ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Противофильтрационные элементы грунтовых плотин

Грунтовые и особенно каменнонабросные плотины нужда­ются в гидроизоляции для уменьшения фильтрации воды через них. Противофильтрационные элементы таких плотин устраи­ваются в виде суглинистых ядер и экранов, экранов и диафрагм из металла, железобетона и асфальта, а в последние годы еще в виде инъекционных завес и из новых полимерных материалов [13, 35, 55]. Очень остро стоит вопрос о противофильтрационном экранировании каменнонабросных плотин, для которых обяза­тельны такие элементы, ибо они характеризуются повышенными. осадочными деформациями (табл. 6.13).

Как видим, значительные осадки и их скорости, особенно в первый год после возведения плотины и наполнения водохра­нилища, создают большие трудности для работы экрана на вер­ховом ее откосе. Например, особенно большие осадки тела пло­тины Сан-Габриэл (США), вызванные катастрофическим лив­нем, с максимальной величиной до 1 м и скоростями до 5 • 10~5 см/с, привели к расстройству железобетонного экрана; поэтому такие экраны стали усиливать асфальтобетонными прослойками (см. табл. 6.4) или устраивать гибкие уплотнения из профиль­ных резиновых лент либо латунных листов-компенсаторов. Все это очень усложняет и удорожает конструкции противофильтра - ционных экранов, вынуждая заменять их более экономичными асфальтобетонными.

Примерно такое же положение создалось и с металличе­скими экранами. В Советском Союзе построена лишь одна пло­тина с таким экраном — Храмская (1946 г.); он работает удов­летворительно, но нуждается в постоянном уходе и возобновле­нии антикоррозионного покрытия. Поэтому и за рубежом не строятся плотины с металлическими экранами — можно назвать только одну плотину Агуада Бланка (Перу) высотой 45 м, у которой в 1970 г. был сделан экран из стальных листов тол­щиной 5 мм с антикоррозионным покрытием, температурными компенсационными швами через 10 м и периметральным швом, уплотненными мастичным герметиком, причем весь экран уложен на водонепроницаемую асфальтовую подготовку; он работает удовлетворительно [35].

Следует подчеркнуть, что сочетание жестких железобетонных плит с асфальтобетонной прослойкой ухудшает ее работу, а ино­гда делает необходимым ремонт экрана. Мы уже приводили дан­ные о ремонте железобетонных плит на плотине Эль-Гриб в Ал­жире. Точно так же на одновременно построенной плотине Боу - Ханифия при осадках и смещении гребня плотины всего на 40 см железобетонные плиты постоянно растрескиваются, что потребо­вало ремонтов уже трижды — в 1938, 1964 и 1970 гг.

На плотине Кри Вильденштейн (Франция) из-за расстрой­ства поверхностных железобетонных плит образовались тре-

Щины и в асфальтобетоне, в связи с чем в 1975 г. экран был перекрыт новым слоем асфальтобетона толщиной 10 см. Анало­гичное положение возникло при устройстве асфальтобетонного экрана на плотине Варцихской ГЭС (Грузия) — выполненная ранее бетонная подготовка с швами через 10 м вызвала растрес­кивание асфальтобетона над ними. Подобное явление наблюда­ется при попытках перекрыть бетонное покрытие дорог и аэрод­ромов асфальтобетонным покрытием — бетонное покрытие на­капливает температурные деформации и сосредоточивает их в швах между плитами, что и приводит к растрескиванию ас­фальтобетона над швами. Учитывая это, американские инже­неры при строительстве бассейна ГАЭС Лудингтон пошли на дробление бетонной подготовки мощными катками, чтобы избе­жать больших сосредоточенных деформаций в швах.

Гораздо рациональнее решен данный вопрос на алжирской плотине Эль-Гриб (рис. 6.11,а), где асфальтобетонный экран заключен между железобетонными плитами, но имеет слой ли-

Того асфальта для самозалечивания образующихся трещин, а в местах сосредоточения деформаций усилен, кроме того, ар­мирующими прокладками (рис. 6.11,6). Действительно, при на­полнении водохранилища в экране образовались трещины, но они быстро затампонировались литым асфальтом, и фильтрация прекратилась [35, 55].

В мировой практике плотиностроения утвердились асфальто­бетонные экраны и диафрагмы (рис. 6.11, в и г) как наиболее прогрессивные и экономичные. Количество грунтовых плотин с асфальтобетонными противофильтрационньгми элементами все время возрастает (рис. 6.11,5); лишь за последние годы постро­ены 44 крупные плотины с асфальтобетонными экранами и 22 плотины с асфальтобетонными диафрагмами (табл. 6.14), при­чем все они служат безукоризненно.

Для Советского Союза такие конструкции относительно новы и часто встречают возражения, поэтому остановимся на них более подробно. С подобным же отношением встретились и ав­стрийские инженеры при проектировании в 1970—1972 гг. уни­кальных плотин Ошеникзее с асфальтобетонным экраном высо­той 106 м и Финстерталь высотой 149 м с асфальтобетонной

—г иш.............. ЩіишІі ... .................. Ціи і 11 ИШ..Ш. І. ШшяштітеттштшятшТяшштшшиштшт

Диафрагмой. Поэтому на XI Конгрессе по большим плотинам в Мадриде ими была предложена сравнительная оценка [35] противофильтрациониых элементов, приведенная в табл. 6.15 (Матер. XI Конгресса, т. III, вопрос 42, доклад 34), которая убедительно иллюстрирует преимущества асфальтобетонных экранов по надежности, долговечности и технологичности перед грунтовыми.

Асфальтобетонные экраны. Они обладают несомненными технико-экономическими преимуществами по сравнению с дру­гими экранами.

1. Асфальтобетонным экранам присуща высокая надежность, причем, анализируя опыт их строительства за рубежом, можно заметить явную тенденцию к постепенному облегчению конст­рукций: вначале применяли асфальтобетонное покрытие тол­щиной 12—15 см на бетонной подготовке с защитой железобе­тонными плитами, затем стали использовать предложенную К - Тольке конструкцию, состоящую из двух слоев плотного асфальтобетона с дренирующей прослойкой из черного щебня или пористого асфальтобетона между ними — так называемый Контрольный дренаж, главным образом на немецких, а в даль­нейшем — на японских, французских и австрийских плотинах; в последние годы двухслойные экраны выполняют из пористого и плотных слоев асфальтобетона толщиной 12—15 см без за­щиты (рис, 6.11 и табл. 6.16).

