Плотины с противофильтрационными элементами из асфальтобетона
Асфальтобетонные противофильтрационные устройства в грунтовых плотинах в виде диафрагм и экранов выполняются из специально подобранных, тщательно перемешенных и уплотненных в горячем состоянии смесей из вязкого нефтяного (дорожного) битума (марок БДН 40/60; БДН 60/90; БДН 90/130) и различных добавок (наполнителей). В качестве добавок используется минеральный порошок, песок, гравий (щебень), подобранные в соотношениях, обеспечивающих максимальную плотность смесей.
Гидротехнические асфальтобетоны подразделяют по следующим признакам:
• По крупности минеральных составляющих на песчаные, мелкозернистые, среднезернистые и крупнозернистые;
• По составу органического вяжущего на обычные асфальтобетоны, с применением нефтяных битумов и асфальтополимербетоны с пластифицирующими и структурирующими добавками каучуков и термоэластопластов;
• По консистенции смеси во время укладки на уплотняемые асфальтобетоны с уплотнением укаткой или вибрацией, и литые (легкоподвижные) асфальтобетоны самоуплотняющиеся при укладке, т.е. без уплотнения.
Реологические свойства асфальтобетона достаточно сложны и зависят от его состава. Основными требованиями к асфальтобетонам при подборе состава являются: гарантированное обеспечение эксплуатационных требований: водонепроницаемости, долговечности, коррозионной стойкости (водостойкость), трещиностойкости, исключение возможности разуплотнения, возможности выдавливания (выноса, вымывания) битума; обеспечение возможности самолечения; обеспечение совместности работы с телом плотины и т.д., а также учет влияния на свойства асфальтобетона в конструкции технологии его выполнения.
Многочисленными опытами доказано, что обеспечение водонепроницаемости и водостойкости (а следовательно коррозионной стойкости, морозостойкости) может быть обеспечено при достижении величины остаточной пористости менее 2,8 %. Это достигается соответствующим уплотнением. Для уплотняемых асфальтобетонов - виброуплотнением и укаткой, а для самоуплотняемых литых асфальтобетонов - укладкой слоя, толщина которого не менее определенной, зависящей от состава и условий работы (например, при заливке под воду или на влажную поверхность мелкозернистого асфальтобетона - не менее 0,5 м).
Базовые составы горячих асфальтобетонов характеризуются следующими данными: щебень фр. 5-20 мм - 42-46 %; песок фр. 0-5 мм - 31-36 %; известковый порошок - 18-22%; вяжущее (битум или полимербитумная композиция): в литых асфальтобетонах - 8,5-11,5 %; в уплотняемых асфальтобетонах - 6-9 %.
Производство работ по возведению асфальтобетонных диафрагм и экранов включает три самостоятельных комплексных процесса:
• Приготовление асфальтобетонной смеси и ее транспортировка;
• Производство работ на сооружении по устройству диафрагмы или экрана;
• Контроль качества производства работ.
Все гидротехнические асфальтобетонные смеси (уплотняемые и литые) приготовляются на серийно выпускаемых асфальтосмесителях на асфальтобетонных заводах подобно приготовлению дорожных смесей.
Транспортировка смесей осуществляется автосамосвалами или асфальтовозами.
Укладка в сооружение производится асфальтоукладчиками или специальными механизмами.
Температура асфальтобетонной смеси на выходе из смесителя должна быть в пределах 150- 180°С. Горячая асфальтобетонная смесь не подлежит длительному хранению и должна сразу транспортироваться к месту укладки с остыванием смеси не более чем на 20°С.
Недопустимо расслоение смеси и образование комков. Дальность транспортировки не рекомендуется более 60 км, а для литой смеси ~ более 15 км.
В зависимости от расположения в теле плотины, асфальтобетонные устройства подразделяются на диафрагмы и экраны.
Плотины с диафрагмами
Асфальтобетонные диафрагмы подразделяются:
• по конструкции: на вертикальные, наклонные, переменного наклона и зигзагообразные, в зависимости от расположения в теле плотины (рис. 10.2.1);
• по способу выполнения - на сборные и монолитные.
