СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ МАССИВНЫХ БЕТОННЫХ ПЛОТИН В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
METHOD FOR ERECTION OF MASSIVE CONCRETE DAMS IN SEVERE CLIMATIC CONDITIONS

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при возведении гравитационных и арочно-гравитационных плотин в суровых климатических условиях.
Известен способ возведения бетонных плотин с перерывом на зимнее время, когда при отрицательных температурах воздуха укладка бетона в плотины не ведется. В этом случае бетонирование плотин с секционной разрезкой осуществляют в весеннее, летнее и осеннее время с укладкой бетонных смесей в открытые блоки длиной до 120 м. Большие площадные размеры блоков бетонирования позволяют свести к минимуму наиболее трудоемкие операции в комплексе бетонных работ: опалубочные работы, цементацию швов и т.д. и полноценно использовать высокопроизводительную бетоноукладочную технику (Transactions of the XV-th ICOLD Congress.R.l, Laussanne, 1985, p.1-21).
Однако существенными недостатками этого способа является практически полное прекращение бетонных работ на плотинах на зимний период, что увеличивает продолжительность строительства и затраты на создание гидроузлов; а также появление в верхней части бетонной кладки, законсервированной на зимний период, температурных трещин, глубина которых в районах с суровым климатом может достигать 5-6 м. Такие трещины возникают зимой из-за больших температурных градиентов даже если горизонтальная поверхность бетонной кладки укрыта теплоизоляцией. Такие трещины в основном простираются вдоль оси плотины (поперек секций) и влияют на водонепроницаемость бетонной кладки и на распределение усилий в теле сооружения. Поэтому их герметизируют и цементируют, а также укрепляют бетонную кладку с нарушенной монолитностью армированием.
2
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ возведения гравитационных плотин в суровых климатических условиях с сезонно-раздельной укладкой бетона в наружную зону со стороны напорной грани (верховой столб) и в так называемый «низовой клин» плотины, возводимые как в разные периоды года, так и разными методами. Многослойные блоки верхового столба высотой 1-12 м бетонируют преимущественно в холодный период года в теплой опалубке под шатрами с применением подогретых бетонных смесей. В низовой клин плотины укладка бетона, во внутреннюю зону плотины и в ее наружную защитную зону со стороны низовой грани, ведется преимущественно в теплый период года при температурах воздуха до -10°C открытыми однослойными блоками толщиной 0,3-1,0 м. На зимний период уложенный бетон укрывают теплоизолирующим покрытием: слоем песка, опилок, матами из минеральной ваты и т.п. с коэффициентом теплопередачи 0,8-1,5 Вт/(м·°C). Весной, с наступлением теплых дней с положительной температурой воздуха, приступают к бетонированию однослойными блоками следующего яруса низового клина (Соколов В.В., Брейкин А.Г., Тягунов А.В. Организация строительства Бурейского гидроузла. Гидротехническое строительство, №8, 1995, с.42-47).
Существенными недостатками прототипа является то, что при строительстве крупных бетонных плотин в районах с суровым климатом, из-за ежегодного промерзания больших по объему зон бетонной кладки низового клина бетон как в этих зонах, так и в бетонной кладке низового клина в целом твердеет при пониженных температурах, что замедляет приобретение им прочности, предусмотренной проектом. Это может отсрочить введение гидроузла в эксплуатацию или потребовать специальных мер для укрепления верхней части плотины с затратой дополнительных средств. Кроме того, при перерывах в бетонировании внутренней зоны на зимний период в ней при наступлении отрицательных температур наружного воздуха, достигающих в суровых климатических условиях минус 20-60°C, возникают глубокие температурные трещины, нарушающие в локальных участках монолитность бетонной кладки, что ухудшает распределение усилий и напряжений в сооружении.
Предлагаемый способ устраняет эти недостатки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание благоприятных условий для твердения бетона внутренней зоны плотины и предотвращение появления в ней глубоких температурных трещин.
Решение задачи достигается тем, что при возведении массивных бетонных плотин в суровых климатических условиях путем сезонно-раздельной укладки бетона многослойными блоками в верховой столб преимущественно в холодный период года в теплой опалубке под шатрами и открытыми однослойными блоками в низовой клин бетонной плотины преимущественно в теплый период года, для создания благоприятных условий твердения бетона в низовом клине, в горизонтальном шве между однослойными блоками на расстоянии от 0,3 до 1,5 м от поверхности низового клина, на которой располагают теплоизоляционное покрытие, на время зимнего перерыва в его бетонировании размещают теплогенерирующую систему из нагревательных проводов, например, типа ППЖГ, ПНСВ или их аналогов, с помощью которой поддерживают температурный режим верхней части бетонной кладки возведенного яруса низового клина в заданных теплотехническими расчетами пределах.
Кроме того, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- в бетоне, под теплоизоляционным покрытием непосредственно прилегающем к теплогенерирующей системе, поддерживают температуру в пределах от 0°C до +5°C;
- в верхнюю часть бетонной кладки низового клина плотины выше теплогенерирующей системы укладывают бетонную смесь, содержащую активизатор твердения, например микрокремнезем или хлорид кальция;
- теплогенерирующую систему оснащают устройством для автоматического управления температурным режимом верхней части бетонной кладки низового клина плотины в заданных пределах.
