Исследованиями ВНИИГ и Братскгэсстроя влияния замораживания бетона на его физико-механические свойства установлено, что в замороженном массивном гидротехническом бетоне при отсутствии влагообмена наблюдается увеличение коэффициента линейного расширения, прочности на сжатие, растяжение (до 2 раз) и модуля упругости. Замороженный бетон теряет свойство ползучести, которое при оттаивании восстанавливается.

Противодавление в основании плотины измеряется 6- 15 пьезометрами, расположенными под первыми столбами, что дает наиболее достоверные по сравнению с другими плотинами данные о характере эпюр.

В настоящее время только в двух секциях с раскрытым контактом под первым столбом наблюдаются высокие пьезометрические уровни за цементационной завесой с эпюрой противодавления, отличной от линейной. В 1974 г., когда УВБ был равен НПУ, в последний раз наблюдалось увеличение деформаций в контактной зоне и увеличение противодавления. Таких «неблагополучных» секций было пять. В двух из них вследствие дренирования основания под напорной гранью (предложение ВНИИГ) резко упали пьезометрические уровни с последующим их понижением, обусловленным снижением УВБ.

Эксплуатационный контроль за состоянием контактной зоны показал, что необратимое скачкообразное увеличение противодавления наблюдается в месяцы приближения УВБ к НПУ. С 1974 г. Братское водохранилище медленно срабатывается до УМО, и действие только одного температурного фактора - сезонного охлаждения тела плотины -не сопровождается резким увеличением деформаций в контактном шве и противодавления.

К концу 1967 г. при НПУ в 12 из 38 русловых секций приведенный пьезометрический напор за цементационной завесой составлял 60-95 %.

В секциях с повышенным противодавлением была проведена повторная цементация, которая оказалась неэффективной, так как вновь наблюдались процессы разуплотнения основания.

Наблюдения в период эксплуатации с 1967 по 1981 г. показали, что уменьшение УВБ вызывает увеличение сжатия на напорной грани, уменьшение его на низовой грани и уменьшение прогибов в сторону нижнего бьефа.

Главные сжимающие напряжения в низовом клине плотины (на высоте 40 м от основания и 0,5 м от грани) по своему среднему значению близки к расчетным (3 МПа), но имеют большие сезонные изменения в пределах от 6 МПа летом до 0,8 МПа зимой. В зимнее время на низовой грани отмечается также значительное раскрытие межстолбчатых, горизонтальных швов и трещин, что вызывает некоторое перераспределение напряжений во всем профиле плотины и на напорной грани. По расчетам глубина сезонного раскрытия швов (трещин) может достигать 4 м при наблюденном раскрытии до 1 мм (на поверхности низовой грани).

Представляют интерес результаты обследования трещин строительного периода, проведенного в 1974-1975 гг. после их регистрации Оргэнергостросм в 1964- 1965 гг. Около 20 % старых трещин не обнаружено, раскрытие остальных уменьшилось в 2 раза, сократилась фильтрация. Вместе с тем в нижней части плотины, главным образом на стенках цементационной галереи, появилось некоторое количество вертикальных трещин с раскрытием от 0,6 до 0,01 мм. Новые трещины-сухие и являются, очевидно, следствием изменения температуры в галереях.

Одним из наиболее важных результатов натурных наблюдений на Братской плотине является обнаруженное по показаниям телстепзометров раскрытие контакта бетона со скалой в основании напорной грани.

Сопоставлены вычисленные и измеренные перемещения секции 51 плотины на отметке 404 м. Вычисленные перемещения определены по зависимости: для летнего   периода   и = = 0,54 Н - 0,005 И2 - 0,39 Т + 27,1;   для   зимнего   периода ы = = 0.77 Н - 0,004 /Я -0,20 Г+ 27,7.

Вычисленный по прогибу модуль деформации плотины равен (1,5-+2)104 МПа. Прямыми и обратными отвесами фиксируются и перемещения секции вдоль створа плотины на 2-3 мм, которые носят цикличный, сезонный характер.

Температурный режим и напряжения в бетоне. Температура бетона в центральной зоне и приконтактной части плотины стабилизировалась на уровне 3-4°С с годовыми колебаниями в средней зоне на 1-3°С. В бетоне, прилегающем к напорной грани, эти изменения колеблются от 3 до 8°С. Низовая грань ежегодно промерзает на глубину 6-10 if. Температура воздуха в расширенных швах, которые в нижней части затоплены водой, зимой находится на уровне 3, а летом изменяется от 6 до 12 °С. Температура воздуха в продольных галереях близка к температуре воздуха в расширенных швах. Установившаяся температура в сооружении выше, чем это ожидалось по проектным предположениям (1-2°С).