Толщина диафрагмы определяется расчетом в зависимости от высоты и деформационных характеристик упорной низовой призмы (осадок). Предварительно у гребня плотины толщину диафрагмы рекомендуется применять равной 30-40 см с увеличением к основанию на 0,005-0,008 высоты Н. Конструктивно, как правило, диафрагма состоит из трех частей - переходного слоя со стороны верхнего бьефа, асфальтобетонного слоя в центре и переходного слоя со стороны нижнего бьефа.
Переходные слои служат для равномерной передачи давления от тела плотины на асфальт диафрагмы и для предотвращения выдавливания материала диафрагмы в тело плотины. Они выполняются из песчаных, щебенистых или гравелистых грунтов. Толщина переходных слоев принимается не менее толщины диафрагмы и увязывается с шириной применяемых уплотняющих машин.
Монолитные асфальтобетонные диафрагмы грунтовых плотин и дамб возводятся одновременно с возведением грунтового тела ярусами. Для диафрагм применяются как уплотняемые, так и литые смеси с начальной температурой при укладке не ниже 150°С.
Диафрагма из уплотняемого асфальтобетона возводится с помощью специально для этого предназначенного асфальтоукладчика (рис. 10.2.2.). При этом при укладке слоя одновременно должна осуществляться присыпка его с двух сторон грунтом переходных зон. Вслед за этим осуществляется одновременное уплотнение асфальтобетона и переходных слоев.
Диафрагмы из литого самоуплотняющегося асфальтобетона могут выполняться следующими способами:
• заливкой литой асфальтобетонной смеси в траншею;
• заливкой смеси в разборно-переставную опалубку;
• заливкой смеси в скользящую опалубку.
При заливке в траншею последовательность работ следующая: сначала поверх выполненного яруса диафрагмы послойно насыпается грунт переходной зоны с уплотнением. Затем в нем над прежним слоем диафрагмы разрабатывается траншея равная толщине слоя с помощью одноковшового экскаватора, в которую и заливается очередной слой асфальтобетона. Высота ярусов заливки может составить 1,5 м.
При применении способа с использованием разборно-переставной опалубки последовательность работ следующая (рис. 10.2.3.):
• очищается поверхность асфальтобетона нижнего яруса;
• устанавливается опалубка блока (секция);
• осуществляется укладка асфальтобетонной смеси в отдельные блоки;
• демонтируется опалубка после охлаждения асфальтобетона;
• проверяется качество и составляется акт на скрытые работы;
• отсыпается и уплотняется грунт переходных зон с обеих сторон.
Рекомендуемая высота блока определяется возможностями уплотнения грунта переходных зон, но не менее минимальной толщины слоя, достаточного для самоуплотнения асфальтобетона. Температура асфальтобетонной смеси должна быть не ниже 140°С. Остывание - до температуры не выше 40°С. Время охлаждения может составлять до 1 суток зимой и 3 суток летом.
Контроль качества производства работ состоит из трех этапов: входного, операционного и приемочного.
На всех этапах производятся необходимые испытания в строительной лаборатории, а на сооружении необходимые геодезические съемки.
В отечественной практике наиболее высокой плотиной с асфольтобетонной диафрагмой является плотина Ирганайской ГЭС (рис. 10.2.4). Строится плотина Богучанской ГЭС. Та и другая плотины возводятся с применением литого асфальтобетона.
Среди специалистов нет единого мнения о преимуществах литого асфальтобетона или жесткого уплотняемого асфальтобетона. Опыт укладки литого асфальтобетона на строительстве Ирганайской ГЭС оказался положительным, а на строительстве Богучанской ГЭС в суровых климатических условиях выявились ряд недостатков, являющихся, в основном, следствием серьезных нарушений технологии. Это ещё раз подтверждает необходимость неукоснительного точного соблюдения технологии выполнения всех элементов.
В принципе, каждый из рассмотренных методов имеет свои преимущества и недостатки, поэтому применение того или иного типа асфальтобетона должно быть итогом проектных проработок с учетом конкретных условий строительства.
Плотины с экранами
Монолитный асфальтобетонный противофильтрационный экран - это бесшовное покрытие, располагающееся на поверхности откоса или дна бассейна. Конструктивно экран включает основание под асфальтобетон, покрытие (подготовку), само асфальтобетонное покрытие и поверхностный (защитный) слой.