О

2. Асфальтобетонные экраны отличаются высокой надежно­стью: данные о тех из них, где были проведены натурные наб­людения за фильтрационным расходом в промежуточном конт­рольном дренаже, убедительно показывают, что средний коэф­фициент фильтрации асфальтобетонных покрытий составляет 10~7—10-10 см/с, т. е. весьма высок, причем некоторое просачи­вание происходило через сменные швы и случайно не уплотнен­ные места. Для наглядности приведем отдельные случаи ре­монтов экранов:

А) "на плотине Моравка (ЧССР) в 1964 г. из-за повышенной фильтрации воды при &ф=10-7 см/с экран был перекрыт допол­нительным слоем асфальтобетона толщиной 8 см, после чего фильтрация полностью прекратилась;

Б) на плотине Тюльсфельдер (ФРГ), построенной в 1937 г., за 30 лет произошло повреждение асфальтобетона вследствие недостаточной его водоустойчивости — был использован мягкий каменноугольный деготь; поэтому в 1967 г. устроили новый эк­ран из доброкачественного уплотняемого асфальта;

В) на плотинах Эль-Гриб и Боу-Ханифия (Алжир), как уже отмечалось, образовались трещины в экранах, так как был при­менен слишком жесткий битум типа БН 70/30; на этих плотинах протечки были ликвидированы благодаря слою самозалечива­ния;

Г) на алжирской плотине Квэд Сарно в 1952 г. на открытом экране образовались трещины и фильтрация достигла 150 л/с, в связи с чем в 1961, 1965 и 1973 гг. были произведены частич­ные ремонты, но они успеха не принесли, так как до 25% по­верхности экрана растрескалось; эта ошибка была учтена, и в дальнейшем на плотине Ирил Эмда был уже использован более мягкий битум типа БНД 40/60, что дало нужный эффект: суммарный фильтрационный расход через экран не превосходит 4 л/с, что соответствует среднему &ф=10-10 см/с;

Д) на высокогорных американских плотинах Монтгомери (3250 м) и Альма (3562 м) экраны зимой при морозах до —40° С остаются обнаженными, что привело к возникновению температурных трещин размером 0,8—3 мм;

Е) отмечены мелкие трещины на экранах плотины Магасава (Япония) из-за слишком жесткого асфальтобетона, на плотине Хенне (ФРГ) в месте перегиба покрытия у бермы, оставленного без армирования, а также большая пористость асфальтобетона на норвежской плотине Форсватн (&ф=10-4 см/с), что было ис­правлено при небольших ремонтах. Других сведений о повреж­дениях асфальтобетонных экранов нет.

3. Несомненны и экономические преимущества асфальтобе­тонных экранов; так, стоимость экрана из пористого и плотного асфальтобетона общей толщиной 15—20 см не превышает 10 руб/м2 при трудозатратах не более 0,3 чел.-дн./м2, что вдвое экономичнее других экранов. Следует также подчеркнуть, что водонепроницаемый экран позволяет сократить и объем пло­тины благодаря уменьшению заложения откосов на каменно - набросной плотине до 1 : 1,3, а на песчаной — до 1 :2 и даже до 1 :1,75.

К недостаткам асфальтобетонных экранов нужно отнести в первую очередь сложность их выполнения в северных районах, так как горячий асфальтобетон можно укладывать только при температуре выше +5° С и при отсутствии осадков; кроме того, для обеспечения трещиноустойчивости экранов при температуре ниже —45° С в асфальтополимербетон надо вводить значитель­ные добавки эластомеров (свыше 10%), что удорожает и ус­ложняет работы по его приготовлению и укладке. В северных

Районах при толщине льда в водохранилище более 1 м асфаль­тобетонный экран должен иметь толщину свыше 40 см [55].

Таким образом, асфальтобетонные экраны могут широко при­меняться в районах с умеренно континентальным климатом, тем более, что разработанные в последние годы асфальтоукладчики и виброуплотнители обеспечивают комплексную механизацию

Рис. 6.14. Сопряжения ас - а фальтобетонного экрана с железобетонными частями гидротехнических сооруже­ний

А — с парапетом на гребне пло­тины; б — с бетонным зубом края экрана; в — при боковом примыкании к массивному со­оружению

— железобетонный парапет;

— поверхностная обработка;

— асфальтобетонное покры­тие; 4— дренажный слой из черного щебня; 5 —дренажная подготовка из щебня; 6 — ар­мирующая сетка или стекло­ткань; 7 — заливка полимерби - тумным герметиком; S — арма­турные стержни усиления сты­ка; 9 — защитное покрытие; 10 — массивный бетон соору­жения; - усиление рулонным материалом

Работ при уплотнении гидротехнического ас­фальтобетона [33, 55].

На рис. 6.12 пред­ставлены способы за­крепления краев ас­фальтобетонного экра­на, которые должны тщательно уплотнять­ся и защищаться от подмыва; эти места ре­комендуется армиро­вать металлической сеткой или стеклосеткой и пригружать камнем с литым ас­фальтом.

Асфальтобетонный экран — это сравнительно тонкое и водо­непроницаемое покрытие, вследствие чего его устойчивость на верховом откосе плотины может быть легко нарушена противо­давлением под экраном при резких сбросах горизонта воды в водохранилище или при высоких волнах. Это требует тщатель­ного дренирования экрана, более того — на ряде зарубежных плотин предусматривался промежуточный, контрольный дре­наж. Мы не считаем целесообразным такое сложное покры­тие, тем более, что в дальнейшем от него стали отказываться, но дренажная подготовка и выпуски просочившейся воды дол­жны устраиваться обязательно. На рис. 6.13 приведены при­меры таких решений.

