Обоснование технологии и разработка устройств для цементации строительных швов высоконапорных бетонных плотин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, кандидат технических наук Рыжанкова, Лилия Николаевна

• Рыжанкова, Лилия Николаевна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Рыжанкова, Лилия Николаевна

Введение.стр.

Глава 1. Отечественный и зарубежный опыт производства работ по омонолнчиваншо плотин

1.1. Разрезка плотин строительными швами.

1.2. Контроль температуры бетонной кладки и раскрытия строительных швов. Задачи омоноличивания.

1.3. Карты цементации и закладная цементационная арматура.

1.4. Производство работ по цементации швов.

1.5. Проблемы обеспечения качественной цементации строительных швов высоконапорных бетонных плотин.

Глава 2. Разработка новых конструкций цементационных систем 2.1 Основные принципы конструирования закладных систем для цементации швов.

2.1.1. Закладная цементационная арматура и уплотнения в картах цементируемых швов.

2.1.2. Научный подход к конструированию цементационных систем.

2.1.3. Цементационные системы с линейными и клапанными выпусками.

2.1.4. Конструирование цементационных систем в зависимости от формы поверхности шва и высоты блоков бетонирования.

2.2. Закладные системы для цементации швов в условиях использования сборной железобетонной опалубки.

2.2.1. Конструкция и технология изготовления плит опалубки с закладной цементационной арматурой.

2.2.2. Особенности технологии монтажа закладной цементационной арматуры в картах швов с плитами железобетонной опалубки.

2.2.3. Новые конструкции и технология установки контурных уплотнений.

Выводы.

Глава 3. Исследование технологии цементации швов

3.1 Критерий цементируемости.

3.2 Движение воды в цементируемом шве и оценка его раскрытия.61 3.3. Гидравлические характеристики цементируемых швов.

3.3.1 Пропускная способность шва.

3.3.2 Герметичность карты цементации.

3.3.3 Герметичность нагнетательной системы.

3.4 Единая методика гидравлического опробования.

3.5. Методика назначения начального состава инъекционных растворов.

3.6. Основные принципы выбора технологии цементации.

Выводы.

Глава 4. Цементация швов при отрицательной температуре бетона

4.1. Температурный режим бетона плотин, возводимых в районах с суровыми климатическими условиями.

4.2. Защита цементируемых швов от промерзания.

4.3. Цементация швов без отогрева бетона.

4.4. Цементация швов с отогревом бетона.

4.4.1. Отогрев через буровые скважины.

4.4.2. Отогрев через цементируемый шов.

4.4.3. Отогрев через закладные системы.

4.4.3.1. Отогрев электрическим током.

4.4.3.2. Трубный отогрев.

Выводы.

Глава 5. Контроль и оценка качества цементации строительных швов.

5.1. Сравнительный анализ способов контроля.

5.2. Производство контрольных работ.

5.2.1. Керновое бурение.

5.2.2. Гидравлическое испытание скважин.

5.2.3. Гидравлическое испытание шва.

5.2.4. Ультразвуковая дефектоскопия.

5.2.5. Кондуктометрический контроль.

5.3. Анализ показаний закладных приборов.

5.4. Оценка степени заполнения шва по технологическим параметрам цементации.

5.5. Методика разработки программ контрольных работ.

5.6. Критерии и методика оценки качества цементации швов.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологии и разработка устройств для цементации строительных швов высоконапорных бетонных плотин»

Актуальность. При строительстве высоконапорных бетонных плотин обычно применяется метод столбчатой разрезки, когда сооружение возводится отдельными бетонными массивами (столбами), а затем омоноличивается цементацией временных межстолбчатых швов. Для производства цементации в тело плотины при бетонировании закладывают специальные системы труб с выпусками, через которые после остывания бетонной кладки раскрывшиеся швы заполняют цементным раствором. Аналогичные системы используют для противофильтрационной цементации деформационных швов и швов бетонирования пробок временных водопропускных отверстий.

