Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Асфальтовые уплотнения

Для первых в Советском Союзе крупных гидротехнических сооружений на сжимаемых основаниях конструкции уплотнений деформационных швов были заимствованы из зарубежной строительной практики. Так, для Нижне-Свирской плотины в качестве основных уплотнений швов принимались асфальтовые шпонки сечением 20x20 см (без разогрева мастики) с ограждениями из просмоленных канатов в сочетании с металлическими диафрагмами. Все уплотнения дублировались. Кроме того, со стороны верховой грани плотины швы перекрывались железобетонными брусьями пятиугольного сечения. Наиболее надежными из ряда комбинаций.оказались уплотнения в швах пролетов водосливной плотины с секторными затворами, где имелось по две асфальтовые шпонки. В течение многолетней эксплуатации сооружений эти уплотнения вполне себя оправдали. Течи через швы отмечено не было, за исключением шва между зданиями ГЭС и водосливной плотиной, где наблюдалась фильтрация воды. Из некоторых швов здания ГЭС, особенно в летний период, внутрь помешения поступала черная жидкость, появление которой было связано с выдавливанием смолы из канатов и битума асфальтовых шпонок.

На Фархадской ГЭС, построенной в 1930 г. и расположенной на непрочных конгломератах, для уплотнения швов щитовой стенки применялись асфальтовые шпонки малого поперечного сечения. Для асфальтового заполнения шпонки предусматривался электронагрев (впервые в Советском Союзе). Эти уплотнения работают удовлетворительно в тех швах, где не произошло значительных смешений сопрягаемых секций. При горизонтальных же смещениях секций с раскрытием шва более чем на 1 см, уплотнения расстраивались и выходили из строя.

Из опыта проектирования, строительства и эксплуатации уплотнений осадочных швов в сооружениях, расположенных на сжимаемых основаниях, например на канале имени Москвы, на Волгострое (Иваньковский, Шекснинский, Рыбинский, Угличский гидроузлы), на Каховском, Новосибирском, Боткинском и других гидроузлах, установлено, что ширина швов и их уплотнения по высоте сооружения даже при одинаковых геологических условиях и напорах принимались различными и устраивались по-разному.

Уплотнение широкого шва делалось в деревянной опалубке железобетонных коробах или плитах, перекрывалось с напорной и низовой стороны железобетонными шандорамн высотой 25-40 см и заполнялось асфальтовой мастикой (Каховская, Волжская имени В. И. Ленина ГЭС). На установку опалубки и железобетонных шандоров, на разборку опалубки требовались значительные затраты труда. Особенно трудно было выдержать точные размеры шахт и их закладных элементов при большой высоте бетонируемого блока. Вследствие этого уплотнения имели ряд существенных недостатков: 1) неплотное прилегание железобетонных шандоров к пазам, которое являлось причиной утечки асфальтовой мастики; 2) асфальтовые маты, которыми оклеивалась поверхность шандоров для уплотнения против вытекания мастики, при заливке шахты горячей асфальтовой матсикой (150-180° С) с высоты 10-15 м часто обрывались и в скрученном виде оставались в шахте.

Уплотнение узкого шва делалось при помощи шахты-шпонки (100x80 см), выполняемой в деревянной опалубке или железобетонных коробах с внутренними ограждающими металлическими листами, поддерживаемыми деревянными рейками с верховой и низовой сторон, с наклеенными с двух сторон битумматамн. При заливке горячей асфальтовой мастики маты отклеивались от листов, а листы отходили от стенки шахты и образовывали так называемый "плавающий" лист.

Так как горизонтальные асфальтовые шпонки устанавливались на границе густоармированных армоблоков, то для их установки нередко приходилось разрезать арматуру армоблоков. Заливка асфальтовой мастики в узкий шов, шириной 25 см, при наличии армоблоков является практически неконтролируемой работой, особенно после установки бруса. Вследствие этого в уплотнениях возможно образование пустот.

