§ 6.2. Гидроизоляция грунтовых сооружений (ч. 1)
Данный вид гидроизоляции служит прежде всего для противофильтрационного экранирования плотин, водохранилищ, бассейнов и каналов, а в последние годы — шламоотвалов, золоотвалов и других сооружений по охране природы [55]. Именно массовое строительство очистных бассейнов для обезвреживания промышленных стоков, отвалов для хранения вредных промышленных отходов вызвало особенно острую необходимость в создании надежных и экономичных противофильтрационных экранов. Традиционные же экраны в этом случае малоэффективны, ибо тонкие суглинистые экраны толщиной 0,5—0,8 м трудно уложить и уплотнить так, чтобы экран большой площади имел средний коэффициент фильтрации менее 2·10–5 см/с, т.е. фильтрационный расход вредных веществ с каждого гектара составит 20 л/с, что очень опасно для окружающей территории. На откосах же толщина экрана достигает 3—4 м. Кроме того, такие экраны весьма многодельны и дороги; например, по расчетам Укрводоканалпроекта, наиболее экономичный грунтовой экран шламохранилища из двух слоев суглинка с промежуточным дренажным слоем из песка обходится более 4 руб./м2.
Поэтому начали применять асфальтобетонные покрытия [55], которые достаточно широко используются за рубежом [35]. Асфальтобетон на основе природных асфальтов и песка был известен еще в глубокой древности: в древнем городе Мохенджо-Даро (Пакистан) имеется ритуальный бассейн, облицованный асфальтом, который существует уже свыше 5 тыс. лет; сирийским природным асфальтом укреплены берега Тигра (рис. 6.8, а) и Евфрата, висячие сады Семирамиды в Вавилоне («Наука и жизнь», 1974, № 2). Эти примеры иллюстрируют удивительную долговечность асфальтовых покрытий. И среди современных сооружений уже имеются такие, где литой и уплотняемый асфальтобетоны служат 50—100 лет (рис. 6.8, б—д), однако для противофильтрационного экранирования определилась конструкция экранов из двух слоев уплотняемого асфальтобетона общей толщиной 12—15 см. Такие экраны эффективно работают на ряде бассейнов ГАЭС и водохранилищ.
Например, в бассейне ГАЭС Глемс (ФРГ) при площади облицовки 70 000 м2 и напоре до 21 м средний коэффициент фильтрации через асфальтобетонную облицовку составил 7·10–9 см/с, суммарно — менее 0,01 л/с. На всех крупных объектах, где удавалось наблюдать за фильтрацией, ее коэффициент не превосходил 10–7 см/с, причем протечки отмечались лишь через случайные трещины или неуплотненные сменные швы.
В Советском Союзе накоплен обширный опыт устройства асфальтобетонных экранов различных бассейнов и каналов (табл. 6.8), который позволяет сделать некоторые выводы.
Таблица 6.8
| Сооружение | Год строительства | Напор, м | Конструкция экрана | Данные об эксплуатации | |
| площадь, м2 | толщина слоев, см | ||||
| Бассейн Белоярской АЭС | 1959 | 7 | 70 000 | АБ (5 см)+ ЧЩ (10 см) + АБ (10 см); сверху грунт (120 см) | 20 лет без течи |
| Порт Рени на Дунае | 1963 | 3—12 | 20 000 | Сборные тюфяки (7 см) на сетке 20X 15 см, 0 6 мм | 15 лет без ремонта |
| Оросительный канал «Тумак» и др. | 1962—1965 | 1—1,5 | 8 000 | Асфальтобетон (4—6 см); протравливание грунта | + 15 лет |
| Шламоотвал Конаковской ГРЭС | 1968 | 5 | 35 000 | Песчаный асфальт (6 см) без подготовки | + 10 лет; растения |
| Копетдагский канал (Туркмения) | 1969 | 2—3 | 264 000 | Асфальтобетон (6 см) без подготовки | + 10 лет; растения |
| Шламоотвал Лукомльской ГРЭС | 1970 | 5 | 30 000 | АБ (6 см) + щебень (15 см) | + 8 лет; мелкий ремонт |
| Шламоотвалы Среднеуральской и Ириклинской ГРЭС | 1971 | 5—6 | 88 000 | АБ (5—6 см) + Щ (15 см) | Трещины и просадки |
| Шламоотвалы Рефтинекой и Кармановской ГРЭС | 1971 | 5—6 | 48 000 | АБ (6—7 см) + щебень (15 см) | + 7 лет; растения |
| Бассейны Тбилисской ГРЭС | 1972; 1976 | 7—8 | 60 000+60 000 | АБ (8—12 см) по бетону; обработка битумом (10 мм) | +6 лет без течи |
| Отстойник Волжской ТЭЦ | 1973 | 5 | 70 600 | АБ (8 см) по щебню (15 см) | +6 лет без течи |
| Бассейны Балаковского химического завода | 1974 | 7 | 50 000+150 000 | АПБ (5 см) + щебень (15 см); добавка гектолекса | +5 лет без течи |
| Золоотвал Ворошиловградской ГРЭС | 1974—1976 | 42 | 850 000 | АБ (8 см) + шлак (20 см); обработка ПБВ с СКС-65 | +3 года без течи |
| Шламоотвал Волжского автозавода | 1977 | 7 | 146 000 | АПБ (5 см) + щебень (10 см); добавка латекса СКС-65 | +2 года |
| Шламоотвал Армянской АЭС | 1977 | 3—15 | 196 000 | АПБ (6 см) + песок (10 см); добавка латекса СКС-65 | +2 года без течи |
| Шламоотвал Николаевского глиноземного завода | 1979 | 12 | 2 000 000 | Сборные тюфяки из АПБ (6 см); АПБ с латексом СКС-65; на дне — ПЭ-пленка + песок (70 см) | — |
| Условные обозначения: АБ — асфальтобетон; ЧЩ — черный щебень; АПБ — асфальтополимербетон; Щ — щебень; ПЭ — полиэтилен. | |||||
1. Для облицовок и экранов гидротехнических сооружений следует применять гидротехнический асфальтобетон, отличающийся повышенным содержанием битума и наполнителя, добавками коротковолокнистого асбеста и ПАВ, а в районах с более суровыми климатическими условиями надо применять асфальтополимербетон на основе полимербитумных вяжущих, придающих ему высокую трещиноустойчивость на морозе.
