ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Асфальтобетонные экраны

4. Асфальтобетонные экраны экономически весьма эффек­тивны при комплексной механизации производственного про -

Цесса с помощью обычных дорожных асфальтобетонных заво­дов, асфальтоукладчиков и статических или вибрационных кат­ков; для укладки асфальтобетона на откосах разработаны специальные механизмы [33,55]. Например, облицовка Копетдаг - ского канала (табл. 6.8) протяженностью 22 км была соору­жена всего за 8 месяцев, причем бригада асфальтировала в среднем 150 м русла в смену. Стоимость облицовки толщиной 8 см составила 3,62 руб/м2 при трудозатратах 0,3 чел.-ч/м2, тогда как бетонная облицовка стоила 7,12 руб/м2, требовала

В два раза больше трудозатрат и в три раза больше привозных материалов, а облицовка из сборных железобетонных плит в этих условиях стоила около 12 руб/м2. По данным Саратов - гэсстроя, асфальтополимербетонная облицовка толщиной 5 см стоит 2,29 руб/м2, а с учетом стоимости щебеночной подго­товки — 4,4 руб/м2, что также вдвое дешевле бетонной подго­товки.

Существенными недостатками асфальтобетонных экранов яв­ляются необходимость в специальных механизмах при работе на откосах и зависимость от погодных условий, так как при температуре ниже +5° С и во время дождей покрытия из уплот­няемого асфальтобетона на мокром основании выполнять нельзя. Поэтому за рубежом большое распространение получили сборные асфальтобетонные тюфяки, армированные металличе­ской сеткой, которые заранее изготавливаются на заводе или плавучей установке и могут опускаться даже под воду. Такие тюфяки успешно применены на Суэцком канале, канале Дорт­мунд— Эмс (ФРГ), ряде каналов и бассейнов во Франции [35, 55].

В СССР сборные тюфяки впервые были применены в 1963 г. (табл. 6.8); в настоящее время по рекомендации ВНИИГа трест Южгидроспецстрой выполняет их них противофильтра - ционный экран на откосах шламоотвала Николаевского глино­земного завода (табл. 6.8), причем согласно калькуляции Укр - водоканалпроекта стоимость облицовки при толщине тюфяков 6 см и герметизации швов между ними полимербитумным рас­твором не превосходит 8 руб/м2. Для шламоотвала в Тобольске Укрводоканалпроекті в содружестве с НИИВТом разработал конструкцию противофильтрационного экрана из двух рядов ас­фальтобетонных тюфяков толщиной по 4 см, стоимостью по 5,5 руб/м2, тогда как стоимость экрана из сборных железобетон­ных плит доходит в этих условиях до 27 руб/м2 (без стоимости герметизации швов).

Все же асфальтобетонные противофильтрационные экраны дороги и трудоемки, в связи с чем для экранирования крупных водохранилищ требуются более экономичные решения. Современ­ные полимерные пленочные материалы открыли в этой области новые возможности. Впервые полимерные пленки для противо - фильтрационных экранов гидротехнических сооружений были ис­пользованы в 1951 г. в Италии для экранирования водоема Падова объемом 15 000 м3, а затем они стали широко приме­няться во многих странах для экранирования различных водо­хранилищ, причем для этой цели служили главным образом по­лиэтиленовые (ПЭ) и поливинилхлоридные (ПВХ) пленки тол­щиной 0,15—0,20 мм [40].

В Советском Союзе пленки начали употреблять с 1958 г. — сначала для экранирования каналов, а затем и водохранилищ («Гидротехника и мелиорация», 1961, № 4) по предложению ВНИИГиМа, АрмНИИГиМа и ВНИИГа [76, 94, 96, 98]. Пере­чень объектов с пленочными экранами приведен в табл. 6.10, а свойства пленок были указаны в табл. 1.20. Накопленный опыт в этой области позволяет сделать некоторые практические выводы и дать рекомендации.

1. Наиболее эффективны пленочные экраны из стабилизи­рованной полиэтиленовой пленки толщиной 0,2—0,4 мм, выпу­скаемой в виде рукавов шириной до 7,9 и даже 9 м, что позво­ляет устраивать швы в экране только через 16—18 м. Толщина пленки назначается путем расчета прочности и долговечности в зависимости от действующего напора воды и крупности зерен примыкающих к пленке грунтовых слоев [29]; для бассейнов, как правило,— 0,2 мм.

