способ возведения массивных бетонных плотин в суровых климатических условиях

Формула изобретения

1. Способ возведения массивных бетонных плотин в суровых климатических условиях путем сезонно-раздельной укладки бетона многослойными блоками в верховой столб преимущественно в холодный период года в теплой опалубке под шатрами и открытыми однослойными блоками в низовой клин бетонной плотины преимущественно в теплый период года, отличающийся тем, что в низовом клине перед перерывом в бетонировании на зимний период в горизонтальном шве между однослойными блоками на расстоянии от 0,3 до 1,5 м от поверхности низового клина, на которой располагают теплоизоляционное покрытие, размещают теплогенерирующую систему из нагревательных проводов, например, типа ППЖГ, ПНСВ или их аналогов, с помощью которой поддерживают температурный режим верхней части бетонной кладки возведенного яруса низового клина в заданных пределах.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в бетоне под теплоизоляционным покрытием, непосредственно прилегающем к теплогенерирующей системе, поддерживают температуру в пределах от 0 до +5°С.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в верхнюю часть бетонной кладки низового клина бетонной плотины выше теплогенерирующей системы укладывают бетонную смесь, содержащую активизатор твердения, например микрокремнезем или хлорид кальция.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что теплогенерирующую систему оснащают устройством для автоматического управления температурным режимом верхней части бетонной кладки низового клина бетонной плотины в заданных пределах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при возведении гравитационных и арочно-гравитационных плотин в суровых климатических условиях.

Известен способ возведения бетонных плотин с перерывом на зимнее время, когда при отрицательных температурах воздуха укладка бетона в плотины не ведется. В этом случае бетонирование плотин с секционной разрезкой осуществляют в весеннее, летнее и осеннее время с укладкой бетонных смесей в открытые блоки длиной до 120 м. Большие площадные размеры блоков бетонирования позволяют свести к минимуму наиболее трудоемкие операции в комплексе бетонных работ: опалубочные работы, цементацию швов и т.д. и полноценно использовать высокопроизводительную бетоноукладочную технику (Transactions of the XV-th ICOLD Congress.R.l, Laussanne, 1985, p.1-21).

Однако существенными недостатками этого способа является практически полное прекращение бетонных работ на плотинах на зимний период, что увеличивает продолжительность строительства и затраты на создание гидроузлов; а также появление в верхней части бетонной кладки, законсервированной на зимний период, температурных трещин, глубина которых в районах с суровым климатом может достигать 5-6 м. Такие трещины возникают зимой из-за больших температурных градиентов даже если горизонтальная поверхность бетонной кладки укрыта теплоизоляцией. Такие трещины в основном простираются вдоль оси плотины (поперек секций) и влияют на водонепроницаемость бетонной кладки и на распределение усилий в теле сооружения. Поэтому их герметизируют и цементируют, а также укрепляют бетонную кладку с нарушенной монолитностью армированием.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ возведения гравитационных плотин в суровых климатических условиях с сезонно-раздельной укладкой бетона в наружную зону со стороны напорной грани (верховой столб) и в так называемый «низовой клин» плотины, возводимые как в разные периоды года, так и разными методами. Многослойные блоки верхового столба высотой 1-12 м бетонируют преимущественно в холодный период года в теплой опалубке под шатрами с применением подогретых бетонных смесей. В низовой клин плотины укладка бетона, во внутреннюю зону плотины и в ее наружную защитную зону со стороны низовой грани, ведется преимущественно в теплый период года при температурах воздуха до -10°C открытыми однослойными блоками толщиной 0,3-1,0 м. На зимний период уложенный бетон укрывают теплоизолирующим покрытием: слоем песка, опилок, матами из минеральной ваты и т.п. с коэффициентом теплопередачи 0,8-1,5 Вт/(м² ·°C). Весной, с наступлением теплых дней с положительной температурой воздуха, приступают к бетонированию однослойными блоками следующего яруса низового клина (Соколов В.В., Брейкин А.Г., Тягунов А.В. Организация строительства Бурейского гидроузла. Гидротехническое строительство, № 8, 1995, с.42-47).

Существенными недостатками прототипа является то, что при строительстве крупных бетонных плотин в районах с суровым климатом, из-за ежегодного промерзания больших по объему зон бетонной кладки низового клина бетон как в этих зонах, так и в бетонной кладке низового клина в целом твердеет при пониженных температурах, что замедляет приобретение им прочности, предусмотренной проектом. Это может отсрочить введение гидроузла в эксплуатацию или потребовать специальных мер для укрепления верхней части плотины с затратой дополнительных средств. Кроме того, при перерывах в бетонировании внутренней зоны на зимний период в ней при наступлении отрицательных температур наружного воздуха, достигающих в суровых климатических условиях минус 20-60°C, возникают глубокие температурные трещины, нарушающие в локальных участках монолитность бетонной кладки, что ухудшает распределение усилий и напряжений в сооружении.

Предлагаемый способ устраняет эти недостатки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание благоприятных условий для твердения бетона внутренней зоны плотины и предотвращение появления в ней глубоких температурных трещин.

Решение задачи достигается тем, что при возведении массивных бетонных плотин в суровых климатических условиях путем сезонно-раздельной укладки бетона многослойными блоками в верховой столб преимущественно в холодный период года в теплой опалубке под шатрами и открытыми однослойными блоками в низовой клин бетонной плотины преимущественно в теплый период года, для создания благоприятных условий твердения бетона в низовом клине, в горизонтальном шве между однослойными блоками на расстоянии от 0,3 до 1,5 м от поверхности низового клина, на которой располагают теплоизоляционное покрытие, на время зимнего перерыва в его бетонировании размещают теплогенерирующую систему из нагревательных проводов, например, типа ППЖГ, ПНСВ или их аналогов, с помощью которой поддерживают температурный режим верхней части бетонной кладки возведенного яруса низового клина в заданных теплотехническими расчетами пределах.

