История ВНИИГ глазами сотрудников института

Стихию можно приручить и поставить на службу человечеству. Добывать энергию с помощью гидростанций, направлять русла рек для орошения засушливых степей и даже прокладывать новые пути для судоходства. Но вода коварна и точит любой камень. Важно не только возвести величественные плотины, глубокие туннели и высокие градирни, но и сохранить построенное. Именно этим и занимается Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники. Его специалисты следят, чтобы гидротехнические сооружения были правильно спроектированы и стояли долго. Вот уже 100 лет они проводят исследования и научные работы в данной области. В этом материале мы расскажем об истории института, самых важных его событиях, а еще заглянем внутрь лабораторий, где раньше бывали лишь сотрудники учреждения.

В лаборатории отдела проводятся исследования технологического оборудования градирен: огромные башни, извергающие клубы пара, которые охлаждают оборотную техническую воду. Внутри градирни имеются специальные разбрызгиватели, которые распыляют воду на ороситель. Во ВНИИГ есть специальный стенд, который позволяет испытывать разные виды оросителей, для определения, насколько эффективно будет охлаждаться техническая вода. Данный стенд является уникальным в России.

Кроме градирен, для охлаждения применяются естественные или искусственные водоемы. Часть станций строится на берегах рек, морей и озер, откуда они и забирают воду на охлаждение конденсаторов. Специалисты ВНИИГ могут проверить расчеты конструкторов на математической или физической моделях гидротехнических сооружений, а также провести расчеты температурных режимов и течений воды в водоемах-охладителях.

Очевидно, что это нужно для расчета любого сооружения. Поэтому лабораторные исследования грунтов проводят перед возведением объектов самого различного назначения: для гидроэнергетики, атомной и тепловой энергетики, для нефтегазовой отрасли, для уникальных городских зданий. С этих объектов в лабораторию доставляют грунты, у которых размеры отдельных частиц могут различаться в 100 000 раз: от глинистых частиц размером менее 0,002 мм до щебня крупностью 200 мм.

Испытания крупных грунтов проводят на уникальном оборудовании, в том числе собственной конструкции. Но если крупность природного грунта превышает возможности даже этих устройств, готовят специальный образец. Для этого грунт массой более 500 кг необходимо высушить и просеять через несколько сит, чтобы отсортировать по определенным размерам частиц. Удалив слишком крупные, надо заново собрать частицы в единый образец, но уже в другой пропорции. Так специалисты получают «модельный грунт»: он сохраняет основные свойства природного грунта, параметры которых и нужно определить.

Образцы испытывают в специальных приборах - стабилометрах, позволяющих смоделировать условия, в которых грунт будет находиться в процессе эксплуатации объекта. Мощный компрессор создает давление, подобное воздействию многотонного сооружения. Исследуют и влияние низких температур на свойства грунта. В специальной камере можно проводить испытания мерзлого грунта в условиях, приближенных к арктическим. Это необходимо для реализации инновационных проектов на севере, которыми также занимается ВНИИГ.

Перед специалистами стоят различные вопросы. Насколько хорошо грунт или материал пропускает воду? Склонен ли набухать? Выдержит ли заложенные в проекте строительства нагрузки? Как изменится в процессе эксплуатации? Что нужно сделать, чтобы гарантировать его надежность и долговечность?

Ответы можно получить только на практике. Даже в век высоких технологий компьютеры не заменят эксперименты: многие нюансы можно узнать только на лабораторных образцах и физической лабораторной модели. На ней же увидеть то, чего не могли учесть проектировщики. Исследования проводятся в специальных приборах, установках и лотках, в которые загружают грунты с объекта гидротехнического строительства (или их аналоги) или строительные материалы, затем создают условия, в которых реально работает конкретный материал (давление, температура, напор воды, контакты с элементами строительных конструкций и др.), в процессе исследования определяют характер фильтрации и фиксируют изменения, происходящие с испытуемыми материалами.

Другое направление исследований - проверка качества строительных материалов. Например, бентонитовых матов - сандвича из двух слоев геосинтетических полотнищ, между которыми заключены гранулы бентонитовой глины. При попадании воды она превращается в гель, который не пропускает влагу. Соответствует ли материал заявленным характеристикам (прочность, растяжение, прокалывание, долговечность и еще около 20 показателей)? Не будет ли он пропускать воду в составе конструкции гидротехнического сооружения? Это и выясняют в лаборатории «Фильтрационные исследования» имени академика Н. Н. Павловского.

