Способ ремонта гидротехнических сооружений и конструкций в зоне переменного горизонта воды
METHOD FOR REPAIR OF HYDRAULIC STRUCTURES AND STRUCTURES IN THE ZONE OF VARIABLE WATER HORIZON

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации гидротехнических сооружений, в частности к ремонту бетонных и железобетонных конструкций в зоне переменного горизонта воды.
Известен «Способ и устройство для гидроизоляции швов и трещин в гидротехнических сооружениях, бетонных конструкциях и конструкциях из каменной кладки» (по патенту РФ на изобретение RU 2243318 С2 от 27.12.2004 г., МПК Е02В 7/10) - [1]. Данный способ позволяет обеспечить водонепроницаемость созданного гидроизоляционного экрана и исключить прямой контакт с водой поверхности гидротехнического сооружения. Применение указанного способа позволяет исключить возможность дальнейшего разрушения сооружения посредством образования трещин, однако не обеспечивает восстановление эксплуатационной пригодности объекта при значительных повреждениях поверхности бетона от воздействия воды.
Известен способ ремонта бетонных и железобетонных конструкций с заменой поврежденного или дефектного бетона новым, более высокого качества, или обладающего большей стойкостью в конкретных условиях работы конструкции [2]. Данный способ реализуется удалением (вырубкой) поврежденного или дефектного бетона до «здорового» бетона, установкой и закреплением в образованной полости арматурной сетки, заполнении полости новым бетоном нужного качества (Руководство по бетону. Госэнергоиздат, М-Л, 1958, стр. 310-315). Недостатком указанного способа является отсутствие описания порядка исключения контакта гидротехнического сооружения с водой в ходе ремонтных работ, порядка закрепления арматурной сетки при ремонте объекта.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа заявляемого способа, является «Способ ремонта бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений, и конструкций в зоне переменного горизонта воды» (по патенту РФ на изобретение RU 2392374 С1 от 20.06.2010 г., МПК Е02В 3/00) - [3]. Применение данного способа заключается в замене разрушенного под действием попеременного замораживания и оттаивания бетона более морозостойким бетоном с толщиной нового слоя морозостойкого бетона, равной или большей глубины промерзания бетона в этой зоне в условиях эксплуатации ремонтируемого сооружения, при этом верхний горизонтальный контактный шов между новым и старым бетоном устраивается выше наивысшего уровня воды, а нижний горизонтальный контактный шов - ниже наинизшего уровня воды в зоне переменного горизонта воды в зимнее время, в верхнем и в нижнем контактных швах, в вертикальных контактных швах между новым и старым бетоном устраивается гидроизоляция, а наружные границы (кромки) полости, которая создается при удалении разрушенного бетона, предварительно обрабатывается алмазным инструментом на глубину 3-10 см.
Недостатками применения данного способа являются относительная недолговечность выполняемых ремонтных работ по причине продолжающихся естественных процессов разрушения бетонного камня в зоне переменного уровня воды даже с учетом применения морозостойкого бетона, отсутствия ясности в отношении выбранной технологии бетонирования ремонтируемой конструкции. Кроме этого, применение способа-прототипа предполагается исключительно в месте разрушения бетона посредством устройства местного прислонного кессона, позволяющего локализовать только участок с заменой разрушенного бетона на новый, что позволяет судить об отсутствии комплексного подхода к решению задачи по недопущению дальнейшего разрушения бетона на ином участке конструкции гидротехнического сооружения.
Задача изобретения заключается в повышении надежности строительных конструкций гидротехнических сооружений, эксплуатируемых в регионах с перепадами температур, допускающих попеременное размораживание и оттаивание бетона при повседневном соприкосновении с водой.
Технический результат заключается в обеспечении несущей способности строительных конструкций гидротехнических сооружений, повышении прочности и плотности бетонного камня, недопущении разрушения бетона в зоне переменного горизонта воды, увеличении межремонтных сроков эксплуатации строительных конструкций гидротехнических сооружений.
Указанный технический результат достигается следующим образом. Общими признаками прототипа и заявляемого способа является то, что ремонт гидротехнических сооружений и конструкций в зоне переменного горизонта воды осуществляется путем замены разрушенного под действием попеременного замораживания и оттаивания бетона более морозостойким бетоном с толщиной нового слоя морозостойкого бетона равной или большей глубины промерзания бетона в этой зоне в условиях эксплуатации ремонтируемого сооружения, при этом верхний горизонтальный контактный шов между новым и старым бетоном устраивается выше наивысшего уровня воды, а нижний горизонтальный контактный шов - ниже наинизшего уровня воды в зоне переменного горизонта воды в зимнее время, а наружные границы (кромки) полости, которая создается при удалении разрушенного бетона, предварительно обрабатываются алмазным инструментом на глубину 3-10 см.
