ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ СООРУЖЕНИЙ
Уппотнения деформационных швов массивных сооружений
Деформационными швами называются постоянно действующие элементы бетонных и железобетонных сооружений, обеспечивающие свободу деформации их отдельных секций при неравномерной осадке основания, изменении температуры, усадке бетона в период твердения или при изменении внешних нагрузок. Конструкции швов определяются их назначением, конструкцией и классом сооружения, свойствами грунтов основания, климатическими условиями района и действующим напором воды.
По назначению различают температурные и осадочные швы, швы примыканий сооружений или отдельных их частей, подразделяя их на сквозные и несквозные швы-надрезы (рис. 3.1).
Деформационный шов состоит из полости и ее заполнения, противофильтрационного уплотнения, дренажных и контрольных устройств. По конфигурации швы бывают вертикальными И горизонтальными с подразделением на плоские, штрабовидные И уступчатые. В массивных гидротехнических и подземных промышленных сооружениях чаще всего устраивают вертикальные плоские швы.
В зависимости от способа заполнения различают полые, частично заполненные и заполненные швы, а по ширине — узкие, (3—20 мм), средние (до 60 мм) и широкие — значительной ширины, как правило, полые. Заполнение шва должно быть сплошным и пластичным, допускающим свободное его раскрытие и сжатие, однако оно не будет водонепроницаемым, поскольку даже при небольшом раскрытии шва пластичное заполнение отрывается от бетона одной из секций сооружения.
Узкие температурные швы образуют покраской бетона первой очереди разжиженным битумом (при толщине шва до 1 мм), оклейкой несколькими слоями пергамина или рубероида (до 20 мм) или холодной асфальтовой штукатуркой (до 60 мм). От заполнения шва не требуется долговечности, поэтому разрешается применение негнилостойких и неводоустойчивых материалов и холодных асфальтовых мастик на основе глинобитумных
Пас т И песчаных наполнителей (см. § 1.3, табл. 1.28). Средние швы образуют из асфальтовых плит, деревянной опалубки с распорными брусьями, а широкие — посредством удаляемой опалубки для блоков бетонирования второй очереди или при помощи плит-оболочек, ограничивающих бетон первой и второй очередей.
Уплотнения деформационных швов предназначены для обеспечения их водонепроницаемости, а иногда и для защиты от засорения мусором, грунтом или льдом. В зависимости от расположения в шве различают вертикальные, горизонтальные и контурные (поверхностные и внутренние) уплотнения. В гидротехнических сооружениях уплотнение шва является его основной очень ответственной конструктивной деталью, так как оно воспринимает весь напор воды [54, 73].
По виду основного материала уплотнения можно подразделить на следующие типы:
А) асфальтовые шпонки (рис.3.2,А), основной частью которых является полость, заливаемая асфальтовой мастикой в горячем состоянии; в свою очередь их подразделяют на верти-
Рис. 3.1. Типы деформационных швов массивных гидросооружений А — разрез по температурному шву; б — вид с напорной грани; В — схема-ійіан деформационного шва; г — схема-разрез осадочного шва; д — вид с напорной грата; е — схем а-п лая осадочного шва
1 — компенсационный колодец асфальтовой шпонки; 2 — вспомогательные контурные уплотнения на наружных гранях; 3 — главное вертикальное уплотнение — асфальтовая шпонка; 4 — Смотровой колодец; 5 — контурное уплотнение У потерн; 6 — Заполнение узкого шва пластичным материалом; 7 — полый широкий шов; 8 — колодец сопряжения с основанием; 9 — Несквозные температурные
Швы; 10 — сквозные темпера - турно-осадочные швы; 11 — Секции сооружения; 12 — главное донное уплотнение; 13 — Горизонтальное внутреннее уплотнение; 14 — смотровая потерна-галерея
Кальные, горизонтальные и контурные, а особенно крупные шпонки называют шахтными;
Б) бетонные и железобетонные брусья, плиты и пробки, Как правило, наружные контурные уплотнения, иногда сочетающиеся с асфальтовыми прокладками;
В) Металлические и пластмассовые диафрагмы и листы-компенсаторы.
