БЕТОННАЯ ПЛОТИНА, СПОСОБ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ, СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА БЕТОНА У НАРУЖНОЙ ГРАНИ ПЛОТИНЫ Российский патент 2004 года по МПК E02B7/00 E02B1/00 

Изобретения относятся к области гидротехники и могут быть использованы при возведении и эксплуатации бетонных плотин, преимущественно в суровых климатических условиях.

Известна бетонная плотина, включающая внутреннюю часть и наружные части, испытывающие температурные влияния воды и/или атмосферы [1].

Недостатками известной плотины являются ее относительная недолговечность и недостаточная надежность вследствие воздействия на наружные части плотины атмосферы, обуславливающей суточные и сезонные перепады температур в бетоне наружных частей, что вызывает раскрытие строительных швов и образование трещин. Дополнительно, сокращение охлаждением, главным образом сезонным, наружной зоны у низовой грани способствует особенно в плотине со столбчатой разрезкой ее строительными швами появлению у верховой грани высокой плотины опасных трещин растяжения главным образом при высоких уровнях воды перед плотиной.

Известна также бетонная плотина, включающая наружные части и внутреннюю часть с замкнутыми воздушными полостями, обогреваемыми электропечами [2 или 3].

Недостатком этой плотины является относительно узкая сфера ее использования (плотины гравитационные с расширенными швами и массивно-контрофорсные), а также ее относительная недолговечность из-за образования трещин в бетоне вследствие высоких перепадов температур между подогреваемой внутренней частью плотины и ее наружными частями, находящимися под атмосферным воздействием. Этот перепад в холодное время года может достигать 40 градусов, а амплитуда колебания температуры в бетоне у низовой грани в течение года может превзойти эту величину.

Известен способ возведения бетонной плотины в суровых климатических условиях посредством укладки бетонной смеси в виде блоков бетонирования и последующего предохранения бетона от чрезмерного разогрева посредством отвода тепла, выделяющегося в процессе гидратации цемента, естественным путем через наружные поверхности блока [4].

Недостатком известного способа возведения плотины является относительно узкая сфера его использования: возведение плотин с бетонируемыми широкими швами в суровых климатических условиях и возведение плотин низкими блоками бетонирования, обычно 1-1,5 метра, сопровождаемое рядом специальных мероприятий, направленных на предотвращение чрезмерного разогрева бетона, в иных климатических условиях.

Известен способ эксплуатации бетонной плотины, возведенной в суровых климатических условиях, включающий регулирование напряженного состояния плотины путем подогрева в холодное время года наружной части плотины, примыкающей к ее верховой грани, посредством подачи по трубам сжатого воздуха, подогретого в продольной полости плотины [5].

Недостатком известного способа эксплуатации плотины является слабая эффективность влияния такого подогрева на напряженное состояние омываемой водою наружной части плотины, бетон которой в течение года имеет практически постоянную положительную температуру, а также снижение безопасности плотины вследствие размещения системы труб непосредственно у ее верховой грани.

Известно устройство для регулирования температурного режима бетона, включающее уложенный в блок бетонирования плоский змеевик и трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя [6].

Недостатком известного устройства является его материалоемкость вследствие того, что в случае образования в плотине при ее эксплуатации подогреваемой в заданных границах зоны, включающей только часть блока бетонирования, необходимо размещение в блоке в одном ярусе двух таких змеевиков с независимым друг от друга подводом и отводом теплоносителя по дополнительным соединительным трубопроводам. Это обусловлено тем, что при возведении плотины теплоноситель должен циркулировать в плане по всему блоку, а при эксплуатации только по его части.

Известна бетонная плотина, возводимая в суровых климатических условиях с разрезкой секций на блоки бетонирования и включающая внутреннюю часть, наружные части, испытывающие температурное влияние воды и/или атмосферы, и теплозащитное покрытие ее низовой грани [2 или 3].

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известной бетонной плотины, является недостаточность влияния теплозащитного покрытия на температурный режим бетона у низовой грани плотины, которая в этом случае обычно промерзает на глубину 2-3 метра при глубине сезонного колебания температуры до 4-6 метров, вследствие чего полностью не предотвращается раскрытие как вертикальных, так и горизонтальных строительных швов и трещинообразование в бетоне как у низовой, так и у верховой грани плотины - последнее при высоких уровнях воды перед плотиной.