Отличительным признаком предложенного способа является то, что перед перерывом в бетонировании низового клина на зимний период в горизонтальном шве между однослойными блоками, на расстоянии от 0,3 до 1,5 м от верхней, теплоизолируемой на зиму поверхности бетонной кладки, размещают теплогенерирующую систему из нагревательных проводов (типа ППЖГ, ПНСВ или их аналогов), с помощью которой поддерживают заданный, определенный теплотехническими расчетами, температурный режим, обеспечивающий получение бетонной кладки с требуемыми проектом и нормативными документами техническими параметрами.
Предлагаемый способ поясняется схематическими чертежами, где на фиг.1 изображено поперечное сечение сооружаемой бетонной плотины, на фиг.2 - план секции этой плотины. Позициями на чертежах обозначены:
1, 1а - выравнивающий слой;
2 - верховой столб;
3 - ярусы бетонной кладки низового клина;
4 - внутренняя зона;
5 - защитная зона низового клина со стороны низовой грани;
6 - теплогенерирующая система;
7 - теплоизоляционное покрытие.
Способ осуществляется следующим образом.
Возведение плотины начинают с бетонирования прискальных блоков и выравнивающего слоя 1, 1а, укладывая в них бетонные смеси, уплотняемые глубинными вибраторами. В зимнее время используют метод «термоса» или «модифицированного термоса». Блоки верхового столба 2 бетонируют преимущественно в холодный период года последовательной многослойной укладкой бетонной смеси на всю высоту блока в теплой опалубке под шатром, соблюдая общепринятые требования и правила производства бетонных работ. В каждой секции верховой столб 2 возводят, как правило, с опережением по высоте бетонной кладки низового клина 3.
В низовой клин 3 бетонной плотины, включающий в себя внутреннюю зону 4 и наружную защитную зону со стороны низовой грани 5, укладку бетона начинают при положительных температурах воздуха. Бетонирование ведут открытыми однослойными блоками толщиной 0,3-1,0 м с поверхностным охлаждением путем полива водой, увлажнения и т.п. Между бетоном верхового столба 2 и бетоном внутренней зоны 4, при необходимости, укладывают прокладочную полосу шириной 0,5-2,0 м бетонной смеси переходного состава. Высота яруса низового клина 3, возводимого за один строительный сезон, в течение весны, лета и осени, может достигать 30 м и более в зависимости от температурных и производственных условий.
2
При наступлении отрицательных температур воздуха, перед перерывом в бетонировании низового клина 3 на зимнее время, в горизонтальном шве между однослойными блоками на расстоянии 0,3-1,5 м от верхней поверхности возводимого яруса бетонной кладки размещают теплогенерирующую систему 6 из нагревательных проводов, с помощью которой поддерживают температурный режим в заданных теплотехническими расчетами пределах. Горизонтальную поверхность бетона самого верхнего слоя возведенного яруса низового клина 3 укрывают теплоизоляционным покрытием 7, например слоем песка, опилок, матами из минеральной ваты и т.п., с коэффициентом теплопередачи 0,8-1,5 Вт/(м·°C).
Во время зимнего перерыва в бетонировании низового клина 3 активно ведут бетонирование верховых столбов 2 бетонной плотины многослойными блоками высотой 1-12 м в утепленной опалубке с соблюдением общепринятых требований и правил по производству бетонных работ в это время года. Плановые размеры многослойных блоков определяются толщиной наружной зоны (2-12 м) и расстоянием между температурными швами. При этом возведенный ярус низового клина 3 используют в качестве самоподъемной эстакады для размещения на нем механизмов, применяемых для подачи бетонной смеси в блоки верхового столба 2, и перемещения по его поверхности бетоновозов, доставляющих бетонные смеси от бетонного завода к бетонируемым блокам.
Весной, с наступлением теплых дней с положительными температурами воздуха, с горизонтальной поверхности верхнего слоя бетона низового клина 3 снимают теплоизоляционное покрытие 7, подготавливают ее к укладке бетона в соответствии с существующими правилами и приступают к бетонированию открытыми однослойными блоками второго яруса низового клина 3 плотины и т.д.
Предлагаемое изобретение позволяет:
- создать управляемый благоприятный температурный режим твердения бетона в низовом клине плотины, возводимой сезонно-раздельным способом бетонирования, прежде всего в тех частях бетонной кладки, которые в ином случае подвергаются зимой промораживанию;
- предотвратить появление глубоких температурных трещин в бетоне низового клина, негативно влияющих на распределение напряжений в бетонной кладке;
- упростить работы по теплоизоляции верхних слоев бетонной кладки низового клина на зимний период и сократить ее объем, затраты труда, средств и времени на ее устройство и удаление;
- сократить время зимнего перерыва в бетонировании низового клина, что позволяет повысить экономическую эффективность используемой для бетонных работ технологической системы и, соответственно, сократить время экспонирования поверхностей бетонной кладки с временной теплоизоляцией в холодное время года.