2. Пленку рекомендуется сваривать в полотнища шириной до 30 м и свободно расстилать по поверхности спланированного грунта или песчаной подготовки, после чего ее присыпают слоем песка, толщина которого для предотвращения повреждений в пленке при движении по ней бульдозера должна быть не менее 70 см. Швы между полотнищами при напоре до 10 м можно

Сооружения с пленочными экранами, построенные в Советском Союзе

Выполнять, просто скручивая края пленки, а при больших на­порах — сваривая их импульсными полозами или Екструдерами; такой экран стоит 1,2—1,5 руб/м2.

3. При использовании пленки из стабилизированного поли­этилена (черной) и длительно действующем растягивающем напряжении в ней не более 1 МПа расчетная долговечность погребенного экрана превышает 100 лет, что делает пригодными такие экраны для долговременных объектов.

4. Пленочные экраны рациональны при тяжелой гидрогео­логической обстановке, ибо они отличаются высокой дефор - мативной способностью (выдерживают сосредоточенные дефор­мации до 40 см), а также при сложных условиях их выполнения, о чем свидетельствует опыт сооружения экранов в затопленном котловане на Магаданской ТЭЦ, подводной укладки пленочного покрытия на Воронежской ТЭЦ, устройства экрана на затор - фованных грунтах на Череповецком химическом заводе и ве­дение работ при температуре до —20 °С на Усть-Хантайской ГЭС. Следует особо подчеркнуть низкую трудоемкость (0,15— 0,2 чел.-ч/м2) и высокую производительность при осуществлении подобных экранов; так, на строительстве шламонакопителя Ли­сичанской ТЭЦ она составила 10 000 м2/сут, а Тортгульского водохранилища — даже до 20 000 м2/сут.

К недостаткам пленочных полимерных экранов следует от­нести возможность их повреждения при сооружении, в связи с чем принимаются различные меры вплоть до запрещения пе­редвижения по растянутой пленке людей, обутых в сапоги; но, несмотря на это, на комбинате «Фосфорит» и других объектах отмечались протечки сквозь экраны из-за случайных поврежде­ний, а на водоеме у г. Павии (Италия) — даже разрыв пленки. Контроль и ремонт погребенных пленочных экранов очень за­труднены [40, 96, 94, 98].

Поэтому представляет большой интерес опыт использования более прочных гидроизоляционных материалов для экранирова­ния бассейнов. Так, асфальтовые армированные маты «кальт - эластик» были применены еще на первых немецких плотинах Айштаг и Трюбзее в 1924—1926 гг., однако только на водохра­нилище Брингсхаузен, где маты были защищены слоем песка и щебня, они выдержали многолетнюю эксплуатацию.

Весьма интересен опыт экранирования в 1973 г. бассейна питьевой воды Бисбош (Нидерланды) рулонными матами «ги- пофорс» шириной 5 м, толщиной 5 мм. Сначала употребляли рулоны длиной 29 м и общей массой 1200 кг, а затем длиной 56—100 м и массой 2000—2200 кг. Эти маты армированы ней­лоновой тканью «энка-нейлон-суперфест», которая при удельной массе 180 г/м2 имеет предел прочности при разрыве до 30 МПа, растяжимость до 25% и отличается высокой теплоустойчиво­стью (при 190° С плавится только 1,2%), что позволяет пропи­тывать ее горячим битумом и наносить поверх нее горячую по-

Лимербигумную покровную массу с расходом от 2 до 10 кг/м2 (обычно 5 кг/м2). Материал сочетается с подстилающей поли­эфирной пленкой толщиной 25 мкм или крафт-бумагой, защи­щающих асфальтовое покрытие от повреждения раститель­ностью.

При укладке гипофорса применялся специальный гусенич­ный кран (рис. 6.10), швы проклеивались горячей клебемассой, а сверху экран защищался слоем песка и камня, который в зоне переменных горизонтов заливали горячим асфальтом («Water

And Water Eng, 1973, № 929). В Голландии площадь таких экранов составила 325 ООО м2 (два больших бассейна для пить­евой воды), а в Венесуэле — 472 000 м2 (крупнейший на амери­канском континенте бассейн «Эмабальс Эль Табако» емкостью 3,5 млн. м3) .

Такие покрытия представляются весьма надежными и эко­номичными. Для устройства аналогичных покрытий возможно использование советского материала армобитэпа (см. табл. 1.18), для чего необходимо выпускать его полосами большей ширины и длины, а также дублирование полимерной пленкой (материалом типа монобитэп). Стоимость материала не превос­ходит 1 руб/м2.

Особо надо остановиться на противофильтрационных экра­нах бассейнов суточного регулирования ГАЭС, эксплуатация которых крайне осложняется многократными и большими коле­баниями горизонта воды, приводящими к намерзанию льда на откосах. На первых советских ГАЭС — Киевской и Загорской — были устроены железобетонные облицовки с герметизирован­ными швами именно из-за опасения воздействия намерзающего льда, толщина которого достигает 7 м.

