Товарищество сибирских геотехников

КТО НЕ РИСКУЕТ, ТОТ НЕ ПЬЕТ ШАМПАНСКОЕ

Ученый, принимаясь за новые, неизвест­ные ему в деталях важные исследования, должен проявлять смелость, умение идти на риск и видеть перспективу. Он должен принять решение в условиях, когда у него нет полной уверенности в том, что он су­меет выполнить эти исследования и либо взяться за них, либо отказаться.

В такой ситуации оказался Николай Александрович Цытович в конце 1963 г., когда перед МИСИ возникла крупная мно­гоплановая задача по научному сопровож­дению проектирования и строительства массивно-контрфорсной Андижанской пло­тины высотой 115 м. на реке Кара-Дарья (верховье Сыр-Дарьи) в сейсмическом рай­оне Узбекистана. Водохранилище, созда­ваемое этой плотиной, было крайне необ­ходимо для подачи воды на хлопковые по­ля. Проектирование плотины было возло­жено на проектно-изыскательский институт Средазгипроводхлопок (Ташкент), но он не имел опыта проектирования таких больших сооружений и обратился к МИСИ за помо­щью. Постановление о строительстве пло­тины было принято на самом высоком уровне. МИСИ принял на себя эту работу. В ней были задействованы 15 кафедр, среди которых и наша - кафедра механики грун­тов, оснований и фундаментов. Вот тут и возникла у Николая Александровича ситуа­ция, аналогичную которой избежали его коллеги, заведующие другими кафедрами. Дело в том, что наша кафедра занималась всегда мягкими песчаными и глинистыми грунтами, а в основании Андижанской пло­тины залегали скальные породы - хлорит-серицитовые сланцы.

Исследования механических свойств скальных пород требует совершенно другого оборудования, других условий проведения испытаний по сравнению с мягкими грунтами. Выполняются преимущественно полевые испытания. Только небольшая часть - лабораторные. Полевые опыты проводятся с использованием громоздкого и тяжелого оборудования, позволяющего создавать нагрузки на скальную породу ин­тенсивностью 300...400 тс/м.кв., т.е. на поря­док больше, чем на мягкие грунты. Поле­вые испытания требуют длительного пре­бывания сотрудников в командировках, проживания в некомфортных условиях. Не­обходимого оборудования на кафедре не было, экспериментального завода у инсти­тута - тоже. Была только небольшая меха­ническая мастерская, используемая пре­имущественно для хозяйственных нужд ву­за. Все эти проблемы встали тогда перед Николаем Александровичем. И он взял на себя смелость согласиться на эти исследо­вания, понимая, что нам будет значительно труднее, чем другим кафедрам. Он сумел предвидеть научный интерес сотрудников кафедры к этой работе, был уверен в них, знал, что и они верят в него. А главное - он видел перспективность будущих иссле­дований.

На кафедре была сформирована рабочая группа, которую возглавил доцент С.Б. Ухов. После защиты кандидатской диссер­тации о методах борьбы с морозным пуче­нием грунтов ему как «мерзлотнику» пред­ставилась возможность участвовать в ан­тарктической экспедиции и к данному вре­мени вернуться на кафедру. Заместителем С.Б. Ухова, руководителем полевых работ и ответственным исполнителем договоров с институтом Средазгипроводхлопок был назначен написавший эти воспоминания, в то время старший преподаватель, а в военные годы артиллерийский офицер, прошедший пятилетнюю армейскую служ­бу, в том числе три года фронта, имею­щий опыт работы с людьми и опыт обще­ния с тяжелой техникой. В состав группы были введены молодые ассистенты, не­давно принятые на кафедру после защиты дипломов, горящие желанием «грызть» науку и писать диссертации: В.Н. Бурла­ков, В.В. Семенов, А.С. Паненков, И.Н. Терновский. В группу вошли также Г.А. Петрова - инженер с большим опытом ра­боты в геологических партиях и А.И. Кли­мов - механик и, как говорят, «рукастый парень». На Гольяновской улице арендо­вали подвал, где была организована ла­боратория и мастерская со станочным оборудованием первой необходимости.

