способ усиления и защиты старых железобетонных фундаментов, свай и стоек электроустановок от воздействия окружающей среды

Формула изобретения

Способ усиления и защиты старых железобетонных фундаментов, свай и стоек электроустановок от воздействия окружающей среды, в котором вокруг существующей разрушенной железобетонной конструкции на оставшийся срок эксплуатации создается стальная защитная оболочка, состоящая из двух полуцилиндров, отличающийся тем, что полуцилиндры имеют расчетную длину защиты (в надземной и подземной зонах) и толщину стенки, обеспечивающую заданный срок службы железобетонной конструкции с учетом гальванического влияния на нее арматуры в бетоне, герметично соединяются между собой с помощью сварки; образованная между защитной оболочкой и старой железобетонной конструкцией боковая внутренняя полость заполняется строительным бетоном или другим композитом, а в верхней надземной части устанавливается гидроизолирующая пробка с атмосферостойким покрытием, при этом подземная часть защитной оболочки используется в качестве естественного заземлителя электроустановки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам ремонта, усиления и защиты от вредного воздействия окружающей среды находящихся в эксплуатации железобетонных фундаментов, стоек и свай, используемых под оборудование электрических подстанций, а также под промежуточные, либо анкерно-угловые опоры линий электропередачи, или строительные конструкции зданий. Изобретение позволяет, наряду с упрощением и унификацией технологии ремонта, существенно повысить сопротивляемость указанных железобетонных конструкций внешним воздействиям и увеличить на заданный срок ресурс их работы в грунтах и атмосферах различной агрессивности.

Для новых еще не разрушенных фундаментов есть способ защиты железобетонных фундаментов и установленных на них строительных конструкций от вредного воздействия среды по авторскому свидетельству №1314743 [1], заключающийся в стабилизации температурно-влажностных условий в грунте вокруг фундаментов путем создания на поверхности грунта воздухонепроницаемого экрана.

Для старых фундаментов этот способ не приемлем, так как не позволяет усиливать механические свойства фундаментов.

Существующая практика ремонта с усилением механических свойств фундаментов путем бетонирования их верхней части (установка бетонных бандажей высотой 0,2-0,5 м) обеспечивает долговечность защищенной части на срок не более 2-5 лет. Это вызвано тем, что плотность бетона, изготовленного на пикете, обычно невелика, адгезия нового бетона к старому слабая из-за затруднительной очистки в полевых условиях старого фундамента от разрушенных частиц бетона, а длина зоны защиты недостаточна для прекращения деструктивных процессов в бетоне. Массовое применение для такого ремонта фундаментов специальных бетонов серии ЭМАКО [2], обладающих важными для ремонта свойствами: быстрый набор прочности, высокая начальная плотность и малое водопоглощение, слишком дорого. Например, расчеты показывают, что средняя стоимость ремонта фундамента промежуточной опоры ВЛ 500 кВ на участке длиной 0,5 м от его верха с применением этого материала составит около 10 тысяч рублей. Учитывая же, что требуемая зона защиты фундамента может составлять 0,9-1,5 м, то соответственно стоимость ремонта может возрасти в 2-3 раза.

Кроме того, ремонтная оболочка фундамента (бетонный бандаж) при отсутствии армирования бетона плохо работает на растяжение, даже с применением специальных бетонов. Применение же армированного бетонного бандажа для ремонта фундамента, с установкой на его четырех углах металлических уголков и приваркой к ним в виде решетки горизонтальных металлических стержней, усиливает механические характеристики фундаментов, но удорожает и усложняет ремонт, делает его малопроизводительным. Применяемый в этом случае для ремонтной оболочки бетон (поверх обрешетки) выполняет только функцию защиты этого армирования от коррозии. Такой ремонт не защищает старый фундамент и новый ремонтный состав от разрушения под воздействием окружающей среды, так как не ограничивает контакта бетона с внешней средой.

Наиболее близким к заявляемому является способ усиления находящихся в эксплуатации железобетонных центрифугированных стоек, используемых под оборудование электрических подстанций и опоры ВЛ, путем установки металлических бандажей [3] (см. Типовую Инструкцию по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ РД 34.20.504-94).