Основанием экрана является специально подготовленная поверхность защищаемого сооружения. Основанием может служить: спланированный, обработанный гербицидом и уплотненный слой грунта тела сооружений; подготовка из песчано-гравийного грунта с обработкой или без обработки разжиженным битумом или эмульсией; переходный слой из пористого асфальтобетона или битумно-минеральной смеси. Выбор конструкции основания зависит от конкретных условий, от типа, свойств и грансостава тела сооружения.
При устройстве экрана на откосах каменно-набросных плотин из крупнообломочного материала требуется укладка по откосу выравнивающего уплотненного слоя по типу фильтра. Поверхность этого слоя проливается битумом.
Само асфальтобетонное покрытие может быть трех типов: однослойное, двухслойное и трехслойное. Выбор типа покрытия и его конструкция зависит от типа сооружения, его высоты, возможных осадок и др.
При выполнении экрана из уплотняемого асфальтобетона смесь укладывают при помощи асфальтоукладчиков слоями 5-10 см при температуре 140-170°С.
Уплотнение смеси производится непосредственно вслед за ее укладкой в две стадии. Первая стадия - предварительное уплотнение при высокой начальной температуре смеси (140-170°С) до плотности 0,97-0,99, определяемой в лаборатории. Уплотнение обеспечивается уплотняющими рабочими органами асфальтоукладчика и самостоятельными уплотняющими машинами, перемещающимися вслед за асфальтоукладчиками.
Механизмы для предварительного уплотнения не должны «утопать» в слое, для чего они должны иметь малые статические и динамические давления на смесь.
Вторая стадия - окончательное уплотнение смеси при более низких температурах (менее 130°С) до требуемого коэффициента уплотнения. Для этого используется серийно выпускаемые дорожные вибрационные и гладкие катки.
Технологическая схема и применяемые механизмы зависят от длины уплотняемой полосы. Например, для откосов длиной 25-200 м применяется следующая схема (Рис.10.2.5):
• грунтовая поверхность откоса планируется автогрейдерами или бульдозерами, для перемещения грейдера по откосу используется тяговый трос экскаватора-драглайна;
• откос обрабатывается водным раствором гербицида;
• грунт на откосе уплотняется прицепным вибратором, перемещаемым на пологих откосах трактором, а на крутых - тяговым тросом экскаватора;
• укладка переходных слоев и асфальтобетона основного слоя осуществляется дорожным асфальтоукладчиком, предварительное уплотнение - двумя легкими виброкатками, а окончательное - виброкатком массой 6-8 т. Перемещение асфальтоукладчика, виброкатков, автосамосвала или перегрузочной тележки (на крутых откосах) осуществляется с помощью специальной эстакады с лебедками;
• поверхностная обработка при необходимости наносится автогудронатором, распределение каменной крошки или песка шлангом набрызг-машины;
• при устройстве двух, трехслойных экранов применяются два-три комплекта машин, работающих последовательно на укладке каждого слоя;
• на всех стадиях строительства экранов должен осуществляться технический контроль качества производства работ.
Асфальтобетонные экраны могут выполняться и из сборных асфальтобетонных элементов, укладываемых непосредственно на грунтовое основание. Дополнительно в производственном процессе, кроме элементов присущих монолитным экранам, добавляются элементы изготовления асфальтобетонных сборных элементов, транспортировка их к месту укладки и укладка в экран.
Транспортировка элементов осуществляется или автомобилями или трейлерами отдельными плитами в штабелях или тюфяками, намотанными на барабан.
Укладка сборных элементов осуществляется в один или несколько слоев вдоль откоса обычно встык с шириной швов между элементами 5-15 см. Швы заполняются горячей литой асфальтобетонной смесью.
Имеет место также выполнение экранов из литых асфальтовых бетонов и растворов (в том числе подводная заливка). При подводной заливке асфальтовоз размещается на гребне откоса и из него подается асфальт, стекающий вниз по откосу. Для подводной заливки используют размещенную на понтоне бетонолитную трубу, по которой асфальт доставляется непосредственно к метсу укладки.