Кроме того, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:

- в бетоне, под теплоизоляционным покрытием непосредственно прилегающем к теплогенерирующей системе, поддерживают температуру в пределах от 0°C до +5°C;

- в верхнюю часть бетонной кладки низового клина плотины выше теплогенерирующей системы укладывают бетонную смесь, содержащую активизатор твердения, например микрокремнезем или хлорид кальция;

- теплогенерирующую систему оснащают устройством для автоматического управления температурным режимом верхней части бетонной кладки низового клина плотины в заданных пределах.

Отличительным признаком предложенного способа является то, что перед перерывом в бетонировании низового клина на зимний период в горизонтальном шве между однослойными блоками, на расстоянии от 0,3 до 1,5 м от верхней, теплоизолируемой на зиму поверхности бетонной кладки, размещают теплогенерирующую систему из нагревательных проводов (типа ППЖГ, ПНСВ или их аналогов), с помощью которой поддерживают заданный, определенный теплотехническими расчетами, температурный режим, обеспечивающий получение бетонной кладки с требуемыми проектом и нормативными документами техническими параметрами.

Предлагаемый способ поясняется схематическими чертежами, где на фиг.1 изображено поперечное сечение сооружаемой бетонной плотины, на фиг.2 - план секции этой плотины. Позициями на чертежах обозначены:

1, 1а - выравнивающий слой;

2 - верховой столб;

3 - ярусы бетонной кладки низового клина;

4 - внутренняя зона;

5 - защитная зона низового клина со стороны низовой грани;

6 - теплогенерирующая система;

7 - теплоизоляционное покрытие.

Способ осуществляется следующим образом.

Возведение плотины начинают с бетонирования прискальных блоков и выравнивающего слоя 1, 1а, укладывая в них бетонные смеси, уплотняемые глубинными вибраторами. В зимнее время используют метод «термоса» или «модифицированного термоса». Блоки верхового столба 2 бетонируют преимущественно в холодный период года последовательной многослойной укладкой бетонной смеси на всю высоту блока в теплой опалубке под шатром, соблюдая общепринятые требования и правила производства бетонных работ. В каждой секции верховой столб 2 возводят, как правило, с опережением по высоте бетонной кладки низового клина 3.

В низовой клин 3 бетонной плотины, включающий в себя внутреннюю зону 4 и наружную защитную зону со стороны низовой грани 5, укладку бетона начинают при положительных температурах воздуха. Бетонирование ведут открытыми однослойными блоками толщиной 0,3-1,0 м с поверхностным охлаждением путем полива водой, увлажнения и т.п. Между бетоном верхового столба 2 и бетоном внутренней зоны 4, при необходимости, укладывают прокладочную полосу шириной 0,5-2,0 м бетонной смеси переходного состава. Высота яруса низового клина 3, возводимого за один строительный сезон, в течение весны, лета и осени, может достигать 30 м и более в зависимости от температурных и производственных условий.

При наступлении отрицательных температур воздуха, перед перерывом в бетонировании низового клина 3 на зимнее время, в горизонтальном шве между однослойными блоками на расстоянии 0,3-1,5 м от верхней поверхности возводимого яруса бетонной кладки размещают теплогенерирующую систему 6 из нагревательных проводов, с помощью которой поддерживают температурный режим в заданных теплотехническими расчетами пределах. Горизонтальную поверхность бетона самого верхнего слоя возведенного яруса низового клина 3 укрывают теплоизоляционным покрытием 7, например слоем песка, опилок, матами из минеральной ваты и т.п., с коэффициентом теплопередачи 0,8-1,5 Вт/(м²·°C).

Во время зимнего перерыва в бетонировании низового клина 3 активно ведут бетонирование верховых столбов 2 бетонной плотины многослойными блоками высотой 1-12 м в утепленной опалубке с соблюдением общепринятых требований и правил по производству бетонных работ в это время года. Плановые размеры многослойных блоков определяются толщиной наружной зоны (2-12 м) и расстоянием между температурными швами. При этом возведенный ярус низового клина 3 используют в качестве самоподъемной эстакады для размещения на нем механизмов, применяемых для подачи бетонной смеси в блоки верхового столба 2, и перемещения по его поверхности бетоновозов, доставляющих бетонные смеси от бетонного завода к бетонируемым блокам.

Весной, с наступлением теплых дней с положительными температурами воздуха, с горизонтальной поверхности верхнего слоя бетона низового клина 3 снимают теплоизоляционное покрытие 7, подготавливают ее к укладке бетона в соответствии с существующими правилами и приступают к бетонированию открытыми однослойными блоками второго яруса низового клина 3 плотины и т.д.

Предлагаемое изобретение позволяет:

- создать управляемый благоприятный температурный режим твердения бетона в низовом клине плотины, возводимой сезонно-раздельным способом бетонирования, прежде всего в тех частях бетонной кладки, которые в ином случае подвергаются зимой промораживанию;

- предотвратить появление глубоких температурных трещин в бетоне низового клина, негативно влияющих на распределение напряжений в бетонной кладке;

- упростить работы по теплоизоляции верхних слоев бетонной кладки низового клина на зимний период и сократить ее объем, затраты труда, средств и времени на ее устройство и удаление;

- сократить время зимнего перерыва в бетонировании низового клина, что позволяет повысить экономическую эффективность используемой для бетонных работ технологической системы и, соответственно, сократить время экспонирования поверхностей бетонной кладки с временной теплоизоляцией в холодное время года.