Текущий и капитальный ремонт

Следует различать текущий и капитальный ремонт уплотнений в периоды постоянной и временной эксплуатации. Необходимость выполнения ремонтных работ по уплотняющим устройствам может возникнуть в процессе нормальной эксплуатации, в связи с обнаружением тех или иных дефектов уплотнений.

Для выполнения ремонтных работ по уплотнениям деформационных швов необходимо составить соответствующую проектную документацию. В проекте должно быть обращено особое внимание на вопросы техники безопасности.

Перед составлением проекта должны быть собраны детальные данные по состоянию элементов сооружения, связанных с уплотняющими устройствами швов, установлен характер дефекта уплотнения, его причины и возможные пути устранения дефектов. В зависимости от характера деформационного шва и конструкции уплотняющих устройств могут быть разные виды дефектов уплотнений. Различают два основных вида дефектов уплотнений швов: а) фильтрация воды через шов в обход уплотнения; б) утечка асфальтовой мастики из полости шпонки.

Для каждого вида уплотнения деформационного шва могут быть разные причины появления указанных дефектов уплотнений.

Причинами фильтрации воды через температурный шов могут быть: а) неудовлетворительное качество выполненных работ при осуществлении уплотнений; б) неучачно выбранная конструкция основного уплотнения шва. При наличии асфальтовой шпонки может быть несоответствие между площадью полости шпонки и вязкостью асфальтовой мастики; ограждений шпонки в виде просмоленных канатов или металлических диафрагм без компенсаторов. При уплотнениях швов без асфальтовых шпонок фильтрацию могут вызвать неудовлетворительная конструкция металлических диафрагм - без компенсаторов или некачественно выполненная заделка диафрагм в бетон блоков первой и второй очереди бетонирования, несвоевременная цементация полости шва и т. п.; в) неудовлетворительная конструкция или плохое качество работ при осуществлении наружного контурного уплотнения температурного шва; в этом случае поступление фильтрационной воды может быть сосредоточено на напорной грани температурного шва; г) другие причины; так, например, при установке закладных .частей затворов, решеток и т.п. в штрабы быков ограниченной толщины (менее 2 м) фильтрация воды в температурный шов мол-сет происходить через штрабной бетон закладных частей пазов при расположении основного уплотнения шва до пазовых конструкций в быках.

Наиболее серьезным дефектом уплотнений деформационных швов, выполненных в виде металлических диафрагм, является фильтрация воды через шов. Основные причины фильтрации могут быть сформулированы в следующем виде: а) неудовлетворительная конструкция металлических диафрагм (диафрагма без компенсаторов); б) некачественные стыковка и заделка диафрагм в бетон первой и второй очереди бетонирования или плохая проработка бетона вокруг диафрагм; в) несвоевременная или некачественная цементация полости температурного шва и др.

Появление фильтрации воды через температурный шов из асфальтовых шпонок малого сечения с верховым и низовым ограждениями в виде металлических диафрагм может быть обусловлено следующими причинами: некачественная заделка диафрагм в бетон блоков, неплотности заполнения шахты шпонки асфальтовой мастикой, отсутствие системы электронагрева или разрыва в цепи и т. п. Устранение таких недостатков может быть достигнуто при выполнении следующих ремонтных работ: цементация полости температурного шва перед верховым и низовым -ограждениями шпонки; разбуривание полости асфальтовой шпонки скважиной диаметром 30-3 5 см и заполнение ее мастикой, приготовленной на битуме с меньшей вязкостью (например; на битуме марки БН-П ).

Для выполнения цементации полости шва перед верховым ограждением шпонки необходимо пробурить две скважины. Первая скважина - для тампонами шва, благодаря которому может быть устранена или значительно ослаблена фильтрация воды через шов. Вторая скважина используется для цементации шва.

Во вторую очередь следует пробурить скважину ниже низового ограждения шпонки для цементации шва за низовым ограждением . При наличии за низовым ограждением дренажного устройства температурного шва скважину следует располагать не ближе 1 м от дренажных устройств. При этом для предотвращения засорения дренажа цементным раствором в процессе цементации скважины, рекомендуется производить промывку дренажа.Устранение фильтрации воды через температурный шов при наличии наружных и внутренних контурных уплотнений в зависимости от конструктивных и эксплуатационных особенностей сооружений может быть достигнуто цементацией полости шва и применением прижимных устройств. Устранение фильтрации воды через температурный шов, перекрытый внутренними контурными уплотнениями, может быть достигнуто цементацией полости шва. Скважины для цементации полости шва должны выполняться с наклоном к полости шва с таким расчетом, чтобы буровой скважиной не пересекались бы уплотняющие диафрагмы. Как правило, в неармированных конструкциях эти диафрагмы рекомендуется размещать на расстоянии 0,5 м от поверхности бетона и 0,2 м - в армированных.

