствование крупных гидротехнических сооружений сопровождается подводной фотосъемкой. На фотоснимках необходимо отразить характерные дефекты, состояние наиболее ответственных конструкций и присоединений, обрастание сооружения и т. п. Для последующего уточнения масштаба изображения на снимаемом объекте размещают рейку, раскрашенную чередующимися белыми и черными полосками

 При освидетельствовании сооружения приходится выполнять простейшие механические измерения под водой. В этом случае кроме проверки размеров отдельных конструктивных элементов, необходимо определять размеры повреждений, измерять величину деформаций элементов и т. д.

Определение линейных размеров с помощью линеек, футштока и размеченного троса в условиях прозрачной воды просто и не требует пояснений. Измерения линейных размеров в непрозрачной воде выполняют линейкой с движком. Движок фиксируется под водой при наложении линейки на измеряемый элемент, а считывание показаний производит обеспечивающий персонал на поверхности.

Определение вертикального профиля сооружения можно выполнить с помощью лотлиня, размеченного бирками, и линейками по схеме, показанной на рис. 5. Для натяжения линя используют груз весом 15—20 кг. Линь выносят за лицевую грань сооружения настолько, чтобы между ним и поверхностью сооружения расстояние было всюду не менее 20—30 см. Линейку при измерениях прикладывают острием к поверхности сооружения. Это уменьшает влияние толщины слоя обрастания на точность измерений. Работы под водой удобно вести одновременно двум водолазам: один прикладывает линейку к сооружению и тросу в нужных точках, а второй по телефону передает на поверхность номера бирок и отсчеты по линейке. Измерения производят дважды: при спуске и подъеме водолазов. На рис. 6 показана упругая линия шпунтовой стенки, которая определена вложенным методом, обеспечивающим точность определения вертикального профиля с ошибкой не более 1 — 2 см. Более точные измерения упругой линии металлического шпунта могут быть сделаны с помощью специального прибора, который дает точность изме-рения тангенса угла наклона 1:1000

Рис.5. Схема измерений при определении вертикального профиля сооружения

. Измерение стрелы прогиба изогнутых элементов, например, балок, производится аналогично с помощью натянутой струны или троса и линейки.

Определить горизонтальный профиль поверхности вооружения, если глубина воды не более 7 — 8 м, можно нивелированием по футштоку. В этом случае водолаз устанавливает футшток в заранее намеченных точках поверхности сооружения. Нивелирование производится по верхнему концу футштока, выступающему из воды.

Для измерения углов наклона плоскостей используется угломер-кренометр. При измерении угла наклона откоса, выполненного из песка, каменной наброски и пр., по падению откоса укладывают рейку, а к ней прикладывают угломер. Выполняя измерения в непрозрачной воде, фиксируют маятниковую систему, и отсчет угла производится по поверхности.

Некоторые измерения под водой удобнее выполнять, надев гидрокомбинезон с необходимым количеством грузов для большей устойчивости. Это обстоятельство следует не забывать, комплектуя снаряжение водолаза.

Освидетельствование гидротехнического сооружения, как правило, включает осмотр дна прилегающей акватории на расстояние от нескольких метров до нескольких десятков. Особенно важно осмотреть дно у причалов, под мостами и в других местах движения судов. Это позволяет установить степень общей захламленности, наличие крупных затопленных предметов, подмывов, промоин и пр. Осмотр ведут линейным и круговым поиском, обнаруженные крупные предметы отмечают нумерованными буйками, что в дальнейшем облегчит их поиск и извлечение на поверхность.

Рис. 6. Упругая линия шпунта

Измерения глубин в районе сооружения при исследовании, хотя и вспомогательная работа, но практически всегда необходимая. Выполняются они промерным лотом с сооружения или с плавсредств. Результаты представляют в виде профиля дна или соответствующей карты изоляций, причем предпочтительнее давать не глубины, а абсолютные отметки дна. Поскольку уровень воды во всех водоемах меняется, получение абсолютных отметок дна практикуется по двум схемам:

— измерение глубин с учетом поправки на горизонт воды в момент измерений;

— измерение расстояния до дна от некоторого определенного уровня конструкций, например, от линии кордона на причальном сооружении.

Освидетельствуя поверхность сооружения, расположенную в зоне переменного уровня, а также в надводной зоне, очень важно выбрать удобное для этого время. Например, когда наиболее низкий уровень воды, когда благоприятное освещение, удобное как для осмотра, так и для фотосъемки, когда мало судов стоит у причалов и т. д.

В морях, где существенны приливы и отливы, наинизший уровень отлива наблюдается каждый месяц лишь в течение нескольких дней, причем часы отлива могут быть и в ночное время. Поэтому рекомендуется в самом начале работ проанализировать обстановку и заранее наметить дни и часы осмотра надводных поверхностей. Наиболее удобно производить осмотр с двухвесельной лодки или шлюпки. Оптимальный состав бригады — пять человек, из них четверо находятся в лодке: руководитель, гребец, фотограф и ответственный за выполнение измерений. Пятый работает на сооружении: обеспечивает привязку обнаруженных особенностей по длине сооружения и помогает производить измерения.

Все материалы, полученные в результате обследования, оформляются в виде отчета или технического заключения. В них отмечается следующее:

1. Выполненное задание, состав участников, сроки проведенных работ, основные организационные моменты.

2. Краткое описание конструкций сооружения. Здесь же приводятся сведения из проектной и исполнительной документации.

3. Техника подводных работ: вопросы их организации и техники безопасности, оказавшиеся специфичными для данного конкретного сооружения.

4. Результаты съемок и контрольных измерений: план и профиль сооружения, основные размеры его элементов и т, д.

5. Результаты осмотра с указанием состояния отдельных частей сооружения и обнаруженных дефектов. Здесь же приводятся подводные и надводные фотоснимки, графики фасадов с условными обозначениями выявленных дефектов и другие иллюстративные материалы. На графиках, отражающих состояние бетонных поверхностей, поврежденные зоны отмечают различной штриховкой в зависимости от глубины повреждения. Учитывая, что защитный слой бетона обычно имеет толщину порядка нескольких сантиметров, удобно применять следующие ступени, характеризующие глубину повреждения: до 5 см, от 5 до 10 см, от 10 до 20 см и более 20 см. Условными знаками обозначаются обнаженная арматура, раскрытые швы, трещины и другие дефекты.

6. Выводы о состоянии сооружения, рекомендации по устранению дефектов, уточнение условий эксплуатации и другое.

Возможны ситуации, когда предварительную информацию о состоянии сооружения необходимо немедленно передать заказчику. В таких случаях, по согласованию с заказчиком, сразу на месте подводных работ выдается предварительный технический акт обследования, а отчет составляется позднее, после детальной обработки результатов наблюдений.

При подводном обследовании гидротехнических сооружений, кроме общепринятых правил обеспечения безопасности подводных сооружений, следует выполнять указания, содержащиеся в справочнике «Единые правила охраны труда на водолазных работах», «Подводно-технические водолазные работы» (п.п. 135—152), «Водолазные работы на течении» (п.п. 187—195), «Водолазные работы зимой и подо льдом» (п.п. 202—205).

Никогда не следует забывать, что особую сложность и даже опасность представляют спуски с напорной стороны водонапорных гидротехнических сооружений. При всех спусках вблизи гидротехнических сооружений необходимо соблюдать большую осторожность, так как дно может быть захламлено, и водолаз рискует запутаться и повредить снаряжение.