Цементацию межстолбчатых швов производили при охлаждении бетона до 10°С и ниже под давлением 1 -1,5 МПа. Среднее раскрытие швов при цементации составляло 1 мм, средний расход цемента 8 кг/м2. Во многих случаях зацементированные швы изменяли раскрытие в соответствии с изменением температуры окружающего бетона и внешних нагрузок. По данным контрольного бурения в половине общего числа кернов, пересекающих шов, не обнаружено следов цементного камня.

Заполнение водохранилища было начато в сентябре 1961 г., строительство плотины завершено в 1967 г., проектный напор достигнут в 1967 г.

Натурные наблюдения выполняются по программе, составленной ВНИИГ и согласованной с Гидропроектом. В осуществлении этой программы принимали участие Оргэнергострой, Гидроспецпроект, МИИГАиК; с 1968 г. наблюдениями руководит дирекция Братской ГЭС.

Средства измерения были размещены в основном в трех глухих секциях - 30, 51 и 65, но в результате необходимости проведения дополнительных исследований их число было увеличено против проекта.

Осадки, перемещения и деформации в значительной степени формировались под влиянием веса воды в водохранилище.

Природные условия. Срсднсмноголетняя температура района -2,6. минимальная -58, максимальная - г35 СС. Основание сложено прочными изверженными породами - диабазами, толща которых в русле составляет 30-50 м и подстилается более слабыми песчаниками. Диабазы в зависимости от выветрелости имеют прочность на сжатие в среднем 170, песчаники 32-37 МПа. Модуль деформации диабазов зависит от степени трещиноватости и составляет по опытам на штампах от 1140 МПа для выветрелых до 13 000-44 000 МПа для сохранных пород. Коэффициент фильтрации равен 0,05, а для зон повышенной трещиноватости до 11,5 м/сут.

Производство работ. Бетонирование нижней части русловой плотины осуществлялось в две очереди. В правобережном котловане первой очереди возведена водосливная часть плотины с 10 донными отверстиями 10x12 м для пропуска строительных расходов и пусковые секции здания ГЭС. В левобережном котловане второй очереди сооружена станционная часть плотины. Из котлованов было удалено около 700 тыс. м3 скалы со средней глубиной выемки 5,16 м. Укладка основного объема бетона осуществлялась с двух эстакад (малой и большой) двух консольными и портально-стреловыми кранами.

Противодавление с ростом напора на плотину возникло только в береговых секциях. Пьезометры в русловых секциях с расширенными швами на подъем уровня верхнего бьефа не реагировали. Остаточный напор в  зоне вертикального  дренажа   (7- 8.5 м от напорной грани) на участке щитовой стенки составляет 0,02 Я водосливной плотины 0,08 Я (вместо 0,2 Я по проекту). На участках примыканий 0,008 Я в правобережном и 0,16 Я в левобережном (вместо 0,32 Я по проекту). Дренажные скважины в русловой части плотины из-за низких пьезометрических уровней практически не действуют.

При анализе результатов натурных наблюдений на плотине Бухтарминской ГЭС отмечен ряд неудачных решений по размещению средств измерения и методике их проведения. Так, расположение фундаментных реперов на расстоянии всего 700 м от сооружения не могло обеспечить надежных нулевых отсчетов. Не-удачным следует признать размещение осадочных марок на гребне, щелемеров - на стенках галерей, где сильно проявляется влияние температурных деформаций. Позднее начало отсчетов по многим приборам в значительной мере обесценивает получаемую информацию. При установке телетензометров была допущена серьезная методическая ошибка, когда из соображений экономии на две розетки устанавливали один усадочный конус. В этом случае неисправность одного прибора в конусе вызывала потерю показаний 8-10 телетензометров в розетках.

Технические данные. Гравитационная плотина облегченная, с расширенными швами имеет максимальную высоту 125, напор 106, призму сработки 10, длину по гребню 1441 м, объем бетона около 4420 тыс. и8. Напорная грань вертикальная, заложение низовой грани 0,8, длина секций 22 м, ширина расширенных швов 7 м.

Температурный режим через 4 года эксплуатации приблизился к квазистационарному: годовые изменения температуры бетона происходят в пределах от 2-3 до 6-8°С. Сезонное промораживание проникает в бетон низовой грани на глубину до 3 м.