Отличительными признаками заявляемого способа являются:
1. выполнение ремонтных работ в прислонном кессоне, обеспечивающем герметичный стык ограждающих элементов кессона и всей грани вертикальной стенки гидротехнического сооружения;
2. дополнительный демонтаж пораженных коррозией участков арматурных каркасов, зачистка выпусков арматуры после демонтажа пораженных коррозией участков арматурных каркасов, установка новых арматурных каркасов в полости и их сварка с выпусками арматуры;
3. нанесение связующего материала для образования адгезионного слоя;
4. нанесение нового слоя морозостойкого бетона через трубчатые инъекторы предварительно установленной на вертикальной поверхности гидротехнического сооружения герметичной опалубки посредством напорного бетонирования с применением вибрирования;
5. устройство гидроизоляции в виде равномерного слоя на ремонтируемый участок после набора прочности новым морозостойким бетоном и демонтажа герметичной опалубки;
6. футеровка гидротехнического сооружения бетонозащитными полиэтиленовыми листами, закрепленными на стенке гидротехнического сооружения посредством дюбелей;
7. установка заглушек на дюбели и приварка заглушек и стыков плит ручным экструдером с использованием сварочного прутка;
8. использование в качестве гидроизоляции полиуретановой смолы.
Совместное применение в заявляемом способе указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, который заключается в том, предотвращается дальнейшее снижение эксплуатационной пригодности гидротехнического сооружения по причине разрушения бетона в зоне переменного горизонта воды под действием попеременного замораживания и оттаивания, а также обеспечивается дальнейшая эксплуатация гидротехнического объекта с увеличением срока проведения межремонтных работ посредством использования морозостойкого бетона и футеровки поверхностей объекта, подверженных постоянному соприкосновению с водой, бетонозащитными полиэтиленовыми листами.
Изобретение пояснено чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид участка гидротехнического сооружения с указанием места разрушенного под действием попеременного замораживания и оттаивания бетона, текущего, наивысшего и наинизшего уровней воды при эксплуатации гидротехнического сооружения.
На фиг. 2 представлено изображение смонтированного к грани гидротехнического сооружения прислонного кессона, обеспечивающего герметичный стык ограждающих элементов кессона и всей грани вертикальной стенки гидротехнического сооружения.
На фиг. 3 представлен фронтальный вид вертикальной стенки гидротехнического сооружения и изображение разметки верхнего и нижнего горизонтального, а также вертикальных швов с удалением части разрушенного бетона, демонтажа пораженных коррозией участков арматурных каркасов.
На фиг. 4 представлены выполненные верхний и нижний горизонтальные, а также вертикальные швы с установленными в полости гидротехнического сооружения арматурными каркасами посредством их сварки с выпусками арматуры.
На фиг. 5 представлен общий вид нанесения нового слоя морозостойкого бетона в трубчатые инъекторы предварительно установленной на вертикальной поверхности гидротехнического сооружения герметичной опалубки посредством напорного бетонирования.
На фиг. 6 представлено изображение виброуплотнения бетона после его устройства под герметичную опалубку.
На фиг. 7 представлена схема устройства футеровки вертикальной грани гидротехнического сооружения после достижения проектной прочности нового бетона.
На фигурах 1…7 используются следующие обозначения арабскими цифрами:
1 - гидротехническое сооружение;
2 - участок разрушенного под действием попеременного замораживания и оттаивания бетона;
3 - наивысший уровень воды;
4 - наинизший уровень воды;
5 - текущий уровень воды;
6 - разрез отсечения центральной части гидротехнического сооружения;
7 - прислонный кессон;
8 - разметка верхнего горизонтального шва;
9 - разметка нижнего горизонтального шва;
10 - разметка вертикального шва;
11 - выпуски арматуры;
12 - арматурные каркасы;
13 - герметичная опалубка;
14 - трубчатый инъектор;
15 - устройство нагнетания бетонной смеси;
16 - верхний горизонтальный шов;
17 - нижний горизонтальный шов;
18 - вертикальный шов;
19 - вибратор;
20 - бетонозащитный полиэтиленовый лист;
21 - стык между бетонозащитными полиэтиленовыми листами.
Поскольку ремонт конструкций гидротехнических сооружений в зоне переменного горизонта воды возможно осуществить неоднократно предложенным способом, данный способ является промышленно применимым.
Применение способа ремонта бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений в зоне переменного горизонта воды осуществляется следующим образом.
Для выполнения ремонтных работ с заменой разрушенного под действием попеременного замораживания и оттаивания бетона более морозостойким бетоном на гидротехническом сооружении (1) на участке (2) выполняется устройство прислонного кессона (7), обеспечивающего герметичный стык ограждающих элементов кессона и всей грани вертикальной стенки гидротехнического сооружения посредством прижимного воздействия воды на стенки кессона при его осушении. После монтажа прислонного кессона (7) к вертикальной грани гидротехнического сооружения (2) выполняется откачка воды (с использованием насосов) для недопущения контакта воды с поверхностью гидротехнического сооружения при выполнении ремонтных работ по замене бетона и обеспечения выполнения технологических операций. Прислонный кессон (7) должен иметь необходимую прочность в условиях гидростатического и гидродинамического воздействия на него во время выполнения ремонтных работ на гидротехническом сооружении (1).