Строительство в СССР крупных высоконапорных бетонных плотин в различных климатических зонах позволило накопить практический опыт по конструированию и монтажу закладной цементационной арматуры, организации и технологии цементации швов, по контролю и оценке качества цементации. Выполненные ведущими проектными и научно-исследовательскими институтами Гидроспецпроект, ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, НИС Гидропроекта им. С.Я. Жука теоретические, лабораторные и натурные исследования, связанные с решением некоторых специальных задач гидравлики и статики сооружений, связанных с омоноличиванием плотин, позволили усовершенствовать технологию цементации швов, улучшить свойства цементационных растворов, уточнить основные технологические параметры цементации.

Однако, такие исследования проводились по заказам Дирекций строящихся гидроузлов или организаций - Генпроектировщиков отдельно для каждой плотины. До сих пор недостаточно обобщен опыт этих исследований, проектирования и производства работ по цементации швов и, как следствие, отсутствуют общероссийские нормативные документы, которые позволили бы развить и уточнить основные положения Строительных норм и правил.

Цель и задачи работы заключались в разработке, испытании и внедрении новых конструкций закладных систем для отогрева и цементации швов, а также прогрессивной технологии цементации швов и методики выполнения контрольных работ, обеспечивающих качественное омоноличивание плотин. Эти задачи решались на основе исследований гидравлических характеристик цементируемых швов, особенностей отогрева бетона вблизи цементируемых швов, протекания процесса цементации швов, их заполнения цементным камнем.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые обоснованы и экспериментально подтверждены основные принципы по проектированию закладных цементационных систем, позволяющих при минимальном количестве цементационных выпусков обеспечить передачу давления нагнетания на участок шва независимо от его конструкции, размеров, условий производства работ; определены зависимости раскрытия реального вертикального шва от градиента действующего давления и пропускаемого расхода, герметичности карты цементации от давления нагнетания и расхода воды с учетом ее размеров; определены закономерности влияния цементационных системам на средний градиент давления в шве; установлена и подтверждена зависимость начального состава нагнетаемого раствора от удельной пропускной способности шва; экспериментально подтверждена возможность цементации швов с предварительным отогревом бетона теплоносителем, пропускаемым через закладную систему; в результате теоретических исследований получены эмпирические зависимости, позволяющие оценить качества работ по цементации швов.

Получены авторское свидетельство и патент на изобретение по теме исследований. За разработку новой техники для омоноличивания плотин в условиях отрицательных температур бетона автор награжден серебряной медалью ВДНХ.

Практическую ценность имеют:

- конструкции нагнетательных систем для однократной и многократной цементации швов с линейными и клапанными выпусками, обеспечивающие подачу в шов густого цементного раствора, передачу давления нагнетания на значительную площадь шва и промывку системы для проведения вторичной цементации;

-конструкция устройства для омоноличивания бетонных блочных сооружений с вертикальными и горизонтальными швами;

- методика назначения оптимального начального состава нагнетаемого раствора в зависимости от удельной пропускной способности шва;

- методика цементации швов при отрицательных температурах бетона с использованием закладной системы отогрева и теплоносителя с регулируемой температурой;

- методика оценки качества работ по цементации швов посредством анализа всех данных, полученных в процессе нагнетания воды и цементного раствора, и их обработки по эмпирическим зависимостям, полученным в результате теоретических исследований.

Реализация результатов исследований. Проведенные исследования позволили разработать типовые карты цементации, применявшиеся в рабочей документации Богучанской ГЭС. Конструкции цементационных систем для омоноличивания бетонных плотин, возводимых с применением сборной железобетонной опалубки, использованы при омоноличивании Ингурской арочной плотины с экономическим эффектом 300 тыс. рублей (в ценах 1984 года). Конструкции закладных систем для отогрева и цементации швов, устройства для нагрева и подачи теплоносителя в зону бетона с отрицательными температурами применялись при омоноличивании плотин Зейской и Саяно-Шушенской ГЭС. Методика назначения оптимального начального состава нагнетаемого раствора в зависимости от удельной пропускной способности шва, прошла проверку при цементации швов Андижанской, Зейской и Ингурской плотин. Методика оценки качества цементации использовалась при строительстве Ингурской арочной плотины.

