§ 6.1. Гидроизоляция железобетонных сооружений (ч. 2)
Опыт строительства и эксплуатации бетонных гидросооружений весьма обширен и может стать темой особой монографии, но следует все же остановиться на некоторых ошибках проектирования гидроизоляции, представляющих интерес и в наши дни. Рассмотрим несколько примеров.
Общеизвестны аварии на плотинах Аустин и Сен-Френсис (США), которые разрушились из-за отсутствия деформационных швов, что привело к образованию трещин в плотинах, подмыву оснований, разрыву и обрушению частей тела плотин и прорыву водохранилищ в нижний бьеф, в результате чего была затоплена обширная территория и погибло свыше 500 человек. Эти «классические» примеры должны послужить суровым уроком тем инженерам, которые и по сей день предлагают отказаться от швов или их надежного уплотнения. В некоторых плотинах швы не были доведены до подошвы, что вызвало возникновение трещин (как продолжение швов) и потребовало трудоемких цементационных работ:
- а) первая Асуанская плотина (Египет, 1903 г.) длиной 2 120 м была построена без швов, вследствие чего в русловой ее части на длине 900 м образовалось свыше 200 крупных трещин, из них 36 сквозных, что потребовало переделки плотины дважды — в 1912 и 1938 гг., с увеличением ее высоты до 53,2 м и устройством деформационных швов при надстройке;
- б) на итальянских плотинах Карданелло (высота 76 м), Кампличчиоли (73 м) и др., построенных в 1928—1931 гг., температурные швы были выполнены через 43—53 м и не доведены до основания, что привело к образованию трещин через 8—10 м и в продолжении несквозных швов, а также к массовым протечкам (на плотине Кампличчиоли — суммарный расход до 110 л/с) и потребовало большого ремонта с цементацией трещин;
- в) на французской плотине Сен-Марк (1930 г., высота 46 м), плотине Норрис в США (1936 г., 81 м) и ряде других швы были устроены через 20—30 м и не всегда доводились до основания, что привело к возникновению трещин через 6—10 м и потребовало их неоднократного ремонта путем цементации.
Следует подчеркнуть эти, ставшие уже историческими, факты, чтобы напомнить о необходимости тщательного устройства деформационных швов, особенно в малоармированных гравитационных плотинах, поскольку в последние годы распространяется тенденция возведения таких плотин «токтогульским методом», но при небрежном отношении к деформационным швам.
Деформационные швы гидросооружений нуждаются в тщательном уплотнении, конструкция которого должна соответствовать температурно-деформационным условиям его работы. Данный вопрос достаточно подробно рассмотрен Н.Ф. Щавелевым [73, 115] и кратко освещен нами в § 3.1, но мы все же снова остановимся на основных выводах из этих работ, иллюстрируя их примерами из практики.
1. В гравитационных бетонных плотинах, прямолинейных в плане, надо учитывать значительное расхождение деформационных швов, особенно в районах с суровым климатом (табл. 6.2); поэтому уплотнения швов в каждом конкретном случае необходимо проектировать индивидуально и обосновывать особым инженерным расчетом, а гидроизоляцию напорной грани над швами следует прерывать, дополняя ее специальным уплотнением, способным воспринимать такие деформации.