Рекомендуемые составы асфальтополимербетона для районов с абсолютным минимумом температуры воздуха не ниже –40° С приведены в табл. 6.9.
2. Покрытия из гидротехнического асфальтобетона правильно подобранного состава [17] и уплотненные до конечной пористости менее 3 % обладают практически полной водонепроницаемостью (испытаны при давлении 1 МПа) и очень высокой водоустойчивостью — через 10 лет пребывания в воде водопоглощение их не превысило 6 %, набухание 3 %, а прочность снизилась не более чем на 5 %. Такие покрытия толщиной 6—8 см не оплывают на откосе с заложением даже 1:1 и надежно противодействуют волновым и ледовым нагрузкам (испытаны при высоте волны 2 м и толщине льда 1,5 м).
3. Оптимальной конструкцией асфальтобетонного экрана является многослойное покрытие, состоящее из протравленного гербицидами и гидрофобизированного разжиженным битумом или битумной эмульсией грунта основания, подготовительного слоя пористого уплотняемого асфальтобетона (черный щебень или биндер) и собственно водонепроницаемого слоя плотного гидротехнического асфальтополимербетона с поверхностной обработкой полимербитумным вяжущим и посыпкой каменной крошкой или крупным песком.
Таблица 6.9
| Состав и свойства | На гранитных материалах | На известняке | ||
| АПБ-Кд | АПБ-Кэп | АПБ-Кт | АПБ-Од | |
|
Состав, %: щебень крупностью до 15 мм среднезернистый песок до 5 мм порошок + известь битум БНД 40/60 (сверх 100 %) |
36,5 45,5 16+2 6,5 |
36,5 45,5 16+2 5,4 |
36,5 45,5 16+2 4,9 |
90,0 Нет 10+0 9,0 |
| Содержание полимерной добавки, % от количества битума | 6,0 | 3,0 | 3,0 | 6,0 |
| Вид полимерной добавки | СКД | СКЭПт-30 | ДСТ-30 | СКД-1 |
|
Предел прочности при сжатии, МПа: при +20° С +50° С |
3,35 1,41 |
3,84 1,68 |
4,17 2,23 |
3,72 2,38 |
| Коэффициент теплоустойчивости | 2,37 | 2,30 | 1,90 | 1,57 |
| Коэффициент водоустойчивости | 0,85 | 0,97 | 0,88 | 0,93 |
| Коэффициент эластичности | 1,86 | 2,10 | 2,20 | 1,47 |
| Остаточная пористость, % | 1,71 | 2,30 | 2,20 | 4,40 |
| Водопоглощение через 6 мес., % массы | 0,50 | 0,10 | 0,68 | 0,23 |
| Набухание через 6 мес., % объема | 0,38 | 0,10 | 0,11 | 0,00 |
| Толщина пленки вяжущего, мкм | 1,43 | 1,19 | 1,08 | 1,99 |
| Наибольшая структурная вязкость, Па·с | 3·1072 | 6·1090 | 9·1067 | — |
| Температура хрупкости вяжущего, ° С | Выше –30 | Ниже –55 | Ниже –50 | Выше –30 |
Состав асфальтополимербетона нужно подбирать в зависимости от климатического района строительства, а толщины слоев экрана — на основании инженерного расчета, учитывающего температурные напряжения, действия льда и волн, свойства асфальтобетона [17, 34, 54, 55, 59]. Оптимальные толщины экрана — от 6 см (150 кг/м2) до 8 см (200 кг/м2) асфальтополимербетона, что требует подвоза только 15—20 кг/м2 дорожного битума и 1 —1,2 кг/м2 каучука или 2—2,5 кг/м2 латекса (рис. 6.9).