На защиту выносятся результаты теоретических и опытно-производственных исследований, выполненных при непосредственном участии автора на строительстве плотины Андижанского водохранилища, Усть-Илимской, Зейской, Саяно-Шушенской и Ингури ГЭС.

Автор благодарит всех участников исследований, а также научного консультанта - к.т.н., члена - корреспондента АВН РФ Аргала Э.С. за помощь в работе над диссертацией.

Заключение диссертации по теме «Гидротехническое строительство», Рыжанкова, Лилия Николаевна

Выводы

1. Оценка напряженного состояния сооружения возможна только после завершения работ по цементации строительных швов и восприятия сооружением напора. Поэтому на каждом этапе работ по омоноличиванию должен осуществляться оперативный контроль их качества. Поскольку по своему характеру работы по цементации швов являются скрытыми и непосредственный контроль их качества в процессе производства и приёмки работ затруднён, необходимо выполнять специальные контрольные работы для определения степени заполнения швов по площади карты, а также толщины слоя и физико-механических свойств цементного камня, заполняющего шов.

2. Из применяемых в настоящее время способов контроля качества цементации швов наиболее трудоёмким, но в то же время и самым информативным является керновое бурение скважин, пересекающих зацементированный шов.

3. Одним из косвенных способов контроля является анализ показания приборов, измеряющих деформации и температуру в разных точках плотины. Телетермометры, устанавливаемые в ядре блоков бетонирования, позволяют косвенно судить о температурных деформациях, возникающих в бетоне в строительный период и являющихся основными деформациями при отсутствии внешних нагрузок.

4. Для оценки степени заполнения шва может использоваться анализ данных, зафиксированных в журнале гидравлического опробования и цементации карты. В случае точного соблюдения предусмотренной проектом технологии цементации, степень заполнения шва цементным камнем должна быть достаточно высокой. Определив средние для карты удельный расход цемента и раскрытие шва, можно по их отношению, оценить среднюю степень заполнения шва цементным камнем в пределах данной карты цементации.

5. Программы контрольных работ могут разрабатываться на основе разработанной методики оценки качества цементации швов. Задачей программы является разбивка всех карт цементируемых швов плотины на группы с одинаковыми показателями, полученными в результате обработки и анализа результатов всех выполненных работ и наблюдений, выбор из этих групп определенного количества характерных карт и назначение для них комплекса контрольных работ.

Предлагаемая методика послужила основой для «Программы контрольных работ оценки качества цементации температурно-усадочных швов арочной плотины Ингури ГЭС» ( прилож.4).

6. Качество цементации швов оценивают на основании анализа результатов, полученных по каждому виду контрольных работ, сопоставляя их с критериями качественной цементации швов, полученными теоретически, экспериментально или на основании опыта, приобретенного при выполнении аналогичных работ на других объектах. Для этого могут использоваться предлагаемые практические критерии для различных видов контрольных работ.

Результаты оценки качества цементации могут быть распространены на группу карт с аналогичными показателями цементации

Заключение

В связи с развитием отечественной практики строительства высоконапорных бетонных плотин накоплен большой практический опыт их омоно-личивания. Выполненные экспериментально-исследовательские работы и натурные наблюдения изменили многие ранее бытовавшие представления о термонапряженном состоянии плотины и раскрытии швов, статической работе её столбчатых массивов при цементации швов, гидравлике движения цементного раствора в швах.

Однако, несмотря на значительный практический опыт, полученный при цементация швов высоконапорных отечественных плотин, до настоящего времени отсутствуют общегосударственные нормативные документы, регламентирующие проектирование и производство работ по омоноличиванию таких плотин цементацией строительных швов. Вследствие этого основные проектные решения принимались на базе отечественного опыта и материалов, приведенных в переводной литературе, что не всегда было обоснованно.

Отсутствие единых технологических норм и единых критериев оценки качества цементации швов вынуждало для каждой плотины разрабатывать индивидуальные нормативные документы.

Для решения некоторых из вышеупомянутых проблем автором или при его непосредственном участии был выполнен комплекс теоретических и опытно-производственных исследований, результаты которых могут служить материалом для составления единых норм на проектирование и производство работ по омоноличиванию плотин цементацией строительных швов.