Известен способ возведения бетонной плотины в суровых климатических условиях посредством укладки бетонной смеси в виде блоков бетонирования и последующего их охлаждения с помощью трубчатых теплообменников уложенных в блоках бетонирования с образованием собою ярусов в плотине [7 или 8].

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного способа возведения бетонной плотины, являются высокие затраты на его осуществление. Это обусловлено тем, что использованные при возведении плотины материалоемкие трубчатые теплообменники не приспособлены к их использованию для регулирования термонапряженного состояния плотины в период ее эксплуатации.

Известен способ эксплуатации бетонной плотины, возведенной в суровых климатических условиях, включающий регулирование напряженного состояния плотины путем подогрева в холодное время года ее наружной части, примыкающей к низовой грани, осуществляемого электропечами, расположенными в ее воздушных полостях и обогревающими эти полости [2 или 3].

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результат при использовании известного способа эксплуатации бетонной плотины, является относительно узкая сфера его использования, а также низкая эффективность регулирования напряженного состояния плотины. Это обусловлено тем, что сплошные по высоте плотины полости имеются только в гравитационных плотинах с расширенными швами и в массивно-контрофорсных, а также тем, что подогревается главным образом внутренняя часть плотины, что не способствует существенному улучшению напряженного состояния в ее наружных частях.

Известно устройство для регулирования температурного режима бетона у наружной грани плотины, включающее плоский змеевик, длинные элементы которого размещены параллельно наружной грани плотины и короткими элементами соединены между собой, трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя и дополнительный трубчатый элемент, место присоединения к змеевику которого разделяет змеевик на две части [9].

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства для регулирования температурного режима бетона у наружной (низовой) грани плотины, является то, что в случае включения в подогреваемую зону плотины только части блока бетонирования, необходимо размещение в блоке в одном ярусе двух таких змеевиков с независимым друг от друга подводом и отводом теплоносителя, для чего требуются материалоемкие дополнительные соединительные трубопроводы. Это необходимо для обеспечения циркуляции теплоносителя в плане по всему блоку при возведении плотины и только по его части - при эксплуатации плотины.

Основной задачей, на решение которой направлены заявленные бетонная плотина, способ ее возведения, способ ее эксплуатации и устройство для регулирования температурного режима бетона у наружной грани плотины, является повышение надежности и долговечности бетонной плотины, а также экономия средств при ее создании и эксплуатации.

Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является предотвращение раскрытия строительных швов и трещинообразования в бетоне как у низовой, так и у верховой грани плотины, достигаемое при эксплуатации плотины путем создания в плотине температурного режима, близкого к оптимальному, причем малыми затратами средств посредством устройств, уже отработанных по своему прямому назначению при возведении плотины.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной бетонной плотине, возводимой в суровых климатических условиях с разрезкой секций на блоки бетонирования и включающей внутреннюю часть, наружные части, испытывающие температурное влияние воды и/или атмосферы, и теплозащитное покрытие ее низовой грани, согласно изобретению у низового грани плотины, по меньшей мере в ее средней по высоте части, ярусами размещены трубчатые теплообменники, соединенные с подводящими и отводящими теплоноситель трубопроводами и функционирующие с образованием у низовой грани плотины подогреваемой зоны в соответствии с принятым температурным режимом плотины при ее эксплуатации. Дополнительно, ширина яруса теплообменников в поперечном сечении плотины превышает ширину ее наружной части в месте размещения этого яруса или равна ей. Целесообразно, чтобы расстояние по высоте между ярусами теплообменников равнялось высоте блока бетонирования или укладывалось в эту высоту целое число раз.

Целенаправленное воздействие на напряженно-деформированное состояние бетонной плотины только за счет теплозащитного покрытия ее низовой грани недостаточно эффективно. Даже дорогостоящее покрытие с высокими теплозащитными свойствами полностью не предотвращает промерзание бетона, а только подогрев наружной части к тому же создает в бетоне, непосредственно у наружной грани, высокие градиенты температур и, как следствие, - высокие разрушающие бетон градиенты напряжений. Температурное состояние бетонной плотины будет близким к оптимальному, когда температура бетона у низовой грани, омываемой атмосферой, будет круглогодично превышать температуру бетона у верховой грани, омываемой водою, на определенную расчетом величину, причем температура должна плавно изменяться от одной грани к другой. В этом случае обеспечивается полезное дополнительное обжатие бетона у верховой грани плотины и ее контакта с основанием. Такое состояние плотины может быть достигнуто только в условиях управляемого искусственного климата, образующегося при сочетании теплозащитного покрытия и подогревающих бетон устройств, что создает новый технический результат (оптимальное температурно-напряженное состояние), превышающий простую сумму отдельно взятых результатов от покрытия и от подогревающих устройств и для бетонных плотин не известный из уровня техники. Действительно, как в источниках [2, 3, 4, 10], так и в других вышеуказанные факторы, влияющие на температурный режим бетонной плотины (покрытие грани, подогрев), рассматриваются только отдельно. Их же одновременное влияние с очевидностью в источниках не присутствует.

