Асфальтобетонные диафрагмы (ч. 2)
Для того чтобы термопластичный асфальтобетон мог свободно растекаться под действием собственной массы, не растрескиваясь при осадках и горизонтальных сдвигах тела плотины, можно предложить следующий критерий для подбора и расчета его состава:
,
(6.1)где uмакс — максимальная скорость растекания асфальтобетона, см/с; uпл — максимальная скорость горизонтальных деформаций тела плотины, см/с; γа — объемная масса пластичного асфальтобетона, г/см3; γв — то же, воды; δ — толщина асфальтобетонной диафрагмы, см; β и η° — реологические константы асфальтобетона при расчетной температуре: мера аномальности и наибольшая пластическая вязкость.
Состав асфальтобетонной смеси надо подбирать исходя из максимальной плотности минерального скелета, а расход битума рассчитывать из условия растекания асфальтобетона в период эксплуатации по формуле (6.1) и условия минимума расслаиваемости асфальтобетонной смеси при ее перевозке (минимума соотношения γн/γв — изменения объемной массы смеси после длительного прогрева), наименьшей текучести асфальтобетона как меры деформативной его способности при 20 и 50° С (R20 и R50) и наибольшей его теплоустойчивости, характеризуемой коэффициентом kт = R20/R50. Как и всякий гидроизоляционный материал, гидротехнический асфальтобетон характеризуется длительной водоустойчивостью: водопоглощением, набуханием и изменением прочности — коэффициентом водоустойчивости kω= Rω/R20 после продолжительного выдерживания в воде.
Свойства асфальтобетонов приведены в табл. 6.17.
Таблица 6.17
| Свойства асфальтобетона | Песчаный асфальт | Мелкозернистый асфальтобетон |
| Содержание компонентов в смеси, % массы: щебень или гравий крупностью до 15 мм разнозернистый песок крупностью до 5 мм минеральный порошок с 60 % частиц мельче 0,074 мм нефтяной битум БНД 40/60 |
— 65—70 15—20 12—15 |
35—45 25—35 10—20 10—12 |
| Объемная масса при 20° С, г/см3 | 1,9—2,1 | 2,2—2,3 |
| Остаточная пористость после охлаждения, %, не более | 3,0 | 3,0 |
| Условная вязкость по воронке-вискозиметру, с | 200 | 150 |
| Расслаиваемость γн/γв при 150° С, не более | 1,05 | 1,06 |
| Мера деформативной способности, МПа: при 20° С, R20 50° С, R50 |
0,8—1 0,35—0,45 |
0,6—0,8 0,3—0,4 |
| Коэффициент теплоустойчивости kт = R20/R50, не более | 4,0 | 3,5 |
| Водопоглощение через 6 мес., % массы, не более | 3,0 | 2,0 |
| Набухание через 6 мес. в воде, % объема, не более | 1,0 | 0,5 |
| Наибольшая пластическая вязкость, Па·с, не более при 10° С | 1014 | 1016 |
Состав асфальтобетона должен подбираться и рассчитываться в специализированной лаборатории с учетом многих эксплуатационных и технологических факторов (Изв. ВНИИГ, т. 113, 1976 г.; т. 119, 1977 г.).
ВНИИГ в содружестве с Гидропроектом и Ленгидропроектом разработал проекты асфальтобетонных диафрагм для плотины Хадита в Ираке и плотины Вилюйской ГЭС-III, охватив, таким образом, весь возможный диапазон климатических условий (рис. 6.17). Исследования и проектные проработки показали, что в этих экстремальных условиях можно подобрать состав гидротехнического асфальтобетона пластичной консистенции, который гарантировал бы надежность противофильтрационного уплотнения плотин высотой до 60 м и при толщине диафрагмы до 80 см.
Весьма интересны проектные проработки Ленгидропроекта применительно к Тельмамской каменнонабросной плотине на р. Мамакан (рис. 6.18). Технико-экономическое сравнение вариантов противофильтрационных элементов при отсутствии местных суглинков показало, что наиболее эффективными и экономичными в северных условиях являются два типа диафрагм:
- а) асфальтобетонная диафрагма из литого гидротехнического асфальтобетона толщиной 1,8—0,4 м без температурных и деформационных швов и с сопряжением с бортами каньона посредством асфальтовой шпонки, строительством донной потерны и усилением шпонки обклейкой армированными матами;
- б) металлическая диафрагма из стальных листов толщиной 12—18 мм, свариваемых в карты размером 4×10 м и соединяемых шпунтовыми замками, которые, в свою очередь, оклеиваются армированными матами, после чего вся диафрагма с обеих сторон окрашивается эпоксидно-каменноугольной мастикой; кроме того, в сопряжениях устраиваются компенсирующие швы.
Асфальтобетонные диафрагмы обладают перечисленными ниже технико-экономическими преимуществами.
- 1. Вертикальная внутренняя диафрагма защищена от всех внешних воздействий и находится в благоприятных температурных условиях, что в сочетании с термопластичностью асфальтобетона обеспечивает ее повышенную надежность и водонепроницаемость при значительных осадках, горизонтальных деформациях тела плотины и сейсмической активности.
- 2. Литой гидротехнический асфальтобетон отличается высокой водоустойчивостью при длительном воздействии воды, расчетной долговечностью свыше 200 лет, способностью к релаксации температурных или силовых напряжений и к самозалечиванию случайно образовавшихся трещин и неплотностей.
- 3. Горячему асфальтобетону литой или пластичной консистенции присуща высокая технологичность, что позволяет комплексно механизировать работы, используя для этой цели дорожные асфальтобетонные заводы и автосамосвалы, а укладку его производить простой заливкой в скользящую опалубку при любых температурно-влажностных условиях, даже на морозе и под водой, при средней стоимости 34 руб./м3 и трудозатратах 0,52 чел.-дн./м3.
- 4. Простота технологии, минимальное количество привозных материалов (только битум — не более 10 % от общей их массы) и ликвидация сезонности работ представляют особые преимущества в условиях северных и отдаленных районов.
В настоящее время рассматривается возможность осуществления асфальтобетонных диафрагм на крупных каменнонабросных плотинах.