В результате этих исследований:

Предложены новые конструкции и способы монтажа цементационных систем и контурных уплотнений карт цементации для условий омоноличива-ния плотин, возводимых с применением сборной железобетонной опалубки.

Предложено «Устройство для омоноличивания бетонных блочных сооружений с вертикальными и горизонтальными швами», позволяющее повысить давление раствора в шве в процессе цементации карты, получить дополнительное раскрытие шва и обеспечить качественное заполнение его цементным камнем. На устройство, признанное изобретением, получен патент РФ №1209756.

Для практической оценки гидравлической проходимости реального шва введено понятие его эквивалентного раскрытия. Предложены коэффициенты для расчета градиента давления в реальном шве для закладных цементационных систем различных конструкций.

Предложены зависимости для определения основных гидравлических характеристик карты цементации: пропускной способности шва в пределах данной карты, герметичности карты и герметичности нагнетательной цементационной системы с клапанными выпусками.

Предложены зависимости для определения оптимального начального состава нагнетаемого раствора.

Предложен и испытан в опытно-производственных условиях наиболее экономичный из применяющихся в практике омоноличивания плотин новый способ отогрева с помощью закладной системы труб, через которую пропускается теплоноситель. Результаты опытных работ по отогреву швов использованы при составлении технических условий на цементацию швов плотин Зейской, Саяно-Шушенской, Бурейской и Богучанской ГЭС, а также при производстве работ по омоноличиванию плотин Зейской и Саяно-Шушенской ГЭС.

Предложены практические критерии оценки качества цементации швов на основании анализа результатов, полученных при выполнении различных видов контрольных работ.

134

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Рыжанкова, Лилия Николаевна, 2005 год

1. Абрамов Л.И. Температурные режимы доброкачественного омоноли-чивания межстолбчатых швов в зимнее время // Гидротехническое строительство. 1976.- №1. —С.16-19.

2. Абрамов Л.И., Казарновский В.А., Шрейбер А.К. Расчёт раскрытия межстолбчатых швов массивно-контрфорсных плотин.- М.: Энергия, 1969.

3. Аргал Э.С. Омоноличивание бетонных плотин цементацией строительных швов: серия "Библиотека гидротехника и гидроэнергетика", вып.88. М., Энергоатомиздат, 1987.

4. Аргал Э.С. Омоноличивание плотины Токтогульской ГЭС // Энергетическое строительство. 1989. - №9. - С.52-55.

5. Аргал Э.С. Особенности цементации строительных швов плотины Зей-ской ГЭС // Гидротехническое строительство. — 1991. №8. - С. 29-34.

6. Аргал Э.С., Ермошин В.М. Омоноличивание бетонной плотины Андижанского гидроузла // Гидротехническое строительство. 1984.- №5. -С. 16-22.

7. Аргал Э.С., Королев В.М., Лазутина (Рыжанкова) Л.Н. Выбор начального состава раствора при цементации швов: Экспресс-информация Информэнерго, серия СГЭС, №11. -М., 1976. -С. 14-20.

8. Аргал Э.С., Королев В.М., Лазутина (Рыжанкова) Л.Н. Закладная арматура для цементации швов плотины Ингурской ГЭС: Экспресс-информация Информэнерго, серия СГиМО, №9. М., 1977. - С. 8-14.

9. Аргал Э.С., Рыжанкова Л.Н. Некоторые особенности зарубежной практики цементации швов бетонных плотин /Сб. научных трудов

10. Гидропроекта. Вып. 94 "Проектирование и производство цементационных и дренажных работ в скальных основаниях, эффективность про-тивофильтрационных конструкций гидротехнических сооружений. -М., 1984.-С. 92-99.

11. Аргал Э.С., Рыжанкова Л.Н. Назначение начальных технологических параметров цементации строительных швов бетонных плотин // Гидротехническое строительство. — 1996. №8. - С. 18-21.

12. Ашихмен В.А., Королёв В.М., Малышев Л.И. Технология омоноли-чивания плотин с негерметичными картами строительных швов // Гидротехническое строительство. 1990. - №10.- С. 34-37.