Ниже приводится описание некоторых случаев появления фильтрации воды через деформационные швы сооружений с пояснением причин и способов ее устранения.

В температурных швах щитовых отделений зданий Верхне-Свирской и Кременчугской ГЭС при повышении воды верхнего бьефа до отметок, близких к нормальному подпорному уровню, началась фильтрация воды. Причиной фильтрации явилось неудачное расположение основного уплотнения температурного шва (в виде асфальтовой шпонки большого сечения)- перед пазами затворов и решеток. В обоих случаях фильтрация воды в шов происходила через штрабной бетон закладных частей пазовых конструкций в быках ограниченной толщины. Фильтрация воды была устранена путем цементации полости шва через скважины, пробуренные ниже (по течению) всех пазов в быках.

В период временной эксплуатации шлюза Волжской ГЭС имени ХХП съезда КПСС на некоторых осадочных швах происходила фильтрация воды; причиной фильтрации явилась некачественная заделка диафрагмы в бетон второй очереди.

Существенным дефектом асфальтовых шпонок в деформационных температурных швах является утечка асфальтовой мастики, которая чаще всего обнаруживается в начале эксплуатации сооружения и вызывается сравнительно большой вязкостью битума, применяемого для приготовления асфальтовой мастики, и малыми скоростями фильтрации таких мастик при достаточно низких температурах окружающей среды.

Более раннее распознавание дефектности асфальтовых шпонок может быть достигнуто только после длительного электронагрева мастики. Но такой разогрев, как правило, производится только в начале эксплуатации сооружения (при условии исправности системы электронагрева). Причины таких утечек могут быть самые разнообразные; на некоторые из них обращается внимание в рассматриваемых ниже примерах.

В период нормальной эксплуатации шлюза Верхне-Свирской ГЭС были обнаружены утечки асфальтовой мастики через деформационные швы. Эти швы имеют уплотнение в виде асфальтовой шпонки малого сечения с внутренним ограждением металлической диафрагмой ограждение шпонки в виде просмоленного каната. При работе шлюза периодические наполнения и опорожнения камеры создают благоприятные условия для вымывания из каната битума. Это способствовало образованию пустот вокруг каната и путей для утечек мастики.

Устранение утечек мастики было достигнуто устройством со стороны камеры прижимного устройства.

В шлюзах № 7 и 13 Волго-Донского канала имени В. И. Ленина были произведены ремонтные работы по ликвидации очагов фильтрации в камерах. Осадочные швы в камерах шлюзов были уплотнены при помощи асфальтовых шпонок. Кроме этого, продольные швы в камерах шлюзов были уплотнены двумя асфальтовыми шпонками - одна у подошвы, вторая сверху. Основанием шлюза № 7 являются суглинки с песчаными и супесчаными прослойками и пески. Шлюз № 13 расположён на мелкозернистых пылеватых песках. В камерах шлюзов при выходе фильтрационных вод наблюдались выносы частиц грунта основания. Ремонт начался с закрепления грунта основания при помощи силикатизации и ликвидации пустот под подошвой камер шлюзов. Пустоты ликвидировались путем нагнетания цементного раствора.

При выполнении ремонтных работ наибольшее внимание уделялось продольным швам в днище, а также участкам сопряжения этих шпонок с уплотнениями поперечных швов в камерах. Продольный шов сверху был прикрыт резиновой лентой, прикрепленной к бетону днища при помощи анкерных болтов. Болты устанавливались в шпуры, пробуренные в бетоне.

Ремонт уплотнений поперечных швов в днище и вертикальных швов в стенах акмер шлюзов заключался в замене старого уплотнения резиновой полосой и в нагнетании расплавленного битума.

Для нагнетания битума БН-Ш в металлических накладках шпонок просверливали отверстия, в которые вваривали трубки с резьбой. Расстояние между отверстиями определялось в зависимости от поглощения битума и колебалось от 0,5 до 2 м. К трубкам подсоединялся выходной патрубок битумного инъектора, из которого под давлением расплавленный битум поступал в деформационно-осадочный шов.

Инъектор представляет собой металлический цилиндр диаметром 325 и высотой 750 мм. Цилиндр имеет конусное дно с выходным патрубком, снабженным накидной гайкой и вентилем. Перемещение инъектора при нагнетании битумной мастики в вертикальные швы осуществлялось при помощи крана, установленного на верхней площадке шлюза. Вместе с инъектором поднималась люлька с рабочим, обслуживающим инъектор. При выполнении всех видов работ строго соблюдались правила техники безопасности. Принятые меры дали положительные результаты.