Таблица 6.2
| Плотина | Страна | Год строительства | Высота, м | Расстояние между швами, м | Среднегодовая температура, ° С | Наибольшие деформации | |
| величина, мм | скорость, см/с | ||||||
| Шварценбах | Германия | 1925 | 67 | 36 | +8,3 | 8,3 | 3,2·10–7 |
| Чиньяно | Италия | 1928 | 58 | 30 | +3,2 | 4,7 | 4,6·10–8 |
| Сарран | Франция | 1936 | 114,5 | 26,5 | +8,0 | 5,2 | 7,8·10–8 |
| Шпиталлам | Швейцария | 1948 | 114 | 15 | +2,2 | 1,5 | 4,6·10–7 |
| Норрис | США | 1936 | 80,7 | 17 | +6,0 | 40,0 | 5,1·10–7 |
| Усть-Каменогорской ГЭС | СССР | 1956 | 66,0 | 22 | +2,1 | 1,26 | 5,2·10–8 |
| Братской ГЭС | СССР | 1955 | 126 | 32 | –2,3 | 12,6 | 6,4·10–7 |
| То же, на глубине 3 м | СССР | — | 126 | 32 | –2,3 | 8,0 | 2,5·10–7 |
| Бухтарминской ГЭС | СССР | 1956 | 91 | 26 | +2,3 | 7,4 | 2,7·10–8 |
| Мамаканской ГЭС | СССР | 1959 | 56 | 22 | –8,2 | 7,3 | 4,2·10–8 |
| Саяно-Шушенской ГЭС | СССР | 1978 | 220 | 15 | –3,4 | 6,8 | 3,8·10–7 |
Например, на плотине Саяно-Шушенской ГЭС окрасочная эпоксидная гидроизоляция была рассчитана на раскрытие случайных трещин до 2 мм и армирована двумя слоями стеклоткани АСТТ-6. Таким же способом были перекрыты выходы деформационных швов на напорную грань плотины, причем особые уплотнения не были выполнены, что привело к разрывам покрытия над швами, раскрытие которых достигало 7 мм уже в первый год эксплуатации.
2. Деформационные швы гравитационных плотин не следует уплотнять жесткими уплотнениями, неспособными к восприятию значительных деформаций. Это стало очевидным уже на первых бетонных плотинах, где были предприняты попытки уплотнить швы колодцами с последующим заполнением их бетоном: Эрраурок (США, 1916 г., высота 106 м), Аггер (Германия, 1929 г., 46 м), Шварцах (Германия, 1931 г., 43 м) и Барбелино (Италия, 1931 г., 73 м); здесь швы были уплотнены колодцами размером от 1×1 до 3×3 м, иногда по три в ряд, что во всех случаях привело к протечкам от 1 до 5 л/с и потребовало ремонта. Несмотря на эти общеизвестные факты, на плотине Лох-Слой в Англии в 1952 г. снова была предпринята негодная попытка уплотнить швы колодцами сечением 3×1,2 м, заполняемыми бетоном, что опять-таки привело к протечкам.
Точно так же недостаточно надежна в прямолинейных плотинах цементация швов, уплотнение металлическими листами-компенсаторами и асфальтовыми шпонками небольшого поперечного сечения. Например, на французской плотине Мареж была установлена особая система цементационных труб и клапанов, рассчитанная на многократную цементацию швов. С 1935 г. пришлось уже трижды цементировать швы, так как в них периодически возникали протечки до 3 л/с.
На другой французской плотине Сарран высотой 114,5 м швы были уплотнены небольшой асфальтовой шпонкой сечением 7×10 см, но оборудованной электрообогревом. Каждый год в швах возникают протечки до 0,6 л/с, в связи с чем приходится их прогревать, периодически включая электрообогрев, и кольматировать шпонки посредством засыпки золы ТЭС в верхний бьеф около шва.
Серьезные трудности, вызванные фильтрацией через швы из-за небольшого сечения асфальтовых шпонок, возникли на плотинах Усть-Каменогорской и Бухтарминской ГЭС, а из-за ненадежной работы листов-компенсаторов и невозможности повторной цементации швов — на плотинах Усть-Илимской и Красноярской ГЭС.
Исследования ВНИИГа достаточно убедительно доказывают, что в плотинах на сжимаемых основаниях и высоких плотинах на скальных основаниях деформационные швы нужно уплотнять системой асфальтовых шпонок в сочетании с контурными резиновыми лентами [72, 114]. Примеры рекомендуемых уплотнений были приведены на рис. 3.3, 3.4 и 3.5, а на рис. 6.2 в качестве иллюстрации представлены схемы гидроизоляции зданий гидроэлектростанций. Такие же уплотнения можно применять и в суровых климатических условиях при заполнении полостей шпонок полимербитумными мастиками [65].