13. Ашихмен В.А., Кудрин К. П. Способы прогрева бетона плотины Зей-ской ГЭС для цементации швов // Гидротехническое строительство. -1978. №8.- С. 9-12.

14. Ашихмен В.А., Фомин Б. Г. Опыт омоноличивания плотины Братской ГЭС // Энергетическое строительство. 1971. - №5. - С. 43-46.

15. Волоскович Г.В. Омоноличивание плотины Кассеб (Тунис) // Энергетическое строительство за рубежом. 1970. - №3.

16. Временная инструкция по обеспечению монолитности бетонных гидротехнических сооружений, возводимых в районах с резко континентальным климатом ВСН-02-64/ Минэнерго СССР. М.: Энергия, 1964.

17. Демьянова Е.А. К вопросу определения минимального размера трещин, поддающихся цементации / Труды ВОДГЕО, вып. 31.- М., 1971.

18. Дурчева В.Н. Натурные исследования монолитности высоких бетонных плотин.- М.: Энергоатомиздат, 1988.

19. Епифанов А.П., Сильницкий В.И. Об обеспечении условий для хорошего качества цементации строительных швов массивных бетонных плотин // Энергетическое строительство. 1972. - №5. - С. 68-70.

20. Епифанов А.П., Сильницкий В.И. Омоноличивание тела плотины Зейской ГЭС // Энергетическое строительство. 1975. - №12. - С. 56-58.

21. Ермошин В.М., Кудинов В.А. Особенности ультразвукового контроля качества омоноличивания бетонных плотин // Энергетическое строительство. 1986. - №10. - С.33-36.

22. Живодёров В.Н. Контроль и качество цементации швов на строительстве бетонных плотин. С.-Петербург: Изд. ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1993.

23. Кайданов Г.Л., Фомин Б.Г. Цементация строительных швов плотины Усть-Илимской ГЭС // Энергетическое строительство. 1975. - №3. - С. 26-29.

24. Калякин В.М. К вопросу об омоноличивании бетонных плотин // Гидротехническое строительство. 1965. - №12. - С.36-37.

25. Королёв В.М., Максимов К.И. Исследование распределения потока в цементационной системе и шве при омоноличивании плотин // Гидротехническое строительство. 1968. - №1. - С. 17-21.

26. Котульский В.В. и др. Омоноличивание Чиркейской плотины // Гидротехническое строительство. 1974. - №9. - С. 6-8.

27. Кудрин К.П., Плоек А.Е., Сильницкий В.И. Цементация межстолбчатых швов плотины Зейской ГЭС в условиях низких температур бетона: Экспресс-информация Информэнерго, серия СгиМО. Вып. 2 (338). -М., 1977. С. 12-14.

28. Марчук А.Н. О необходимости цементации штраблённых строительных швов бетонной плотины со столбчатой разрезкой // Энергетическое строительство. 1973. - №11. - С. 52-53.

29. Мельников А.Г., Фомин Б.Г., Фрейдман Ф.Б. Цементация строительных швов в промороженном бетоне на строительстве Усть-Илимской ГЭС // Энергетическое строительство. 1977. - №2. - С.36-39.

30. Паромова Г.Ф., Скоков В.Г., Сулимое B.C. Гидрообогрев бетона с использованием системы повторной цементации / Известия ВНИИГ. Т.191.-Л., 1986.-С.51-54.

31. Розанов Н.С. Проектирование и исследование арочных плотин во Франции. М.: Энергия, 1966.

32. Рыжанкова. JI.H. Определение качества омоноличивания строительных швов бетонных плотин водохозяйственных сооружений/ Сб. научных трудов РГАЗУ. М., 2002

33. Рыжанкова JI.H. Основные принципы конструирования закладных систем для цементации швов бетонных плотин / Сб. научных трудов РГАЗУ. М„ 2004

34. Сергеев И.П., Фомин Б.Г. Омоноличивание межстолбчатых швов плотины Усть-Илимской ГЭС при отрицательных температурах бетона // Энергетическое строительство. 1974. - №4. - С. 46-48.

