Диафрагмы из металлических листов

В отечественном гидростроительстве на плотинах Красноярского, Верхне-Туломского, Кайтакоски, Усть-Илимского и некоторых других гидроузлов основным уплотнением температурных швов являются металлические диафрагмы из латуни или меди.

Уплотнение температурных швов гравитационной пластины гидроэлектростанции Саньмынься (КНР) выполнялось из двух рядов металлических (медных) диафрагм, которые устанавливались в 1,5-2,0 м от напорной грани плотины с расстоянием между рядами 0,60-1,40 м. От низовой грани плотины в шве на расстоянии 1,5-3,5 м устанавливались ограждающие листы из оцинкованных стальных листов с компенсаторами толщиной 1,5 и шириной 500 мм, которые предохраняли от попадания воды со стороны НБ в полость шва. Между низовым и верховым уплотнениями располагалась дрена сечением 20x20 см.

Уплотнение температурных швов плотины Красноярской ГЭС напором 100 м выполнялось из металлических диафрагм с компенсаторами и отогнутыми краями. Листы устанавливались от напорной грани на расстояниях: латунные в 1,5 м, из стали СТ-3 - в 2,5-4,5 м. Со стороны низовой грани на расстоянии 0,5 м (только на водосливном участке плотины) также был установлен металлический лист.

Уплотнения на плотинах Усть-Илимской и Зейской ГЭС напорами по 90 м запроектированы из латунных диафрагм с компенсаторами и отогнутыми краями. Листы устанавливались от напорной грани на расстояниях: латунные Л90 в 2,0 м, из стали СТ-3 в 2,9-5,25 м и со стороны низовой грани - металлические листы (Ст. 3) на расстоянии 2,0-2,5 м.

В камерах шлюза Кременчугской ГЭС, ввиду больших затруднений в устройстве уплотнения из асфальтовой шпонки и его высокой стоимости, впервые в отечественной практике по нашей рекомендации асфальтовые шпонки были заменены металлическими диафрагмами с компенсаторами и отогнутыми краями.

Наблюдениями автора за фильтрацией воды в камере шлюза Кременчугского гидроузла установлено, что такое уплотнение уже в течение 13 лет эксплуатации работает вполне удовлетворительно.

Нашли широкое применение металлические диафрагмы на ряде строек северных гидроузлов, проектирование и строительство которых осуществлялось финской строительной фирмой "Иматран-Войма". Так, например, для наружных контурных уплотнений температурных швов контрфорсных плотин Раякоски и Кайтакоски с напором до 21,0 м применялось уплотнение в виде двух листов из нержавеющей стали толщиной 1,0—1,5 мм или из медных листов с компенсаторами. Диафрагмы устанавливались на расстояниях 40 и 100 см от напорной грани сооружения. В 130 см от низовой грани устраивалась дрена прямоугольной формы. Поверхность бетона в швах дважды промазывалась горячим битумом и оклеивалась рубероидом.

Длительная эксплуатация и наблюдения за состоянием температурных швов плотины Раякоски показали, что работа уплотнений вполне удовлетворительная летом, и в зимнее время. Фильтрация воды в одном случае происходила в виде капель с расходом около 0,01 л/с.

За рубежом в более поздний период, при строительстве гравитационных плотин высотой 95-219 м уплотнение температурных швов осуществлялось медными диафрагмами с компенсаторами, которые располагались с напорной стороны, и диафрагмами без компенсаторов со стороны нижнего бьефа. В США в качестве уплотнения температурных швов гравитационных плотин высотой 56,0-76,5 м применялись медные диафрагмы с компенсаторами с напорной стороны и без компенсаторов со стороны нижнего бьефа.

В итальянской практике гидростроительства в качестве уплотнения швов гравитационных плотин Карсер, Лагодимэццо, Сайт Стефано и других использовались медные диафрагмы. Реже уплотнение осуществлялось при помощи асфальтовых шпонок с сечением от 20 х 20 до 80x80 см. В обоих случаях с напорной стороны в температурных швах устраивались уплотнения в виде железобетонных плит, оклеенных просмоленной тканью, а со стороны нижнего бьефа устраивались дрены диаметром 10x20 см или смотровые колодцы сечением 0,8x0,8 - 1x1 м. Уплотнения этой конструкции успешно проработали под напором до 50 м в течение 20 лет во всех 24 швах плотины Карсер.

Большой интерес представляют уплотнения швов гравитационных плотин Чиньяна и Санкатарина (Италия), а также Хердеке (ФРГ), Шлюхзее и Эккер (ГДР), где применен медный лист петлеобразной формы. Петля выходит внутрь шахты смотрового кольца сечением 80x80 см. Такая конструкция уплотнения обеспечивает возможность осмотра и ремонта основного элемента уплотнения медного листа.

В Швейцарии уплотнение температурных швов гравитационных плотин выполнялось со стороны напорной грани медными диафрагмами. С низовой стороны шов расширялся до 3 м и заполнялся штрабным бетоном. Такой вид уплотнений в период длительной их эксплуатации показал удовлетворительную работу. На ряде плотин применялся другой вид уплотнения - из медных или стальных диафрагм. Так, например, на плотине Гранд-Диксанс, на расстоянии 2 м от напорной грани, располагались медные диафрагмы. Со стороны напорной грани шов ограждался железобетонным брусом, оклеенным битумными матами, между которыми заложен металлический лист. На расстоянии 4 м от низовой грани устроена дрена диаметром 20 см. Кроме того, шов дополнительно уплотнен двумя рядами диафрагм из стальных листов и оборудован смотровой шахтой диаметром 120 см.