Кроме непосредственных исследований в собственно лаборатории, ее специалисты выезжают на действующие и строящие объекты гидротехнического строительства для установления причин, оценки состояния и решения сложных вопросов, связанных с нарушениями фильтрационной прочности, разработки и контроля технических решений по аварийно-восстановительным работам. При необходимости выполняются крупномасштабные полевые эксперименты.

Даже нормативно-методическую документацию - методики проведения экспериментов, рекомендации, разрабатывают здесь же, во ВНИИГ.

Но главная особенность лаборатории в том, что она может выполнять практически любые задачи в области фильтрационных исследований. Если оборудования для проведения испытания не существует, специалисты разработают его для конкретной ситуации и материала с нуля, используя накопленный опыт и знания.

Гидротехники здесь работают в паре с микробиологами. Специалисты выезжают на объект, осматривают сооружение внутри и снаружи, ищут трещины и другие разрушения. Когда находят, берут пробы и делают экспресс-анализ. Результат показывает, участвуют ли бактерии в разрушении. Исследуют и воду - насколько в ней богатая жизнь. Если необходимо, помогают защищать дамбы и плотины от воздействия микроорганизмов. При этом ищут баланс: пытаются и построенное сохранить, и не навредить природе.

Кстати, бактерии могут не только разрушать. Микроорганизмы могут придавать строительным материалам уникальные свойства. Гидротехники и микробиологи уже получили впечатляющие результаты. Например, совместно с другими лабораториями специалисты разрабатывают биобетон, трещины в котором могут зарастать при участии микроорганизмов.

Несмотря на то что инженеры могут смоделировать все эти процессы на компьютере, физическое моделирование, или создание уменьшенных копий реальных объектов, до сих пор не теряет своей актуальности, ведь некоторые детали можно выяснить только на практике. К физическому моделированию прибегают не только на этапе проектирования ГЭС, но и при решении практических вопросов, возникающих на этапе эксплуатации и модернизации объектов.

В лаборатории действует несколько стендов, моделирующих процесс течения воды через водосбросы ГЭС. На них можно создать практически любой рельеф дна реки, а затем возвести на нем модель ГЭС из оргстекла и бетона. Например, сейчас специалисты проводят исследования на модели Новосибирской ГЭС. Их задача - разработка мероприятий по укреплению элементов сооружений нижнего бьефа, чтобы защитить сооружения ГЭС от подмыва. На соседнем стенде ведется строительство пяти гидравлических моделей для проведения исследований для обоснования конструкций водосбросных туннелей Рогунской ГЭС в Таджикистане - ее плотина высотой 335 м станет самой высокой в мире. Так что работы у специалистов ВНИИГ много.

Также в лаборатории есть уникальный волновой стенд. На нем, например, проводят исследования для буровых платформ, которые стоят в море. С помощью современного оборудования на стенде моделируют воздействие волн и течений, определяют волновые нагрузки и деформации дна. Задача этих исследований - обеспечить надежность и устойчивость сооружений на шельфе.

При выполнении данных работ характерной особенностью является комплексный подход - от разработки новых технологий и материалов до их внедрения на объектах и сдачи в эксплуатацию. Для большей части инновационных решений разрабатываются новые либо актуализируются уже существующие нормативные документы.

Лаборатория бетона располагает экспериментальной базой для решения задач любой сложности в области строительных материалов и бетонов. В ней проводится полный комплекс испытаний строительных материалов, бетонных смесей, бетонов, растворов, добавок, наполнителей и ремонтных материалов. Лаборатория оснащена испытательными машинами, оборудованием, измерительными приборами и устройствами для проведения стандартных испытаний в соответствии с российскими и зарубежными нормативными документами. Уникальной является кавитационно-эрозионная установка с камерой «Вентури», изготовленная на заказ и не имеющая аналогов в России. Лаборатория оборудована современными приборами неразрушающего контроля для испытаний бетона и ремонтных материалов, в том числе на строящихся и эксплуатирующихся объектах.