Нельзя сказать, что нам пришлось на­чинать работу с «чистого листа». Такие исследования с использованием соответ­ствующего оборудования проводились ВНИИГом и Ленгидропроектом для круп­ных плотин на Ангаре и Енисее. Но мы не могли и не хотели слепо копировать их опыт. Не по рангу было так поступать го­ловному строительному вузу страны, ка­федре, возглавляемой не просто доктором технических наук, профессором, но ещё и членом-корреспондентом Академии наук СССР, заслуженным деятелем науки и техники, лауреатом Государственной пре­мии, Президентом национальной ассоциа­ции специалистов по механике грунтов и фундаментостроению (НАМГиФ). Поэтому мы творчески подходили к работе, стара­лись критически анализировать опыт сво­их предшественников и вносить новое в методику испытаний и интерпретацию их результатов.

В самом начале пришлось преодолевать серьезные организационно-хозяйственные трудности, связанные с изготовлением и приобретением опытного оборудования. В институте имелась небольшая механиче­ская мастерская, где удалось изготовить некоторые (не главные) элементы опыт­ной установки. Попытки изготовить на за­водах города главные части установки с использованием специальных технологи­ческих процессов упирались в нежелание руководства заводов отвлекаться от вы­полнения заводского плана. Для них су­ществовало суровое требование: «Давать план любой ценой». Но однажды повезло - удалось прорваться на завод «Серп и молот», но не через администрацию, а через партком.

Приобретение силового оборудования: 10 гидравлических домкратов мощностью до 200 т, насосных станций к ним и шлан­гов высокого давления (на 400 атмосфер), а также манометров, индикаторов часово­го типа, приборов ультразвукового и сейсмопрозвучивания осложнялось непо­воротливостью Главснаба Минвуза. За домкратами и насосными станциями при­шлось посылать В.Н. Бурлакова на завод изготовитель в г. Кемерово для того, что­бы ускорить их получение. А до этого два старых домкрата без уплотнительных манжетов нашли на материальном складе Средазгипроводхлопка, восстановили, из­готовив манжеты из кожи конского седла, распаривая её в разогретом бараньем жи­ре и натягивая на формы. Это позволило начать опыты.

Опыты проводились в рабочих камерах - горных выработках, сделанных в со­хранной скальной породе, такой, на кото­рую будет опираться подошва плотины. Размеры камеры: площадь 3,5x3,5 м, высо­та 2,2-2,5 м. Для устройства камеры сна­чала в береговом склоне реки выше уров­ня воды проходилась горизонтальная штольня через толщу выветрелой породы (20-25 м). Все горные работы выполня­лись проходчиками изыскательской партии Средазгипроводхлопка.

В рабочей камере на полу и на потолке бетонировались соосно расположенные железобетонные штампы площадью 1 кв.м. После твердения бетона между ними мон­тировалось опытное силовое оборудование, включающее два двухсотонных домкрата. Между боковой гранью нижнего штампа и железобетонным упором у низа боковой стенки камеры укладывались домкраты, с помощью которых создавалась горизон­тальная нагрузка.

Начало опытов сопровождалось опреде­ленными сложностями психологического характера. Существовала боязнь обруше­ния свода рабочей камеры при нагружении его нагрузкой в 400 т и последующей раз­грузкой. Поэтому большое внимание уделя­лось устройству деревянной бревенчатой крепи свода подобно шахтной крепи. Но в шахтах бывали аварии. Поэтому эта мысль не покидала головы Н.А. Цытовича, С.Б. Ухова и руководителя полевых работ. Не­смотря на крепь, у нас были небольшие вывалы породы, но к счастью обошлось без травм.

Программы проведения испытаний со­ставлялись под руководством Николая Александровича перед выездами группы в командировки. При этом он акцентировал внимание на научных аспектах исследова­ний, изучение которых могли и, в конечном счете, явились материалом будущих дис­сертаций.