Новым является также включение в плотину устройств, в виде трубчатых теплообменников, выполненных с учетом их использования как при возведении плотины, так и при ее эксплуатации: контуры ярусов теплообменников в плане, расстояние по высоте между ярусами.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе возведения плотины в суровых климатических условиях посредством укладки бетонной смеси в виде блоков бетонирования заданной высоты и последующего их охлаждения с помощью обладающих заданными теплотехническими параметрами трубчатых теплообменников, уложенных в блоках бетонирования с образованием собою ярусов в плане, согласно изобретению у низовой грани плотины, по меньшей мере в ее средней по высоте части, теплотехнические параметры теплообменников, наружные контуры их ярусов в плане и расстояния между ярусами задают в соответствии с принятым температурным режимом образования у низовой грани плотины зоны, подогреваемой в период ее эксплуатации. Одновременно высоту блока бетонирования задают равную расстоянию между ярусами теплообменников или кратную этому расстоянию.

Именно задание теплотехнических параметров трубчатых теплообменников, наружных контуров их ярусов в плане и расстояние между ярусами в соответствии с принятым температурным режимом плотины при ее эксплуатации и приведение в соответствие высоты блока бетонирования с расстоянием между ярусами теплообменников позволяет сэкономить средства за счет охлаждения бетона при возведении плотины посредством теплообменников, предназначенных для образования у низовой грани плотины подогреваемой зоны при ее эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе эксплуатации бетонной плотины, возведенной в суровых климатических условиях, включающем регулирование напряженного состояния плотины путем подогрева в холодное время года ее наружной части, примыкающей к низовой грани, согласно изобретению подогрев осуществляют посредством подачи по трубопроводам в поярусно расположенные с включением этой наружной части трубчатые теплообменники воды с температурой, превышающей на заданную величину среднемноголетнюю температуру наружного воздуха местности. Воду подают по схеме, обеспечивающей ее движение в теплообменнике в направлении от низовой грани плотины к ее внутренней части. Целесообразно наружную часть, примыкающую к низовой грани плотины, подогревать преимущественно перед подъемом воды перед плотиной до уровня, способного в случае отсутствия подогрева вызвать у верховой грани плотины растягивающие напряжения,
В суровых климатических условиях температура бетона в наружной зоне, примыкающей к верховой грани плотины при высоких уровнях воды, всегда положительна и обычно находится в пределах 3-10 градусов, а в средней части при отсутствии подогрева - близка к среднемноголетней температуре наружного воздуха местности, которая обычно имеет околонулевую или отрицательную величину. Для создания температурного состояния плотины, близкого к оптимальному (температура бетона плавно уменьшается от низовой грани к верховой), необходимо в теплообменники подавать воду с более высокой температурой, чем среднемноголетняя температура воздуха. Величина этого превышения зависит от теплозащитных свойств покрытия низовой грани, определяющих градиенты температур в бетоне у этой грани, и увязывается с естественной температурой воды в источнике и с возможностью повышения температуры воды, например, путем добавления воды из системы охлаждения оборудования здания ГЭС.