Плохое сопряжение уплотнения вертикальных шахт с горизонтальными у основания сооружения и в местах перехода узкого шва в широкий приводило к расстройству всей системы уплотнений в целом. Примером могут служить уплотнения здания Каховской ГЭС.

При неравномерной осадке секции корыто горизонтального уплотнения давало трещины, а доска деформировалась. Это вызывало нарушение сопряжения между вертикальными и горизонтальными асфальтовыми уплотнениями. Вследствие этого под действием гидростатического давления фильтрационного потока вначале вытеснялась мастика из горизонтальной, а затем из вертикальной шпонки. В кабельной галерее здания ГЭС, где горизонтальные уплотнения перекрывались деревянными брусьями, подвергавшимися гниению, происходило заполнение галереи асфальтовой мастикой и песчаным грунтом из подошвы основания.

Для предотвращения этого горизонтальное уплотнение было реконструировано. Реконструкция заключалась в пробуривании бетона для закладки анкерных болтов. После закладки болтов на них было наведена арматурная сетка и уложена бетонная подушка толшиной 20 см, разрезанная вдоль галереи по оси осадочных швов. Опыт эксплуатации реконструированных уплотнений показал их надежность. Вытекание асфальтовой мастики в кабельную галерею прекратилось.

Внутренние конструкции уплотнения (горизонтальные и вертикальные) по периметру смотровой галереи выполнялись при помощи металлических листов с прижимными железобетонными брусьями. Из-за сложности конструкции проведенные большие ремонтные работы оказались ненадежными и не устранили полностью фильтрацию воды. В 1967 г. осадочные швы были зацементированы, в результате чего фильтрация воды снизилась с 35 до 2,0 л/с.

Контурные шпонки вокруг галерей в здании ГЭС и в водосливной плотине Боткинского гидроузла поперечным сечением 20x20 см, заполненные асфальтовой мастикой и соединенные с трубами подпитки, имели смонтированные электроды только в трубах подпитки. Натурные испытания при длительной эксплуатации сооружения показали, что эта конструкция, несмотря на ее оригинальность, является сплошной и не обеспечивает герметизации шва - пропускает воду в количестве 5-15 л/с.

В течение 1967-1972 гг. прогрев труб подпитки для дополнения контурных шпонок асфальтовой мастикой не производился, так как оказался неэффективным.

Уплотнения из просмоленного каната для перекрытия узкого осадочного шва выполнялись в штрабе трапецеидального сечения, оставляемой при бетонировании секций первой очереди. Затем после снятия опалубки, очистки и окраски бензино-битумным раствором штрабы в ней устанавливался канат и крепился скрутками из проволоки, после чего производилось бетонирование блока смежной секции.

При опускании в штрабу канат неплотно прилегал к ее стенке, провисая между скрутками, и сильно загрязнял битумом армоконструкции блока. Кран, обслуживавший установку каната, использовался непроизводительно; наращивание каната (стыковка) была затруднительной, особенно зимой, что приводило к образованию разрывов или неплотностей в стыках.

Контурные уплотнения для перекрытия узких и широких деформационных швов между секциями плотин ГЭС со стороны напорной и низовой граней устраивались в виде шахты сложной конфигурации, заполненной железобетонным брусом. По проекту уплотнения должны были выполняться следующим образом: до бетонирования смежных секций устанавливается опалубка по конфигурации бруса, после бетонирования секций поверхность штрабы окрашивается горячим битумом за 2 раза. Затем краном в штрабу устанавливают железобетонные брусья, обернутые двумя слоями битумматов, просмоленным войлоком или другими гидроизоляционными материалами. Эти брусья вставляются в металлические обоймы с низовой стороны. Ввиду сложности и трудоемкости выполнения данного уплотнения строители заменили сборной железобетонный брус на монолитный.

Натурные испытания контурных уплотнений, проведенные на строительстве Каховской ГЭС, показали, что конструкция из просмоленных канатов, железобетонных и деревянных брусьев при малейших деформациях сооружения расстраивается и пропускает воду.