Весьма важно правильно выполнить примыкания асфальто­бетонного гибкого экрана к жестким железобетонным сооруже­ниям. На рис. 6.14 изображены рекомендуемые конструкции та­ких примыканий, усиленных путем армирования покрытия и
посредством герметизирующих шпонок; эти примыкания успешно работают уже много лет в местах сопряжения асфальто­бетонных понуров с телом бетонной плотины на Нижнесвирской (1933 г.), Угличской и Рыбинской (1940—1942 гг.), Боткинской (1965) и других ГЭС (рис. 6.14,в).

Асфальтобетонные диафрагмы. Являясь дальнейшим совер­шенствованием противофильтрационных элементов грунтовых плотин, они берут свое начало от металлических диафрагм на первых американских плотинах. Впервые такая диафрагма была установлена на плотине Лоуэр Отей в 1897 г. (рис. 6.15, в). Здесь Стальной лист толщиной 6,5—8,5 мм был покрыт слоем битума, армированным просмоленным брезентом и защищенным с обеих сторон слоем бетона в 30 см, но диафрагма не имела деформационных швов, а потому в 1916 г., т. е. через 19 лет, при переливе через ее верх слоя воды всего в 5 см диафрагма в течение 20 мин была разорвана и снесена на 15 км вниз по реке.

Этот пример наглядно иллюстрирует основной недостаток металлических диафрагм — малую деформативную способность.

В дальнейшем металлические диафрагмы выполнялись, как правило, из металлического шпунта с усилением ядрами из ма­лопроницаемых грунтов: в Финляндии (1971 —1973 гг.) постро­ены плотины Куурна (25 м) и Мело (40 м), в Гвинее (1963 г.) — плотина высотой 20 м. Применяются шпунтовые диафрагмы и на советских плотинах: Нижнесвирской (1933 г.), Угличской (1940 г.), Рыбинской (1941 г.), Норильской (1968 г.) и Сереб - рянской (1972 г.).

К серьезным недостаткам шпунтовых диафрагм следует от­нести фильтрацию через стыки («замки») Шпунтин, что требует устройства специальных уплотнений. Правильно решен этот воп­рос, по предложению П. Д. Глебова, на диафрагме Нижнесвир­ской плотины (рис. 6.15,а), которая успешно служит уже более 45 - лет без каких-либо признаков фильтрации. Ее конструкция является переходной к асфальтобетонным диафрагмам. К на­стоящему времени построены 22 плотины с такими диафраг­мами и накоплен значительный опыт их эксплуатации, в том числе-на высоких (107 и 102 м) плотинах Хиг Ислэнд в Гон­конге (рис. 6.15,г), Финстерталь в Австрии; на последней при общей ее высоте 149 м диафрагма имела высоту 93 м (табл. 6.14 и рис. 6.11, г) при наибольшей толщине всего 70 см («Энергети­ческое строительство», 1979 г, № 1).

Впервые асфальтобетонная диафрагма была сооружена на плотине Валь де Гайо в Португалии; здесь слой горячего литого асфальтобетона был нанесен поверх каменной кладки, а затем усилен суглинистым грунтом верхового клина плотины и ас­фальтобетонным экраном на поверхности верхового откоса, в. связи с чем трудно считать высокую водонепроницаемость этой плотины (65,6 м), фильтрационный расход в дренаже ко­торой не превышает 1 л/мин, результатом работы именно диаф­рагмы.

Наклонные диафрагмы были устроены на австрийской пло­тине Ротгюлдензее, французской плотине Ластиоль и ряде не­мецких плотин; такие диафрагмы выполнялись из литого ас­фальта с втапливанием в него мощными вибраторами (по 8 т) до 40% камней, иногда диаметром до 70 см. Благодаря высокой производительности асфальтовых работ возведение диафрагм

Не отставало от укладки каменной наброски и грунтовой на­сыпи [35].

В дальнейшем западногерманская фирма «Страбаг» разра­ботала специальный высокоэффективный асфальтоукладчик, укладывающий и уплотняющий крупнозернистый гидротехниче­ский асфальтобетон (табл. 6.17) слоями по 20 см.

Весьма интересен опыт строительства диафрагм на уникаль­ных плотинах Хиг Ислэнд в Гонконге. Эти высокие плотины в сильно сейсмичном районе (рис. 6.15, г) имели асфальтобетон­ные вертикальные диафрагмы толщиной до 120 см. В нижней части каждой плотины была устроена контрольная дренажная галерея, а с низовой стороны выполнена дополнительная диаф­рагма толщиной 60 см, отделенная от основной песчаной про­слойкой толщиной 2,8 м (рис. 6.16). В 1974—1978 гг. одновре­менно возводились две плотины: западная и восточная, что по-

А — конструкция основания диафрагмы и примыкания к цементационной завесе; б — конструкция перехода диафрагмы от однорядной в двухрядную и примыкания к потерне

1—основная асфальтобетонная диафрагма.(120 см); 2— вспомогательная асфальтобетонная диафрагма (60 см); 3—бетонная плита основания (150 см); 4 — цементаци­онная завеса в пять рядов скважии через 2 м; 5 — ваниа с асфальтовой мастикой (20 см); 6 — прослойка щебня (0—150 мм); 7 — коитрольио-дреиажиая потерна; 8 — лоток для сбора фильтрационной воды — асфальто­бетонное покрытие с поверхностной обработкой масти­кой (10 мм)

Требовало большого объема асфальтобетонных работ («Wasser - wirtschaft», 1976, № 9).

Интенсивные асфальтовые работы были начаты еще в пе­риод подготовки строительства, так как плотины строились в лагуне, в связи с чем котлован был отгорожен перемычками высотой до 40 м. Эти перемычки возводились путем наброски камней в воду; сверху они покрывались противофильтрацион - ным экраном из горячей битумно-песчаной смеси, заливаемой под воду из шаланд, с помощью которых свыше 100 тыс. т асфальтовой смеси было уложено всего за четыре месяца. Сверху асфальтовый экран был пригружен крупными камнями массой до 21 т, ибо расчетная высота волны достигает 12 м.