Увязка температуры подаваемой в змеевики воды со среднемноголетней температурой наружного воздуха местности обусловлена тем, что при отсутствии подогрева прежде всего эта среднемноголетняя температура прямо или через воду в ее бьефах косвенно определяет температурный базис, относительно которого происходят естественные колебания температур во всех частях плотины.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для регулирования температурного режима бетона у наружной грани плотины, включающем уложенный в блок бетонирования плоский змеевик, длинные элементы которого размещены параллельно наружной грани плотины и короткими элементами соединены между собой, трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя и дополнительный трубчатый элемент, место присоединения к змеевику которого разделяет змеевик на две части, согласно изобретению дополнительный трубчатый элемент соединяет среднюю часть змеевика с одним из трубопроводов, а само устройство дополнительно снабжено двумя обратными клапанами, один из которых расположен на змеевике, а другой на дополнительном трубчатом элементе. Обратные клапана установлены так, что при работе трубопровода, упомянутого последним, в режиме подвода, теплоноситель циркулирует по всему змеевику, а при работе этого трубопровода в режиме отвода - только по части змеевика, обращенной в сторону наружной грани плотины и образующей в последней в заданных границах подогреваемую зону. Дополнительно, со стороны наружной грани плотины змеевик снабжен дополнительным длинным элементом, концы которого гидравлически соединены с концами ближайшего к нему длинного элемента змеевика, при этом на дополнительном элементе установлен обратный клапан.

Именно гидравлическое соединение в устройстве средней части змеевика с одним из трубопроводов и снабжение устройства двумя обратными клапанами, позволяет теплоносителю циркулировать при возведении плотины, по всему блоку бетонирования, а при эксплуатации плотины только по его части, предназначенной для образования в плотине подогреваемой зоны, что позволяет экономить материал на трубопроводах.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленных, бетонная плотина, способ ее возведения, способ ее эксплуатации и устройство для регулирования температурного режима бетона у наружной грани плотины, отсутствуют. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками каждого заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками каждого из заявленных изобретений преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, поскольку способ возведения, способ эксплуатации и устройство предназначены для создания и использования заявляемой бетонной плотины. Заявленные изобретения решают одну и ту же задачу - повышение надежности и долговечности службы бетонной плотины, а также экономия средств при ее создании у потребителя за счет достижения одного и того же технического результата при осуществлении изобретений - создание в бетонной плотине малыми затратами близкого к оптимальному температурного режима, предотвращающего раскрытие в плотине строительных швов и трещинообразование в ее бетоне.

На фиг. 1 схематически изображены поперечное сечение бетонной плотины и схема коммуникаций трубной системы регулирования температурного режима бетона платины; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг.1.

Бетонная плотина возводится в суровых климатических условиях с разрезкой по длине на секции I посредством вертикальных межсекционных швов 2, по ширине на столбы 3 посредством вертикальных межстолбчатых швов 4 и по высоте на блоки бетонирования 5 посредством горизонтальных межблочных швов 6. Плотина включает внутреннюю часть 7 с неявно выраженной границей 8 и испытывающие температурное влияние среды следующие наружные части: 9 - влияние воды у верховой грани 10; 11 - атмосферы у низовой грани 12 и в оголовке 13; 14 и 15 - воды и атмосферы в зоне переменного уровня воды у наружных граней плотины соответственно верховой 10 и низовой 12. Последняя снабжена теплозащитным покрытием 16.

По всей плотине ярусами размещены трубчатые теплообменники, выполненные в виде змеевиков временных 17 и постоянных 18 (на фиг.1 яруса временных змеевиков 17 изображены пунктирными линиями яруса постоянных змеевиков 18 - сплошными). Каждый змеевик 17 и 18 посредством трубопроводов двух соединительных 19 и двух разводящих 20 соединен с соответствующими двумя магистральными трубопроводами 21. Постоянные змеевики 18 размещены у низовой грани 12 плотины, по меньшей мере в ее средней по высоте части и преимущественно по два в каждом ярусе, и функционируют с образованием у низовой грани 12 подогреваемой зоны 22 с границей 23 в соответствии с принятым температурным режимом плотины при ее эксплуатации.

Ширина "а" яруса постоянных змеевиков 18 в поперечном сечении плотины превышает ширину "в" ее наружной части 11 в месте размещения этого яруса и только у оголовка 13 плотины их ширина сближается. Расстояние по высоте между ярусами постоянных змеевиков h_я равно высоте заключенного между ними блока бетонирования h_б, а в случае высоких блоков бетонирования расстояние h_я укладывается в высоту блока h_б целое число раз - такой случай на чертеже не изображен.

Теплозащитное покрытие 16 выполнено из утеплителя, например, ячеистого бетона, пенополистерола, целлюлозной ваты и других.