Все уплотнения деформационных швов должны по надежности и долговечности соответствовать основным сооружениям: так, расчетная долговечность сооружений первого класса капитальности превышает 100 лет, а потому столь же долговечными должны быть и уплотнения в швах. Поэтому при проектировании уплотнений надо предусматривать их повышенную надежность и дублирование; их нужно выполнять из особо долговечных материалов, надежно защищая их от физической и химической агрессии внешней среды. При этом должны соблюдаться указанные ниже правила.
|
5 1Н 7 2 |
Асфальтовые шпонки. Их заполняют асфальтовыми мастиками, которые для обеспечения^ максимальной плотности и пре-
|
|
Рнс. 3.2. Типы основных уплотнений деформационных швов массивных гидротехнических сооружений (поперечные разрезы)
А — асфальтовых шпонок; б — контурных уплотнений разными материалами
1 — залнвка асфальтовой мастикой; 2 — железобетонный брус Или плнта; й — электрообогрев; 4 — пластичная прокладка; 5 — резиновый жгут, пороизол; 5 —резиновая профильная лента; 7 — металлический лист-компенсатор
Дотвращения расслоения при заливке и разогреве должны содержать 65—70% минерального наполнителя (известняковый порошок, отходы цемента, зола ТЭС и др.). В южных районах для этой цели используют дорожный битум БНД 40/60, а § Cg - верных—БНД 60/90, назначая размеры полости шпонки на основе специального расчета по условиям подтекания мастики при деформации в шве. Правильно спроектированная система горизонтальных и вертикальных шпонок создает в любой момент
|
|
Рнс. 3.3. Примеры уплотнений деформационных швов массивных гидросооружений в районах с суровым климатом
О —плотина Братской ГЭС (1960 г., 126 м); б — здание Пля - внньской ГЭС (1965 г., 54 м); в — плотина Саяно-Шушенской ГЭС (1978 г., 221 м); г — плотина Лафорсен в Швеции (1953 г., 16 м); а—Боткинский шлюз (1960 г., 36 м); е — Волжская ГЭС имени XXII съезда КПСС (1959 г., 42 м)
J — железобетонный брус с прокладками; 2 — латунный лист - компенсатор; 3 — асфальтовая шпонка-шахта; 4 — запасная шахта-колодец; 5 — цементационные скважины; 6 — резиновые профильные леиты
Времени избыточное давление асфальтовой мастики внутри по - , лости шпонки над внешним давлением воды в любой точке ее S контура [73, П5]. |
Асфальтовые шпонки — наиболее надежный вид уплотнения швов, особенно при значительных деформациях в осадочных швах, для высоких сооружений в районах с суровым климатом или значительной сейсмичностью (рис.3.3), причем в некоторых шпонках размеры полости достигают 1,2X1,5 м (рис. 3.3, е). Формулы для расчета асфальтовых шпонок приведены в табл. 3.1.
Для повышения надежности шпонок их подвергают ремонтному обогреву, в результате чего асфальтовое заполнение полости шпонки временно разогревается, подвижность мастики повышается, что обеспечивает ликвидацию протечек через свищи, полости или трещины. Такой ремонтный электрообогрев от сварочного трансформатора, осуществляемый по системе изолированных арматурных стержней диаметром 12—14 мм в течение трех-четырех суток, позволил достигнуть полной водонепроницаемости швов на плотине Братской ГЭС и в здании Пля- виньской ГЭС (рис. 3.3,а и б), которые в дальнейшем в ремонте не нуждались.
Шахтные асфальтовые шпонки большого поперечного сечения сложны и дороги (240 руб/м), поэтому естественно стремление найти пути их упрощения, не снижая надежности. Одним из таких путей являются автоматические шпонки, впервые осуществленные на Кегумской ГЭС в 1939 г.