Проведенные опытные цементации показали, что фильтрационный расход через такие уплотнения достигал 0,5-1,35 л/с с 1 м шпонки. Аналогичные результаты были получены при цементациях на правобережной подпорной стенке здания Кременчугской ГЭС.

Значительные затруднения встречались на Каховской ГЭС при устройстве узкого, шва щириной 4 см с помощью послойной оклейки поверхности шва двумя-четырьмя слоями асфальтоармированиых матов. В процессе бетонирования маты нередко отрываются. Извлечение их из бетонной смеси, разравнивание и последующая навеска на место - очень трудоемкая работа.

В проекте были предусмотрены плиты из асфальтовой плитки размером 50x50x4 см, которые должны были без наклейки устанавливаться при бетонировании, но из-за большой трудоемкости устройства специальных лесов от плит пришлось отказаться.

Значительные затруднения возникали и при производстве рулонных гидроизоляционных работ по шлюзу, выполняемых двумя способами. Поверхности швов между секциями камеры шлюза при первом способе окрашивались горячим битумом БН-Ш за три раза, затем оклеивались двумя слоями рубероида. При разогреве блока слой рубероида сползал по поверхности шва и образовывал пузыри. При втором способе наклейка гидроизоляции производилась после разогрева окрашенной поверхности шва паяльными лампами. Установка сборных железобетонных шандоров высотою 40 см в 4-5 ярусах перед бетонированием примыкающей секции (Каховской ГЭС, Волжских ГЭС имени В. И. Ленина и ХХП съезда КПСС) требовала монтажной арматуры и крепления ее на высоте.

Наша рекомендация выполнять шахты асфальтовой шпонки из сборного железобетонного короба на строительстве Каховской ГЭС внедрена вначале на Волжской ГЭС имени ХХП съезда КПСС, затем на строительстве Боткинской ГЭС, где, в отличие от первых случаев, для разогрева мастики вместо паронагрева применен электронагрев, и сборные железобетонные короба выполнены высотою 2,0-4,0 м, а шакдоры - бетонные короба выполнены высотою 2.0 м.

Благодаря увеличению размеров короба и шандоров значительно уменьшилось число стыков между ними и улучшилось качество монтажа. Для лучшего сцепления монолитного бетона блоков с наружными поверхностями коробов проектом предусматривалось устройство "шубы" из щебня, утопленного в бетон короба. Применялась также обработка поверхностей коробов пескоструйным аппаратом перед установкой их в блок бетонирования.

Для предотвращения фильтрации по контакту короба с бетоном блока применялись металлические листы, заделанные в короб. Кроме того, при бетонировании блоков, примыкающих к коробам, особое внимание обращалось на тщательность проработки бетонной смеси.

Общими недостатками асфальтовых шпонок со стационарным электронагревом является невозможность восстановления системы электронагрева в шпонках в процессе эксплуатации, в случае разрыва ее в стыковках электродов.

В период эксплуатации сооружений Боткинского гидроузла (1961-1972 гг.) уплотнения швов работают удовлетворительно. Фильтрация воды незначительна.

Опыт эксплуатации уплотнений осадочных швов Каховского гидроузла (1956-1972 гг.) показывает, что некоторые асфальтовые уплотнения не обеспечивали водонепроницаемости шва. Наблюдалась фильтрация воды в виде струй и выход асфальтовой мастики в сторону верхнего и нижнего бьефов.

На Волжской ГЭС имени В. И. Ленина и Волжской ГЭС имени ХХП съезда КПСС шахты шпонок выполнялись из нескольких разновидностей сборных железобетонных плит. По высоте шахты в стыках железобетонных плит не исключалась возможность образования пустот и щелей. Швы между плитами до заполнения шпонки асфальтовой мастикой не заделывались. Кроме того, некоторые шахты бетонировались в деревянной опалубке с большими отступлениями от вертикальной плоскости, что не позволяло плотно установить железобетонные шандоры и проконопатить их торцы и стыки.

