Строительство. Тепло- и гидроизоляция

Гидроизоляция зданий и сооружений

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

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

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 допол

нительным 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 эк

ран из доброкачественного уплотняемого асфальта;

в)         на плотинах Эль-Гриб и Боу-Ханифия (Алжир), как уже

отмечалось, образовались трещины в экранах, так как был при

менен слишком жесткий битум типа БН 70/30; на этих плотинах

протечки были ликвидированы благодаря слою самозалечива

ния;

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 частич

ные ремонты, но они успеха не принесли, так как до 25% по

верхности 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 ис

правлено при небольших ремонтах. Других сведений о повреж

дениях 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 работ при уплотнении гидротехнического асфальтобетона  

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  6.13 приведены примеры таких решений.

Весьма важно правильно выполнить примыкания асфальтобетонного гибкого экрана к жестким железобетонным сооружениям. На  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 ( 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. ( 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 ( 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 ( 6.15,г), Финстерталь в Австрии; на последней при общей ее высоте 149 м диафрагма имела высоту 93 м (табл. 6Л4 и  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 ( 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 ( 6.16). В 1974—1978 гг. одновременно возводились две плотины: западная  и восточная, что потребовало 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 (%):

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).

 Состав асфальтобетонной смеси надо подбирать исходя из максимальной плотности минерального скелета

Как и всякий гидроизоляционный материал,    гидротехнический    асфальтобетон   характеризуется длительной водоустойчивостью: водопоглощением, набуханием и изменением прочности — коэффициентом водоустойчивости kw = Rw/R20 после продолжительного выдерживания в воде.

Весьма интересны проектные проработки Ленгидропроекта применительно к Тельмамской каменнонабросной плотине на р. Мамакан ( 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 гидротехниче

ского асфальтобетона толщиной 1,8—0,4 м без температурных

и деформационных швов и с сопряжением с бортами каньона

посредством асфальтовой шпонки, строительством донной по

терны и усилением шпонки обклейкой армированными матами;

б)         металлическая диафрагма из стальных листов толщиной

12—18 мм, свариваемых в карты размером 4ХЮ м и соединяе

мых шпунтовыми замками, которые, в свою очередь, оклеива

ются 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.

1.         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.

2.         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.

3.         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.

4.         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.