Затем аналогичные шпонки были применены на плотинах Белфорсен и Лаофорсен в Швеции (рис. 3.3,г), Янискоски в Финляндии. В деформационных швах этих плотин выполняются шпонки диаметром 10—15 см, заполняемые легкоподвиж - ным битумом БНД 130/180 и подпитываемые из контрольной галереи через специальные питательные колонки (рис. 3.4) тем же битумом. Избыточное давление во всей системе поддерживается сжатым воздухом от автоматически работающего компрессора.
На плотине Кегумской ГЭС такая система действует безупречно уже свыше 40 лет, причем суммарный расход битума за прошедший период составил около 3 т. На плотине Янискоски избыточное давление создают особые резервуары, поднятые над гребнем плотины на 4,5 м.
На основании этого опыта Н. Ф. Щавелевым предложены инъектирующие шпонки с расширенным участком шва, переменным сечением по высоте плотины и разогревом трубчатым электроразогревателем в зоне переменных горизонтов. Такие шпонки были впервые осуществлены в 1976—1978 гг. на плотине Андижанского водохранилища высотой 110 м, обеспечив полную водонепроницаемость швов, причем стоимость шпонки была снижена более чем в десять раз [73].
|
|
Нами предложено устройство напорных шахт в бычках водосливных плотин для повышения давления в полостях шахтных шпонок и увеличения надежности их работы (рис. 3.5). Та-
|
Рис. 3.5. Уплотнение шва водосливной плотины асфальтовой шпонкой с компенсирующими и напорными колодцами А — схема-плаи деформационного шва; б — разрез плотины по деформационному шву; в — разрез по компенсационным и напорным колодцам 1 — поверхностное уплотнение железобетонным брусом; 2 — вертикальная асфальтовая шпонка; 3 — смотровая галерея; 4 — дренажная скважина; 5 — контурное резиновое уплотнение; 6 — напорный колодец в бычке плотины; 7 — Компенсационные колодцы; 8 — питающая труба для подачи асфальтовой мастики; 9 — колодец сопряжения с основанием; /0—-колодец для доливки мастики (запасной); 11 — уширеиный шов; 12 — узкий внутренний участок шва |
Кие шахты выполнены на плотине Каневской ГЭС, что позволило значительно уменьшить сечение шпонок.
Расположение асфальтовых шпонок у поверхности сооружения приводит к их промерзанию и вынуждает либо резко увеличивать поперечное их сечение, либо периодически прогревать их. Представляется возможным заполнять полости шпонок хладостойкими полимербитумными сплавами или мастиками (см. § 1.1), подвижными при умеренных морозах; однако при
|
Рис. 3.6. Уплотнение деформационного шва асфальтовой шпонкой с гидравлическим компенсатором (предложение Н. В. Стабникова и автора) А — разрез по деформационному шву; б — поперечный разрез иапориой трубы; в — поперечный разрез по асфальтовой шпонке 1 — асфальтовая или полимербитумная мастика; 2 — шланг гидравлического компенсатора; 3 — железобетонный ограждающий брус; 4 — металлический лист с асфальтовой прокладкой; 5—стержни электрообогрева (при необходимости); 6— поверхностная защитная труба с обогревом (при необходимости); 7 — иапориый бак с жидким битумом или маслом, вязкость которого подбирается по расчету; 8 — компенсационный колодец; 9 — съемные металлические крышки для долнвки битума |
Сильных морозах они загустевают настолько, что в полости шпонки при схождении шва возникает избыточное давление столь значительное, что оно может привести к расстройству защитного ограждения шпонки; это наблюдалось в шпонках шлюзов канала имени Москвы.
Поэтому нами был предложен гидравлический компенсатор для обеспечения постоянного давления в полости шпонки,* с этой целью в нее закладывают пластмассовый шланг на гребне сооружения (рис. 3.6), устанавливают компенсирующий резервуар и заполняют всю систему легкоподвижным жидким битумом или маслом, вязкость которого подбирают на основании реологического расчета, исходя из условий эксплуатации [65, 109]. Такие шпонки предназначены для насосных станций, стен шлюзов и других сложных случаев тонкостенных железобетонных конструкций при больших осадках.