Для возведения диафрагм из жесткого крупнозернистого ас­фальтобетона фирма «Страбаг» построила асфальтобетонные за­воды производительностью 140 и 180 т/ч и использовала три специальных асфальтоукладчика, к которым смесь подвозилась 12 автосамосвалами грузоподъемностью по 12 т. Таким образом было уложено 50 000 т асфальтобетона всего за пять месяцев, а строительство плотин объемом 6 и 4 млн. м3 завершено за 2,5 и 2,3 года. Эти цифры убедительно демонстрируют преиму­щества асфальтобетонных диафрагм и те перспективы для ком­плексной механизации работ, которые они создают благодаря своей простоте.

Исследования ВНИИГа показали, что в условиях сурового климата наиболее целесообразны диафрагмы из литого или пластичного гидротехнического асфальтобетона следующего ориентировочного состава (%):

TOC o "1-3" h z Нефтяной битум марки БНД 40/60 ............................................................................. 8—12

Щебень крупностью до 15 мм или гравий той же крупности . . 30—40

Разнозернистый песок крупностью до 5 мм............................................. 35—40

Минеральный порошок или отходы цемента................................................ 20—25

Пластичный асфальтобетон может быть легко приготовлен на обычных дорожных асфальтобетонных заводах, перевозиться автосамосвалами и благодаря пластичной консистенции укла­дываться путем заливки в скользящую опалубку, что позволяет вести работы и на морозе, и в дождь. Высокая технологичность представляет несомненное преимущество этого противофильтра- ционного устройства, а хорошая деформативная способность ас­фальтобетона увеличивает надежность диафрагмы при повы­шенных осадках каменнонабросной плотины. Отметим попутно, что скорости деформации каменной наброски составляют 10~7— 10~6 см/с, т. е. примерно такие же, как и скорости деформации в асфальтовых шпонках деформационных швов бетонных гидро­сооружений (см. § 3.1), которые, как показала многолетняя практика, работают вполне надежно и в суровом климате. По­этому асфальтобетонная диафрагма предствляется вполне на­дежной в самых разнообразных климатических условиях («Гид­ротехническое строительство», 1969, № 11; 1970, № 3).

Для того чтобы термопластичный асфальтобетон мог свободно растекаться под действием собственной массы, не растрески­ваясь при осадках и горизонтальных сдвигах тела плотины, можно предложить следующий критерий для подбора и рас­чета его состава:

Имакс = (Va-Ve)P (2Н - ^ Ипл, (6.1)

2 (Р + 1) бЧ

Где «макс — максимальная скорость растекания асфальтобетона, см/с; «пл — максимальная скорость горизонтальных деформаций тела плотины, см/с; Уа— объемная масса пластичного асфальто­бетона, г/см3; ув — то же, воды; б — толщина асфальтобетон­ной диафрагмы, см; р и т]0—реологические константы асфаль­тобетона при расчетной температуре: мера аномальности и наибольшая пластическая вязкость.

Состав асфальтобетонной смеси надо подбирать исходя из максимальной плотности минерального скелета, а расход битума рассчитывать из условия растекания асфальтобетона в период эксплуатации по формуле (6.1) и условия минимума расслаива­емое™ асфальтобетонной смеси при ее перевозке (минимума соотношения YH/YB — изменения объемной массы смеси после длительного прогрева), наименьшей текучести асфальтобетона как меры деформативной его способности при 20 и 50° С (R2о и /?5о) и наибольшей его теплоустойчивости, характеризуемой коэффициентом йт = і?2о/^5о - Как и всякий гидроизоляционный материал, гидротехнический асфальтобетон характеризуется

Длительной водоустойчивостью: водопоглощением, набуханием и изменением прочности — коэффициентом водоустойчивости Kw—Rw/R2O после продолжительного выдерживания в воде. Свой­ства асфальтобетонов приведены в табл. 6.17.

Состав асфальтобетона должен подбираться и рассчиты­ваться в специализированной лаборатории с учетом многих экс­плуатационных и технологических факторов (Изв. ВНИИГ, т. 113, 1976 г.; т. 119, 1977 г.).

ВНИИГ в содружестве с Гидропроектом и Ленгидропроек - том разработал проекты асфальтобетонных диафрагм для пло-

І

Рис. 6.18. Варианты противофильтрационного элемента Тельмам - ской плотины на р. Мамакан (проект Ленгндропроекта) а—с грунтовым ядром; б— с металлической диафрагмой; в—с асфальто­бетонной диафрагмой; г — с железобетонной диафрагмой / — каменная наброска; 2 — аллювиальный грунт; 3 — переходный слой щебня; 4 — суглинистый грунт; 5 — контрольно-дреиажная потерна; 6 — Цементационная завеса в основании; 7 — металлический лист толщиной 12—18 мм с шпунтовыми замками через 4 м и эпоксидной окраской; 8 — Пластичный асфальтобетон толщиной 180—40 см, укладываемый слоями по 1 м; 9 — железобетонная диафрагма толщиной 100 см, швы — через 5 м

Тины Хадита в Ираке и плотины Вилюйской ГЭС-Ill, охватив, таким образом, весь возможный диапазон климатических усло­вий (рис. 6.17). Исследования и проектные проработки пока­зали, что в этих экстремальных условиях можно подобрать со­став гидротехнического асфальтобетона пластичной консистен­ции, который гарантировал бы надежность противофильтраци - онного уплотнения плотин высотой до 60 м и при толщине диафрагмы до 80 см.

Весьма интересны проектные проработки Ленгидропроекта применительно к Тельмамской каменнонабросной плотине на р. Мамакан (рис. 6.18). Технико-экономическое сравнение ва­риантов противофильтрационных элементов при отсутствии ме­стных суглинков показало, что наиболее эффективными и эко­номичными в северных условиях являются два типа диафрагм:

А) асфальтобетонная диафрагма из литого гидротехниче­ского асфальтобетона толщиной 1,8—0,4 м без температурных и деформационных швов и с сопряжением с бортами каньона посредством асфальтовой шпонки, строительством донной по­терны и усилением шпонки обклейкой армированными матами;

Б) металлическая диафрагма из стальных листов толщиной 12—18 мм, свариваемых в карты размером 4X10 м и соединяе­мых шпунтовыми замками, которые, в свою очередь, оклеива­ются армированными матами, после чего вся диафрагма с обеих сторон окрашивается эпоксидно-каменноугольной мастикой; кроме того, в сопряжениях устраиваются компенсирующие швы.