Способ возведения ранее описанной бетонной плотины в суровых климатических условиях осуществляют посредством укладки бетонной смеси в виде блоков бетонирования 5 и последующего их охлаждения с помощью трубчатых змеевиков временных 17 и постоянных 18, уложенных в блоках бетонирования 5 с образованием собою ярусов. У низовой грани 12 плотины, по меньшей мере в ее средней по высоте части, теплотехнические параметры змеевиков (внутренние и наружные диаметры, вид материала, расстояние в плане между элементами), наружные контуры ярусов змеевиков в плане и расстояние между ярусами h_я определяют теплотехническим расчетом, выполненным в соответствии с принятым температурным режимом образования у низовой грани 12 плотины в период ее эксплуатации подогреваемой зоны 22, а высоту блока бетонирования h_б задают равной расстоянию между ярусами змеевиков h_я или кратную h_я. Одновременно с этим выполняют теплозащитное покрытие 16 низовой грани 12 плотины.

Способ эксплуатации бетонной плотины, возведенной в суровых климатических условиях ранее описанным способом, осуществляют следующим образом.

Перед подъемом воды перед плотиной до уровня, способного вызывать у верховой грани плотины растяжение (такой уровень обычно близок к нормальному подпорному - НПУ), осуществляют подогрев наружной части 11 плотины, примыкающей к ее низовой грани 12. Для этого по подводящим трубопроводам 20 в поярусно расположенные трубчатые змеевики 18, пересекающих наружную часть 11 плотины, с заданной скоростью движения подают воду, температура которой на заданную величину превышает среднемноголетнюю температуру воздуха местности и обеспечивает образование в плотине у ее низовой грани 12 подогретой до заданной температуры зоны 22 в соответствии с принятым температурным режимом эксплуатации плотины. Практически весь перепад температур между наружным воздухом и бетоном плотины происходит в пределах теплозащитного покрытия 16, что позволяет осуществлять подогрев зоны 22 до температуры, на 3-6 градусов превышающей температуру бетона наружной части 9, омываемой водою у верховой грани 10, Воду подают в змеевики 18 с температурой обычно 7-10 градусов и по схеме, обеспечивающей ее движение в змеевике в направлении от низовой грани 12 плотины к ее внутренней части 7, что обеспечивает более плавное изменение температуры от ее низовой грани 12 к верховой 10, вследствие понижения температуры воды по мере ее движения в змеевике.

В таком подогретом состоянии зону 22 поддерживают в течение всего периода с высокими уровнями воды перед плотиной, чем и обеспечивают регулирование напряженного состояния плотины: целенаправленное дополнительное обжатие бетона до 2-3 МПа у верховой грани 10 плотины и грунта в ее основании. В период же низких уровней воды перед плотиной, в зоне 21 поддерживают более низкую, но положительную температуру, обеспечивающую использование воды в качестве теплоносителя.

В случае если теплозащитное покрытие 16 обладает низкими теплозащитными свойствами или оно полностью отсутствует, то во избежание высоких температурных градиентов, разрушающих бетон, воду в змеевик подают с более низкой температурой, чем ранее указана, и по схеме, обеспечивающей движение воды в змеевике в направлении от внутренней части 7 плотины в ее низовой грани 12. При необходимости в воде растворяют соль, что предотвращает в особых случаях замерзание воды в змеевиках 12.

Устройство для регулирования температурного режима бетона у наружной грани плотины содержит уложенный в основание блока бетонирования 5, через который проходит граница 23 подогреваемой зоны 22, сложный плоский трубчатый змеевик 24 (фиг. 2), соединенный посредством трубопроводов двух соединительных 19 и двух разводящих 20 с двумя магистральными трубопроводами 21. Эти трубопроводы образуют для теплоносителя две системы: подводящую и отводящую. Сложный змеевик 24 состоит из размещенных параллельно низовой грани 12 плотины длинных элементов 25, соединяющих их коротких элементов 26 и дополнительного трубчатого элемента 27, который одним концом присоединен в узле 28 к средней части змеевика 24, а другим концом - к одной из соединительных труб 19. Узел 28 разделяет сложный змеевик 24 на две части: постоянную 29, размещенную в подогреваемой зоне 22 блока 5, и временную 30, размещенную в этом блоке 5 за пределами зоны 22. Со стороны низовой грани 12 змеевик 24 снабжен дополнительным длинным трубчатым элементом 31, концы которого гидравлически соединены с концами ближайшего к нему длинного элемента 25.