Бетонные и железобетонные брусья и пробки. В сочетании с асфальтовыми прокладками и резиновыми профильными лентами они применяются для поверхностных уплотнений и защиты водонепроницаемых элементов от воздействия льда и волн. Все эти элементы выполняются из морозоустойчивого бетона, а в зоне переменных горизонтов их рекомендуется выполнять из пропитанных сборных элементов.
На плотинах Понте Де Авио, Бау-Муджерис и Саббионе в Италии брусья сочетаются с поверхностными шпонками, а на плотине Гранд-Диксанс в Швейцарии, плотине Ингурской ГЭС в Грузии и на других арочных плотинах железобетонные
|
Стоимость, руб/м |
|
10—80 15—90 |
1,70 3,14 |
|
56—70 5—89 7—92 |
9,22 2,10 4,62 |
|
1-75 |
1,14 |
|
5—07 |
3,88 |
|
12—50 |
1,24 |
|
20—90 |
2,80 |
|
6—40 18—50 30—20 18—00 10-70 |
2,63 4,00 5,75 2,10 1,96 |
|
15—70 |
3,65 |
Таблица 3.2 Технико-экономические характеристики уплотнений швов
Вид уплотнения
Горизонтальная асфальтовая шпонка шириной 300 мм
То же, усиленная металлической диафрагмой.........................
Большая горизонтальная шпонка + металлические
Листы .................................................................................
Вертикальная асфальтовая шпонка 200x200 мм. .
То же, усиленная металлической диафрагмой.........................
Поверхностная бетонная пробка 200Х 150 мм + прокладка....
Железобетонный брус 500X500 мм + металлический
Лист.....................................................................................
Резиновая профильная лента шириной -250 мм +
Уголки.................................................................................
Вертикальная асфальтовая шпонка 500X600 мм
С брусом..............................................................................
Лист-компенсатор из нержавеющей стали шириной
200 мм................................................................................
То же, шириной 500 мм...........................................................
» » 1250 мм............................................................
Горизонтальный латунный лист шириной 500 мм. . То же, из нержавеющей стали шириной 300 Мм... . Контурное уплотнение из нержавеющей стали шириной 300 мм.....................................................................
Брусья сочетаются с цементацией ш%а и латунными Листами.
Металлические диафрагмы и листы-компенсаторы. Они широко используются для уплотнения швов в сочетании с асфальтовыми шпонками и цементацией, но для узких температурных швов их можно применять и самостоятельно. Особенно они эффективны в швах арочных плотин. Однако при этом надо обязательно учитывать климатические условия, ибо в противном случае не достигается желаемый эффект. Например, латунные компенсаторы для уплотнения швов плотин Красноярской и Усть-Илимской ГЭС, находящихся в районах сурового климата, не дали положительных результатов, несмотря на то, что ширина листов была доведена до 1200 мм и они устанавливались в три-четыре ряда.
Следует подчеркнуть, что по стоимости и трудоемкости такие уплотнения не дают экономии по сравнению с асфальтовыми шпонками, а надежность их в прямолинейных плотинах [72, 114] ниже (табл. 3.2).
Пластмассовые диафрагмы. В виде профильных лент для внутренних и поверхностных контурных уплотнений они успешно используются в массивных сооружениях — с 1948 г. на плотине План де Амон во Франции и плотине Империэл в США. Вначале для этой цели служила резина на основе натурального каучука, а затем — синтетических каучуков (дивинил- стирольного и бутилкаучука), поливинилхлорида и этиленпро - пиленовых сополимеров. В СССР такие уплотнения применяются с 1950 г. в тонкостенных сооружениях (см. § 3.2), причем для них используется светоморозоустойчивая резина на изопреновом каучуке.