Асфальтобетонные диафрагмы обладают перечисленными ниже технико-экономическими преимуществами.

Вертикальная внутренняя диафрагма защищена от всех внешних воздействий и находится в благоприятных температур­ных условиях, что в сочетании с термопластичностью асфальто­бетона обеспечивает ее повышенную надежность и водонепрони­цаемость при значительных осадках, горизонтальных деформа­циях тела плотины и сейсмической активности.

Литой гидротехнический асфальтобетон отличается высо­кой водоустойчивостью при длительном воздействии воды, рас­четной долговечностью свыше 200 лет, способностью к релак­сации температурных или силовых напряжений и к самозалечи­ванию случайно образовавшихся трещин и неплотностей.

Горячему асфальтобетону литой или пластичной консис­тенции присуща высокая технологичность, что позволяет ком­плексно механизировать работы, используя для этой цели до­рожные асфальтобетонные заводы и автосамосвалы, а укладку его производить простой заливкой в скользящую опалубку при любых температурно-влажностных условиях, даже на морозе и под водой, при средней стоимости 34 руб/м3 и трудозатратах 0,52 чел.-дн./м3.

Простота технологии, минимальное количество привоз­ных материалов (только битум — не более 10% от общей их массы) и ликвидация сезонности работ представляют особые преимущества в условиях северных и отдаленных районов.

В настоящее время рассматривается возможность осуществ­ления асфальтобетонных диафрагм на крупных каменнонаб- росных плотинах.

Пленочные противофильтрационные устройства. Их стали применять лишь в последние годы. Один из первых пленочных экранов был осуществлен на плотине Добчина (ЧССР), на ко­торой, по предложению О. Хобста, была использована пленка из пластифицированного поливинилхлорида «изофол-ББ» тол­щиной 1,1 мм. Весьма существенно, что наблюдения за этой пленкой в подводных условиях показали, что ПВХ практически не стареет, хотя и его прочность при растяжении возросла с 12 до 18,5 МПа, т. е. 1,5 раза, растяжимость также увеличилась с 180 до 380% — более чем в два раза. Это значит, что вода действует на изофол с весьма удачно подобранным фирменным пластификатором как своеобразный пластификатор — повышает пластичность материала, не снижая его прочности [40].

Изофол широко применяется в ЧССР для экранирования плотин и водохранилищ, наглядным примером чему может слу­жить плотина Обернице («Vodni Stavby», 1969, № 1). Эта плотина с суглинистым экраном, построенная в 1966 г., имела большую водопроницаемость (до 11 л/с), а потому в 1971 г. был произведен ремонт экрана — каменная его пригрузка была снята и на спланированный суглинок уложили пленку изофола - ББ толщиной 0,9 мм с пригрузкой защитным слоем грунта (1,3 м), после чего было вновь уложено каменное крепление (рис. 6.19). Швы пленки сваривались импульсным высокочастот­ным нагревателем и все покрытие защищали пергамином. Осо­бое внимание уделялось сопряжениям с бетонными сооружени­ями, где пленка укладывалась между двумя слоями полимерби - тумного рулонного материала «склобит», после чего все три слоя сжимались при прогреве, что придавало сопряжениям высокую водонепроницаемость.

Но собственно экраном системы Хобста в Чехословакии на­зывают железобетонный экран из сборных плит особой конфигу­рации с прокладкой изофола (рис. 6.20) между двумя слоями пергамина, укладываемый на дренажный слой черного щебня толщиной 0,8 м с выравниванием цементной штукатуркой (50 мм).

Следует подчеркнуть, что разработка экрана системы Хобста была вызвана ненадежностью бетонных экранов со швами, уп­лотненными резиновыми профильными лентами, на плотинах Скалка (плиты 3,5X8,4X0,25 м) и Нирско (плиты 12ХІ2Х Х0,4 м). Экран же с пленкой изофола по системе Хобста стоит всего на 16,2% дороже, но обеспечивает полную водонепрони­цаемость плотин Добчина, Ладштейн и др. («Vodni Stavby», 1976, № 3—4). Железобетонный экран аналогичной конструкции был выполнен в 1959 г. на плотине Контрада Сабетта в Италии, но для его гидроизоляции служила полиизобутиленовая пленка «опанноль» толщиной 2 мм, наклеенная на горячем битуме по­верх пенобетонного дренажного слоя; все покрытие заключено между железобетонными плитами.

Для сравнения укажем, что на плотине Позо де JIoc Рамос высотой до 97 м, предназначенной для создания водохранилища в системе водоснабжения Мадрида, экран состоит из 5—10

Слоев железобетона общей толщиной 35—70 см с гидроизоля­цией, пластифицированной поливинилхлоридной пленкой.

Успешно применяются полимерные пленки и для экраниро­вания грунтовых плотин, например Терцаги (Мишн) в Канаде, высотой 61 м, где суглинистый экран был усилен ПВХ-пленкой толщиной 0,8 мм, а также противофильтрационная диафрагма на Атбашинской плотине в Киргизии (см. табл. 6.10), состоя­щая из трех слоев полиэтиленовой пленки толщиной 0,6 мм. Эти сооружения работают вполне удовлетворительно [40].

Противофильтрационные элементы усиленной конструкции. Они служат для дальнейшего совершенствования противофиль - трационных устройств. Приведем несколько примеров примени­тельно к элементам из гидротехнического асфальтобетона.

1. Многослойные асфальтобетонные экраны с дренажной прослойкой из черного щебня или биндера (рис. 6.21) осуществ­лены на ряде зарубежных плотин, однако в последние годы от них все чаще отказываются по экономическим соображениям, ибо они имеют излишние запасы [35]. Все же при необходимо­сти высокой водонепроницаемости экрана, повышения его тре-

Щиноустойчивости или при повышенных ледовых либо волновых нагрузках такая конструкция экрана может оказаться вполне рациональной. Например, в бассейне Белоярской АЭС была осуществлена такая> прослойка (см. табл. 6.8), и более чем 20-летняя эксплуатация экрана свидетельствует о высокой ее надежности.