Наблюдения за осадками, начатые в 1962 г., выявили небольшие их значения: 4,5 мм у правобережных секций, 3,7 мм у русловых относительно фундаментального репера, установленного на расстоянии 700 м от сооружения.

Горизонтальные перемещения, измеренные на трех отметках прямыми отвесами, фиксируют температурную составляющую и составляющую от изменения УВБ. Экстремальные значения смещений приурочены к марту и августу - месяцам наиболее глубокого охлаждения и разогрева бетона низовой грани. Такая же закономерность присуща горизонтальным перемещениям вдоль оси плотины.

Раскрытие межсекциоиных швов в нижней части плотины практически отсутствует, а в верхней изменяется в соответствии с температурой бетона. Среднее раскрытие 2,3 мм.

Напряженное состояние плотины свидетельствует о преобладающей роли собственного веса бетона и сезонном влиянии температуры. Влияние гидростатической нагрузки выделить из измененных напряжений невозможно.

Бетон плотины исследовали по лабораторным образцам и выбуренным кернам. Испытания 832 образцов бетона, полученных при выбуривании кернов из разных частей плотины, показали, что его прочностные характеристики значительно выше проектных и мало отличаются между собой несмотря на установленное зонирование по маркам: средняя прочность на сжатие 31,3, на растяжение 3,8, модуль упругости 3,6-104 МПа, объемная плотность 2,42 т/м3, коэффициенты вариации прочности на сжатие и растяжение соответственно 0,3 и 0,25.

В качестве противофильтрационных мероприятий в основании плотины выполнены двухрядная цементационная завеса глубиной 25-45 м и дренаж из скважин с шагом 3 и глубиной 15 м.

Природные условия. Район створа сложен прочными изверженными скальными породами габбро и амфиболитами с зонами выветрелости мощностью 3-7 м в русле и до 15 м в берегах. Временное сопротивление пород сжатию 73,5-150 МПа, коэффициент фильтрации 10 м/сут. Среднемноголетняя температура 2, минимальная -45, максимальная +35СС.

Производство работ. При бетонировании плотины впервые в СССР был осуществлен комплекс мер по предупреждению трещинообразования. Он включал передвижные бетоноукладочные шатры с искусственным климатом, длительное выдерживание опалубки на наружных гранях, закрытие в зимнее время расширенных швов, трубопроводов, галерей. Благодаря этим мерам не допускались промораживание и резкое охлаждение бетона, имевшего постоянно положительную температуру. Максимальная интенсив-ность бетонирования 50 тыс. м3/мес (325 тыс. м3/год). В строительный период на боковых поверхностях секций и в галереях было-обнаружено только около 100 трещин в прискальных блоках и в бычках водосливной плотины.

Наполнение водохранилища было начато в апреле 1960 г., проектный уровень был достигнут в 1961 г.

Натурные наблюдения осуществлялись ВНИИГ по программе, составленной совместно с Ленинградским отделением Гидропроекта, и были обеспечены достаточно большим количеством средств измерения.

Фильтрация в теле плотины отмечена незначительная и наблюдалась в виде увлажненных бетонных поверхностей, капели и слабой течи. Указанные фильтрационные проявления приурочены к трещинам, горизонтальным строительным и межсекционным швам.

Бетон плотины. По проекту предусмотрены четыре основные марки бетона, распределенные по зонам: внутренняя зона - марки 100 и 150; напорная грань и зоны переменного уровня - марки 200, В-6, Мрз200; водослив - марка 300.

Результаты испытаний контрольных образцов и выбуренных кернов показывают, что фактическая средняя прочность низких марок бетона существенно превышает проектную, при этом коэффициент вариации превосходит нормативный.

Противодавление в пролетах водосливной плотины, поданным наблюдений за пьезометрами, в среднем находится в пределах проектного. Наибольшая площадь эпюры противодавления: (больше проектной) определена в береговом пролете.

Технические данные. Гравитационная плотина высотой 90 м, с расчетным напором 67 м имеет длину по гребню 380 м„ вертикальную напорную грань, заложение низовой грани 0,8 в водосливной и 0,75 в глухой части. Плотина разрезана конструктивными швами на секции длиной 18-19 м. Объем бетона в плотине 1210 тыс. м3. В целях экономии бетона швы уширены до 4 м. Станционная часть длиной 210 м имеет девять встроенных трубопроводов диаметром 5,6 м.