Контурные уплотнения в сооружениях Каховской ГЗС состояли из двух листов нержавеющей стали, оклеенных битумматами и сверху закрытых сборными железобетонными плитами. Листы и плиты при помощи анкерных болтов крепились к стенкам штрабы. Изготовление железобетонных плит на строительстве оказалось невозможным, поэтому внутренние контурные уплотнения выполнялись без этих плит. После затопления котлована большое количество этих уплотнений оказалось водопроницаемым. Для их ремонта по периметру галереи пробуривались в бетоне через 20-30 см скважины; в них устанавливались анкерные болты диаметром, 16 мм, после чего наклеивались в два слоя битумматы и на них профилированная резиновая диафрагма шириной 70 см и толщиной 10 мм, а поверх листа на анкерных болтах укладывались металлические листы шириной 66-68 см и толщиной 6-8 мм, которые этими жк болтами и уголками 70x70x8 мм прижимались к стенкам штрабы. Однако фильтрацию воды через уплотнения все же устранить не удалось; расход воды в отдельных уплотнениях доходил до 20-2 5 л/с.

После отвода фильтрационных вод из водосбросной канавы с помощью трубы диаметром 150 мм создавалось возможность продлить металлическую рубашку до дна канавы с последующей заливкой асфальтовой мастикой. В результате фильтрационные расходы воды значительно снизились - до 1,0-1,5 л/с.

В здании Каховской ГЭС, в первые годы эксплуатации, в смотровую галерею из вертикальной шпонки НБ было выдавлено около 16 ма асфальтовой мастики. Такое выдавливание происходило через открытое устье вертикальной штюнки, выходящей в смотровую галерею против смотровой шахты. Выдавливание мастики происходило под воздействием собственного веса и фильтрационного потока со стороны подошвы сооружения в связи с расстройством донного уплотнения. Подобное расстройство могло произойти в результате перенапряжения в основании у низовой стороны здания ГЭС. Такому расстройству в значительной мере способствовала и неудачная конструкция уплотнения по подошве сооружения. При указанной конструкции горизонтальной шпонки не обеспечивалась возможность устройства надежного сопряжения с вертикальными шпонками, при котором гарантировалась бы полная изолированность и разобщенность шпонок. Отсутствие такой изолированности и разобщенности не исключает возможности работы всех этих шпонок как сообщающихся сосудов.

После предварительного электронагрева мастики в шпонках из смотровой шахты были обнаружены утечки мастики из нескольких шпонок здания Боткинской ГЭС. Места утечки были тщательно осмотрены, на основании чего было установлено, что шпонки дали течь из-за плохой забивки шлаковатой пустот между шандорами и железобетонными элементами шпонок.

Ремонт производился следующим образом: мастика, разогретая до жидкого состояния, удалялось буровой желонкой диаметром 40 см, объемом 0,5 м³. После освобождения шпонки от мастики демонтировалась система электронагрева и извлекались шандоры до места утечки. Места утечки, были тщательно обследованы, на основании чего было установлено, что утечки мастики происходили из-за плохого качества забивки пазух между шандорами и коробами просмоленной паклей. После ликвидации дефектов и повторного заполнения шпонок асфальтовой мастикой был вновь произведен электронагрев этих шпонок. Утечки мастики больше не наблюдалось.

Ремонт вертикальных асфальтовых шпонок сечением 20x20 см Усть-Каменогорского гидроузла заключался в электронагреве мастики шпонки, доливке горячего битума и опрессовании шпонки сжатым воздухом под давлением 6 атм в течение 12-18 ч. Это дало резкое уменьшение фильтрационного расхода (0,1-0,2 л/с).

Для разогрева шпонок был применен "щуп", который продавливался в полость шпонки домкратом усилием до 10 т, но так как многие шпонки были сильно засорены строительным сором, то и такой метод оказался во многих случаях малоэффективным. Более чем на глубину 10 м "щуп" не удалось погрузить.