После устройства прислонного кессона (7) определяются границы участка разрушенного под действием попеременного замораживания и оттаивания бетона (2), подлежащего демонтажу методами визуально-инструментального контроля. Далее выполняется разметка верхнего и нижнего горизонтального, а также вертикальных швов с удалением части разрушенного бетона. Верхний горизонтальный шов (16) располагают выше наивысшего уровня воды, а нижний горизонтальный шов (17) располагают ниже наинизшего уровня воды в зоне переменного горизонта воды для данного гидротехнического сооружения.
Со стороны участка разрушенного под действием попеременного замораживания и оттаивания бетона (2) гидротехнического сооружения (1) по разметке швов устраиваются надрезы (пропилы) алмазным инструментом на глубину 3-10 см, причем в углах для обеспечения непрерывности технологического процесса надрезы (пропилы) выполняют закругленными. После выполнения надрезов выполняется удаление (вырубка) разрушенного бетона. При удалении разрушенного бетона выполняется демонтаж (отпил) пораженных коррозией участков арматурных каркасов, а также зачистка выпусков арматуры (11) после демонтажа пораженных коррозией участков арматурных каркасов. Образованная после удаления разрушенного бетона полость для устройства нового слоя морозостойкого бетона должна быть такой, чтобы толщина слоя нового морозостойкого бетона была равна или больше глубины промерзания бетона в зоне переменного горизонта воды ремонтируемого гидротехнического сооружения (1) при его эксплуатации в зимнее время. Затем выполняется установка новых арматурных каркасов (12) в полость, сварка новых арматурных каркасов (12) с зачищенными выпусками арматуры (11).
В образовавшуюся полость в гидротехническом сооружении (1) на бетон и новые арматурные каркасы (12) выполняется нанесение связующего материала для образования адгезионного слоя с целью обеспечения наилучшего сцепления наносимого нового слоя морозостойкого бетона с поверхностью подготовленной полости в гидротехническом сооружении (1). Затем на вертикальную поверхность гидротехнического сооружения (1) поверх образовавшейся полости устанавливается герметичная опалубка (13). Крепление герметичной опалубки (13) к вертикальной поверхности гидротехнического сооружения (1) выполняется посредством ее анкеровки к участкам вертикальной поверхности гидротехнического сооружения (1), не имеющим признаков разрушения под действием попеременного замораживания и оттаивания. Для выполнения ремонтных работ используется герметичная опалубка (13), имеющая конструктивно предусмотренную возможность крепления трубчатых инъекторов (14) для подачи бетонной смеси через инъекторы (14) в образовавшуюся полость гидротехнического сооружения (1) за герметичную опалубку (13).
После крепления герметичной опалубки (13) в проектное положение и установки трубчатых инъекторов (14), сообщающихся с устройством для нагнетания бетонной смеси (15) (например, бетононасос), выполняется напорное бетонирование подготовленной полости гидротехнического сооружения (1). Для уплотнения уложенной бетонной смеси используются площадочные вибраторы (19); при необходимости продолжается подача бетонной смеси для достижения соответствующего эффекта уплотнения. По окончанию использования вибраторов (19) и набора проектной прочности новым слоем морозостойкого бетона выполняется купирование шлангов трубчатых инъекторов (14) и установка заглушек в монтажные пазы для трубчатых инъекторов (14) в герметичной опалубке (13). Далее осуществляется демонтаж герметичной опалубки (13).
Следующим этапом выполнения ремонтных работ является футеровка всей грани вертикальной поверхности гидротехнического сооружения (1). Футеровка выполняется бетонозащитными полиэтиленовыми листами (20), а их крепление на стенке гидротехнического сооружения (1) выполняется посредством использования дюбелей. После устройства бетонозащитных полиэтиленовых листов (20) на дюбели, используемые при монтаже, устанавливаются заглушки, сварка которых, а также сварка бетонозащитных полиэтиленовых листов (20), выполняется ручным экструдером с использованием сварочного прутка.
Окончание футеровки грани гидротехнического сооружения (1) и обеспечение герметичности стыков (21) бетонозащитных полиэтиленовых листов (20) является основанием для демонтажа прислонного кессона (7) и ввода объекта в эксплуатацию.
Использованные источники
1. Патент на изобретение РФ RU 2243318 С2 от 27.12.2004, МПК Е02В 7/10 «Способ и устройство для гидроизоляции швов и трещин в гидротехнических сооружениях, бетонных конструкциях и конструкциях из каменной кладки».
2. Руководство по бетону. Госэнергоиздат, М-Л, 1958, стр. 310-315.
3. Патент на изобретение РФ RU 2392374 С1 от 20.06.2010, МПК Е02В 3/00 «Способ ремонта бетонных и железобетонных гидротехнических сооружений, и конструкций в зоне переменного горизонта воды».