Так же поступили в 1953 г. и на ГАЭС Рейзах-Рабенлейте (ФРГ), где верховой бассейн был облицован бетонными пли­тами, усиленными оклеечной гидроизоляцией и слоем асфальто­вой мастики толщиной 12 мм, и в 1963 г. на ГАЭС Том-Сок (США), где на дне был уложен суглинистый экран, а на отко­сах — бетонные плиты; однако в дальнейшем в бассейнах ГАЭС выполнялись только асфальтобетонные экраны (табл. 6.11). Именно поэтому на ГАЭС Лудингтон (США) асфальтобетон­ная облицовка имела толщину до 72 см, ибо здесь толщина льда могла достигать 11 м, а колебания температуры воздуха от —29 до +38° С.

Попутно заметим, что в бассейне ГАЭС Лудингтон были хо­рошо организованы работы по укладке асфальтобетона: смон­тированы специальные мостовые асфальтоукладчики фирмы «Страбаг» с фермами пролетом до 40 м и асфальтобетонный завод мощностью 180 т/ч. Каждый асфальтоукладчик имел про­изводительность 35 т/ч, что позволило всего за два месяца уложить на откосах 465 000 т асфальтобетона и 310 000 м3 чер­ного щебня.

Исследования ВНИИГа показали, что все опасения и чрез­мерные запасы в прочности покрытия откосов бассейнов ГАЭС необоснованны. Расчетами и испытаниями на специальном круп­номасштабном стенде, где покрытие имело толщину всего 4 см, а толщина намороженного льда достигала 1,8 м, установлено, что давление льда не превосходит 0,2 МПа, причем напряже­ния в покрытии при колебаниях горизонта воды не превышают 0,02 МПа. Это объясняется очень пористой структурой льда в большей части намороженного массива, которая отделяет по­крытие от ледового поля на поверхности воды; поэтому расчет­ным случаем является перерыв в работе ГАЭС, когда возможно примораживание ледового поля к асфальтобетонному покрытию и его консольное воздействие при колебаниях горизонта воды. Для данного случая при толщине льда до 1 м достаточна тол­щина покрытия 10—12 см (Изв. ВНИИГ, 1976, № 113 и л. 55), а потому на современных ГАЭС суммарная толщина асфальто­бетонных экранов принимается не более 15 см [35].

При экранировании крупных бассейнов возникает еще одна трудность: поскольку покрытие из гидротехнического асфальто­бетона не только водонепроницаемо, но и

Грунтовых вод может создаваться пневматическое противодав­ление. Например, в покрытии бассейна Шатон (Англия) в ре­зультате этого образовались «пузыри» асфальта диаметром до 10 м и высотой до 1 м, которые пришлось проколоть и выпустить из них воздух, после чего покрытие опустилось на дно. Анало« гичное поднятие экрана из полиэтиленовой пленки под воздей­ствием ключей наблюдалось на шламоотвале Магаданской ТЭЦ.

Понижение атмосферного давления после грозы точно так же явилось причиной вздутий на дне бассейна Геештахт (ФРГ); поэтому экраны больших бассейнов надо тщательно дрениро­вать; на большинстве немецких ГАЭС, кроме того, устраивают дренажные галереи (либо под днищами бассейнов, либо у ос­нования дамб обвалования), которые позволяют не только вы­равнивать гидростатическое или пневматическое противодавле­ние, но и контролировать работу экрана.

Еще раз следует подчеркнуть, что все асфальтобетонные эк­раны бассейнов ГАЭС работают хорошо: например, суммарный расход в дренаже бассейна ГАЭС Вианден не превосходит 1,32 л/с, Эрцхаузен — 0,1 л/с, Глемс — 0,01 л/с, причем пло­щади экранов этих бассейнов относятся как 7,3:1,6:1. Для сравнения укажем, что на ГАЭС Том-Сок (США), где экран выполнен из железобетонных плит со швами через 18 м, уплот­ненными латунными листами-компенсаторами, суммарный фильтрационный расход достигал 1100 л/с. После многократ­ных ремонтных работ, во время которых дно было покрыто двойным слоем асфальтобетона толщиной 10 см, а нижняя часть откосов — торкретом, фильтрационные потери удалось снизить только в два раза [35, 55].

В заключение укажем, что для противофильтрационного эк­ранирования оросительных каналов и водохранилищ все чаще устраиваются бетоно-пленочные облицовки: по поверхности грунта расстилается стабилизированная полиэтиленовая пленка, сверху прикрываемая монолитным бетоном или сборными желе­зобетонными плитами. Технико-экономические характеристики бетоно-пленочных облицовок приведены в табл. 6.12 [43].