Ремонт асфальтовых шпонок сечением 15x15 см на плотине Днепровской ГЭС имени В. И. Ленина производился неоднократно. Причиной фильтрации воды через асфальтовые шпонки являлось отсутствие ограждающих элементов уплотнения и невозможность контроля полости шпонки перед ее заливкой асфальтовой мастикой. После восстановления гидростанции (1944-1946 гг.) для уменьшения фильтрации воды через температурные швы плотины они были зацементированы. Однако поступление воды через швы ликвидировать этим мероприятием не удалось. Попытки произвести разогрев мастики в шпонках горячим воздухом, пропуском по трубе электрического тока и опусканием в шпонку электроиглы не удалось. Тогда рядом со шпонками, на расстоянии 10-15 см от них, были пробурены скважины диаметром 110 мм, в которые опускались электроиглы. При этом шпонки удалось прогреть через бетон, но битум в них не оседал из-за наличия пробок. Наконец, было произведено бурение шпонки буром диаметром 74 мм с подачей керосина вместе воды. Таким образом шпонки были расчищены на глубину до 16 м, дальнейшее углубление оказалось невозможным, так как шпонки были заполнены водой, которая препятствовала растворению битума керосином.

На Днепровском шлюзе ремонт асфальтовых шпонок производился электронагревом от трансформатора 600/36 В путем включения в цепь трубы паропрогрева. Во многих шпонках отсутствовал контакт из-за разъединения в местах стыков труб. В некоторых случаях удавалось лрогреть шпонки благодаря присоединению кабеля к нижнему концу труб паронагрева, для чего в стенке шлюза были пробиты отверстия.

В процессе эксплуатации здания Волжской ГЭС имени В. И. Ленина наблюдалась сильная фильтрация воды через асфальтовые шпонки.
Для обеспечения надежности работы шпонок Ленинградским отделением Оргэнергостроя был разработан проект ремонта, предусматривающий выполнение следующих мероприятий: 1) очистка шпонок и участка полости шва между ними от мусора; 2) заделка швов между плитами-оболочками; 3) замена негодных шандорных плит новыми, заделка швов между шандорами конопаткой и тщательным уплотнением; 4) заделка шпонок асфальтовой мастикой; 5) цементация щелей между плитами-оболочками и бетоном. Для уменьшения поступления воды в шов со стороны верхнего бьефа, перед основной шпонкой, устраивались тампоны в шве путем бурения скважины и забивки ее комками просмоленной пакли.

Работа выполнялась медленно из-за трудности бурения скважины в швах, забитых мусором и кусками арматуры. В пределах очищенных и осушенных швов производилась цементация мест фильтрации и уплотнения шпонки со стороны нижнего бьефа. После этого наблюдалось некоторое уменьшение утечки асфальтовой мастики из одной шпонки. Дальнейшая работа по ремонту шпонок строительством была остановлена. Впоследствии напорная вода прорвала шпонку осадочного шва, а затем контурную шпонку в распределительном устройстве (РУ). Для ликвидации прорыва шпонки в пробуренной скважине устанавливалась труба диаметром 122 мм и засыпалась буровой дробью при незначительном подъеме трубы. Произведенные работы по засыпке дроби свидетельствовали о наличии утечки дроби в сторону нижнего бьефа на нижних отметках. Для создания завесы против утечки дроби со стороны верхнего бьефа были забурены две скважины и установлены две трубы диаметром 133 мм каждая до отметки 119,0 м.

Для последующей глинизации представилась необходимость забивки двух труб диаметром 76 мм до отметки 119,0 м с перфорированными концами длиной по 4 м. Производилась засыпка дробью скважины через обсадную трубу диаметром 122 мм по мере ее подъема, В случае непрекращения фильтрации после засыпки дроби производилась глинизация. При недостаточном эффекте от глинизации для цементации производилась повторная забивка двух труб диаметром 76 мм.

В процессе эксплуатации шлюза Новосибирской ГЭС обнаружилась сильная фильтрация воды через деформационно-осадочный шов между секциями камеры шлюза. После откачки воды из камеры оказалось, что уплотнение из каната, расположенного в 20 см от наружной стороны стены камеры, пропускает воду интенсивностью более 2 л/с; из шпонки вытекает мастика. Для устранения дефекта в камере производилось расширение шва между секциями камеры с наружной стороны до 26 и 15 см по глубине; этим самым ликвидировалось уплотнение, заполненное просмоленными войлочными пакетами. В этих расширениях устанавливались анкерные болты с наклейкой асфальтовых матов в два слоя и на них резиновая лента, которые затем прижимались болтами.

Для ремонта осадочных швов также использовался оклеенный пластикат. Пластикат имеет меньший вес и удобен при монтаже. Работы по устройству уплотнения из пластиката велись в тепляке, так как при температуре ниже 20°С монтаж уплотнения затруднен. В уплотнение шва пластикат устанавливался в два слоя из-за малой толщины листа и низкой теплостойкости пластиката. Пластикат легко сваривается горячим воздухом, что дает возможность стыковать отдельные листы на рабочем месте и ремонтировать поврежденные участки уплотнения без демонтажа. Эксплуатация осадочных швов с уплотнением из эластичного пластиката показала его надежность.

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