Устройство снабжено обратными клапанами 32, 33 и 34, расположенными соответственно на временной части змеевика 30, на дополнительном элементе 27 и на дополнительном длинном элементе 31. Клапаны 32, 33 и 34 установлены так, что при работе соединительного трубопровода 19 в режиме подвода теплоноситель циркулирует по всему змеевику 24, кроме дополнительного длинного элемента 31 (пунктирные стрелки), а при работе этого же трубопровода 19 в режиме отвода - только по постоянной части 29 змеевика 24, включая и ее дополнительный длинный элемент 31.

В поперечном сечении плотины подогреваемая зона 22 чаще всего включает в себя полностью первый блок бетонирования 5, считая от низовой грани 12, и частично второй блок 5. В этом случае ранее описанный сложный змеевик 24 выполняется только во втором блоке 5, причем без дополнительного длинного элемента 31 и клапана 34, которые переносятся в постоянный змеевик 18 первого блока 5 (фиг.3).

Пересечение соединительных трубопроводов 19 межсекционных швов 2 и межстолбчатых швов 4, раскрытие которых редко превышает 1-2 миллиметра, осуществлено известными решениями: на участке пересечения трубопроводы выполнены металлическими (повышена их деформативность) и покрыта антиадгезионным слоем; трубопроводы разрезаны и соединены с возможностью их взаимного перемещения (выполнение пересечения на чертежах не показано).

Для размещения трубопроводов разводящих 20 и магистральных 21 использованы галереи соответственно поперечные 35 и продольные 36 (фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

При возведении плотины вода по напорным трубопроводам магистральным 21, разводящему 20 и соединительному 19 поступает в змеевик 24 (направление движения воды в змеевике показано пунктирными стрелками) и сливается по работающим в режиме отвода аналогичным трубопроводам 19а, 20а и 21а, вынося из блока бетонирования 5 лишнее тепло от гидратации цемента. При этом вода циркулирует по всему змеевику 24, кроме дополнительного длинного элемента 31: клапан 32 открыт, клапан 33 на дополнительном элементе 27 закрыт под действием со стороны трубопровода 19 более высокого давления, чем со стороны змеевика, в котором часть этого давления уже потеряна, клапан 34 на дополнительном длинном элементе 31 закрыт. Отключение элемента 31 предотвращает переохлаждение бетона у наружной грани 12, теплозащитное покрытие 16 которой к этому времени еще не выполнено.

При эксплуатации плотины направление движения воды в соединительных трубопроводах 19 и соответственно в змеевике 24 изменяют на противоположное (направление показано сплошными стрелками). В этом случае подогревающая бетон вода в змеевике 24 циркулирует только по его части 29 в направлении от низовой грани 12 плотины в ее внутренней части (клапан 32 закрыт, клапана 33 и 34 открыты), при этом у низовой грани 12 вода движется с пониженной скоростью по обоим длинным элементам 25 и 31. Это обеспечивает более интенсивный подогрев бетона у грани 12, а в случае местного нарушения теплоизоляционного покрытия 16 и перемерзания крайнего длинного элемента 31 циркуляция воды в змеевике не прекращается.

При выполнении во втором от низовой грани блоке сложного змеевика 24, а в первом блоке постоянного змеевика 18 (фиг.3) их обратные клапаны 32, 33 и 34 и дополнительные элементы 27 и 31 работают аналогично ранее описанному и с тем же результатом.

При эксплуатации плотины постоянные части 29 сложных змеевиков 24 по назначению и результату эквивалентны простым змеевикам 18 и вместе с ними образуют яруса постоянных змеевиков, обеспечивающих создание подогреваемой зоны 22 заданной в поперечном сечении плотины ширины. При этом каждый сложный змеевик 24 в плотине может быть заменен двумя простыми змеевиками с индивидуальными подводом-отводом воды, один из которых будет постоянным, а другой временным. Поэтому в описании плотины часть 29 змеевика 24 в составе яруса постоянных змеевиков 18 не выделена (фиг.1).

Использованию настоящей группы изобретений каждый раз должно предшествовать исследование термонапряженного состояния бетонной плотины с учетом последовательности ее возведения, условий омоноличивания профиля, неоднородности осадок основания, особенностей ее секций (глухие, станционные, водосливные), а после начала эксплуатации плотины ее состояние должно сопоставляться с показаниями контрольно-измерительной аппаратуры.

