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.

Конструкция усиленного асфальтобетонного экрана
Рис. 6.21. Конструкция усиленного асфальтобетонного экрана
а — продольный разрез; б — поперечный разрез; в — примыкание к галерее
1 — поверхностная обработка полимербитумным сплавом; 2 — слои плотного асфальтополимер бетона (по 6—10 см); 3 — дренажная прослойка из черного щебня или пористого асфальтобетона (8—12 см); 4 — асфальтовая подготовка; 5 — каменная наброска; 6 — штукатурная гидроизоляция бетона галереи; 7 — бетонный массив галереи; 8 — дренажная труба; 9 — заливка герметиком

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.

Конструкция усиленного асфальтобетонного экрана
Рис. 6.22. Конструкция усиленного асфальтобетонного экрана
а — примыкание к гребню плотины; б — примыкание к дойной галерее
— слои плотного асфальтополимербетона; 2 — дренажная прослойка черного щебня; 3 — железобетонные плиты; 4 — литой асфальтополимерный раствор; 5 — уплотнения деформационных швов; 6 — бетонный массив; 7 — железобетонный шарнир; 8 — дренажная труба; 9 — армирующая сетка; 10 — ванна с герметиком

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.

Конструкции усиленной асфальтобетонной диафрагмы
Рис. 6.23. Конструкции усиленной асфальтобетонной диафрагмы
а — асфальтопластмассовая диафрагма; б — асфальтопластмассовая двойная диафрагма; в — асфальтобетонная диафрагма с пластичной прослойкой
1 — пластичный асфальтополимербетон; 2 — пластмассовые листы или пленки; 3 — аллювиальный грунт; 4 — дойная галерея; 5 — асфальтовая мастика (30:70); 6 — стержни электрообогрева диаметром 12—14 мм; 7 — деревянные планки-распорки

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 Hа — высота диафрагмы над расчетным сечением; b — ширина расчетного участка диафрагмы; ux — 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.