В районах с суровым климатом при температуре ниже —50" С, толщине льда более 1 м или расчетной высоте волны более 3 м для плотных слоев таких экранов можно рекомендо­
вать асфальтополимербетон с добавкой к битуму 5—10% кау­чука или термоэластопласта (см. табл. 1.3) и поверхностной об­работкой полимербитумными сплавами [65].

Такая конструкция может оказаться эффективной и при эк­ранировании различных очистных сооружений; например, на складе огарков ПО «Фосфорит» (г. Кингисепп), где тре­бовалась повышенная водонепроницаемость, экран был выпол­нен из двух слоев полиэтиленовой пленки с промежуточной дренажной прослойкой из крупного песка.

Этот экран, стоимостью всего 1,6 руб/м2, обеспечил полное отсутствие фильтрации при сбросе огарков с подвесной дороги, находящейся на высоте 30 м.

2. При интенсивных ледовых воздействиях вполне целесооб­разен комбинированный экран из асфальто - и железобетонных покрытий (рис. 6.22). Экран такой конструкции осуществлен на многих плотинах, построенных в 30—40-х годах [34 и 55], од­нако затем их перестали применять из-за излишней сложности. Все же на высоких плотинах при толщине льда в водохрани­лище более 2 м данная конструкция может оказаться рацио­нальной и экономически выгодной.

Например, на ограждающей морской дамбе у плотины Хиг Ислэнд (Гонконг) при расчетной высоте волны асфальтовый эк­ран был пригружен каменными блоками массой до 21т; намолу во французском порту Дюнкерк при расчетной высоте волны 4,5 м было выполнено асфальтобетонное крепление толщиной 70 см; такое же крепление было устроено в бассейне ГАЭС

Рис. 6.22. Конструкция усиленного асфальтобетонного экрана

А — примыкание к гребию плотины; б — примыкание к дойной галерее / — слои плотного асфальтополимербетона; 2 — дренажная прослойка чер­ного щебня; 3 — железобетонные плиты; 4 — литой асфальтополимерный раствор; 5 — уплотнения деформационных швов; 6 — бетонный массив; 7 — железобетонный шарнир; Л — дренажная труба; 9 — армирующая сетка; 10 — ваииа с герметиком

Лудингтон при расчетной толщине льда до 5,5 м; во всех этих случаях можно уменьшить общую толщину экрана, если ис­пользовать комбинированное покрытие, приведенное на рис. 6.22, или 'сборные элементы с асфальтовой прослойкой (авт. свид. № 258117, 1966 г.).

3. При проектировании высоких каменнонабросных плотин на Крайнем Севере или в районах высокой сейсмичности из-за опасений в надежности внутренних асфальтобетонных диафрагм предлагают увеличить их толщину свыше 1 м и даже до 3 м. Например, на плотинах Хиг Ислэнд высотой 107 и 102 м при на­поре более 50 м диафрагмы были усилены второй диафрагмой

Толщиной 0,6 м, отделенной от основной песчаной прослойкой, причем толщина основной диафрагмы была увеличена до 1,2 м (см. рис. 6.15). Это было вызвано стремлением повысить трещи - ноустойчивость диафрагмы в районе девятибалльной сейсмич­ности («Water Power», 1975, № 1).В северных условиях из-за трудностей уплотнения каменной наброски осадки низового клина плотины могут достигать 7% высоты, а горизонтальные сдвиги — 50% от осадки, при среднемноголетней температуре в некоторых районах —8 и даже —11° С.

Трещиноустойчивость асфальтобетонных диафрагм можно повысить прежде всего использованием полимербитумных вя­жущих, которые имеют температуру хрупкости до —50° С и даже при -—30° С обладают растяжимостью до 10%; однако трещиноустойчивость диафрагм может быть повышена и кон­структивно (рис. 6.23) — путем устройства комбинированной ас- фальтопластмассовой диафрагмы (авт. свид. № 355289, 1970 г.); в ней слой пластмассовых листов защищает случайно образо­вавшиеся из-за температурных или сейсмических воздействий трещины от засорения грунтом и обеспечивает их последующее самозалечивание за счет пластичного течения асфальтобетона.

Вторым кардинальным способом повышения трещиноустой - чивости асфальтобетонных диафрагм является устройство в их середине пластичной прослойки из асфальтовой мастики с элек­трообогревом (авт. свид. № 246387, 1966 г.). Такая прослойка обеспечивает повышенную водонепроницаемость диафрагмы благодаря избыточному напору столба мастики, превосходя­щему внешнее гидростатическое давление воды верхнего бьефа вследствие разности плотности мастики и воды (в 1,7 раза). Нетрудно подсчитать, что избыточное давление внутри про­слойки будет изменяться от 0,25 МПа в районе НПУ до 0,12 МПа в основании диафрагмы высотой 20 м и до 0,6 МПа при высоте 100 м.

Толщину прослойки следует назначать из условия свобод­ного подтекания мастики сверху к любому расчетному сечению; она может быть рассчитана по формуле

1/Р+2

(6.2)

(2 + L/P)pvS

Где #а — высота диафрагмы над расчетным сечением; B — ши­рина расчетного участка диафрагмы; их — скорость ожидаемой деформации прослойки или прилегающих слоев тела плотины; г|о и р — расчетные реологические характеристики асфальтовой мастики при расчетной температуре.

Расчеты показывают, что при температуре +1°С, высоте плотины около 60 м и возможной скорости горизонтальных сме­щений 10~7 см/с толщина прослойки должна быть не менее 20 см, а при использовании полимербитумной мастики и тех же расчетных условиях — не более 5 см.

[1] Сведения о каменноугольных н сланцевых дегтях, которые относятся к этому классу материалов и находят ограниченное применение в гидроизоля­ционных и противокоррозионных работах, могут быть получены нз ГОСТ 4641—49 и СНнП I-B.25-66.