Кроме указанного достигаемого технического результата и преимуществ заявленных объектов следует отметить также дополнительные их достоинства - возможность снижения требования морозостойкости к бетону наружной зоны, примыкающей к низовой грани плотины, сокращение или полное исключение ремонтных работ по подавлению фильтрации в теле плотины и в ее основании и др. Одновременно вследствие подогрева бетона у наружной грани плотины происходит полезное обжатие плотины в направлении ее продольной оси.

Таким образом, приведенные сведения показывают, что при осуществлении заявленной группы изобретений выполняются следующие условия:
- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно при гидротехническом строительстве;
- для заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных или других известных до даты подачи заявки средств и методов;
- средства, воплощающие изобретения при их осуществлении, способны обеспечить получение указанного технического результата.

Следовательно, заявленные изобретения соответствуют условию патентоспособности "промышленная применимость".

Использованные источники
1. СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986, с.3,4, п.2.2-2.6.

2. Телешов В. И., Фрид С.А. Проектирование бетонных плотин для условий особо сурового климата. Труды Ленгидропроекта. Сб.51, 1976, с.32-46.

3. Вагнер В.Н., Телешов В.И. Массивно-контрофорсная плотина Зейской ГЭС. Труды Ленгидропроекта. Сб.34, 1973, с.48-63.

4. Семенов Н.Г., Телешов В.И. Опыт проектирования и строительства плотины Мамаканской ГЭС в районе вечной мерзлоты. Труды Ленгидропроекта, Сб.5, 1967, с.167-178.

5. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика/Под ред. В.П. Недриги. - М.: Стройиздат, 1983, с.291, рис.11.19,б и с.295.

6. Авторское свидетельство СССР 1330238, кл. Е 02 В 1/00, опубл. 15.08.87.

7. Долматов А. П. Трубное охлаждение бетонной кладки как метод обеспечения монолитности плотин (по опыту возведения Красноярской ГЭС). Труды Ленгидропроекта. Сб.25, 1971, с.192-206.

8. Король С. И. Технология трубного охлаждения бетона плотины Красноярской ГЭС // Гидротехническое строительство, 1968, 11.

9. Авторское свидетельство СССР 896160, кл. E 02 В 1/00, опубл. 07.01.82.

10. Плят Ш. Н., Цыбин А.М. Влияние различных факторов на температуру в полости контрофорсной плотины. Известия ВНИИГ имени Б.Е.Веденеева. Т.232, часть II, 1996, с.82-88.