35. Сильницкий В.И. Омоноличивание строительных швов в промороженном бетоне / Известия ВНИИГ.- Т. 141. Л., 1980. - С.69-74.

36. Сильницкий В.И. Омоноличивание облегчённых бетонных плотин в районах с суровым климатом: Автореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Л., ВНИИГ, 1984.

37. СНиП2.06.06-85*. Плотины бетонные и железобетонные / Госстрой СССР, 1986.-38 с.

38. СНиП2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования / Госстрой СССР. М, 1987. — 32 с.

39. Сулимое B.C. Способ омоноличивания швов гидротехнических сооружений, Авт. свид. 653327, опубл. в БИ №11, 1979 г.

40. Старшинов С.Н. О мероприятиях по омоиоличиванию бетонных плотин с цементируемыми швами / Известия ВНИИГ. -Т. 155. — Л., 1982. -С.55-57.

41. Старшинов С.Н., Идельсон В.Б. Назначение оптимальных температур и сроков омоноличивания плотин, Энергетическое строительство, 1985, №8, с. 22-25.

42. Старшинов С.Н., Сулимое B.C., Косинов B.C., Пермякова U.C. Гидрообогрев бетона при цементации межсекционных швов Саяно-Шушенской плотины // Гидротехническое строительство. 1981.- №11. - С.16-19.

43. Строительство плотины Агуа дель Topo в Аргентине: Пер. № 3341. -М.: Информэнерго , 1976. С. 57 - 60.

44. Тетельмин В.В. и др. Гидротермальный способ обогрева при цементации холодных швов бетонных плотин // Энергетическое строительство. 1979. - №9. - С.21-23.

45. Тульский С.А., Сильницкий В.А., Шихалев В.Н. Применение ультразвука для контроля качества омоноличивания строительных швов массивных бетонной плотины // Энергетическое строительство. —1971. -№5. С.46-47.

46. Тульский С.А., Трофимов А.П. К определению качества цементации строительных швов массивных бетонных плотин ультразвуком: Известия ВНИИГ. Т. 121.-Л., 1978. - С.56-63.

47. Тульский С.А., Трофимов А.П. Применение ультразвука для контроля качества цементации строительных швов плотины Усть-Илимской ГЭС: Известия ВНИИГ. Т. 121. - Л., 1978. - С.64-70.

48. Фомин Б.Г. Цементация строительных швов бетонных плотин при отрицательных температурах // Гидротехническое строительство. — 1974. №2.

49. Фомин Б.Г. Цементация строительных швов раскрывшихся вследствие температурного изгиба столбов: Экспресс-информация Инфор-мэнерго, серия СГЭС. Вып. 6 (318).-М., 1975.- С.1-3.

50. Фомин Б.Г. Закладная электронагревательная система / Труды РУДН. -М., 2001.

51. Храпков A.A., Гейнац Г.С., Готлиф A.A. Практический метод определения глубины раскрытия строительных швов у низовой грани бетонных плотин: Известия ВНИИГ. Т. 133. — Л., 1979. - С.10-17.

52. Цементация временных швов, пер. ГИДЭПа №3861.

53. Цементация плотины Хоган арочного типа, пер. ГИДЭПа №2200.

54. Цементация усадочных швов плотины Боулдер, пер. ГИДЭПа №1205.

55. Чечелашвили К.А. Способ контроля плотности цементационных растворов в швах бетонной кладки: Труды координац. Совещания по гидротехнике. Вып. 68. Л., Энергия, 1971.

56. Чураков А.И. Производство специальных работ в гидротехническом строительстве. М.: Стройиздат, 1976.

57. Технический отчет СибВНИИГа ««Натурные исследования температурного режима и напряженного состояния массивного бетона основных сооружений Зейской ГЭС в строительный и эксплутационный периоды» (дог. -№ 181/4-74). Красноярск, 1975.

58. Б. Публикации на иностранных языках

59. Argal È. S. and Ryzhankova L. N. Assignment of the initial technological parameters of grouting construction joints of concrete dams. Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'-stvo, No 8, pp. 18-21, August, 1996.