В Швеции уплотнение температурных швов плотин Бергенбрунхавет, Крангеде выполнялись у напорной грани медными диафрагмами с компенсаторами. Оба конца диафрагм жестко заделывались в блоки первой и второй очереди бетонирования. Со стороны нижнего бьефа были расположены дрены диаметром по 15 см.

Уплотнение температурных швов гравитационных плотин в Турции осуществлялось при помощи четырех слоев флинткота, при толщине каждого слоя 1 мм, и трех слоев джута. Расплавленный битум заливался в температурные швы через специально оставленные для этой цели отверстия (плотина Порзуак).

Для обеспечения водонепроницаемости температурных швов гравитационной плотины Альпе Джера предусматривалась облицовка напорной грани металлическими листами толщиной 3,15 мм. По мере возведения плотины, в местах расположения швов, на расстоянии 6 м друг от друга закладывались стальные листы толщиной 3 мм специальной формы, к концам которых приваривались уголки 120x80x12. Листы металлической облицовки 1,4 х 6 м приваривались к уголкам.

Уплотнение температурных швов гравитационной плотины Биказ ГЭС имени В. И. Ленина (Румыния, 116 м) выполнялось медными диафрагмами и запасными шахтами.

Уплотнение температурных швов контрфорсной плотины Элмали, построенной в Турции в 1963 г., выполнялось медными диафрагмами, установленными с напорной стороны. Цементация шва производилась при помощи специальных труб сечением 10 х 12 см, оставленных в теле плотины в процессе бетонирования.

Наиболее простое уплотнение температурного шва между контрфорсами было выполнено на плотине Миранда высотой 80 м. Вместо бетонного бруса и асфальтовой шпонки в шве с верховой стороны установлены два и с низовой стороны - один ряд медных листов толщиной по 2 мм.

Пространство шва между вторым и третьим листами заполнялось мастикой, которая нагнеталась по специальной трубке на потерны. В Италии наибольшее распространение получила раздельная установка металлических (медных) листов и уплотнений других типов, например, на плотине Катилья, на контрфорсных плотинах Понтано д'Авио, Бау Муджерис и других.

В Португалии уплотнение температурных швов контрфорсной плотины Пикотн, построенной в 1957 г., выполнялось со стороны напорной грани медными диафрагмами и плоскими стальными листами с низовой грани. Работы по цементации производились после охлаждения бетонного массива до среднегодовой температуры, в холодное время года, когда происходило максимальное раскрытие швов.

В некоторых других плотинах, высотою 112-114 м, уплотнение швов выполнялось только одними медными диафрагмами с компенсаторами и широким швом (3,0 м), заполняемым бетоном.

На плотинах США - Хангри Хоре, Колдервуд, Тайгерт, Молден и других уплотнения широких швов выполнялись в виде медных диафрагм, а на плотине Сотэ - заполнением бетоном. Диафрагмы устанавливались на каждой стороне широкого шва. После усадки бетона в блоках плотины широкий шов заполнялся бетоном и затем цементировался. Цементация шва, как правило, осуществлялась в следующий строительный сезон (через 6—8 месяцев).

Из рассмотренных более 700 конструкций уплотнений температурных швов в сооружениях зарубежных стран, расположенных на скальных основаниях, нами установлено, что преобладающими являются:

1) металлические (медные, латунные) диафрагмы с компенсаторами (США, Франция) для всех видов плотин; резиновые, каучуковые и поливинилхлоридные ленты (США, Япония, Чехословакия) также для всех видов плотин;

2) для контрфорсных плотин - медные листы и асфальтовые шпонки малого сечения с электронагревателями;

3 ) для перекрытия температурных швов высоких гравитационных плотин (Гримзель, Обераар, Ретерихсбоден и другие) применялись металлические уплотнения оригинальной конструкции, предусматривающие возможности значительных как горизонтальных, так и вертикальных деформаций сооружения.

Уплотнения температурных швов из металлических диафрагм за период многолетнего применения в зарубежных странах оказались достаточно надежными и обеспечивающими водонепроницаемость швов.

Опыт применения диафрагм из нержавеющей стали для уплотнения деформационных швов на отечественных строительствах подтверждает экономическую целесообразность и техническую возможность их применения вместо дорогостоящих меди, бронзы н латуни.

Уплотнение из плоского металлического листа в большинстве случаев имеет тот недостаток, что оно недоступно для осмотра и ремонта внутри полости шва.

Компенсаторные волны придают металлическим диафрагмам большую эластичность, но зато затрудняют устройство стыков диафрагм по высоте сооружения. Поэтому наибольшее распространение находят металлические диафрагмы Z -образной формы, хотя они хуже других выдерживают деформацию, направленную вдоль плоскости шва.

Сварка листов металлического уплотнения иногда сопровождается прожогами на изгибах, что может вызвать коррозию листов, а стыкование внахлестку заклепками вызывает прямую фильтрацию.

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