Использование: в гидротехнике при возведении и эксплуатации плотин в суровых климатических условиях. Бетонная плотина включает внутреннюю часть, наружные части, теплозащитное покрытие ее низовой грани и трубчатые теплообменники, размещенные ярусами у низовой грани трубчатые теплообменники соединены с подводящими и отводящими теплоноситель трубопроводами и функционируют с образованием у низовой грани плотины подогреваемой зоны. Ширина яруса трубчатых теплообменников в поперечном сечении плотины превышает ширину ее наружной части в месте размещения этого яруса или равна ей, а расстояние по высоте между ярусами равно высоте блока бетонирования или укладывается в эту высоту целое число раз. Плотину возводят посредством укладки бетонной смеси в виде блоков бетонирования и последующего их охлаждения с помощью трубчатых теплообменников, уложенных в блоки бетонирования с образованием ярусов. Теплотехнические параметры теплообменников, наружные контуры их ярусов в плане и расстояние между ярусами задают в соответствии с принятым температурным режимом образования у низовой грани плотины зоны, подогреваемой в период ее эксплуатации. Высоту блоков бетонирования задают равной расстоянию между ярусами трубчатых теплообменников. При эксплуатации плотины регулируют ее напряженное состояние путем подогрева в холодное время года ее низовой грани. Подогрев осуществляют посредством подачи по трубопроводам в поярусно расположенные с включением этой наружной части трубчатых теплообменников воды с температурой, превышающей на заданную величину среднемноголетнюю температуру наружного воздуха местности. Воду в трубчатых теплообменниках подают по схеме, обеспечивающей ее движение в трубчатых теплообменниках в направлении от низовой грани плотины к ее внутренней части, и преимущественно перед подъемом воды перед плотиной до уровня, способного в случае отсутствия подогрева вызвать у верховой грани плотины растягивающие напряжения. Регулирование температурного режима бетонной плотины осуществляют посредством устройства, включающего уложенный в блок бетонирования плоский змеевик, длинные элементы которого размещены параллельно низовой грани плотины и короткими элементами соединены между собою, трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя и дополнительный трубчатый элемент, соединяющий среднюю часть змеевика с одним из трубопроводов. У низовой грани змеевик снабжен дополнительным длинным элементом. Устройство снабжено тремя обрабатываемыми клапанами, установленными на змеевике, на дополнительном трубчатом элементе и на дополнительном длинном элементе так, что в одном направлении теплоноситель циркулирует по всему змеевику, кроме дополнительного длинного элемента, а в другом направлении - только по части змеевика, примыкающей к низовой грани, включая и дополнительный длинный элемент. Группа изобретений повышает эксплуатационную надежность плотин за счет создания в них оптимального температурного режима. 4 с. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Бетонная плотина, возводимая в суровых климатических условиях с разрезкой секций на блоки бетонирования и включающая внутреннюю часть, наружные части, испытывающие температурное влияние воды и/или атмосферы, и теплозащитное покрытие ее низовой грани, отличающаяся тем, что у низовой грани плотины, по меньшей мере в ее средней по высоте части, ярусами размещены трубчатые теплообменники, соединенные с подводящими и отводящими теплоноситель трубопроводами с образованием у низовой грани плотины подогреваемой зоны, при этом ширина яруса теплообменников в поперечном сечении плотины превышает ширину ее наружной части в месте размещения этого яруса или равна ей, а расстояние по высоте между ярусами теплообменников равно высоте блока бетонирования или кратно ему.2. Способ возведения бетонной плотины в суровых климатических условиях, включающий укладку бетонной смеси в виде блоков бетонирования и последующее их охлаждение с помощью трубчатых теплообменников, уложенных в блоках бетонирования с образованием собой ярусов в плотине, отличающийся тем, что у низовой грани плотины, по меньшей мере в ее средней по высоте части, теплотехнические параметры теплообменников, наружные контуры их ярусов в плане и расстояния между ярусами задают в соответствии с принятым температурным режимом образования у низовой грани плотины зоны, подогреваемой в период ее эксплуатации, при этом высоту блока бетонирования задают равной расстоянию между ярусами теплообменников или кратной этому расстоянию.3. Способ эксплуатации бетонной плотины, возведенной в суровых климатических условиях, включающий регулирование напряженного состояния плотины путем подогрева в холодное время года ее наружной части, примыкающей к низовой грани, отличающийся тем, что подогрев осуществляют посредством подачи по трубопроводам в поярусно расположенные с включением этой наружной части трубчатые теплообменники воды с температурой, превышающей среднемноголетнюю температуру наружного воздуха местности.4. Способ эксплуатации по п.3, отличающийся тем, что воду подают по схеме, обеспечивающей ее движение в теплообменнике в направлении от низовой грани плотины к ее внутренней части.5. Способ эксплуатации по п.3, отличающийся тем, что наружную часть, примыкающую к низовой грани плотины, подогревают преимущественно перед подъемом воды перед плотиной до уровня, способного в случае отсутствия подогрева вызвать у верховой грани плотины растягивающие напряжения.6. Устройство для регулирования температурного режима бетона у наружной грани плотины, включающее уложенный в блок бетонирования плоский змеевик, длинные элементы которого размещены параллельно наружной грани плотины и короткими элементами соединены между собой, трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя и дополнительный трубчатый элемент, место присоединения к змеевику которого разделяет змеевик на две части, отличающееся тем, что дополнительный трубчатый элемент соединяет среднюю часть змеевика с одним из трубопроводов, а само устройство дополнительно снабжено двумя обратными клапанами, один из которых расположен на змеевике, а другой - на дополнительном трубчатом элементе, при этом обратные клапаны установлены так, что при работе трубопровода, упомянутого последним, в режиме подвода теплоноситель циркулирует по всему змеевику, а при работе этого трубопровода в режиме отвода - только по части змеевика, обращенной в сторону наружной грани плотины и образующей в последней в заданных границах подогреваемую зону.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что со стороны наружной части плотины змеевик снабжен дополнительным длинным элементом, концы которого гидравлически соединены с концами ближайшего к нему длинного элемента змеевика, при этом на дополнительном длинном элементе установлен обратный клапан.