Опыт эксплуатации Волжской ГЭС имени В. И. Ленина показал, что конструкция асфальтовых шпонок, выполненная из нескольких сборных плит и шандор (высотою 40-50 см), плоха, так как через стык между ними вытекает мастика, что дает большую осадку мастики.

Периодическая доливка мастики в отдельных асфальтовых шпонках доходила по высоте от 5,8 до 19,3 м за 4 месяца, несмотря на то, что разогрев асфальтовой мастики в шпонках не производился. При этом не исключалась возможность зависания мастики в шпонке и прорыв ее. При разогреве асфальтовой мастики для освобождения шпонки от зависания может произойти авария, так как при увеличении подвижности мастики последняя может быть выжата из шпонки в еще больших объемах.

В межсекционных осадочных швах наблюдалось интенсивное поступление воды, которая фильтровалась, в основном, в обход шпонки по контактам между сборными железобетонными плитами и монолитным бетоном, по швам между сборными плитами шахт, через пустоты в монолитном бетоне полубыков, а также из-за засорения полости шпонки строительным мусором.

Величина фильтрации через шпонки со стороны напорной грани колебалась в пределах 1,0-30 л/с, со стороны нижнего бьефа 1-2 л/с. Для предупреждения затопления здания гидростанции на отдельных швах были установлены специальные глубинные насосы, которые значительно понизили уровень воды в шахтах.

Качество выполнения асфальтовых шпонок на водосливной плотине значительно выше, нежели в здании гидроэлектростанции. Поэтому фильтрация воды через шпонки здесь немного ниже. Наибольшая утечка асфальтовой мастики наблюдалась на одной шпонке 2-го ряда. За период с 10 мая по 10 сентября 1957 г. максимальная осадка мастики составила 1,76-1,83 м.

Эксплуатация уплотнения осадочных швов на шлюзе показала, таюке ряд недостатков: а) заливка асфальтовой мастикой полостей шпонок производилась после бетонирования блоков в 2-3-х ярусах. Получение качественной заливки не гарантировалось, так как в полостях шпонок частично мог оставаться строительный сор. Но все шпонки были залиты до проектных отметок; б) в некоторых швах между секциями камеры наблюдался струйный выход воды, что давало основание предполагать, что фильтрация идет через асфальтовые шпонки, так как шахта недостаточно очищалась от строительного сора перед заливкой мастикой.

В результате фильтрации воды со стороны основания сооружения, вызванной неравномерной осадкой межсекционных блоков и нарушением конструкций донных уплотнений, наблюдался вынос частиц грунта в полость осадочного шва между секциями. Благодаря выносу грунта в основании сооружения образовалась яма. В некоторых смотровых шахтах при наполнении камеры вода поднималась на высоту до 2,5 м, а в отдельных шахтах это повышение доходило даже до 7-8 м. При откачке камеры шлюза в одной шпонке обнаруживалась фильтрация воды через осадочный шов между секциями. В одной шпонке был сорван защитный металлический лист и под оставшимися элементами простукивалась пустота. Доливка шахтных шпонок асфальтовой мастикой производилось без разогрева.

Уплотнение швов плотины Донебек (ГДР) высотой 13,5 м, построенной в 1937 г., выполнено в виде асфальтовой шпонки сечением 20x20 см, расположенной на расстоянии 1,0-2,2 м от напорной грани. Шпонка ограждена медными диафрагмами, края которых заделаны в блоках смежных секций бетонирования. За шпонкой устроена дрена диаметром 15 см Для сбора и отвода профильтровавшейся воды в нижней бьеф.

Деформационные швы камер шлюза Эймюнде (Голландия) высотой 23,8 м, построенного в 1923 г., с речной стороны уплотнялись асфальтовыми шпонками 0,14 см, а с тыльной стороны предусматривались дрена поперечным сечением 15x12 см. Внутри, по середине между асфальтовой шпонкой и дреной, проходят медные листы спиралеобразной формы. Края листов заделаны в бетон смежных секций.

А.Б. Гаджиев, Деформационные швы гидротехнических сооружений, Л., Энергия, 1975

Экспертиза

на главную