[2] Верхний предел рабочей температуры назначают в зимнее время.

[3] По ГОСТ 10587—72 вязкость смол ЭД-20; ЭД-16; ЭД-14 определяются так­Же шариковым вискозиметром, с: ЭД-20 при 25°С —65; ЭД-16 при 50°С —55; ЭД-14 прн 50°С —100.

Кожу вызывает дерматиты, опасен для глаз. Полиэтиленполиамин следует хранить и транспортировать в герметических стеклянных бу­тылях вместимостью от 1 до 40 л. Бутыли должны быть заполнены не больше чем на 95% по объему. Прн хранении необходимо обере­гать емкости с полиэтиленполиамином от прямого солнечного света.

Гексаметилеидиамин — твердый мелкокристаллический порошок с температурой плавления +42 °С. Гексаметилеидиамин ядовит: при попадании в организм действует на сердечно-сосудистую систему, об­ладает местным действием на кожу (омертвение), опасен для глаз.. Для введения в эпоксидные композиции гексаметилеидиамин необ­ходимо предварительно расплавлять, что затрудняет его применение в построечных условиях, либо растворять в этиловом спирте и при­менят1. в виде раствора 50%-ной концентрации.

Аминоэфиры ГМБ и ДТБ являются низковязкими жидкостями краспо-корнчневого цвета.

Количество отвердителя для смол и компаундов определяют экспериментально или расчетом, если известны характеристики от­вердителя и содержание эпоксидных групп в смоле или компаунде.

Количество отвердителя может быть определено по следующей формуле:

N — КЭ,

[4] Конкретные сведения о применении различных видов цементов прн созда­нии гидроизоляционных материалов приведены в § 5 гл. IV.

[5] В скобках указаны нормируемые пределы прочности при изгибе.

[6] Гудронам — органическое вяжущее, получаемое в результате совместного окисления при 200—230 °С битума марки БН-І и БН-ІІ или гудрона с продук­тами переработки каменноугольной смолы — антраценовым илн шпалопропи - точным маслом (соотношение 1:1).

[7] Отдельные виды шпатлевки, в частности ЭП-00-10, могут также приме­няться в качестве гидроизоляционных составов для нанесения на бетонные поверхности изолируемых конструкций.

[8] Эти установки описаны в «Указаниях по производству гидроизоляцион - „ (ВСН 8-115-64)

НЫХ работ в эиеогетическом строительстве» ----------------------------------- .

ГПКЭ и Э СССР

[9] Основные сведения о вяжущих и наполнителях приведены в главах 1

И И настоящего раздела.

[10] Состав наиритового клея приведен в табл. 23.

[11] Затворитель содержит (% по массе): асидолмылонафта 50: зеленого мас­ла 17; битума БН-ІІІ 33.

[12] Свойства наиритового клея должны удовлетворять следующим требо­ваниям:

Предел пластичности (по ГОСТ 415—53) . . .

Содержание влаги, ,%........................................................................

Зольность, % ........................................................................................

Сопротивление разрыву (по ГОСТ 269—66), МПа относительное удлинение (по ГОСТ 270—64), %

[12] Азотнокислый кальций в технике называют «кальциевой селитрой», или «нитратом кальция». 7*

[13] Синонимы названия «пневмобетон», «набрызг-бетон».

Проектирование гидроизоляции включает в себя выбор вида гидроизоляционного покрытия и конструкции гидроизоляции, а так­же назначение других мероприятий, предупреждающих проникание влаги в помещение.

В типовых проектах целесообразно разрабатывать два — три ва­рианта гидроизоляционных покрытий, что позволит в ходе строитель­ства принять тот или иной вид в зависимости от имеющихся строи­тельных материалов.

При выборе места посадки сооружения следует избегать забо­лоченных участков и участков с высоким уровнем грунтовых вод. Подошвы фундаментов должны располагаться по возможности выше уровня грунтовых вод.

Гидроизоляцию устраивают, как правило, со стороны дейст­вия гидростатического напора (работа на прижим). При устрой­стве со стороны, противоположной напору (работа на отрыв), гидроизоляция должна быть зажата противонапорными конструк­циями. Вес и прочность этих конструкций должны, по крайней ме­ре, на 10% превышать усилие, создаваемое гидростатическим на­пором.

В сборных железобетонных конструкциях для исключения воз­можности нарушения (разрыва) гидроизоляции должны быть обес­печены надежная заделка и замоноличивание стыковых соединений и швов и усиление гидроизоляции на этом участке. Стыки и швы следует замоноличивать нагнетанием бетонной смеси или раствора в стык (шов) насосами или другими механизмами.

В сооружениях с деформационными швами необходимо преду­сматривать их герметизацию путем заполнения эластичными мас­тиками и надежного соединения последних с гидроизоляцией, а при гидростатическом напоре — применением дополнительных мероприятий, выполняемых в соответствии с принятым видом изо­ляции.

При применении металлической гидроизоляции необходимо учи­тывать наличие блуждающих токов.

В сейсмических районах, а также при сдвигающих, растягиваю­щих или сжимающих нагрузках, вызывающих напряжения выше временного сопротивления материалов на сжатие, противокапилляр - ную изоляцию между фундаментами и стенами выполняют из обыч­ного цементного раствора состава 1:2 или из раствора с уплотняю­щими добавками.

При строительстве сооружений на макропористых и других про - садочпых грунтах кроме гидроизоляции необходимо предусматри­вать меры по защите грунта от увлажнения.

Проектирование гидроизоляции включает следующие этапы:

[14] Сведения о влиянии отдельных факторов на выбор гидроизоляции и тре­бования, которым она должна удовлетворять, приведены соответственно в §§ 1—3 гл. I настоящего раздела.

[15] См. гл. II настоящего раздела.

[16] См. главы II и III настоящего раздела.

[17] См. гл. II настоящего раздела.

Стойкость к действию ми­кроорганизмов

Гнилостойкость

Возможная степень меха­низации работ, %

Наименьшая допустимая температура при производ­стве работ, °С

Возможность устройства по влажным основаниям

Устройство защитных ог­раждений

Ориентировочная долго­вечность, лет

[18] При необходимости производства работ при температуре ниже 10° С в составы рекомендуется вводить фураиовый спирт (20% массы эпоксидной Смолы).

