Противофильтрационные элементы усиленной конструкции

Они служат для дальнейшего совершенствования противофильтрационных устройств. Приведем несколько примеров применительно к элементам из гидротехнического асфальтобетона.

1. Многослойные асфальтобетонные экраны с дренажной прослойкой из черного щебня или биндера (рис. 6.21) осуществлены на ряде зарубежных плотин, однако в последние годы от них все чаще отказываются по экономическим соображениям, ибо они имеют излишние запасы [35]. Все же при необходимости высокой водонепроницаемости экрана, повышения его трещиноустойчивости или при повышенных ледовых либо волновых нагрузках такая конструкция экрана может оказаться вполне рациональной.

Например, в бассейне Белоярской АЭС была осуществлена такая» прослойка (см. табл. 6.8), и более чем 20-летняя эксплуатация экрана свидетельствует о высокой ее надежности.

В районах с суровым климатом при температуре ниже –50° С, толщине льда более 1 м или расчетной высоте волны более 3 м для плотных слоев таких экранов можно рекомендовать асфальтополимербетон с добавкой к битуму 5—10 % каучука или термоэластопласта (см. табл. 1.3) и поверхностной обработкой полимербитумными сплавами [65].

Такая конструкция может оказаться эффективной и при экранировании различных очистных сооружений; например, на складе огарков ПО «Фосфорит» (г. Кингисепп), где требовалась повышенная водонепроницаемость, экран был выполнен из двух слоев полиэтиленовой пленки с промежуточной дренажной прослойкой из крупного песка.

Этот экран, стоимостью всего 1,6 руб./м², обеспечил полное отсутствие фильтрации при сбросе огарков с подвесной дороги, находящейся на высоте 30 м.

2. При интенсивных ледовых воздействиях вполне целесообразен комбинированный экран из асфальто- и железобетонных покрытий (рис. 6.22). Экран такой конструкции осуществлен на многих плотинах, построенных в 30—40-х годах [34 и 55], однако затем их перестали применять из-за излишней сложности. Все же на высоких плотинах при толщине льда в водохранилище более 2 м данная конструкция может оказаться рациональной и экономически выгодной.

Например, на ограждающей морской дамбе у плотины Хиг Ислэнд (Гонконг) при расчетной высоте волны асфальтовый экран был пригружен каменными блоками массой до 21 т; намолу во французском порту Дюнкерк при расчетной высоте волны 4,5 м было выполнено асфальтобетонное крепление толщиной 70 см; такое же крепление было устроено в бассейне ГАЭС Лудингтон при расчетной толщине льда до 5,5 м; во всех этих случаях можно уменьшить общую толщину экрана, если использовать комбинированное покрытие, приведенное на рис. 6.22, или сборные элементы с асфальтовой прослойкой (авт. свид. № 258117, 1966 г.).

3. При проектировании высоких каменнонабросных плотин на Крайнем Севере или в районах высокой сейсмичности из-за опасений в надежности внутренних асфальтобетонных диафрагм предлагают увеличить их толщину свыше 1 м и даже до 3 м. Например, на плотинах Хиг Ислэнд высотой 107 и 102 м при напоре более 50 м диафрагмы были усилены второй диафрагмой толщиной 0,6 м, отделенной от основной песчаной прослойкой, причем толщина основной диафрагмы была увеличена до 1,2 м (см. рис. 6.15). Это было вызвано стремлением повысить трещиноустойчивость диафрагмы в районе девятибалльной сейсмичности («Water Power», 1975, № 1). В северных условиях из-за трудностей уплотнения каменной наброски осадки низового клина плотины могут достигать 7 % высоты, а горизонтальные сдвиги — 50 % от осадки, при среднемноголетней температуре в некоторых районах –8 и даже –11° С.

Трещиноустойчивость асфальтобетонных диафрагм можно повысить прежде всего использованием полимербитумных вяжущих, которые имеют температуру хрупкости до –50° С и даже при –30° С обладают растяжимостью до 10 %; однако трещиноустойчивость диафрагм может быть повышена и конструктивно (рис. 6.23) — путем устройства комбинированной асфальтопластмассовой диафрагмы (авт. свид. № 355289, 1970 г.); в ней слой пластмассовых листов защищает случайно образовавшиеся из-за температурных или сейсмических воздействий трещины от засорения грунтом и обеспечивает их последующее самозалечивание за счет пластичного течения асфальтобетона.

Вторым кардинальным способом повышения трещиноустойчивости асфальтобетонных диафрагм является устройство в их середине пластичной прослойки из асфальтовой мастики с электрообогревом (авт. свид. № 246387, 1966 г.). Такая прослойка обеспечивает повышенную водонепроницаемость диафрагмы благодаря избыточному напору столба мастики, превосходящему внешнее гидростатическое давление воды верхнего бьефа вследствие разности плотности мастики и воды (в 1,7 раза). Нетрудно подсчитать, что избыточное давление внутри прослойки будет изменяться от 0,25 МПа в районе НПУ до 0,12 МПа в основании диафрагмы высотой 20 м и до 0,6 МПа при высоте 100 м.

Толщину прослойки следует назначать из условия свободного подтекания мастики сверху к любому расчетному сечению; она может быть рассчитана по формуле

,

(6.2)

где H_а — высота диафрагмы над расчетным сечением; b — ширина расчетного участка диафрагмы; u_x — скорость ожидаемой деформации прослойки или прилегающих слоев тела плотины; η° и β — расчетные реологические характеристики асфальтовой мастики при расчетной температуре.

Расчеты показывают, что при температуре +1° С, высоте плотины около 60 м и возможной скорости горизонтальных смещений 10^–7 см/с толщина прослойки должна быть не менее 20 см, а при использовании полимербитумной мастики и тех же расчетных условиях — не более 5 см.