Опыты проводились по следующей схе­ме. К штампу прикладывалась ступенями по 50 т вертикальная нагрузка. На каждой ступени нагрузки измерялись осадки штам­па и вертикальные перемещения реперов, заделанных в породу вокруг штампа. Оче­редная ступень нагрузки давалась после стабилизации деформаций от предыдущей ступени. Максимальная ступень - 400 т. По результатам обработки такого опыта определялся модуль деформации скальной по­роды. Затем при постоянной вертикальной нагрузке прикладывалась возрастающими ступенями горизонтальная нагрузка. Изме­рялись горизонтальные смещения штампа и реперов на породе. В результате такого опыта получали характеристики сдвига при срыве (сколе) штампа с породы, а затем при его перемещении (протаскивании) по нарушенному контакту между подошвой штампа и породой.

В ходе опыта, который проводился с утра до позднего вечера, в рабочей камере на­ходилось шесть или семь человек: научный сотрудник, проводивший опыт (И.Н. Терновский - при определении модуля, В.Н. Бурлаков - при сдвиге), механик, три на­блюдателя, снимающие в лежачем положе­нии показания с индикаторов, фиксирую­щих смещения штампа и реперов. Всегда за ходом опыта наблюдали и, в случаи не­обходимости, вносили коррективы в его проведение С.Б. Ухов или А.М. Корнилов. На первых опытах они ложились у индика­торов и наблюдали, как деформируется скала под нагрузкой. Штамповые испыта­ния сопровождались ультразвуковым прозвучиванием массива породы в напряжен­ной зоне под штампом (В.В. Семенов, А.С. Паненков). По результатам прозвучивания определялся динамический модуль дефор­мации. Устанавливалась корреляционная связь между статическим (по штамповым опытам) и динамическим модулями дефор­мации. Использовалось также сейсмопрозвучивание. Такая связь позволяла в буду­щем отказаться от громоздких и трудоем­ких статических испытаний и перейти к ме­нее трудоемким динамическим. При этом в исследование включался массив скальной породы значительно большего объема, чем под штампом.

Накопленный опыт позволил подобные исследования проводить и на других объ­ектах, кроме Андижанской плотины. Мы занимались основаниями Кировской плотины в Киргизии, Фархадской в Узбекистане, Ингурской и Намахвани в Грузии, Стрыйской в Украине. В общей сложности было проведено более 50 штамповых испытаний.

Кроме определения механических харак­теристик скальных пород проводились опы­ты по оценке влияния укрепительной це­ментации для упрочнения породы. Иссле­довалась глубина зоны нарушения природ­ного сложения породы при взрывном мето­де разработки котлована. Велись работы по определению несущей способности анкеров и деформируемости породы в зоне прило­жения анкерного усилия.

Все это говорит о том, что работа по скальному направлению была многоплано­вой и перспективной. Результаты исследо­ваний сразу же ложились на столы проек­тировщиков и использовались при разра­ботке соответствующего проекта. Наш кол­лектив многократно публиковал результаты своих исследований в журналах, делал доклады на различных конференциях, в том числе международных.

Спустя 12 лет после начала «скальной эпопеи» летом 1975 г. мне была поручена другая работа. Работы скального направ­ления продолжались. Были проведены ис­следования на реке Белой в Башкирии (М.В. Королев), продолжались длительные опыты (ползучесть, длительная прочность) на Ингури (В.Л. Кубецкий, В.Н. Бурлаков).

Вначале 80-х гг. существенно сократи­лось гидротехническое строительство, а позже по известным причинам наступил развал.

Подводя итоги работы скального направ­ления, можно сказать, что были получены новые результаты, позволившие сущест­венно уточнить методику определения мо­дуля деформации по результатам штампо­вых испытаний, а также характеристик прочности скальной породы. Сотрудниками кафедры, работавшими в скальном направ­лении, были защищены 2 докторские и 5 кандидатских диссертаций.

Успехи в изучении скальных оснований высоких плотин и важность этих исследо­ваний для гидротехников позволили ка­федре поставить вопрос о введении в учебный план лекционного курса «Механи­ка скальных пород» и добиться его реали­зации. С тех пор этот курс читается гидро­техникам.

Учитывая все сказанное: сложности, волнения и риски, через которые пришлось пройти Николаю Александровичу и всей «скальной» группе и, наконец, взвешивая результаты успешной работы, можно по­вторить заголовок этих воспоминаний: «кто не рискует, тот не пьет шампанское»!

 

Доцент кафедры МГРОиФ МГСУ

 

А.М. Корнилов