Для осуществления этого способа на ремонтируемый объект, цилиндрическую или коническую железобетонную центрифугированную стойку в месте наибольшего растрескивания устанавливается металлический бандаж, состоящий из двух полуцилиндров, имеющих плоскости загибов вдоль образующих цилиндра, в которых просверлено необходимое количество отверстий. В отверстия вставляются болты, с помощью которых полуцилиндры после установки их на стойку, стягиваются между собой. Места болтовых соединений при этом не герметизируются. То есть указанный бандаж предназначен в основном для восприятия части механической нагрузки стойки и удержания бетона от дальнейшего растрескивания. Отсутствие герметизации зоны защиты бандажа не позволяет остановить деструктивные процессы, происходящие под ним в результате взаимодействия железобетонной конструкции и окружающей среды и, следовательно, защитить объект от дальнейшего разрушения. Отсутствие плотного прилегания бандажа к железобетонной конструкции не способствует ограничению испарений влаги с защищаемой поверхности конструкции, а следовательно, не препятствует подсосу в эту область свежих агрессивных реагентов. То есть применяемые в настоящее время металлические бандажи наряду с механическим усилением железобетонной конструкции не защищают эту конструкцию от вредного воздействия окружающей среды.

Задачей настоящего изобретения является создание способа ремонта старых железобетонных конструкций с помощью стальной герметичной оболочки, позволяющей наряду с улучшением механических характеристик ремонтируемых объектов существенно повысить их устойчивость к внешним воздействиям.

В качестве оболочки могут быть использованы и другие материалы, пригодные для создания герметичного соединения между собой нескольких частей, путем их сваривания или склеивания и обладающие требуемыми механическими характеристиками для усиления ремонтируемой железобетонной конструкции, а также необходимой долговечностью и коэффициентом линейного расширения, близким к стали или бетону.

В соответствии с п.6.25 СНиП 2.03.01-84* для целей усиления железобетонных конструкций, находящихся в эксплуатации, прочность или сечение оставшегося старого бетона или поврежденной из-за коррозии арматуры можно не учитывать, когда они уменьшаются на 50% и более. Отсюда следует, что снижение сечения элементов железобетонной конструкции или прочности бетона в 2 раза можно считать предельным случаем, граничащим с аварийной ситуацией.

В соответствии же с п.6.12 того же СНиП - снижение прочности на 20% уже требует усиления железобетонной конструкции. Однако поскольку в процессе эксплуатации активному разрушению под действием грунтово-климатических факторов подвержена не вся стойка или фундамент, а лишь их небольшая часть в переходной зоне «атмосфера - грунт», то при отсутствии коррозионной опасности продольная арматура еще длительно сможет обеспечивать устойчивую работу фундамента.

Поставленная задача решена благодаря тому, что с помощью ультразвуковых и вибрационных измерений на железобетонных конструкциях, находящихся в эксплуатации, определяется степень дефектности по критериям СНиП 2.03.01-84*, указанным выше, и необходимая зона защиты. Зона защиты может быть определена также без откопки фундамента по эмпирическому выражению:

R=0,487·H-3,28 [МПа]

где R - средняя прочность бетона фундамента на глубине Н, МПа.

По известным методикам [4] вблизи объекта, подлежащего ремонту, производится измерение удельного электрического сопротивления грунта и электродного потенциала стального образца относительно медно-сульфатного электрода сравнения. Далее по формуле Тарасова: К=6,166-0,833·ln(( -125)/ ) определяется степень опасности коррозии стали (К) в данных грунтовых условиях. По этой степени опасности коррозии и кривым Демина [5] находится средняя глубина коррозии стали (b) для требуемого срока службы объекта, подлежащего ремонту. На основании рассчитанной глубины коррозии по выражению d=A+b находится толщина стальной ремонтной оболочки, где А - минимальное значение толщины стальной ремонтной оболочки, выбираемое по известным условиям требуемой механической прочности ремонта для того или иного защищаемого объекта. По формуле Улига [6] находится коэффициент усиления скорости коррозии стали (m), находящейся в гальваническом контакте с арматурой железобетонной конструкции, и далее определяется максимальная глубина коррозии стали, равная (b·m).

Способ ремонта и защиты железобетонных конструкций осуществляется следующим образом.

На заготовительном производстве металлоконструкций из стального листа изготавливаются полуцилиндры с радиусом описанной окружности, достаточным для обхвата этой железобетонной конструкции на всей длине зоны ее защиты плюс 3-5 см. Длина образующих полуцилиндров должна быть не менее рассчитанной или найденной опытным путем длины зоны защиты железобетонной конструкции, а толщина стенки - не менее рассчитанной (d). По нижней части каждого полуцилиндра приваривается стальной протекторный полуцилиндр того же радиуса, что и основной полуцилиндр, но с длиной образующей 10-15 см. Протекторный полуцилиндр предназначен для восприятия коррозионного тока макропары, катодом в которой является арматура защищаемой железобетонной конструкции, и должен иметь толщину стенки (m·b).

