§ 3.1. Уплотнения деформационных швов массивных сооружений (ч. 2)
Асфальтовые шпонки. Их заполняют асфальтовыми мастиками, которые для обеспечения максимальной плотности и предотвращения расслоения при заливке и разогреве должны содержать 65—70 % минерального наполнителя (известняковый порошок, отходы цемента, зола ТЭС и др.). В южных районах для этой цели используют дорожный битум БНД 40/60, а в северных — БНД 60/90, назначая размеры полости шпонки на основе специального расчета по условиям подтекания мастики при деформации в шве. Правильно спроектированная система горизонтальных и вертикальных шпонок создает в любой момент времени избыточное давление асфальтовой мастики внутри полости шпонки над внешним давлением воды в любой точке ее контура [73, 115].
Асфальтовые шпонки — наиболее надежный вид уплотнения швов, особенно при значительных деформациях в осадочных швах, для высоких сооружений в районах с суровым климатом или значительной сейсмичностью (рис.3.3), причем в некоторых шпонках размеры полости достигают 1,2×1,5 м (рис. 3.3, е). Формулы для расчета асфальтовых шпонок приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Формулы для расчета вертикальных асфальтовых шпонок в швах сооружений
| Тип шпонки | Размеры поперечного сечения шпонки при схождении шва с Uмакс | Наибольшее давление в шпонке при схождении шва с Uмакс |
|
Шахтная шпонка Равномерная деформация  Неравномерная деформация от Uмакс до Uмин |
   |
  |
Инъектирующая шпонка |
  |
В шпонке В уширенной части шва  |
|
Удлиненная шпонка Расширенный шов  |
 |
 |
Автоматическая шпонка |
Давление в пневмосистеме |
 |
Шпонка с гидростатическим компенсатором |
  |
 |
|
Обозначения: η° — структурно-реологические характеристики асфальта при расчетной температуре; Uмакс — скорость схождения или расхождения шва; Az — адгезия герметика к бетону или минимальной температуре; H — высота шпонки; σб — предел прочности бетона на изгиб; γa — плотность асфальтовой мастики; Rф — фиктивный радиус сечения шпонки |
||
Для повышения надежности шпонок их подвергают ремонтному обогреву, в результате чего асфальтовое заполнение полости шпонки временно разогревается, подвижность мастики повышается, что обеспечивает ликвидацию протечек через свищи, полости или трещины. Такой ремонтный электрообогрев от сварочного трансформатора, осуществляемый по системе изолированных арматурных стержней диаметром 12—14 мм в течение трех-четырех суток, позволил достигнуть полной водонепроницаемости швов на плотине Братской ГЭС и в здании Плявиньской ГЭС (рис. 3.3, а и б), которые в дальнейшем в ремонте не нуждались.
Шахтные асфальтовые шпонки большого поперечного сечения сложны и дороги (240 руб/м), поэтому естественно стремление найти пути их упрощения, не снижая надежности. Одним из таких путей являются автоматические шпонки, впервые осуществленные на Кегумской ГЭС в 1939 г.
Затем аналогичные шпонки были применены на плотинах Белфорсен и Лаофорсен в Швеции (рис. 3.3, г), Янискоски в Финляндии. В деформационных швах этих плотин выполняются шпонки диаметром 10—15 см, заполняемые легкоподвижным битумом БНД 130/180 и подпитываемые из контрольной галереи через специальные питательные колонки (рис. 3.4) тем же битумом. Избыточное давление во всей системе поддерживается сжатым воздухом от автоматически работающего компрессора.
На плотине Кегумской ГЭС такая система действует безупречно уже свыше 40 лет, причем суммарный расход битума за прошедший период составил около 3 т. На плотине Янискоски избыточное давление создают особые резервуары, поднятые над гребнем плотины на 4,5 м.
На основании этого опыта Н.Ф. Щавелевым предложены инъектирующие шпонки с расширенным участком шва, переменным сечением по высоте плотины и разогревом трубчатым электроразогревателем в зоне переменных горизонтов. Такие шпонки были впервые осуществлены в 1976—1978 гг. на плотине Андижанского водохранилища высотой 110 м, обеспечив полную водонепроницаемость швов, причем стоимость шпонки была снижена более чем в десять раз [73].
Нами предложено устройство напорных шахт в бычках водосливных плотин для повышения давления в полостях шахтных шпонок и увеличения надежности их работы (рис. 3.5). Такие шахты выполнены на плотине Каневской ГЭС, что позволило значительно уменьшить сечение шпонок.
Расположение асфальтовых шпонок у поверхности сооружения приводит к их промерзанию и вынуждает либо резко увеличивать поперечное их сечение, либо периодически прогревать их. Представляется возможным заполнять полости шпонок хладостойкими полимербитумными сплавами или мастиками (см. § 1.1), подвижными при умеренных морозах; однако при сильных морозах они загустевают настолько, что в полости шпонки при схождении шва возникает избыточное давление столь значительное, что оно может привести к расстройству защитного ограждения шпонки; это наблюдалось в шпонках шлюзов канала имени Москвы.
Поэтому нами был предложен гидравлический компенсатор для обеспечения постоянного давления в полости шпонки; с этой целью в нее закладывают пластмассовый шланг на гребне сооружения (рис. 3.6), устанавливают компенсирующий резервуар и заполняют всю систему легкоподвижным жидким битумом или маслом, вязкость которого подбирают на основании реологического расчета, исходя из условий эксплуатации [65, 109]. Такие шпонки предназначены для насосных станций, стен шлюзов и других сложных случаев тонкостенных железобетонных конструкций при больших осадках.