[19] Технические условия иа применение этой изоляции разработаны в Глав - леиннградстрое н других организациях.

[19] Перечень и нормы введения добавок приведены в § 5 главы IV, раз­дела I.

[20] Цементная гидроизоляция подвалов, как правило, не применяется.

[21] При напорах до 20 м по наружному слою торкрет-бетона или лневмобетона дополнительно наносится окрасочная гидроизо­ляция; при напорах более 20 м, кроме этого, обязательно армирование сеткой.

[22] Эпоксидно-битумная, эпоксидно-дегтевая.

S По асфальту в два намета.

[24] С добавкой алюмината натрия и окраской пластифицированным битумом и при отсутствии напора.

[25] С окраской пластифицированным битумом.

[26] При устройстве рулонных плоских кровель с применением битумных материалов следует предусматривать мастики для устройства защитного слоя с добавками против прорастания растений либо дегтевого материала.

[27] В кровлях с применением обычного рубероида битумную приклеиваю­щую мастику надлежит антисептировать. При устройстве плоских кровель с применением иебиостойких рулонных материалов горячие и холодные при­клеивающие мастики также необходимо антисептировать. В этом случае " мастиках в качестве наполнителя следует предусматривать применение низко­сортного асбеста.

[28] При устройстве мастичных плоских кровель с применением битумных материалов следует предусматривать мастики для устройства защитных ело ев против прорастания растений либо дегтевые мастики.

Атмосферных факторов, выполняют из гравия светлых тонов, втоп - ленного в кровельную мастику. Допускается применение мелкого Щебня, шлака или песка.

Окрасочный слой, снижающий тепловое воздействие солнечной радиации, выполняют из водоустойчивых красок светлых тонов.

' Пароизоляция препятствует прониканию водяного пара из по­мещений в толщу покрытий. Необходимость устройства пароизоля - ции определяют теплотехническим расчетом.

Пароизоляцию следует предусматривать из кровельных материа­лов и мастик, принятых для устройства основного водоизоляцион - ного ковра. В местах примыканий к вертикальным поверхностям слои оклеечной пароизоляции следует поднимать на высоту, равную тол­щине утеплителя, а в местах деформационных швов пароизоляция Должна перекрывать края нижнего компенсатора. Слои пароизоляции

[29] Состав эмульсий приведен в разд. 1, гл. IV, J 2.

[30] Реконструкция бачка состоит в замене ручного привода лопастной ме-. шалки мотором электросверлнлки И-28А для увеличения частоты вращения д 300 об/мин; в приваривании к существующей мешалке двух дополнительны лопастей; в удалении из бачка ведра и фильтра и создании в днище бак отверстия диаметром 22 мм для слива готовой смесн. Бачок оборудован элек трорубашкой для подогрева и поддержания температуры смесн (мощност нагревательного элемента 1,2 кВт).

[31] См. раздел I.

[32] Жидкое стекло с модулем 2,5—3 при 18 °С.

[33] При наличии более концентрированных растворов жидкого стекла (с плотностью более 1,4 г/см3) их разбавляют чистой горячей водой до требу­емой концентрации за 5 ч до нагнетания.

[34] Для наклейки кровли могут также применяться машины, описанные в гл. II настоящего раздела.

[35] См. | 3 гл. I раздел» I.

[36] См. раздел I настоящего справочного пособия.

[37] Определены для 1-го территориального района строительства по СНиП TV-62 с учетом поправок, внесенных в 1968 г.,- и по ценнику № і, часть 1, утвержденному для применения с 1 января 1969 г.

[38] — кривые температуры размягчения по К и Ш; 2 — кривые температуры хруп­кости по Фраасу; 3 — кривые коэффициента удельной стоимости (шкала справа)

[39] В числителе — на битуме БН 70/30, в знаменателе — на битуме БНД 40/60.

Мастик, что повышает трещиноустойчивость гидроизоляции в суровых условиях.

Засыпная гидроизоляция. Данный вид изоляции происходит от забивок перемятой глиной и глинобетоном, широко приме­нявшихся ранее. В настоящее время к ним прибегают очень редко из-за большой многодельности, необходимости приготов­ления высокопластичных глин с малым содержанием воды и последующей их плотной укладки. Тем не менее при возведе­нии сооружений в тиксотропной рубашке, устройстве завес способом «стена в грунте» и т. п. используются различные бен­тонитовые композиции, допускающие механизированное приго­товление и укладку (например, способ «Салетанж» во Фран­ции).

При выполнении противофильтрационных экранов применя­ется гидратон — смесь грунта с бентонитом и жидким стеклом; он был предложен К. Кейлем (ГДР). Во ВНИИГе разработаны Смеси грунта с добавками бентонита, полиакриламида и каль­цинированной соды. Стоимость этих материалов составляет от 6,2 до 14,2 руб/м3. Их уплотненные слои имеют коэффициент фильтрации в пределах 10~7 —10-10 см/с, влажность 30—60% и угол внутреннего трения 26°, что весьма затрудняет их при­менение, особенно в условиях вечной мерзлоты. Поэтому данные способы не могут быть рекомендованы без специального и тща­тельного технико-экономического обоснования.

Гидрофобные засыпки. Такие засыпки из гидрофобизиро - ванных порошков и песков применяются для противокапил-

[40] ° ° о °

О О CN ^ _ —, —.со

[41] окраска хлорсульфированным полиэтиленом (ХСПЭ),вы­держивающая раскрытие трещин до 0,3 мм; такие покрытия разработаны НИИЖБом на основе лака и эмали ХСПЭ и ус­пешно применены на крыше Курского вокзала в Москве; при стоимости лака 15%-ной концентрации 356 руб/т и эмали ХСПЭ — 410 руб/т стоимость покрытия составляет 1 — 1,5 руб/м2, что вполне экономично;

[42] Окраска водной дисперсией тиокола Т-50, покрытие из ко­торой сохраняет эластичность в пределах от —30 до +70° С