На заготовительном производстве сухих бетонных смесей и лакокрасочных покрытий готовятся сухие компоненты для изготовления бетонов ремонтного состава, бетона гидроизолирующей пробки и материалы для защитных атмосферостойких и антикоррозионных покрытий.

В качестве ремонтного состава может использоваться обычный строительный бетон класса В10-В30 или другой композит.

В качестве бетона для гидроизолирующей пробки могут использоваться специальные смеси серии ЭМАКО или смесь безусадочного расширяющегося цемента Макфлоу с песком, которые можно укладывать непосредственно на не затвердевший строительный бетон слоем 2-3 см.

Подготовленные строительные материалы и информация о геометрии ремонта поступают в ремонтную бригаду для выполнения ремонта железобетонной конструкции. Ремонт производится следующим образом.

Производится откопка железобетонной конструкции до расчетной глубины ремонта с соблюдением необходимых мер безопасности. Производится очистка поверхности железобетонной конструкции металлическими щетками или с применением механизации. Вокруг железобетонной конструкции устанавливаются полуцилиндры и свариваются между собой, образуя ремонтную оболочку. Если ремонтируемая железобетонная конструкция предназначена для работы в качестве естественного заземлителя электроустановки, то металлоконструкции, установленные на этой железобетонной конструкции или ее арматурный каркас приваривается посредством стального проводника к ремонтной оболочке. Пространство между сваренными полуцилиндрами и старой железобетонной конструкцией заполняется приготовленным в бетономешалке или другим способом строительным бетоном на 2-3 см ниже верхней кромки металлической оболочки. В процессе укладки строительного бетона производится его вибрирование доступными средствами. Непосредственно после укладки строительного бетона оставшееся пространство в верхней части ремонтного стакана заполняется гидроизолирующим составом так, чтобы после затвердения существовал наклон для стока дождевой воды с поверхности гидроизолирующей пробки и не происходило скапливание воды на поверхности ремонта. Если ремонтируемая железобетонная конструкция предназначена для работы в качестве естественного заземлителя электроустановки, то полимерное антикоррозионное покрытие на внешнюю поверхность стального ремонтного стакана наносится только в надземной части и на 15-20 см ниже уровня грунта. Иначе он покрывается гидроизолирующим антикоррозионным покрытием полностью. После высыхания покрытия производят обратную засыпку грунта с послойной трамбовкой. А после затвердевания (схватывания) бетонной гидроизолирующей пробки в верхней части ремонтного стакана она покрывается атмосферостойкой краской.

Использование заявляемого способа ремонта позволит с высокой эффективностью и заданной долговечностью производить усиление и защиту от вредного влияния окружающей среды дефектных и аварийных железобетонных конструкций. Использование изобретения способствует предупреждению аварийных ситуаций и обеспечивает устойчивую работу старых строительных конструкций в различных грунтово-климатических и производственных условиях. Практически описанный способ ремонта осуществлен на 10 фундаментах промежуточных опор на оттяжках ВЛ 500 кВ «Заря - Барнаул». Работоспособность заявляемого способа ремонта железобетонных конструкций при различных механических воздействиях и по морозостойкости проверены лабораторно на базе Сибирского НИИ энергетики.

Источники информации

1. Способ защиты железобетонных фундаментов и установленных на них строительных конструкций от вредного воздействия среды. Авторское свидетельство №1314743 СССР, H01R 4/66 Демин Ю.В., Добжинский М.С., Тарасов А.Г., Репях Л.Н., Романов П.И., Зинкин А.А. Заявка №3828996. приоритет изобретения 24.04.87. Зарегистрировано в Госуд. реестре изобретений СССР 1.02.1987 г.

2. Закржевский М.В. Ремонт конструкций ЛЭП специальными бетонами серии ЕМАСО ^® Вторая Российская научно-практическая конференция с международным участием: Линии электропередачи 2006: проектирование, строительство, опыт эксплуатации и научно-технический прогресс. Новосибирск, 5-9 июня 2006 г.

3. Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ, РД 34.20.504-94. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 200 с.: ил.

4. Способ определения коррозионного состояния металлических элементов анкерного узла оттяжек опор. Заявка №2005119527/28 (022117) от 16.06.2005 г.

5. Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок РД 153-34.0-20.525-00. Разработаны НГТУ, МЭИ, НПФ «ЭЛНАП», ОАО «ОРГРЭС». Утверждены Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России» 07.05.2000. М.: Служба передового опыта ОРГРЭС, 2000. 64 с.

6. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Л.: Химия, 1989 г.