МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НАСЫПНЫХ ДАМБ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

 

Обеспечение безопасности гидротехнических сооружений является ключевой задачей инженерной геодезии и геотехники. Насыпные дамбы, применяемые в составе плотин, водохранилищ и хвостохранилищ, относятся к сооружениям повышенной опасности из-за удержания больших объёмов воды или пульпы. Аварии таких объектов приводят к серьёзным экологическим, социальным и экономическим последствиям, что делает актуальным систематический мониторинг их напряжённо-деформированного состояния [1, c. 158].

Поведение насыпных дамб определяется инженерно-геологическими, гидрогеологическими, климатическими и техногенными факторами. В процессе эксплуатации развиваются деформации различной природы: консолидационные осадки, ползучесть грунтов, температурные деформации, фильтрационные смещения и локальные деформации откосов. Эти процессы могут быть как стабилизирующими, так и прогрессирующими, требуя количественной оценки во времени.

Международный опыт показывает, что своевременное выявление деформационных тенденций предотвращает переход сооружений в предаварийное состояние. Большинство крупных инцидентов связано с постепенным развитием деформаций, незарегистрированных инструментальными наблюдениями [2, c. 474]. Геодезический мониторинг выступает средством фиксации состояния и прогнозирования поведения дамб.

Объектом мониторинга является насыпная дамба хвостохранилища обогатительной фабрики, формируемая послойным уплотнением грунтов. В условиях резко континентального климата Центрального Казахстана с годовой амплитудой температур до 70 °C и глубиной промерзания до 2,5 м, циклы промерзания-оттаивания вызывают микроподвижки и деформации откосов. Сезонные изменения влажности влияют на прочность суглинков. Основание состоит из суглинистых и супесчаных грунтов с коэффициентом фильтрации 10⁻⁴-10⁻⁶ м/с, что обусловливает дифференциальные осадки, перераспределение напряжений и локальные концентрации деформаций.

На объекте функционируют наблюдательные скважины для контроля уровня грунтовых вод. Фильтрационный поток формирует дополнительное напряжённо-деформированное состояние; повышение уровня воды на 1 м увеличивает горизонтальные смещения откосов на 10-20 %. Комплексный анализ геодезических и пьезометрических данных позволяет выявлять корреляции деформаций [3, c. 96].

Привязка объекта выполнена к пункту ГГС, создана опорная сеть с устойчивыми реперами. GNSS-измерения (Trimble R8s) обеспечивают точность ±3-5 мм по плану и ±5–8 мм по высоте. За наблюдательный период зафиксированы вертикальные осадки до 12-15 мм в год и горизонтальные смещения до 18 мм. Для плотин высотой 20-40 м годовые осадки 10-20 мм считаются допустимыми при постепенном затухании [4, c. 421].

Измерения выполнялись с применением двухчастотных GNSS-приёмников Trimble R8s в статическом и RTK-режиме (Таблица 1).

Таблица 1.

Точностные характеристики наблюдений

Параметр	Плановое положение	Высотное положение
Статический режим	±3–5 мм	±5–8 мм
RTK режим	±10 мм	±15 мм

Такие параметры соответствуют требованиям нормативных документов РК к мониторингу деформаций ГТС.

Контрольные точки размещались:

- по гребню дамбы с шагом 50-100 м;

- по верховому и низовому откосам;

- в зоне примыкания к основанию;

- в районе возможных концентраций напряжений.

Для определения вертикальных осадок применялось высокоточное геометрическое нивелирование III класса [5, c. 101].

Основные параметры:

- длина хода: до 2 км;

- допустимая невязка: ±10√L мм;

- использование инварных реек.

Расчёт осадки выполнялся по формуле:

S_i​=H_i,t2​​−H_i,t1​​ (1)

где

𝑆_𝑖 – осадка i-й точки;

𝐻_𝑖,𝑡1,𝐻_𝑖,𝑡2 – отметки в разные циклы наблюдений.

По результатам одного из циклов наблюдений зафиксированы осадки в пределах 3-12 мм в год на отдельных участках гребня, что соответствует стадии стабилизации грунтового массива.

GNSS применялись для:

- определения плановых смещений;

- выявления комплексных 3D-деформаций;

- проверки устойчивости опорной сети.

Обработка выполнялась в специализированном программном обеспечении с учётом:

- поправок за тропосферу;

- ионосферной коррекции;

- фазовых неоднозначностей.

На основании многолетних наблюдений установлены следующие значения (Таблица 2).

Таблица 2.

Вертикальные деформации

Участок дамбы	Средняя годовая осадка	Характер деформации
Центральная часть	8–12 мм	Уплотнение грунта
Примыкания	3–6 мм	Стабилизированное состояние
Низовой откос	до 15 мм	Локальные перераспределения напряжений

Организационно-методические особенности мониторинга в условиях Казахстана.

Для условий центрального Казахстана характерны следующие климатические факторы:

- резкие сезонные перепады температур (до 70°С годовой амплитуды);

- промерзание грунтов;

- интенсивное весеннее снеготаяние.

Это вызывает:

- температурные деформации гребня;

- сезонные осадки;

- изменение фильтрационного режима.

По данным научных исследований в части инженерных изысканиях, глубина сезонного промерзания достигает 2,0–2,5 м [6, c. 51].

Оптимальная схема для условий РК включает:

- опорную GNSS-сеть;

- геометрическое нивелирование;

- контрольные тахеометрические измерения;

- пьезометрические наблюдения;

- визуальный инструментальный осмотр откосов;

Интеграция данных позволяет:

- выявлять ранние признаки неустойчивости;

- прогнозировать развитие деформаций;

- корректировать эксплуатационный режим.

Организация геодезического мониторинга деформаций насыпных дамб в условиях Республики Казахстан требует комплексного подхода, основанного на международно признанных методиках и местной практике инженерно-геодезических работ. Современные методы, включая GNSS, при грамотной интеграции с классическими инструментальными наблюдениями обеспечивают высокую информативность и позволяют своевременно выявлять аномальные деформации, способствуя повышению безопасности гидротехнических объектов.